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新一代八位单片机M68HC08简介

前言
新一代八位单片机M68HC08采用了0.35μ工艺，具有价格低﹑速度快（8MHz总线速度）﹑功能强和功耗低等优点。特别是带有闪速FLASH存储器的单片机具有更高的性能价格比，将会成为MOTOROLA最主要的八位单片机。为了配合“第三届MOTOROLA杯单片机设计应用大奖赛”的进行，由MOTOROLA半导体亚太区策划，MOTOROLA单片机应用开发研究中心（清华大学﹑复旦大学﹑广东工业大学等）编写了这份资料，简单介绍了M68HC08单片机的系统结构﹑I/O功能及指令系统，并较系统的描述了MC68HC908JL3和MC68HC908GP32单片机。从而使对M68HC08单片机有一个初步了解，而详细资料则可参阅有关的手册。

编者
1999．5．

目录：
一．新一代八位单片机M68HC08简介
1.1 M68HC08单片机概述
1.2 M68HC08单片机功能简介
1.2.1 时钟发生器模块CGM
1.2.2 系统集成模块SIM
1.2.3 串行通信接口SCI
1.2.4 串行外围接口SPI
1.2.5 定时器接口模块TIM
1.2.6 直接存储器存取模块DMA
1.2.7 系统操作正常监视模块COP
1.2.8 低电压禁止模块LVI
1.2.9 外中断请求模块IRQ
1.2.10 断点模块BREAK
1.2.11 监控ROM模块MON
1.2.12 I/O端口
1.3 M68HC08单片机指令系统
1.3.1 数据传送指令
1.3.2 算术类指令
1.3.3 逻辑类指令
1.3.4 位操作类指令
1.3.5 移位类指令
1.3.6 程序控制类指令
1.3.7 二——十进制编码指令
1.3.8 特殊指令

24

一、 新一代八位单片机M68HC08简介

1.1 M68HC08 单片机概述

MOTOROLA公司的八位单片机一直占世界第一位、约占整个国际市场的1/3左右。新近推出的新一代八位单片机M68HC08 单片机；具有速度快、功能强及价格低等优点，特别是带有闪速（FLASH）存储器的单片机具有更高的性能价格比。图1.1是MOTOROLA单片机产品发展图。

图1.1MOTOROLA单片机产品发展图。

从图1.1可以看出M68HC08单片机正不断推出新品，有通用性的GP、JL和XL型，汽车控制的AZ型，模糊控制的KX、KJ型，马达控制的MR型，电话用的W型等各种单片机，以后还将推出DSP型、电话控制型、家用消费型、智能IC卡型、LCD驱动及VFD驱动型单片机，不断会覆盖M68HC05单片机的应用。M68HC08单片机虽然性能比M68HC05单片机性能高得多，而价格却不会比原有的八位单片机M68HC05来的高。是MOTOROLA公司今后主要发展的八位单片机。
图1.2是通用型产品MC68HC708XL36的系统结构图。

图1.2 MC68HC708XL36的系统结构图。

主要特性：
l 8MHz总线速度、125ns指令周期
l 片内EPROM：36K字节
l 片内RAM：1K字节
l 16位变址器（原M68HC05单片机为8位变址器）
l 新增8种寻址方式和78条指令
l 3通道DMA
l 定时器接口模块TIM（4通道）
——输入捕获
——输出比较
——脉冲调宽PWM
l 串行通讯接口SCI
l 串行外设接口SPI
l 时钟发生器模块CGM（具有PLL功能）
l 系统集成模块SIM
l 低电压禁止模块LVI
l 系统操作正常监视模块COP
l 外中断模块IRQ
l 断点模块BREAK
l 240字节监控ROM（MON）
l 并行I/O端口：56根I/O
l 外总线接口EB，寻址可达1M字节，寻址扩展可达16M字节（通过 DMA及变址器）
l 省电工作方式：STOP和WAIT工作方式
对于M68HC08其他型号单片机，还有以下模块可选：
l CAW模块MSCAN
l 8位A/D转换ADC模块
l LCD驱动模块
l FLASH闪速存储器
l SAE J1850的字节数据链路控制器BDLC

