c8051f020中文资料

关于C8051F020系统概述C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有64个数字I/O引脚（C8051F020）。下面列出了一些主要特性；有关某一产品的具体特性参见表1.1；1.高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）2.全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）3.真正12位（C8051F020）、100ksps的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关4.真正8位500ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关5.两个12位DAC，具有可编程数据更新方式6.64K字节可在系统编程的FLASH存储器7.4352（4096+256）字节的片内RAM8.可寻址64K字节地址空间的外部数据存储器接口9.硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个UART串行接口10.5个通用的16位定时器11.具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列12.片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F020是真正能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。每个MCU都可在工业温度范围（-45℃到+85℃）内用2.7V-3.6V的电压工作。端口I/O、/RST和JTAG引脚都容许5V的输入信号电压。C8051F020为100脚TQFP封装见图1.1）。与8051完全兼容C8051F020系列器件使用SiliconLabs的专利CIP-51微控制器内核。CIP-51与MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，包括5个16位的计数器/定时器、两个全双工UART、256字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及8/4个字节宽的I/O端口。1.1.2速度提高CIP-51采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高。在一个标准的8051中，除MUL和DIV以外所有指令都需要12或24个系统时钟周期，最大系统时钟频率为12-24MHz。而对于CIP-51内核，70%的指令的执行时间为1或2个系统时钟周期，只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。CIP-51共有111条指令。下表列出了指令条数与执行时所需的系统时钟周期数的关系。CIP-51工作在最大系统时钟频率25MHz时，它的峰值性能达到25MIPS。图1.5给出了几种8位微控制器内核工作在最大系统时钟时的峰值速度的比较关系。C8051F020系列MCU对CIP-51内核和外设有几项关键性的改进，提高了整体性能，更易于在最终应用中使用。扩展的中断系统向CIP-51提供22个中断源（标准8051只有7个中断源），允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，因而有更高的执行效率。在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。MCU可有多达7个复位源：一个片内VDD监视器、一个看门狗定时器、一个时钟丢失检测器、一个由比较器0提供的电压检测器、一个软件强制复位、CNVSTR引脚及/RST引脚/RST引脚是双向的，可接受外部复位或将内部产生的上电复位信号输出到/RST引脚。除了VDD监视器和复位输入引脚以外，每个复位源都可以由用户用软件禁止；使用MONEN引脚使能/禁止VDD监视器。在一次上电复位之后的MCU初始化期间，WDT可以被永久性使能。MCU内部有一个独立运行的时钟发生器，在复位后被默认为系统时钟。如果需要，时钟源可以在运行时切换到外部振荡器，外部振荡器可以使用晶体、陶瓷谐振器、电容、RC或外部时钟源产生系统时钟。时钟切换功能在低功耗系统中是非常有用的，它允许MCU从一个低频率（节电）外部晶体源运行，当需要时再周期性地切换到高速（可达16MHz）的内部振荡器。CIP-51有标准的8051程序和数据地址配置。它包括256字节的数据RAM，其中高128字节为双映射。用间接寻址访问通用RAM的高128字节，用直接寻址访问128字节的SFR地址空间。数据RAM的低128字节可用直接或间接寻址方式访问。前32个字节为4个通用寄存器区，接下来的16字节既可以按字节寻址也可以按位寻址。C8051F020中的CIP-51还另有位于外部数据存储器地址空间的4K字节的RAM块和一个可用于访问外部数据存储器的外部存储器接口（EMIF）。这个片内的4K字节RAM块可以在整个64K外部数据存储器地址空间中被寻址（以4K为边界重叠）。外部数据存储器地址空间可以只映射到片内存储器、只映射到片外存储器、或两者的组合（4K以下的地址指向片内，4K以上的地址指向EMIF）。EMIF可以被配置为地址/数据线复用方式或非复用方式。MCU的程序存储器包含64K字节的FLASH。该存储器以512字节为一个扇区，可以在系统编程，且不需特别的外部编程电压。从0xFE00到0xFFFF的512字节被保留，由工厂使用。还有一个位于地址0x10000-0x1007F的128字节的扇区，该扇区可作为一个小的软件常数表使用。图1.7给出了MCU系统的存储器结构。C8051F020系列具有片内JTAG边界扫描和调试电路，通过4脚JTAG接口并使用安装在最终应用系统中的产品器件就可以进行非侵入式、全速的在系统调试。该JTAG接口完全符合IEEE1149.1规范，为生产和测试提供完全的边界扫描功能。