下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
CPU12是一款高速16位中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），与68HC11中央处理单元CPU11具有相同的编程模型。CPU12指令集是对68HC11指令集的扩展，68HC11程序无须修改可在CPU12运行。CPU12X指令集是对CPU12指令集的扩展，CPU12程序无须修改可在CPU12X执行，但CPU12X不支持CPU12的模糊指令集。
CPU12（X）内核主要有以下特性：
● 16位数据宽度支持高效算术运算和高速数学计算；
● 支持多字节指令，包括大量单字节指令，能更有效利用ROM空间；
● CPU12X指令运行效率更高。CPU12X能够在指令队列缓冲区中，立即存取至少3个字节的机器码；
● 强大的变址寻址能力，包括：
✧ 堆栈指针作为变址寄存器寻址；
✧ 程序计数器作为变址寄存器寻址；
✧ A、B或D累加器偏移量寻址；
✧ 自动先递增或先递减、后递增或后递减变址寻址。
CPU12编程模型如图2.14所示。
图2.14 CPU12编程模型
CPU12编程模型包括：
● 2个8位通用累加器（A和B）；对某些指令，这两个8位累加器可组合为一个16位累加器D；
● 2个变址寄存器X和Y；
● 16位堆栈指针SP；
● 16位程序计数器PC；
● 8位条件码寄存器CCR。
CPU12X编程模型在CPU12模型的CCR寄存器中增加了一个高8位条件码寄存器CCRH。CPU12X编程模型的CCR寄存器中增加的内容为：
● CPU12X为16位条件码寄存器CCRW（CCRH：CCRL）；
● CPU12XV2在CCRH寄存器中增加了用户位。
1.累加器（Accumulator）A、B
累加器A、B是8位通用寄存器，用于存放操作数和运算结果。读取数据时，累加器A、B用于存放从存储器读出的数据；写入数据时，累加器A、B用于存放准备写入存储器的数据。执行算术、逻辑操作时，累加器首先存放一个操作数；执行完毕时，累加器存放操作结果。累加器A、B是指令系统中最灵活的寄存器，各种寻址方式均可对其寻址。复位时，累加器中的内容不受影响。有些指令将累加器A、B组合为一个16位累加器D使用。绝大多数指令都可使用累加器A或B，但也有一些特殊指令A和B不能交换使用（如ABA、SBA、CBA和DAA等），必须使用指定的累加器。
2.变址寄存器（Index Register）X、Y
CPU12内部有两个16位地址寄存器X和Y，称为间接寻址寄存器，简称间址寄存器或变址寄存器。一般情况下作为指针寄存器，用于多种寻址方式下的地址计算，也可用于临时存放数据或参与一些运算，只能按照16位方式访问。CPU12中，这两个变址寄存器可交替使用，而不会降低执行速度或增加程序长度。
汇编语言中，这两个寄存器进一步简称为寄存器X和寄存器Y。数据块传送时，X和Y寄存器都可自动加、减1～16，X寄存器常作为源地址指针，Y寄存器常作为目的地址指针，故X和Y寄存器有时也称做指针寄存器。
当指令具有一个以上16位数值作为其结果时，变址寄存器也可当做累加器使用。由于CPU12的通用数据寄存器较少，因此，乘法运算时需要X参与，除法运算时需要X、Y同时参与。仅有的两条特殊的8位与16位相加指令为B与X或Y相加，结果分别放在X、Y中，实际上它们已经演变成有效地址加载指令。此外，X、Y不再参与其他的算术运算。例如，不存在X、Y与存储器字之间的加、减法运算，也没有X、Y与A或D之间的加、减法运算。复位时X、Y均为$0000。
3.堆栈指针（Stack Pointer，SP）
堆栈是在内存中专门开辟出来的、按照“先进后出，后进先出”原则进行存取的区域。堆栈指针SP是指向下一个栈地址的16位寄存器。堆栈指针作为8位或者16位的偏移量寻址中，SP充当变址寄存器功能，CPU利用SP的内容来确定操作数的地址。
4.程序计数器（Program Counter，PC）
