新唐W77E058A：8位微控制器的卓越之選

在當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微控制器扮演著至關(guān)重要的角色。新唐科技的W77E058A 8位微控制器憑借其出色的性能和豐富的特性，成為眾多工程師的首選。下面，我們就來(lái)深入了解一下這款微控制器。

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一、概述

W77E058A是一款與8051兼容的高速微控制器。它對(duì)處理器核心進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，避免了時(shí)鐘和內(nèi)存周期的浪費(fèi)，使得在相同晶體速度下，執(zhí)行8051指令的速度比原始8051更快。通常情況下，其指令執(zhí)行時(shí)間是傳統(tǒng)8051的1.5 - 3倍，整體性能約為原始8051的2.5倍。同時(shí)，由于能以較低的時(shí)鐘速度實(shí)現(xiàn)相同的吞吐量，其功耗也得到了顯著改善。它采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，可在較低的晶體時(shí)鐘下運(yùn)行，內(nèi)部包含32KB Flash EPROM，工作電壓范圍為4.5V - 5.5V，還支持片上1KB SRAM，無(wú)需外部?jī)?nèi)存組件和膠合邏輯，為用戶節(jié)省了更多I/O引腳。

二、特性亮點(diǎn)

高速架構(gòu)

具備4時(shí)鐘/機(jī)器周期的高速架構(gòu)，最高運(yùn)行頻率可達(dá)40MHz，引腳與標(biāo)準(zhǔn)80C52兼容，指令集與MCS - 51兼容，為開發(fā)者提供了熟悉的開發(fā)環(huán)境。

豐富的外設(shè)資源

擁有四個(gè)8位I/O端口、一個(gè)額外的4位I/O端口和等待狀態(tài)控制信號(hào)（僅44引腳PLCC/QFP封裝可用），三個(gè)16位定時(shí)器，12個(gè)中斷源且具有兩級(jí)優(yōu)先級(jí)，片上振蕩器和時(shí)鐘電路，兩個(gè)增強(qiáng)型全雙工串口。

內(nèi)存配置

配備32KB Flash EPROM、256字節(jié)暫存RAM和1KB片上SRAM用于MOVX指令，還有可編程看門狗定時(shí)器和雙16位數(shù)據(jù)指針，軟件可對(duì)外部RAM/外設(shè)的訪問(wèn)周期進(jìn)行編程。

三、引腳配置與說(shuō)明

引腳配置

W77E058A有40引腳DIP、44引腳PLCC和44引腳QFP三種封裝形式，不同封裝的引腳排列各有特點(diǎn)，以滿足不同的應(yīng)用需求。

引腳說(shuō)明

每個(gè)引腳都有其特定的功能，例如：

• EA：外部訪問(wèn)使能引腳，高電平時(shí)訪問(wèn)內(nèi)部ROM。
• PSEN：程序存儲(chǔ)使能引腳，在取指和MOVC操作時(shí)使外部ROM數(shù)據(jù)輸出到端口0地址/數(shù)據(jù)總線上。
• ALE：地址鎖存使能引腳，用于分離端口0上的地址和數(shù)據(jù)。
• RST：復(fù)位引腳，在振蕩器運(yùn)行時(shí)，該引腳高電平保持兩個(gè)機(jī)器周期可復(fù)位設(shè)備。

四、功能詳述

CPU性能

W77E058A的8位CPU核心經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，不僅運(yùn)行速度更快，性能更優(yōu)，還將大多數(shù)指令的機(jī)器周期從標(biāo)準(zhǔn)8052的12個(gè)時(shí)鐘周期減少到4個(gè)時(shí)鐘周期，平均性能提升1.5 - 3倍。此外，它還提供雙數(shù)據(jù)指針（DPTRs），加速塊數(shù)據(jù)內(nèi)存?zhèn)鬏?，并可? - 9個(gè)機(jī)器周期之間調(diào)整MOVX指令（訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)內(nèi)存）的持續(xù)時(shí)間，能與不同速度的RAM和外設(shè)高效配合。

