1、·11·第1章 R8C/1A、1B單片機概述第1章 R8C/1A、1B單片機概述隨著半導體技術和工藝的快速發展，單片機已經滲透到人們生活的各個領域。由于其體積小、重量輕、價格便宜、具有很強的靈活性，為學習、應用和開發提供了便利條件。環顧身邊，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。遙控器、洗衣機、電冰箱、空調、電飯煲等家電產品，移動電話等通信產品，電視、音響等AV設備，以及汽車音響、安全氣囊等汽車電子產品，單片機在各個領域都得到了廣泛的應用。瑞薩公司由日立制作所、三菱電機的半導體部門合并而成，是MCU市場占有率位居全球第一的企業，業務范圍更是涵蓋了“移動通信”、“數碼家電”和

2、“汽車電子”三大領域。1.1 瑞薩R8C/Tiny系列單片機隨著單片機技術的發展，電子化使得產品的性能得到大幅度的提高，而一些尚未使用單片機的產品，例如還在使用機械式定時器的電子微波爐等，都有向高性能、多功能產品轉化的趨勢。瑞薩公司為幫助用戶完成產品高性能化的目標，秉承為用戶打造“Easy to Use”的單片機理念，設計開發了具有低價位、少引腳、小型封裝等特征的R8C/Tiny系列單片機，可應用于家電、AV，以及工業設備的系統控制器等。1.1.1 R8C/Tiny系列單片機的特點作為瑞薩單片機的特色產品，R8C/Tiny系列單片機具有如下特點：1采用16位CPU內核在當今的單片機應用領域，8

3、位單片機依然在中國市場上占據主導地位，但是隨著網絡時代的到來，例如，通信協議的控制和安全性的驗證對運算的復雜性提出了更高的需求，而8位單片機的數據處理和運算能力顯然不足以滿足要求。R8C/Tiny系列單片機擁有M16C族單片機的高性能16位中央處理器內核，但為了減少引腳數，CPU與外圍功能電路間的總線寬度變為8位，且內置了硬件乘法器，提高了CPU的處理能力。2內置Flash存儲器出于成本考慮，過去的單片機內置程序存儲器以掩模ROM為主流；內置Flash程序存儲器的單片機通常只為開發才進行少數的量產。與Flash ROM相比，掩模ROM的缺點是程序由工廠一次寫入后無法修改，且出貨周期長達兩三個月

4、。而Flash ROM產品可隨時修改片內程序。近年來，隨著Flash工藝的進步，使其成本大大降低。因此R8C/Tiny系列單片機的所有產品都采用內置的Flash存儲器，且支持在系統編程（In System Programming，ISP）及在應用編程（In Application Programming，IAP）的功能。注： ISP（In System Programming）在系統編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。IAP（In-Application Programming）在應用編程，指MCU可以在

5、系統中獲取新代碼并對自己重新編程，即可用程序來改變程序。3少引腳、小型封裝但具備豐富的內置功能R8C/Tiny系列單片機具備少引腳和小型封裝的特點，其引腳數最少的產品只有20pin，卻內置了定時器、串行接口、A/D轉換器、上電復位和片內振蕩器等功能，通過引腳復用簡化了單片機外圍電路的設計，降低了開發成本。4EMI/EMS性能增強R8C/Tiny系列單片機在開發階段就在芯片內部布線方面下了很大工夫，電源布線低阻抗化，所有的引腳都采用了保護電路和濾噪電路，提高了耐浪涌和耐閂鎖效應的能力，抗干擾能力得到顯著提高。引腳配置方面，在考慮抗干擾能力的同時，也充分考慮了電源引腳的安全性。5低價位開發工具瑞薩

6、公司在研究CPU和外圍功能的同時，也不斷進行開發環境的完善；在研究指令體系的同時，也進行能實現極高的代碼效率的C編譯器的研發。對于調試器的開發，同樣想盡各種辦法，把調試器所必需的功能模塊內置于芯片，但同時又爭取能充分發揮單片機的全部性能。從低價格的On-Chip調試器等簡易開發工具到高性能的全功能仿真器，能夠滿足不同應用開發需求。另外，瑞薩公司全方位地為客戶提供支持服務，包括在單片機的實際開發中所必要的信息和文檔資料，如硬件手冊、軟件手冊以及應用說明等。1.1.2 R8C/Tiny系列單片機的產品線R8C/Tiny系列是瑞薩Tiny單片機家族中引腳數最少的一類單片機，它是將瑞薩M16C族（16

7、位）單片機的功能簡化、引腳減少之后設計出的低價格產品。其產品開發路線圖如圖1.1.1所示。R8C/1A、1B單片機是對R8C/Tiny系列現存的20引腳產品（R8C/1417產品群）在規格和性能方面進行強化之后的產品，內置采用更高工藝的Flash存儲器，支持擦除/編程掛起功能，容量也從原來的8KB/12KB/16KB變為4KB/8KB/12KB/16KB的4個版本，并增加了20引腳的SDIP封裝和28引腳的HWQFN封裝形式。R8C/1A、1B單片機可廣泛應用于家電、辦公設備、住宅設備（傳感器、安防）、便攜設備、AV設備等多個領域。注： I2C為荷蘭PHILIPS公司的商標；SSU為帶片選的同

