Chapter 2

註: 本文為中文翻譯，原文請見底下網址:

http://www.mikroe.com/eng/chapters/view/3/chapter-2-core-sfrs/

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Chapter 2: Core SFRs

特殊暫存器 (Special function registers) 可以分成兩類：

● 核心暫存器 (Core (CPU) registers) – 負責控制與監測中央處理器的運作與程序 (process)。它們的數量雖然很少，但是整個微控制器的運作全仰賴這些暫存器。

● 周邊特殊暫存器 (Peripheral SFRs) – 負責控制周邊單元的運作 (序列通訊模組、A/D converter等)。這些暫存器每一個主要都是為了某個專門的電路而設計的，由於這個原因，這些暫存器跟它們所控制的電路會一併討論。

本章描述 PIC6F877 微控制器的核心 (CPU) 暫存器。由於它們控制著晶片內部許多不同的電路，不太可能它把們分成一些特別的群組，所以這些暫存器的位元和它們控制的程序 (processes) 將合在一起描述。

Fig. 2-1 STATUS Register

 

STATUS 暫存器包含了：W 暫存器的算術狀態，RESET 狀態和 data memory 的 bank 選擇位元。在寫值到這個暫存器的時候，應該要特別小心，因為如果你不小心弄錯了，結果可能會不如預期。例如，如果你嘗試使用 CLRF STATUS 指令清除所有位元，暫存器的結果將是 000xx1xx 而不是預期的 00000000。之所以會發生這種錯誤，是因為這個暫存器的某些位元是按照硬體而被設定或清除的，而且也因為 bit-3 和 bit-4 是唯讀的位元 (readable only)。基於這些原因，如果需要改變其內容（例如，要改變 active bank），建議只用不會影響任何狀態位元（位元 C，DC 和 Z）的指令。請參考 "Instruction Set Summary"。

 

OPTION_REG 暫存器

Fig.2-2

OPTION_REG 暫存器包含了各種控制位元：Timer0/WDT prescaler, TMR0 計時器, 外部中斷和 PORTB 上的 pull-ups。

PS2, PS1, PS0 Prescaler Rate 選擇位元

Prescaler rate 的選擇辦法是透過組合這 3 個位元。先前說過，prescaler rate 取決於它是指派給 (TMR0) 或是 watchdog timer (WDT)，如下表所示:

當 TMR0 計數脈衝的時候，為了達到 1:1 的 prescaler rate，prescaler 必須指派給 WDT。這麼一來，計時器 TMR0 就不會使用 prescaler，而是直接計數振盪器所產生的脈衝，這就是本來的目的！

中斷系統暫存器 (Interrupt System Registers)

中斷請求到達時，不代表中斷會自動發生，這是因為使用者也必須啟用中斷才行 (從程式內部啟用)。由於這個因素，有幾個特殊的位元用來啟用或停用中斷。要認出這些位元很容易，只要它們名稱裏有 IE 的便是 (代表Interrupt Enable)。此外，每個中斷會與另一個叫做旗號的位元關連，這個中斷旗號表示中斷請求已經到達，不管中斷有沒有啟用。中斷旗號也很容易認出，只要位元名稱最後兩個字母是 IF 的便是 (Interrupt Flag)。

正如所見，一切都是基於一個簡單而有效的想法。當一個中斷請求到達時，旗號首先會豎起來。

Fig. 2-8 Interrupt System Registers

如果恰當的 IE 位元沒有設定的話，中斷事件將被完全略過，不然的話，就會產生中斷！如果很多個中斷來源都有啟用，在中斷服務函式開始執行前，有必要偵測作用中的中斷為何。中斷來源的偵測辦法是檢查旗號位元。

中斷旗號不會自動清除，而是在中斷服務函式執行時才由軟體清除，知道這件事是很重要的。如果疏忽這個細節，當回到程式的時候，會立即發生另一個中斷，即使已經沒有中斷請求。簡單地說，之所以會如此，是因為中斷旗號和 IE 位元還豎著的關係。

PIC16F887 微控制器具代表性的中斷來源 (interrupt sources) 顯示在下一頁。注意幾件事情：

● GIE bit – 啟用所有未遮罩的中斷 (unmasked interrupts) 與同時停用所有中斷。

● PEIE bit – 啟用所有未遮罩的周邊中斷 (unmasked peripheral interrupts) 與停用所有周邊中斷（這跟計時器 TMR0 與 port B 中斷來源無關）。

為了啟用 port B 邏輯狀態改變而產生的中斷 (Interrupt on change)，有必須單獨為 port B 的每個位元啟用中斷。在這種情況下，IOCB 便是負責控制 port B 的 IE 位元的暫存器。