I/O端口

擁有四個(gè)8位端口和一個(gè)額外的4位端口。端口0在運(yùn)行外部程序或通過(guò)MOVC或MOVX指令訪問(wèn)外部?jī)?nèi)存/設(shè)備時(shí)，可作為地址/數(shù)據(jù)總線；端口2主要作為地址總線的高8位；端口1和3作為具有替代功能的I/O端口；端口4僅在44引腳PLCC/QFP封裝類型中可用，P4.0具有等待狀態(tài)控制信號(hào)的替代功能。

串口

具備兩個(gè)增強(qiáng)型串口，功能與原始8052家族的串口相似，但可在不同模式下運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)時(shí)序相似性。串口0可使用定時(shí)器1或2作為波特率發(fā)生器，串口1只能使用定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器，且具有自動(dòng)地址識(shí)別和幀錯(cuò)誤檢測(cè)等增強(qiáng)功能。

定時(shí)器

有三個(gè)16位定時(shí)器，功能與8052家族的定時(shí)器相似。作為定時(shí)器使用時(shí)，可設(shè)置為每計(jì)數(shù)4個(gè)或12個(gè)時(shí)鐘，還具備看門狗定時(shí)器，可作為系統(tǒng)監(jiān)視器或長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)器。

中斷

中斷結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)8052略有不同，由于增加了額外的功能和外設(shè)，中斷源和向量數(shù)量有所增加，提供12個(gè)中斷資源，具有兩級(jí)優(yōu)先級(jí)，包括六個(gè)外部中斷源、定時(shí)器中斷和串口I/O中斷。

數(shù)據(jù)指針

與原始8052只有一個(gè)16位數(shù)據(jù)指針不同，W77E058A增加了一個(gè)16位數(shù)據(jù)指針（DPL1，DPH1），并新增了DEC DPTR指令，提高了編程靈活性。

電源管理

具有IDLE、POWER DOWN和Economy三種模式。在IDLE模式下，CPU核心時(shí)鐘停止，定時(shí)器、串口和中斷時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行；POWER DOWN模式下，所有時(shí)鐘停止，芯片操作完全停止，功耗最低；Economy模式允許用戶將內(nèi)部時(shí)鐘速率除以4、64或1024，以降低功耗。

片上數(shù)據(jù)SRAM

擁有1KB的數(shù)據(jù)空間SRAM，可通過(guò)MOVX指令進(jìn)行讀寫訪問(wèn)，與256字節(jié)的暫存RAM使用不同的尋址模式和指令，互不沖突。片上MOVX SRAM可通過(guò)軟件控制啟用或禁用。

五、內(nèi)存組織

程序內(nèi)存

最大可達(dá)64KB，片上ROM為32KB，所有指令從該內(nèi)存區(qū)域獲取執(zhí)行，MOVC指令也可訪問(wèn)該區(qū)域，超出片上ROM最大地址則訪問(wèn)外部?jī)?nèi)存。

數(shù)據(jù)內(nèi)存

可訪問(wèn)高達(dá)64KB的外部數(shù)據(jù)內(nèi)存，通過(guò)MOVX指令訪問(wèn)。片上包含1KB的MOVX SRAM，地址范圍為0000H - 03FFH，可通過(guò)軟件控制啟用或禁用。此外，還有標(biāo)準(zhǔn)的256字節(jié)片上暫存RAM，可通過(guò)直接尋址或間接尋址訪問(wèn)，以及一些特殊功能寄存器（SFRs），只能通過(guò)直接尋址訪問(wèn)。

六、特殊功能寄存器（SFRs）

W77E058A使用SFRs來(lái)控制和監(jiān)視外設(shè)及其模式，SFRs位于80 - FFh的寄存器位置，只能通過(guò)直接尋址訪問(wèn)，部分SFRs可按位尋址。除了標(biāo)準(zhǔn)8052的SFRs外，還增加了一些額外的SFRs，并為原始8052中未使用的位賦予了新功能。

七、指令系統(tǒng)

指令執(zhí)行

W77E058執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)8032家族的所有指令，但指令時(shí)序有所不同。每個(gè)機(jī)器周期由4個(gè)時(shí)鐘周期組成，大多數(shù)情況下，執(zhí)行指令所需的機(jī)器周期數(shù)等于指令的字節(jié)數(shù)，減少了無(wú)效取指和浪費(fèi)的周期，提高了效率。