新一代八位单片机的主要特点：

l 采用模块设计，各种不同型号单片机可由不同模块组成，首创7天就可以设计出用户所需的单片机。
l 片内240字节的监控ROM，为用户提供了在线编程ICP及在线调试等功能。
l 具有特色的FLASH闪速存储器（取代片内EPRO/ROM），而价格却能低于相同容量的OTP型单片机。
l 与M68HC05单片机向上兼容
——变址器8位变为16位
——堆栈指针SP也变为16位
——程序计数器PC也为16位
——增加8种寻址方式和78条指令

图1.3是M68HC08与M68HC05单片机的CPU比较。
图1.3 M68HC08与M68HC05单片机的CPU比较。

表1.1 68HC08与M68HC05寻址方式比较。

寻址方式
HC05
HC08
固有寻址：（无操作数）
╳
╳
立即数寻址
╳
╳
直接寻址
╳
╳
扩展寻址
╳
╳
变址，无偏移
╳
╳
变址，8位偏移
╳
╳
变址，16位偏移
╳
╳
相对寻址
╳
╳
堆栈寻址，8位偏移

╳
堆栈寻址，16位偏移

╳
存储器至存储器寻址（4种）

╳
立即数、直接寻址

╳
直接、直接寻址

╳
变址、直接寻址

╳
直接、变址寻址

╳
变址预加1

╳
变址8位偏移、预加1

╳

1.2 M68HC08单片机功能介绍

M68HC08单片机与M68HC05单片机的功能向上兼容。其I/O有时钟发生器模块CGM、系统集成模块SIM、定时器接口模块TIM、串行通讯接口SCI、串行外设接口SPI、DMA模块、系统操作正常监视模块COP、低电压禁止模块LVI、断点模块BREAK、监控ROM模块MON以及多个I/O端口等。

1.2.1 时钟发生器模块CGM

时钟发生器模块CGM（Clock Generation Module）的系统结构图如图1.4所示。它主要有以下二个功能：
l 4倍内部总线的晶振频率
l 锁相环PLL电路
——可编程带宽的VCO（Voltage Controlled Oscillator）
——可编程模数的VCO频率除法器
——相位检测器
——环滤波器
——采集或跟踪操作模式
——PLL模块输出CGMVCLK
图1.4时钟发生器CGM系统结构图

1.2.2 系统集成模块SIM

系统集成模块SIM（System Integration Module）的系统结构如图1-5所示。它主要有以下功能：
l 由CGM来驱动总线时钟
l 为CPU和外围产生和控制总线时钟
——STOP/WAIT/复位/断点的进入几恢复
——内部时钟控制
l 主要的复位控制包括上电复位POR及COP的超时
l 中断控制
——确认时序
——裁决控制时序
——向量地址产生
l CPU的许可/禁止时序
l 模块化结构，可以扩充至128个中断源
图1-5 系统集成模块SIM系统结构图

1.2.3 串行通信接口SCI

串行通信接口SCI有以下功能：
l 全双工高速异步通讯
l 独立式发送与接受操作
l 32种可编程波特率
l 可编程的8位或9位的字符长度
l 二种接受唤醒
l 分离式接收和发送DMA服务请求
l 分离式接收和发送CPU服务请求
l 允许分离式的发送和接收
l 可编程发送输出极性
l 8个中断标志的中断驱动操作
l 低电压操作模式
l 接收帧出错检测
l 硬件奇偶校验
1.2.4 串行外围接口SPI
串行外围接口SPI的传输速率可达1MHz，它有以下功能：
l 全双工操作
l 主和从工作模式
l 分离式发送和接收寄存器
l 减少射频RF干扰的分离式时钟地
l 可编程的串行时钟的极性几相位
l 总线争用出错标志
l 超时运行出错标志
l 二个独立可允许中断，DMA或CPU服务
l 可编程的线或模式
l 与I²C相兼容

1.2.5 定时器接口模块TIM
定时器接口模块TIM(Timer Interface Module)的系统结构图如图1-6所示。主要功能如下：
l 4通道定时/计数器
l 输入捕获：上升沿、下降沿或任何跳变沿
l 输出比较：设计、清除或触发
l 脉冲调宽PWM
l 可编程时钟输入：系统时钟预分器，外时钟（最高4MHz）输入
l 可产生DMA中断
l 模块结构，可以扩充至8通道
图1-6 定时器接口模块TIM系统结构图
1.2.6 直接存储器存储模块DMA

