32位精简指令集架构的AT91M42800A的设计与应用

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增大字体作者：佚名来源：本站整理发布时间：2009-01-10 23:55:28

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摘要：介绍了ＡＴＭＥＬ公司生产的基于３２位精简指令集（ＲＩＳＣ）架构的单片机ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的特点，提出了一种基于ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的应用设计方案，给出该设计的硬件原理图，同时针对ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的存储器空间分配问题，给出了分散装载的程序代码举例，从而为基于ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的嵌入式系统设计提供了一个思路。

关键词：精简指令集 AT91M42800A 单片机

１　引言

目前，嵌入式产品逐步占领了ＰＣ市场，而其核心部分——处理器的性能则决定了产品的设计和性能。在３２位嵌入式处理器中，由ＡＴＭＥＬ公司生产的ＡＴ９１系列芯片之一ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ是基于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ处理器内核的１６／３２位微控制器，它除具有ＡＲＭ处理器的低功耗、低成本、高性能等优点外，还具有非常丰富的片内资源，特别适合于嵌入式产品的设计开发。

２ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的基本特性

ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ采用３２位精简指令集（ＲＩＳＣ）架构，因此，它既支持１６位Ｔｈｕｍｂ指令集，又支持３２位的Ａｒｍ指令集。它采用三级流水线结构，可在同一时间内，一条指令在执行，第二条指令在译码，第三条指令在取指，这样，在每个周期都有一条指令在执行，因此，指令执行速度很快。ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的基于先进微控制器总线结构（ＡＭＢＡ）的模块化设计方法具有综合、快速、高性能价格比的特点。该微控制器的内部工作寄存器很多，非常适合实时控制应用。其主要特点如下：javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

●内核电压和锁相环电压为２．７～３．６Ｖ，Ｉ／Ｏ口操作电压为２．７～５．５Ｖ；

●内部带有８ｋＢ静态ＲＡＭ；

●具有完全可编程外部总线接口（ＥＢＩ），且多达８个片选，寻址空间很大；

●内含８通道外设数据控制器（ＰＤＣ）；

●带有５４个可编程Ｉ／Ｏ口；

●内含６通道１６位定时／计数器；

●具有２个通用串行异步接收／发送器（ＵＳＡＲＴ）和２个主／从ＳＰＩ接口；

●内含３个系统定时器；

●时钟可由３２７６８Ｈｚ晶体和内部锁相环（ＰＬＬ）电路产生，最高可编程至３３ＭＨｚ，也可由外部时钟信号提供；

●内置嵌入式在线仿真电路（ＥｍｂｅｄｄｅｄＩＣＥ）可通过ＪＴＡＧ口对ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ进行测试。

３　基本组成系统

由ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ构成的最基本的系统至少应包括以下几个部分：

（１）程序存储器（ＲＯＭ）

由于ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ内部没有ＲＯＭ，因此，必须外扩一片程序存储器。应当注意的是：ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的８位总线和１６位总线的ＦＬＡＳＨ接法不同，具体接法如图１所示。

（２）数据存储器ＲＡＭ　

如果设计的系统比较复杂，数据比较多，当单片机内部８ｋＢＳＲＡＭ不能满足要求时，还要外扩一片数据存储器。ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ能够支持两种“写”方式，但对８位数据总线和１６位数据总线的操作也是不同的，因此，对于不同的存储器，其接法不同。对于８位总线的存储器，只需接Ｄ０～Ｄ７，将Ｄ８～Ｄ１５悬空，并将其地址线对接，而单片机的ＮＷＥ／ＮＷＲ０接到存储器的ＮＷＥ上。对于１６位总线的存储器，则将其数据线对接，Ａ１～Ａ１７接存储器的Ａ０～Ａ１６，并将其ＮＷＥ／ＮＷＲ０接存储器的ＮＷＥ，ＮＵＢ／ＮＷＲ１接存储器的ＮＵＢ，ＮＬＢ／Ａ０接存储器的ＮＬＢ。外扩的ＲＡＭ的接法与外扩ＦＬＡＳＨ的接法类似。

（３）时钟发生电路

ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的时钟既可以外接晶体，也可外接时钟信号。当外接晶体时，由于其内带振荡电路，因此，外接３２．７６８ｋＨｚ的晶体后，可产生慢时钟（ＳＬＣＫ）。由于ＳＬＣＫ频率低，所以系统的功耗也很低。若想提高系统的工作频率，则可通过ＰＬＬＡ或ＰＬＬＢ对其倍频，以达到所要求的工作频率。如果所需频率不能通过ＰＬＬ倍频得到，则可由外接时钟信号来提供。当外接时钟信号时，可直接把时钟信号接到ＸＩＮ引脚上，ＸＯＵＴ引脚悬空。

（４）显示电路

显示电路可采用数码管显示或液晶显示，由于液晶显示的功耗低，故常采用这种显示方式。该设计选用的液晶显示模块为ＬＣＭ１０３。

（５）电源及复位电路

ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ内部带有看门狗（ＷａｔｃｈＤｏｇ）电路，也可以外加ＷａｔｃｈＤｏｇ电路。本文中的例子采用的就是外加ＷａｔｃｈＤｏｇ电路的接法，所选用的器件是ＭＡＸＩＭ公司生产的ＭＡＸ６３１６ＬＵＫ２９ＣＹ。

４　典型应用

由于单片机ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ具有低功耗、高性能、片内资源丰富、寻址空间大等优点，所以适合现场总线产品的开发，其简要硬件原理图如图２所示。图中只给出主要器件的主要引脚接法，电源电路及其它引脚限于篇幅图中未画，读者在实际的设计过程中可自行设定。

图2 现场总线开发实例

５　存储器空间分配

在本设计中，由于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ处理器的地址空间非常大（可达４Ｇ字节）。因此，在重映射前，可将地址最低的４ＭＢ分配给内部存储器，最高的４Ｍ分配给内部外设，其余中间的地址空间（从０ｘ００４０００００到０ｘ

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