MOVX指令

與標(biāo)準(zhǔn)8032一樣，使用MOVX指令訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)內(nèi)存，但操作和選通信號(hào)的時(shí)序進(jìn)行了修改，用戶可將該指令的持續(xù)時(shí)間從2個(gè)機(jī)器周期延長(zhǎng)到9個(gè)機(jī)器周期，為訪問(wèn)不同速度的外設(shè)提供了更大的靈活性。

外部數(shù)據(jù)內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)序

在標(biāo)準(zhǔn)8032中，MOVX指令的執(zhí)行時(shí)間固定為2個(gè)機(jī)器周期，而W77E058允許用戶通過(guò)設(shè)置CKCON寄存器中的M2 - 0位來(lái)改變?cè)L問(wèn)時(shí)間，提供8種不同的訪問(wèn)時(shí)間選項(xiàng)，使MOVX指令的長(zhǎng)度從2個(gè)機(jī)器周期到9個(gè)機(jī)器周期不等。

等待狀態(tài)控制信號(hào)

W77E058還提供了硬件信號(hào)WAIT來(lái)實(shí)現(xiàn)更廣泛的外部數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)序。該信號(hào)是P4.0的替代功能，僅在44引腳PLCC/QFP封裝類型中可用。通過(guò)設(shè)置ROMMAP.7位可啟用等待狀態(tài)控制信號(hào)，設(shè)備在MOVX指令期間的每個(gè)C3狀態(tài)讀取WAIT引腳，若信號(hào)被識(shí)別，將插入一個(gè)機(jī)器周期（等待狀態(tài)周期），直到信號(hào)停用，MOVX指令周期才結(jié)束。

八、電源管理

IDLE模式

將PCON.0位置1可使設(shè)備進(jìn)入IDLE模式，此時(shí)CPU時(shí)鐘停止，但中斷、定時(shí)器、看門狗定時(shí)器和串口塊的時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行?？赏ㄟ^(guò)激活任何啟用的中斷或復(fù)位來(lái)退出IDLE模式。

Economy模式

該模式可動(dòng)態(tài)降低內(nèi)部時(shí)鐘速率，軟件可選擇每機(jī)器周期4、64或1024個(gè)時(shí)鐘，以降低功耗。在Economy模式下，所有時(shí)鐘外設(shè)以與核心邏輯相同的降低時(shí)鐘速率運(yùn)行。此外，還提供了回退功能，當(dāng)觸發(fā)串口操作或外部中斷時(shí)，CPU可立即返回4時(shí)鐘/機(jī)器周期模式。

POWER DOWN模式

將PCON.1位置1可使設(shè)備進(jìn)入POWER DOWN模式，此時(shí)所有時(shí)鐘停止，設(shè)備停止運(yùn)行，功耗降至最低?？赏ㄟ^(guò)復(fù)位或外部中斷引腳激活來(lái)退出該模式。

九、復(fù)位條件

外部復(fù)位

設(shè)備在每個(gè)機(jī)器周期的C4狀態(tài)持續(xù)采樣RST引腳，RST引腳必須保持高電平至少2個(gè)機(jī)器周期才能確保檢測(cè)到有效的復(fù)位信號(hào)。復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器重置為0000h，所有SFRs設(shè)置為復(fù)位狀態(tài)。

看門狗定時(shí)器復(fù)位

看門狗定時(shí)器是一個(gè)自由運(yùn)行的定時(shí)器，可設(shè)置可編程的超時(shí)時(shí)間間隔。當(dāng)超時(shí)發(fā)生時(shí)，若看門狗復(fù)位功能啟用且定時(shí)器未被清除，512個(gè)時(shí)鐘周期后將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。

復(fù)位狀態(tài)

復(fù)位時(shí)，大多數(shù)SFRs和寄存器會(huì)恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)，程序計(jì)數(shù)器強(qiáng)制為0000h，但片上RAM的數(shù)據(jù)會(huì)保留，堆棧指針重置為07h，因此堆棧內(nèi)容會(huì)丟失。

十、中斷系統(tǒng)