16位程序计数器的内容决定了程序的执行顺序，用户可以读取，但不能直接写入。因为要自动寻址复位矢量，复位后PC自动回到默认状态。
CPU12工作时，PC始终指向指令序列中下一条要执行的指令，分支、调用或转移指令均能改变PC值。PC是特殊寄存器，决定CPU的取指地址，因此不能挪作他用，但可以像SP一样，在大多数变址寻址方式下作为变址寄存器，只是不能用于自动增减地址的变址寻址操作。
PC主要为CPU服务，不能参与任何运算，但可辅助进行变址寻址操作。
5.条件码寄存器（Condition Code Register，CCR）
以下主要介绍CCR寄存器中的低8位。低8位包括两部分，一是5个算术特征位即标志位（Arithmetic Flag Bit）H、N、Z、V、C，反映上一条指令执行结果的特征（状态）；二是3个MCU控制位，即中断屏蔽位X和I以及STOP指令控制位，通常由软件设定，以控制CPU行为。复位后，X、I均为1，即屏蔽系统中断。
除C、H位，其他各位不参与运算，各位含义简要说明如下。
C：进位/借位标志（Carry/Borrow Flag）。当加法运算产生进位或减法运算产生借位时，则C=1，否则，C=0。乘法、除法、移位操作或C语言相关指令都会改变C的值。
V：溢出标志（Overflow Flag）。算术运算后，若出现2补码（Two's-Complement）溢出时，则V=1；若无溢出，V=0。
Z：零标志（Zero Flag）。当运算结果为0时，则Z=1；结果不为0时，Z=0。算术或逻辑运算后，或者比较、加载、存入操作后，若操作结果为0，则Z=1。
N：符号位（负标志）（Negative Flag）。当运算结果为负时，则N=1。N位表示运算结果最高位，算术或逻辑运算后，或者比较、加载、存入操作后，将N置为最高位。N位主要用在二进制补码运算中，负数的最高位是1，正数的最高位是0。当运算结果最高位是1时，则N=1。N标志也可用作标志位，例如，如果用寄存器或存储器存储单元最高位作为一个状态，用户可通过加载累加器测试N位，以决定程序分支。
H：辅助进位（半进位）标志（Half-carry Flag）。加法过程中，若累加器A中的第3位向第4位产生进位，则H=1；否则，H=0。H位仅仅由累加器A和B的加法指令ABA、不带进位加法指令ADD和带进位加法指令等改变。H标志位主要用于BCD码运算，十进制调整指令DAA利用H标志位将累加器A中的结果调整为BCD码。
I：可屏蔽中断位（Maskable Interrupt Bit）。I位是全局中断屏蔽控制位（global interrupt mask），用于禁止或允许所有可屏蔽中断源，这些中断源包括外部中断和片内中断请求。当I=1时，禁止可屏蔽中断请求；当I=0时，允许可屏蔽中断请求。复位时I=1，进入中断服务程序时，该位自动置位。为了允许可屏蔽中断请求，该位必须软件清零。当I=1时，产生的可屏蔽中断请求被挂起并记忆，直到该位被清除。当I=0时，若产生可屏蔽中断请求，则CPU将I位状态压入堆栈，然后自动置位I，以阻止中断服务期间的其他可屏蔽中断请求。中断服务程序中的中断返回指令RTI将会自动恢复压入堆栈前的I位状态，重新允许可屏蔽中断请求。中断服务程序中I位也可清零，实现中断嵌套功能。
X：非屏蔽中断位（Non-maskable Interrupt Bit）。X位用于屏蔽来自引脚的外部中断请求。当X=1时，禁止外部中断请求；当X=0时，允许外部中断请求。非屏蔽中断的典型应用是处理系统故障，如掉电等意外情况。但系统在上电和初始化前，若允许非屏蔽中断，则可能会产生虚假中断。复位时X=1。为了允许引脚的外部中断服务请求，该位必须软件清零。X位一旦被清零，则不能通过软件重新置位X，除非复位才能再次置位X。
S：STOP指令屏蔽位（STOP Mask Bit）。S位用于禁止CPU执行STOP指令。当S=1时，禁止执行STOP指令；当S=0时，允许执行STOP指令。STOP指令将关闭MCU时钟信号，振荡器停止工作，MCU处于低功耗工作模式。若该位置1，若遇到STOP指令，则作为NOP指令处理。复位时S=1。