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1 引言 80C51系列單片機及其衍生產(chǎn)品在我國乃至全世界范圍獲得了非常廣泛的應用。單片機領(lǐng)域的大部分工作人員都熟悉80C51單片機，各大專(zhuān)院校都采用80C51系列單片機作為教學(xué)模型。隨著(zhù)單片機的不斷發(fā)展，市場(chǎng)上出現了很多高速、高性能的新型單片機，基于標準8051內核的單片機正面臨著(zhù)退出市場(chǎng)的境地。為此，一些半導體公司開(kāi)始對傳統8051內核進(jìn)行大的構造，主要是提高速度和增加片內模擬和數字外設，以期大幅度提高單片機的整體性能。其中美國Cygnal公司推出的C8051F系列單片機把80C51系列單片機從MCU時(shí)代推向SoC時(shí)代，使得以8051為內核的單片機上了一個(gè)新的臺階。 C8051F系列單片機是完全集成的混合信號系統級芯片，具有與8051兼容的CIP-51微控制器內核，采用流水線(xiàn)結構，單周期指令運行速度是8051的12倍，全指令集運行速度是原來(lái)的9.5倍。熟悉NCS-51系列單片機的工程技術(shù)人員可以很容易地掌握C8051F的應用技術(shù)并能進(jìn)行軟件的移植。但是不能將8051的程序完全照搬的應用于C8051F單片機中，這是因為兩者的內部資源存在較大的差異，必須經(jīng)過(guò)加工才能予以使用。其中C8051F020以其功能較全面，應用較廣泛的特點(diǎn)成為C8051F的代表性產(chǎn)品，其性能價(jià)格比在目前應用領(lǐng)域也極具競爭力。C8051F020的內部電路包括CIP-51微控制器內核及RAM、ROM、I／O口、定時(shí)／計數器、ADC、DAC、PCA、SPI和SMBus等部件，即把計算機的基本組成單元以及模擬和數字外設集成在一個(gè)芯片上，構成一個(gè)完整的片上系統(SoC)。本文將介紹C8051F020單片機與80C51的異同點(diǎn)(主要是不同之處)及初學(xué)者編程時(shí)應該注意的問(wèn)題，并給出經(jīng)過(guò)Cygnal開(kāi)發(fā)工具IDE調試環(huán)境軟件驗證的源程序。 2 相同點(diǎn) C8051F020單片機與80C51系列單片機的指令系統完全一樣。掌握80C51單片機的人員可以很容易地接受C8051F020的應用技術(shù)并能完成相應軟件的移植。 3 主要硬件不同點(diǎn) 3.1 運行速度 C8051F020的指令運行速度是一般80C51系列單片機的10倍以上。因為其CIP-51中采用了流水線(xiàn)處理結構，已經(jīng)沒(méi)有了機器周期時(shí)序，指令執行的最小時(shí)序單位為系統時(shí)鐘，大部分指令只要1～2個(gè)系統周期即可完成。又由于其時(shí)鐘系統比80C51的更加完善，有多個(gè)時(shí)鐘源，且時(shí)鐘源可編程，時(shí)鐘頻率范圍為0～25 MHz，當CIP-5l工作在最大系統時(shí)鐘頻率25 MHz時(shí)，它的峰值速度可以達到25 MI／s，C8051F020已進(jìn)入了8位高速單片機行列。 3.2 I／O端口的配置方式 C8051F020擁有8個(gè)8位的I／O端口，大量減少了外部連線(xiàn)和器件擴展，有利于提高可靠性和抗干擾能力。其中低4個(gè)I／O端口除可作為一般的通用I／O端口外，還可作為其他功能模塊的輸入或輸出引腳，它是通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)配置寄存器XBR0、XBR1、XBR2(各位名稱(chēng)及格式如表1所示)選擇并控制的，它們控制優(yōu)先權譯碼選擇開(kāi)關(guān)電路如圖1所示，可將片內的計數器／定時(shí)器、串行總線(xiàn)、硬件中斷、比較器輸出及其它的數字信號配置為在端口I／O引腳出現，這樣用戶(hù)可以根據自己的特定需要選擇所需的數字資源和通用I／O口。數字交叉開(kāi)關(guān)是一個(gè)比較大的數字開(kāi)關(guān)網(wǎng)路，這在所有80C51系列單片機上是一個(gè)空白。另外P1MDIN用于選擇P1的輸入方式是模擬輸入還是數字輸入，復位值為11111111B，即默認為數字輸入方式。而80C51單片機的I／O引腳是固定分配的，即占用引腳多，配置又不夠靈活。 C8051F020通過(guò)優(yōu)先權交叉開(kāi)關(guān)譯碼器(如圖2所示)控制數字開(kāi)關(guān)網(wǎng)路，端口引腳的分配順序是從P0.0開(kāi)始一直到P3.7。