中斷源

W77E058A有12個(gè)中斷源，包括外部中斷、定時(shí)器中斷、看門狗定時(shí)器中斷和串口中斷。外部中斷(INT0)和(INT1)可選擇邊沿觸發(fā)或電平觸發(fā)，外部中斷(INT2 - INT5)僅為邊沿觸發(fā)。定時(shí)器0和1的中斷由TF0和TF1標(biāo)志產(chǎn)生，定時(shí)器2的中斷由TF2和EXF2標(biāo)志的邏輯或產(chǎn)生?？撮T狗定時(shí)器超時(shí)會(huì)設(shè)置WDIF標(biāo)志，若中斷啟用則會(huì)產(chǎn)生中斷。串口塊在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生中斷，由RI和TI位（SCON SFR）以及RI_1和TI_1位（SCON1 SFR）產(chǎn)生。

優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)

中斷有三個(gè)優(yōu)先級(jí)級(jí)別：最高、高和低。中斷源可單獨(dú)設(shè)置為高或低優(yōu)先級(jí)，當(dāng)多個(gè)中斷同時(shí)請(qǐng)求且優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，有預(yù)定義的優(yōu)先級(jí)順序。

中斷響應(yīng)時(shí)間

中斷響應(yīng)時(shí)間取決于多個(gè)因素，如中斷的性質(zhì)和正在執(zhí)行的指令。外部中斷在每個(gè)機(jī)器周期的C3狀態(tài)采樣，定時(shí)器0和1的溢出標(biāo)志在溢出發(fā)生的機(jī)器周期的C3狀態(tài)設(shè)置，這些標(biāo)志值在下一個(gè)機(jī)器周期進(jìn)行輪詢。若滿足條件，硬件將執(zhí)行LCALL指令，將程序向量到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。在單中斷系統(tǒng)中，中斷響應(yīng)時(shí)間通常在5 - 12個(gè)機(jī)器周期之間。

十一、可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和1

W77E058A有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可配置為定時(shí)器（計(jì)數(shù)機(jī)器周期）或計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)外部輸入）。通過(guò)TMOD特殊功能寄存器中的(C/T)位選擇功能，通過(guò)M0和M1位選擇操作模式。定時(shí)器的時(shí)鐘可以是系統(tǒng)時(shí)鐘的1/12或1/4。

時(shí)基選擇

用戶可以選擇讓定時(shí)器像標(biāo)準(zhǔn)8051家族一樣以1/12的時(shí)鐘速度計(jì)數(shù)，也可以選擇渦輪模式，以1/4的時(shí)鐘速度計(jì)數(shù)，通過(guò)CKCON SFR中的T0M和T1M位進(jìn)行選擇。

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2

這是一個(gè)16位的上下計(jì)數(shù)器，由T2MOD寄存器配置，由T2CON寄存器控制。具有捕獲/重載功能，時(shí)鐘源可以選擇外部T2引腳或晶體振蕩器（除以12或4）。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2有捕獲模式、自動(dòng)重載模式（向上計(jì)數(shù)、向上/向下計(jì)數(shù)）、波特率發(fā)生器模式和可編程時(shí)鐘輸出模式。

十二、看門狗定時(shí)器

看門狗定時(shí)器是一個(gè)自由運(yùn)行的定時(shí)器，可作為系統(tǒng)監(jiān)視器、時(shí)基發(fā)生器或事件定時(shí)器。用戶可以通過(guò)設(shè)置CKCON寄存器中的WD1和WD0位選擇超時(shí)時(shí)間間隔，超時(shí)發(fā)生時(shí)設(shè)置WDIF標(biāo)志，若中斷啟用則會(huì)產(chǎn)生中斷，若WDCON寄存器中的EWT位啟用，則512個(gè)時(shí)鐘周期后會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。

十三、串口

串口模式

W77E058A的串口是全雙工端口，可在四種不同模式下運(yùn)行：

• 模式0：提供與外部設(shè)備的同步通信，8位數(shù)據(jù)在RXD線上傳輸和接收，TXD線用于傳輸移位時(shí)鐘，波特率固定為振蕩器頻率的1/12或1/4。
• 模式1：全雙工異步模式，通信幀由10位組成，波特率可變，可編程為定時(shí)器1溢出的1/16或1/32。
• 模式2：異步全雙工通信，使用11位，波特率可編程為振蕩器頻率的1/32或1/64。
• 模式3：與模式2類似，但波特率可編程。