直接存储器存储模块系统结构图如图1-7所示。主要功能如下：
l 3个独立通道
l 支持字节或字传输
l 具有块（256字节）传送和循环产送，块传送结束或循环再启动可产生CPU中断
l 可编程的DMA总线带宽（25%、50%、67%、或100%总线带宽）
l 可编程DMA服务请求/中断请求的优先级
l 在WAIT模式的可编程DMA许可
l 系统可扩充至7个通道和8个传送源输入

图1-7 直接存储器存储模块DMA系统结构图

1.2.7系统操作正常监视模块COP
系统操作正常监视模块COP（Computer Operating Properly Module）系统结构图如图1-8所示。主要功能如下：
l 在非正常时产生一个异步复位
l 晶振4.9152时，COP的超时周期为53.3ms
l COP的6位计数器时钟为CGMXCLK/8192Hz
图1-8 系统操作正常监视模块COP系统结构图

1.2.8 低电压禁止模块LVI

低电压禁止模块LVI（Lov Voltage Inhibit Module）系统结构图如图1-9所示。其主要功能是监视VDD电压，它具有：
l 可编程LVI复位
l 可编程电源功耗
l 写保护的状态与控制寄存器
图1-9 低电压禁止模块LVI系统结构图
1.2.9 外中断请求模块IRQ

外中断请求模块IRQ有IRQ1/VPP和IRQ2处中断。它们的结构图如图1-10所示。同时，也允许把I/O端口构置为外中断。
IRQ1的中断向量地址为$FFFA、$FFFB，IRQ2的中断向量地址为$FFF0、$FFF1。
图1-10 IRQ1的系统结构图
1.2.10 断点模块BREAK

除了外中断请求模块外，整个系统还有处理中断的断点模块BREAK。主要功能如下：
l CPU和DMA产生断点中断
l 可由软件产生断点中断
l 在断点中断时，I/O寄存器可进行存取，而COP禁止工作

1.2.11 监控ROM模块（MON）

监控ROM模块MON（Monitor ROM Module）是已固化在单片机，它为用户提供了可通过单线与单片机联系，可以在线调试和编程（如图1-13所示）。
l 下载代码至RAM或FLASH中，并可执行
l FLASH的加密、写入、擦除和校验
l 与PC机进行标准不归零NRZ串行通讯，波特率为4800至28K
l 可在线编程ICP（In – Circuit Programing）
l 用户方式FLASH编程UMFP（User Moche FLASH Progamming）
l 监控命令：
——READ：读存储器
——WRITE：写存储器
——IREDA：变址方式读
——IWRITE：变址方式写
——READSP：读SP
——RUN：运行用户程序
图1-11 进入监控方式的电路
1.2.12 I/O端口
M68HC08单片机的I/O端口与M68HC05单片机的I/O端口结构一样、如图1-14所示。M68HC08单片机有以下I/O端口：
l 端口A：8位，常作键盘中断KBD7~KBD0
l 端口A：8位，常作A/D转换AD7~AD0
l 端口C：8位，双向I/O
l 端口D：8位，有的常用作其他I/O引脚
l 端口E：8位，常作TIM和SCI的引脚
l 端口F：8位，有的常用作SPI引脚
l 端口G：4位，
l 端口H：4位，

图1-12 I/O端口结构
1.3 M68HC08单片机指令系统

M68HC08单片机比M68HC05单片机增加了8种寻址方式和78条指令。

1.3.1数据传送类指令

数据传送类指令可分为存、取、堆栈、寄存器以及存储器间数据传送等5种类型。

1、 CPU寄存器取数指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
LDA #opr
LDA opr
LDA opr
LDA opr,X
LDA opr,X
LDA ,X
LDA opr,SP
LDA opr,SP

Load
Accumulator
From Memory

A ß (M)

0

─

─

↨

↨

─
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5
LDX #opr
LDX opr
LDX opr
LDX opr,X
LDX opr,X
LDX ,X
LDX opr,SP
LDX opr,SP

Load Index
Register X
From Memory

X ß (M)

0

─

─

↨

↨

─
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5
LDHX #opr
LDHX opr
Load Index
Register H:X
From Memory

H:X ß (M:M+1)

0

─

─

↨

↨

─
IMM
DIR

2
3

2、 CPU寄存器存数指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
STA opr
STA opr
STA opr,X
STA opr,X
STA ,X
STA opr,SP
LDA opr,SP