當交叉開(kāi)關(guān)配置寄存器XBR0、XBR1和XBR2中外設的對應使能位被設置為邏輯“1”時(shí)，交叉開(kāi)關(guān)將端口引腳分配給外設，例如，如果UARTOEN位(XBR0.2)被設置為邏輯“1”，則TX0和RX0引腳將分別被分配到P0.0和P0.1。因為UART0有最高優(yōu)先權，所以當UARTOEN位被設置為邏輯“1”時(shí)其引腳將總是被分配到P0.0和P0.1。未被設置的交叉開(kāi)關(guān)分配端口可作為通用I／O口。注意：當選擇了串行通信外設(即SMBus、SPI或UART)時(shí)，交叉開(kāi)關(guān)將為所有相關(guān)功能分配引腳。例如，不能為UART0功能只分配TX0引腳而不分配RX0引腳。交叉開(kāi)關(guān)寄存器被正確配置后，通過(guò)將XBARE(XBR2.6)設置為邏輯“1”來(lái)使能交叉開(kāi)關(guān)。
3.3 內部功能 C8051F020內部帶有數據采集所需的ADC和DAC，其中ADC有兩個(gè)，一個(gè)是8路12位逐次逼近型ADC，可編程轉換速率，最大為100 kS／s．可通過(guò)多通道選擇器配置為單端輸入或差分輸入。內有可編程增益放大器PGA用于將輸入的信號放大，提高A／D的轉換精度�？删幊淘鲆鏋椋�0.5、1、2、4、8或16，復位時(shí)默認值為1。另一個(gè)是8路8位ADC，可編程轉換速率最大為500 kS／s，其可編程放大增益為0.5、1、2、4，復位時(shí)默認值為0.5。有2個(gè)12位的DAC，用于將12位的數字量轉換為電壓量，可產(chǎn)生連續變化的波形，兩路信號可同步輸出。 3.4 外部接口 C8051F020外設還增添了三個(gè)串行口�？赏瑫r(shí)與外界進(jìn)行串行數據通信，SMBus兼容于I2C串行擴展總線(xiàn)；SPI串行擴展接口；兩個(gè)增強型UART串口。C8051F020具有基于JTAG接口的在系統調試功能，片內的調試電路通過(guò)JTAG接口可提供高速、方便的在系統調試。 4 軟件編程舉例 鑒于C8051F020在硬件方面與80C51的不同之處，故它們在軟件編程時(shí)也會(huì )有所區別，這種區別主要體現在初始化程序上。該程序是在Cygnal的開(kāi)發(fā)工具即IDE調試環(huán)境中予以驗證的。 例：利用定時(shí)器T0定時(shí),在P1.2端輸出一方波,方波周期為20 ms,已知晶振頻率為12 MHz，采用中斷的方式實(shí)現。 采用C8051F020單片機實(shí)現的程序如下： 從上面的程序中可以看出：在C8051F020軟件編程中須首先設置看門(mén)狗定時(shí)器的工作狀態(tài)，其次，要由內部振蕩器控制寄存器OSCICN設置采用內部時(shí)鐘還是外部時(shí)鐘工作，若選擇外部時(shí)鐘可通過(guò)外部振蕩器控制寄存器OSCXCN來(lái)選擇適當的頻率，本題目采用內部時(shí)鐘，并通過(guò)時(shí)鐘控制寄存器CKCON選擇使用系統時(shí)鐘的12分頻。再次，若選擇的I／O口是低四個(gè)端口P0～P3作為工作口，需要設定寄存器XBR0、XBR1、XBR2(復位值為0)，在本設計中未用到數字資源，故XBR0、XBR1的值為復位值，只需設定XBR2的值為40H允許功能選擇開(kāi)關(guān)即可，若本設計中的P1.2換為P4.2，則無(wú)需設定寄存器XBR0、XBR1、XBR2，因為高端口P4～P7與交叉開(kāi)關(guān)無(wú)關(guān)。最后還要選擇所用I／O口的輸出方式，P0、P1、P2、P3口分別由POMDOUT、P1MD-OUT、P2MDOUT、P3MDOUT端口輸出方式寄存器來(lái)選擇，寄存器中的某位置0為漏極開(kāi)路輸出方式，置1則為推拉輸出方式。另外，由于C8051F020的專(zhuān)用寄存器比一般51單片機多，而8051指令不能識別它增加的專(zhuān)用寄存器，公司提供了所有的專(zhuān)用寄存器及相應位的地址定義文件，用戶(hù)只需加一條＄include(C8051F020.inc)指令即可。 該程序只需將與上面提到的幾點(diǎn)相關(guān)的指令去掉即為80C51的源程序(程序中已標示)。當然這僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，并不能完全說(shuō)明所有不同之處，但可說(shuō)明它們典型的不同點(diǎn)。 5 結束語(yǔ) C8051F020與80C51單片機的指令系統完全兼容，給用戶(hù)使用帶來(lái)了極大的方便，但它們的硬件結構不同，因此在使用上有所區別，只有了解了它們之間的異同點(diǎn)，才能更好地對C8051F020進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，充分發(fā)揮它的先進(jìn)功效。 |