8、步時鐘串行接口。圖1.1.1 R8C/Tiny系列單片機產品開發路線圖1.2 R8C/1A、1B單片機概述1.2.1 R8C/1A、1B單片機的特點及優勢R8C/1A、1B單片機作為R8C/Tiny系列的20引腳最新產品，繼承了R8C/Tiny的許多特點，除了擁有高處理能力的R8C內核，全部內置Flash存儲器之外，還具備以下一些優勢：1高效的指令系統和靈活的尋址方式R8C/1A、1B單片機采用了R8C/Tiny系列單片機的指令系統，包括89條指令和豐富的尋址方式。功能強大的指令系統使MCU能夠高效地執行寄存器到寄存器、寄存器到存儲器、存儲器到存儲器的操作，以及快速地進行算術/邏輯運算操作。R

9、8C/1A、1B單片機芯片中還集成了一個硬件乘法器，進一步提高了其運算速度和能力。2豐富的內置功能作為少引腳、小型化封裝的單片機，R8C/1A、1B內部卻集成了多種功能模塊，簡化了單片機外圍電路的設計。（1）高性能定時器內置輸入捕捉/輸出比較等工作模式的16位和8位定時器。（2）串行接口內置標準的時鐘同步、異步串行接口電路，同時內置I2C總線接口和帶片選的時鐘同步串行接口（SSU）。（3）4通道10位A/D轉換器內置4通道10位A/D轉換電路，可將外部的模擬電壓信號直接輸入并進行處理。（4）上電復位功能內置上電復位電路，無須用戶單獨設計單片機外圍的復位電路，如圖1.2.1所示。（5）高速內部振

10、蕩器內置8MHz高速內部振蕩器，精度可保證在±3%以內（工作環境溫度：060），條件適合的情況下用戶可選擇不連接外部振蕩器。使用高精度的內部振蕩器，可保證異步串行通信（UART）的正常進行（見圖1.2.1）。（6）數據閃存（DATA Flash）數據閃存是指Flash存儲器中擦除次數可達10000次以上的區塊，用來存放系統的重要數據，并保證寫入的數據掉電不丟失，如果結合相應的軟件輔助，其在功能上可替代過去用于數據存儲的外接E2PROM（見圖1.2.1）。3提供更多的用戶可用引腳雖然R8C/1A、1B單片機只有20個引腳，但是如果使用高速內部振蕩器作為時鐘源，最多有16個引腳可作為系統

11、功能引腳使用。此外，使用On-Chip調試器對單片機進行調試時，只使用一個MODE引腳作為調試引腳，所以除、Vcc、Vss、MODE引腳之外，其他引腳都可開放給用戶使用（見圖1.2.1）。圖1.2.1 R8C/1A、1B單片機的特點4安全設計為防止由于外圍電路的故障或程序跑飛而造成的系統癱瘓，R8C/1A、1B單片機為用戶提供了以下的安全保護措施：（1）主時鐘振蕩停止檢測功能當主時鐘振蕩電路作為CPU的時鐘源時，若由于外部因素導致振蕩電路停振，單片機內部會檢測這一故障，并自動轉由低速內部振蕩器代替主時鐘作為CPU的時鐘源，同時產生相應中斷提示用戶，用戶可對系統進行及時的保護而不造成系統運行失控

12、。具體可參考本書3.1.5節。（2）看門狗定時器的計數源保護看門狗定時器可以有效地檢測出系統跑飛的情況，但以前內置看門狗電路的單片機大多采用與CPU時鐘相同的時鐘作為看門狗定時器的時鐘源，一旦該時鐘源停止，看門狗定時器也隨之無法工作。R8C/1A、1B單片機可使用低速內部振蕩器時鐘作為看門狗定時器的計數源，而與CPU時鐘源分開，用以提高看門狗電路工作的可靠性，達到與單獨外接看門狗芯片同樣的效果。具體可參考本書2.5節。1.2.2 R8C/1A、1B單片機結構框圖R8C/1A、1B單片機的結構框圖如圖1.2.2所示。注： ROM容量根據品種不同而不同。 RAM容量根據品種不同而不同。圖1.2.2

13、 R8C/1A、1B單片機結構框圖1.2.3 R8C/1A、1B單片機性能概要R8C/1A、1B單片機的性能概要如表1.2.1所示。表1.2.1 R8C/1A、1B單片機的性能概要項 目性 能CPU基本指令數89條指令最短指令執行時間50ns（fXIN=20MHz、Vcc=3.05.5V）100ns（fXIN=10MHz、Vcc=2.75.5V）運行模式單芯片地址空間1MB存儲器容量ROM：4KB/8KB/12KB/16KBRAM：384B/512B/768B/1KB外圍功能端口輸入/輸出：13個（含4個LED驅動端口）輸入：3個時鐘發生電路主時鐘振蕩電路：內置反饋電阻內部振蕩器：高速和低速，