  幀錯(cuò)誤檢測(cè)

  當(dāng)未檢測(cè)到有效的停止位時(shí)，會(huì)發(fā)生幀錯(cuò)誤。W77E058A可檢測(cè)此類幀錯(cuò)誤并設(shè)置FE標(biāo)志，該標(biāo)志由硬件設(shè)置，但必須由軟件清除。

  多處理器通信

  利用模式2和3中的第9位數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多處理器通信。RI標(biāo)志僅在接收到的字節(jié)與給定或廣播地址對(duì)應(yīng)時(shí)才會(huì)設(shè)置，硬件自動(dòng)進(jìn)行地址比較，減輕了軟件負(fù)擔(dān)。

十四、定時(shí)訪問(wèn)保護(hù)

W77E058A的一些關(guān)鍵功能，如看門狗定時(shí)器、片上ROM大小調(diào)整、等待狀態(tài)控制信號(hào)和上電/掉電復(fù)位標(biāo)志等，采用定時(shí)訪問(wèn)保護(hù)機(jī)制。通過(guò)向定時(shí)訪問(wèn)（TA）SFR寫入AAh和55h來(lái)打開一個(gè)3個(gè)機(jī)器周期的寫入使能窗口，在此窗口內(nèi)可寫入受保護(hù)的位。

十五、片上Flash EPROM特性

操作模式

W77E058A的片上Flash EPROM有多種操作模式，包括讀取、輸出禁用、編程、編程驗(yàn)證、擦除、擦除驗(yàn)證和編程/擦除禁止操作，通過(guò)多個(gè)引腳進(jìn)行配置。

安全位

有一個(gè)特殊的安全寄存器，其中的B0（鎖定位）用于保護(hù)用戶程序代碼，B1（MOVC禁止位）用于限制MOVC指令的可訪問(wèn)區(qū)域。這些位一旦編程為低電平就無(wú)法更改，只能通過(guò)全擦除操作重置。

十六、電氣特性

絕對(duì)最大額定值

包括直流電源電壓、輸入電壓、工作溫度和存儲(chǔ)溫度等參數(shù)的最大額定值，超出這些范圍可能會(huì)影響設(shè)備的壽命和可靠性。

直流特性

在特定條件下，規(guī)定了工作電壓、工作電流、空閑電流、掉電電流、輸入電流、輸入電壓和輸出電壓等參數(shù)的范圍。

交流特性

包括外部時(shí)鐘特性、AC規(guī)格和MOVX特性等，對(duì)時(shí)鐘的高時(shí)間、低時(shí)間、上升時(shí)間、下降時(shí)間以及各種信號(hào)的脈沖寬度、延遲時(shí)間等進(jìn)行了規(guī)定。

十七、典型應(yīng)用電路

擴(kuò)展外部程序內(nèi)存和晶體

提供了不同晶體應(yīng)用的參考值，包括電容和電阻的取值，以幫助工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)內(nèi)存和振蕩器

給出了相應(yīng)的電路示例，為實(shí)際應(yīng)用提供了指導(dǎo)。

十八、封裝尺寸

W77E058A有40引腳DIP、44引腳PLCC和44引腳QFP三種封裝形式，文檔詳細(xì)給出了每種封裝的尺寸參數(shù)，方便工程師進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。

十九、版本歷史

記錄了該產(chǎn)品從初始發(fā)布到當(dāng)前版本的更新內(nèi)容，包括功能修改、參數(shù)調(diào)整和封裝類型的變化等，有助于工程師了解產(chǎn)品的發(fā)展歷程。

新唐W77E058A微控制器以其高性能、豐富的功能和靈活的配置，為電子工程師在各種應(yīng)用場(chǎng)景中提供了強(qiáng)大的支持。無(wú)論是工業(yè)控制、消費(fèi)電子還是通信領(lǐng)域，它都能展現(xiàn)出卓越的性能，是一款值得信賴的微控制器產(chǎn)品。你在使用W77E058A的過(guò)程中遇到過(guò)哪些有趣的問(wèn)題或有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享。