Store
Accumulator
In Memory

(M) ß A

0

─

─

↨

↨

─
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
3
4
4
3
2
4
5
STX opr
STX opr
STX opr,X
STX opr,X
STX ,X
STX opr,SP
STX opr,SP

Store Index
Register X
In Memory

M ß (X)

0

─

─

↨

↨

─
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
3
4
4
3
2
4
5

STHX opr
Store Index
Register H:X
From Memory

M:M+1 ß (H:X)

0

─

─

↨

↨

─

DIR

4

3、 堆栈操作指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C

PSHA
Push Accumulator onto Stack
Push (A) ;
SP ß (SP—$01)
─
─
─
─
─
─
INH
2

PSHH
Push Index Register
H onto Stack
Push (H) ;
SP ß (SP—$01)
─
─
─
─
─
─
INH
2

PSHX
Push Index Register
H onto Stack
Push (X) ;
SP ß (SP—$01)
─
─
─
─
─
─
INH
2

PULA
Pull Accumulator from Stack
SP ß (SP+$01);
Pull (A)
─
─
─
─
─
─
INH
2

PULH
Pull Index Register
H onto Stack
SP ß (SP+$01);
Pull (H)
─
─
─
─
─
─
INH
2

PULX
Pull Index Register
X onto Stack
SP ß (SP+$01);
Pull (X)
─
─
─
─
─
─
INH
2

4、 寄存器间数据传送指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C

TAP
Transfer Accumulator to CCR
CCR ß (A)
↨
↨
↨
↨
↨
↨
INH
2

TPA
Transfer CCR to Accumulator
A ß (CCR)
─
─
─
─
─
─
INH
1

TAX
Transfer Accumulator to Index Register X
X ß (A)
─
─
─
─
─
─
INH
1

TXA
Transfer
IndexRegister X
to Accumulator
A ß (X)
─
─
─
─
─
─
INH
1

TXS
Transfer
Index Register X to SP
SPH:SP ß (H:X)—$0001
─
─
─
─
─
─
INH
2

TSX
Transfer SP to Index Register
H: X ß (SPH:SP) + $0001
─
─
─
─
─
─
INH
2

5、 存储器间数据传送指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
MOV opr,opr
MOV opr,X+
MOV #opr,opr
MOV X+,opr

Move

(M)Destinationß(M)Source
H:Xß(H:X)+1 in X+modes

0

─

─

↨

↨

─
DD
DIX+
IMD
IX+D
5
4
4
4

1.3.2 算术类指令

算术类指令有加、减、乘/除、加I/减I、求补/求反、比较及综合等7种类型。

1、 加法指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
ADD #opr
ADD opr
ADD opr
ADD opr,X
ADD opr,X
ADD ,X
ADD opr,SP
ADD opr,SP

Add Memory
to Accumulator
without Carry

A ß (A) + (M)

↨

↨

─

↨

↨

↨
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5
ADC #opr
ADC opr
ADC opr
ADC opr,X
ADC opr,X
ADC ,X
ADC opr,SP
ADC opr,SP

Add Memory
to Accumulator
with Carry

A ß(A) +(M)+ (C)

↨

↨

─

↨

↨

↨
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5

2、 减法指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
SUB #opr
SUB opr
SUB opr
SUB opr,X
SUB opr,X
SUB ,X
SUB opr,SP
SUB opr,SP

Subtract
Memory from
Accumulator
without Carry

A ß (A) — (M)

↨

─

─

↨

↨

↨
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5
SBC #opr
SBC opr
SBC opr
SBC opr,X
SBC opr,X
SBC ,X
SBC opr,SP
SBC opr,SP

Subtract
Memory from
Accumulator
with Carry

Aß(A)—(M)—(C)

↨

─

─

↨

↨

↨
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5

3、 乘/除法指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
MUL
Unsigned 8-bit x 8-bit Multiply
X:A ß (X) x (A)
─
0
─
─
─
0
INH
5
DIV
Unsigned 16-bit x 8-bit Divide
Aß(H:A)+(X)
HßRemainder
─
─
─
─
◇
◇
INH
7

4、 加1/减1指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
INC opr
INCA
INCX
INC opr,X
INC ,X
INC opr,SP