14、其中高速內部振蕩器帶頻率調整功能振蕩停止檢測功能主時鐘振蕩停止檢測功能低電壓檢測電路內置上電復位電路內置定時器定時器X：8位（內置8位預分頻器）定時器Z：8位（內置8位預分頻器）定時器C：16位（具有輸入捕捉電路和輸出比較電路）中斷內部中斷源：9個外部中斷源：4個軟件中斷源：4個中斷優先級：7級看門狗定時器15位（內置預分頻器）可選擇復位后自啟動功能、計數源保護模式串行接口UART0：可用作時鐘同步串行接口或時鐘異步串行接口UART1：時鐘異步串行接口功能可選的時鐘同步串行接口：I2C總線接口，帶片選的時鐘同步串行接口（SSU）A/D轉換器10位A/D轉換器：4個通道Flash存儲器編程和擦除

15、電壓Vcc=2.75.5V編程和擦除次數R8C/1A：100次R8C/1B：1 000次（塊0和塊1）、10 000次（塊A和塊B）電特性電源電壓Vcc=3.05.5V（fXIN=20MHz）Vcc=2.75.5V（fXIN=10MHz）續表項 目性 能電特性工作電流典型值9mA（Vcc=5V、fXIN=20MHz、A/D轉換器停止工作）典型值5mA（Vcc=3V、fXIN=10MHz、A/D轉換器停止工作）典型值35A（Vcc=3V、等待模式、外圍時鐘停止）典型值0.7A（Vcc=3V、停止模式）工作環境溫度-2085-4085（D版）封裝20引腳LSSOP封裝、20引腳

16、SDIP封裝、28引腳HWQFN封裝注： I2C總線為荷蘭PHILIPS公司的注冊商標。1.2.4 引腳圖20引腳LSSOP封裝（薄形窄節距小外形封裝）的R8C/1A、1B單片機的引腳圖（俯視圖）如圖1.2.3所示，各引腳功能如表1.2.2所示。注： P4_7為輸入專用端口。圖1.2.3 20引腳LSSOP封裝的引腳圖（俯視圖）表1.2.2 20引腳R8C/1A、1B單片機引腳功能說明分 類引 腳 名輸入/輸出功 能電源輸入Vcc、Vss輸入Vcc：2.75.5V；Vss：0V模擬電源輸入AVcc、AVss輸入A/D轉換器的電源輸入復位輸入輸入如果該引腳接“L”電平，單片機就復位MODEMOD

17、E輸入On-Chip調試器調試用引腳，通過電阻連接到Vcc續表分 類引 腳 名輸入/輸出功 能主時鐘輸入XIN輸入主時鐘振蕩電路的輸入/輸出引腳，在XIN和XOUT之間連接陶瓷諧振器或晶體振蕩器。當輸入由外部生成的時鐘時，將時鐘從XIN輸入，同時使XOUT開路主時鐘輸出XOUT輸出INT中斷輸入、輸入中斷的輸入鍵輸入中斷輸入輸入鍵輸入中斷的輸入定時器XCNTR0輸入/輸出定時器X的輸入/輸出輸出定時器X的輸出定時器ZTZOUT輸出定時器Z的輸出定時器CTCIN輸入定時器C的輸入CMP0_0CMP0_2、CMP1_0CMP1_2輸出定時器C的輸出串行接口CLK0輸入/輸出傳送時鐘輸入/輸出RxD

18、0、RxD1輸入串行數據輸入TxD0、TxD1輸出串行數據輸出帶片選的時鐘同步串行接口（SSU）SSI00、SSI01輸入/輸出數據輸入/輸出輸入/輸出片選輸入/輸出SSCK輸入/輸出時鐘輸入/輸出SSO輸入/輸出數據輸入/輸出I2C總線接口SCL輸入/輸出時鐘輸入/輸出SDA輸入/輸出數據輸入/輸出基準電壓輸入VREF輸入A/D轉換器的基準電壓輸入，連接到VccA/D轉換器AN8AN11輸入A/D轉換器的模擬輸入輸入/輸出端口P1_0P1_7、P3_3P3_5、P3_7、P4_5輸入/輸出·CMOS輸入/輸出端口，通過方向寄存器，每個引腳可設定成輸入或者輸出端口·輸入端口可通過程序選擇有無上拉電阻·端口P1_0P1_3可作為LED驅動端口使用輸入端口P4_2、P4_6、P4_7輸入輸入專用端口1.2.5 全方位支持的開發工具R8C/Tiny單片機的開發工具，從廉價簡易產品到高性能產品一應俱全。高性能的全功能仿真器（Full Emulator）不僅可以調試實時操作系統，實時跟蹤的功能也非常齊全。低價位的簡易開