SiliconLabs的调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、堆栈指示器和单步执行。不需要额外的目标RAM、程序存储器、定时器或通信通道。在调试时所有的模拟和数字外设都正常工作。当MCU单步执行或遇到断点而停止运行时，所有的外设（ADC和SMBus除外）都停止运行，以保持与指令执行同步。开发套件C8051F020DK具有开发应用代码所需要的全部硬件和软件，并可对C8051F020MCU进行在系统调试。开发套件中包括开发者工作室软件和调试器、一个集成的8051汇编器和一个RS-232转换到JTAG的串行适配器。套件中还有一个目标应用板，上面有对应的MCU和一大块样机区域。套件中还包括RS-232和JTAG电缆及一个墙装电源。开发套件需要一个运行Windows95/98/Me/NT并有一个可用RS-232串口的计算机。如图1.8所示，PC机通过RS-232与串行适配器连接。一条六英寸的扁平电缆将串行适配器和用户的应用板连接起来，连接4个JTAG引脚和VDD及GND。串行适配器从应用板获取其电源，在2.7-3.6V时其电源电流大约为20mA。对于不能从目标板上获取足够电流的应用，可以将套件中提供的电源直接连到串行适配器上。对于开发和调试嵌入式应用来说，该系统的调试功能比采用标准MCU仿真器要优越得多。标准的MCU仿真器要使用在板仿真芯片和目标电缆，还需要在应用板上有MCU的插座。SiliconLabs的调试环境既便于使用又能保证精确模拟外设的性能。80C51系列单片机及其衍生产品在我国乃至全世界范围获得了非常广泛的应用。单片机领域的大部分工作人员都熟悉80C51单片机，各大专院校都采用80C51系列单片机作为教学模型。随着单片机的不断发展，市场上出现了很多高速、高性能的新型单片机，基于标准8051内核的单片机正面临着退出市场的境地。为此，一些半导体公司开始对传统8051内核进行大的构造，主要是提高速度和增加片内模拟和数字外设，以期大幅度提高单片机的整体性能。其中美国Cygnal公司推出的C8051F系列单片机把80C51系列单片机从MCU时代推向SoC时代，使得以8051为内核的单片机上了一个新的台阶。C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的CIP-51微控制器内核，采用流水线结构，单周期指令运行速度是8051的12倍，全指令集运行速度是原来的9.5倍。熟悉NCS-51系列单片机的工程技术人员可以很容易地掌握C8051F的应用技术并能进行软件的移植。但是不能将8051的程序完全照搬的应用于C8051F单片机中，这是因为两者的内部资源存在较大的差异，必须经过加工才能予以使用。其中C8051F020以其功能较全面，应用较广泛的特点成为C8051F的代表性产品，其性能价格比在目前应用领域也极具竞争力。C8051F020的内部电路包括CIP-51微控制器内核及RAM、ROM、I／O口、定时／计数器、ADC、DAC、PCA（PrintedCircuitAssembly印制电路组装）、SPI（SerialPeripheralInterface--串行外设接口）和SMBus（SystemManagementBus）等部件，即把计算机的基本组成单元以及模拟和数字外设集成在一个芯片上，构成一个完整的片上系统(SoC)。本文将介绍C8051F020单片机与80C51的异同点(主要是不同之处)及初学者编程时应该注意的问题，并给出经过Cygnal开发工具IDE调试环境软件验证的源程序。2相同点C8051F020单片机与80C51系列单片机的指令系统完全一样。掌握80C51单片机的人员可以很容易地接受C8051F020的应用技术并能完成相应软件的移植。3主要硬件不同点3.1运行速度C8051F020的指令运行速度是一般80C51系列单片机的10倍以上。因为其CIP-51中采用了流水线处理结构，已经没有了机器周期时序，指令执行的最小时序单位为系统时钟，大部分指令只要1～2个系统周期即可完成。又由于其时钟系统比80C51的更加完善，有多个时钟源，且时钟源可编程，时钟频率范围为0～25MHz，当CIP-5l工作在最大系统时钟频率25MHz时，它的峰值速度可以达到25MI／s，C8051F020已进入了8位高速单片机行列。3.2I／O端口的配置方式C8051F020拥有8个8位的I／O端口，大量减少了外部连线和器件扩展，有利于提高可靠性和抗干扰能力。其中低4个I／O端口除可作为一般的通用I／O端口外，还可作为其他功能模块的输入或输出引脚，它是通过交叉开关配置寄存器XBR0、XBR1、XBR2(各位名称及格式如表1所示)选择并控制的，它们控制优先权译码选择开关电路如图1所示，可将片内的计数器／定时器、串行总线、硬件中断、比较器输出及其它的数字信号配置为在端口I／O引脚出现，这样用户可以根据自己的特定需要选择所需的数字资源和通用I／O口。数字交叉开关是一个比较大的数字开关网路，这在所有80C51系列单片机上是一个空白。另外P1MDIN用于选择P1的输入方式是模拟输入还是数字输入，复位值为11111111B，即默认为数字输入方式。而80C51单片机的I／O引脚是固定分配的，即占用引脚多，配置又不够灵活。C8051F020通过优先权交叉开关译码器(如图2所示)控制数字开关网路，端口引脚的分配顺序是从P0.0开始一直到P3.7。当交叉开关配置寄存器XBR0、XBR1和XBR2中外设的对应使能位被设置为逻辑“1”时，交叉开关将端口引脚分配给外设，例如，如果UARTOEN位(XBR0.2)被设置为逻辑“1”，则TX0和RX0引脚将分别被分配到P0.0和P0.1。因为UART0有最高优先权，所以当UARTOEN位被设置为逻辑“1”时其引脚将总是被分配到P0.0和P0.1。未被设置的交叉开关分配端口可作为通用I／O口。注意：当选择了串行通信外设(即SMBus、SPI或UART)时，交叉开关将为所有相关功能分配引脚。例如，不能为UART0功能只分配TX0引脚而不分配RX0引脚。交叉开关寄存器被正确配置后，通过将XBA