Fig. 2-9 Interrupt SFRs

INTCON 暫存器

INTCON 暫存器包含許多啟用與旗號位元，用於 TMR0 暫存器溢位、Port B 狀態改變和外部腳位產生中斷等事件。

Fig. 2-10 INTCON Register

PIE1 暫存器

PIE1 暫存器包含了周邊中斷的啟用位元。

Fig. 2-11 PIE1 register

PIE2 暫存器

PIE2 暫存器也包含了各種中斷的啟用位元。

Fig. 2-12 PIE2 Register

PIR1 暫存器

PIR1 暫存器裏包含中斷旗號位元。

Fig. 2-13 PIR1 Register

PIR2 暫存器

PIR2 暫存器包含中斷旗號位元。

Fig. 2-14 PIR2 register

PCON 暫存器

PCON 暫存器僅包含兩個旗號位元，用來區分這些事件：power-on reset, brown-out reset, Watchdog Timer Reset 以 external reset（透過 MCLR 腳位）。

Fig. 2-15 PCON register

PCL and PCLATH 暫存器

PIC16F887 的 program memory 是 8K。因此，它有 8192 個位置供儲存程式。基於這個原因，program counter 必須是 13 位元寬 (2^13 = 8192）。為了讓 program memory 某些位置的內容可以在操作過程中改變，它的位址必須可以透過一些 SFR 來存取。由於所有 SFR 都是 8 位元寬，progrm counter 這個暫存器是 "人為" 創造出來的，方法是將 13 個位元分成兩個獨立的暫存器：PCLATH 和 PCL。

如果程式的執行不影響 program counter，program counter 暫存器會不斷地自動遞增 +1，+1，+1，+1 ... 這樣，程式如同一個指令跟著一個指令執行，沿著固定遞增的地址前進。

Fig. 2-16 PCL and PCLATH Registers

如果軟體會改變 program counter，為了避免出問題，有幾件事情應該牢記於心：

● 8 個低位元 (low byte) 來自 PCL 暫存器，可讀可寫，而 5 個高位元來自 PCLATH 暫存器則是唯寫(writable only)。

● 不管發生什麼 Reset，PCLATH 暫存器的內容都會被清除。

● 在組合語言中，program counter 是以 PCL 為標記，顯然它只指的只是 8 位元而已。在使用 "ADDWF PCL" 指令的時候應當小心。這是一個跳躍指令，指定目標位置，並加上一些數字到目前的位址中。這個經常用在跳到 look-up table 或 program branch table 的情況中。一個問題是，如果目前的位址在做加法運算後導致 PCLATH 的位元產生變化，你知道會發生什麼事嗎？在執行 PCL 所指的任何指令後，會同時導致 program counter 高位元的內容被 PCLATH 的內容取代。然而，PCL 暫存器只能存取 8 位元範圍內的指令 (256 bytes)，接下來的跳躍指令將完全不正確。問題的解法是把跳躍指令放在以 xx00h 為結尾的位址。這讓程式得以跳到最多 255 個位置。如果要再跳躍更遠的地方，每當對 PCL 進行加法運算導致溢位的時候，PCLATH 就必須遞增1。

● 在呼叫 subroutine 或執行跳躍指令 (CALL 和 GOTO 指令) 時，微控制器只能提供 11 位元的定址能力。基於這個原因，類似 RAM 分成許多 banks，ROM 也分成 4 個 "pages"，每個 page 大小 2K。在同一個 page 內，CALL 和 GOTO 這兩個指令的執行不會有問題，簡單的說，由於處理器提供 11 位元的位址，所以可以定址 2KB 內的任何位址。下圖跳到 subroutine PP1 說明了這種情況。但是，從跳躍的地方算起，如果 subroutine 或跳躍的目標位址不在同一個 page 內，就應當預備 program counter 剩下的兩個高位元的內容，方法是寫入到 PCLATH 暫存器。下圖跳到 subroutine PP2 說明了這種情況。

Fig. 2-17 PCLATH Registers

在這兩種情況下，當 subroutine 抵達 RETURN, RETLW 或 RETFIE 指令時 (以回到主程式)，因為 return address 已經被 push 到 stack 裏，微控制器將從其當初離開的地方繼續執行程式。如前述，stack 由 8 個 13 位元的暫存器組成。

間接定址 (Indirect Addressing)

除了本身很合邏輯又清楚的直接定址外 (direct addressing) (具體指明某個暫存器便足以讀取其內容)，這個微控制器也能夠執行間接定址 (indirect addressing)，方法是透過 INDF 和 FSR 這兩個暫存器。這有時候大大簡化了程式的撰寫。整個過程是使用 INDF 這個不真實存在的暫存器 (實體上不存在)，將目標暫存器的位址放在 FSR 暫存器裏，然後讀寫 INDF 暫存器，實際上就代表讀寫某個暫存器。換言之，方法是在 FSR 暫存器裏指明目標暫存器的位址，而目標暫存器的內容就會存放在 INDF 暫存器裏。直接定址和間接定址的差異如下圖所示：

正如所見，這邊的 "缺少位元" 問題乃透過向另一個暫存器借位元而獲得解決。這一次是使用 STATUS 暫存器第 7 個位元，稱為 IRP。

Fig. 2-18 Direct and Indirect addressing