Increment
M ß (M)+1
A ß (A)+1
X ß (X)+1
M ß (M)+1
M ß (M)+1
M ß (M)+1

↨

─

─

↨

↨

─
DIR
INH
INH
IX1
IX
SP1
4
1
1
4
3
5
DEC opr
DECA
DECX
DEC opr,X
DEC ,X
DEC opr,SP

Decrement
M ß (M) —1
A ß (A) —1
X ß (X) —1
M ß (M) —1
M ß (M) —1
M ß (M) —1

↨

─

─

↨

↨

─
DIR
INH
INH
IX1
IX
SP1
4
1
1
4
3
5

5、 求补/求反指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
COM opr
COMA
COMX
INC opr,X
INC ,X
INC opr,SP

Complement
(One’s
Complement)
M ß $FF—(M)
A ß $FF—(A)
X ß $FF —(X)
M ß $FF —(M)
M ß $FF —(M)
M ß $FF—(M)

↨

─

─

↨

↨

1
DIR
INH
INH
IX1
IX
SP1
4
1
1
4
3
5
NEG opr
NEGA
NEGX
NEG opr,X
NEG ,X
NEG opr,SP

Negate
(Two’s
Complement)
M ß $00—(M)
A ß $00—(A)
X ß $00 —(X)
M ß $00 —(M)
M ß $00 —(M)
M ß $00 —(M)

↨

─

─

↨

↨

↨
DIR
INH
INH
IX1
IX
SP1
4
1
1
4
3
5

6、 比较指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
CMP #opr
CMP opr
CMP opr
CMP opr,X
CMP opr,X
CMP ,X
CMP opr,SP
CMP opr,SP

Compare
Accumulator
with Memory

A — (M)

↕

─

─

↕↕

↕

↕
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5
CPX #opr
CPX opr
CPX opr
CPX opr,X
CPX opr,X
CPX ,X
CPX opr,SP
CPX opr,SP

Compare Index
Register X
with Memory

X — (M)

↨

─

─

↨

↨

↨
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5
CPHX #opr
CPHX opr
Compare Index
Register H:X
with Memory

H:X— (M:M+1)

↨

─

─

↨

↨

↨
IMM
DIR

3
4

7、 综合杂类指令

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
CLR opr
CLRA
CLRX
CLRH
CLR opr,X
CLR ,X
CLR opr,SP

Clear
M ß $00
A ß $00
X ß $00
H ß $00
M ß $00
M ß $00
M ß $00

0

─

─

0

1

─
DIR
INH
INH
INH
IX1
IX
SP1
3
1
1
1
3
2
4
TST opr
TSTA
TSTX
TST opr,X
TST ,X
TST opr,SP

Test for
Negative or
Zero
(M) ß $00
(A) ß $00
(X) ß $00
(M) ß $00
(M) ß $00
(M) ß $00

0

─

─

↨

↨

─
DIR
INH
INH
IX1
IX
SP1
3
1
1
3
2
4

AIS #opr
Add Immediate
Value (Signed)
to Stack Pointer

SPH:SPß(SPH:SP) + (16<<M)

─

─

─

─

─

─

IMM

2

AIX #opr
Add Immediate Value (Signed) to Index Register H:X
H:Xß (H:X) + (16<<M)

─

─

─

─

─

─

IMM

2

1.3.3逻辑类指令
逻辑类指令主要是与、或和异或操作指令。

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
AND #opr
AND opr
AND opr
AND opr,X
AND opr,X
AND ,X
AND opr,SP
AND opr,SP

Logical AND
Accumulator
and Memory

A ß (A) ^ (M)

0

─

─

↨

↨

─
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5
ORA #opr
ORA opr
ORA opr
ORA opr,X
ORA opr,X
ORA ,X
ORA opr,SP
ORA opr,SP

Inclusive OR
Accumulator
and Memory

A ß (A) + (M)

0

─

─

↨

↨

─
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5
EOR #opr
EOR opr
EOR opr
EOR opr,X
EOR opr,X
EOR ,X
EOR opr,SP
EOR opr,SP

Exclusive OR
Accumulator
and Memory

A ß (A) ⊕ (M)

0

─

─

↨

↨

─
IMM
DIR
EXT
IX2
IX1
IX
SP1
SP2
2
3
4
4
3
2
4
5

1.3.4位操作类指令

位操作类指令主要是位测试、清除、位置及标志位操作等。

指 令

描 述

操 作
CCR
寻址方式
总线周期
V
H
I
N
Z
C
BIT #opr
BIT opr
BIT opr
BIT opr,X
BIT opr,X
BIT ,X
BIT opr,SP
BIT op