C8051F020与80C51单片机的异同点

C8051F020C8051F020 与与 80C5180C51 单片机的异同点单片机的异同点 1 引言引言 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 SPI 和 SMBus 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 主要硬件不同点主要硬件不同点 3 1 运行速度运行速度 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 25 MHz 当 CIP 5l 工作在最大系统时 钟频率 25 MHz 时 它的峰值速度可以达到 25 MI s C8051F020 已进入了 8 位高速单 片机行列 3 2 I O 端口的配置方式端口的配置方式 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 XBARE XBR2 6 设置为逻辑 1 来使能交叉开关 3 3 内部功能内部功能 C8051F020 内部带有数据采集所需的 ADC 和 DAC 其中 ADC 有两个 一个是 8 路 12 位逐次逼近型 ADC 可编程转换速率 最大为 100 kS s 可通过多通道选择器配置为单 端输入或差分输入 内有可编程增益放大器 PGA 用于将输入的信号放大 提高 A D 的转 换精度 可编程增益为 0 5 1 2 4 8 或 16 复位时默认值为 1 另一个是 8 路 8 位 ADC 可编程转换速率最大为 500 kS s 其可编程放大增益为 0 5 1 2 4 复位时默 认值为 0 5 有 2 个 12 位的 DAC 用于将 12 位的数字量转换为电压量 可产生连续变化 的波形 两路信号可同步输出 3 4 外部外部接口接口 C8051F020 外设还增添了三个串行口 可同时与外界进行串行数据通信 SMBus 兼容于 I2C 串行扩展总线 SPI 串行扩展接口 两个增强型 UART 串口 C8051F020 具有基于 JTAG 接口的在系统调试功能 片内的调试电路通过 JTAG 接口可提供高速 方便的在系 统调试 4 软件编程举例软件编程举例 鉴于 C8051F020 在硬件方面与 80C51 的不同之处 故它们在软件编程时也会有所区别 这种区别主要体现在初始化程序上 该程序是在 Cygnal 的开发工具即 IDE 调试环境中予 以验证的 例 利用定时器 T0 定时 在 P1 2 端输出一方波 方波周期为 20 ms 已知晶振频率为 12 MHz 采用中断的方式实现 采用 C8051F020 单片机实现的程序如下 从上面的程序中可以看出 在 C8051F020 软件编程中须首先设置看门狗定时器的工作状 态 其次 要由内部振荡器控制寄存器 OSCICN 设置采用内部时钟还是外部时钟工作 若 选择外部时钟可通过外部振荡器控制寄存器 OSCXCN 来选择适当的频率 本题目采用内 部时钟 并通过时钟控制寄存器 CKCON 选择使用系统时钟的 12 分频 再次 若选择的 I O 口是低四个端口 P0 P3 作为工作口 需要设定寄存器 XBR0 XBR1 XBR2 复位 值为 0 在本设计中未用到数字资源 故 XBR0 XBR1 的值为复位值 只需设定 XBR2 的值为 40H 允许功能选择开关即可 若本设计中的 P1 2 换为 P4 2 则无需设定寄存器 XBR0 XBR1 XBR2 因为高端口 P4 P7 与交叉开关无关 最后还要选择所用 I O 口 的输出方式 P0 P1 P2 P3 口分别由 POMDOUT P1MD OUT P2MDOUT P3MDOUT 端口输出方式寄存器来选择 寄存器中的某位置 0 为漏极 开路输出方式 置 1 则为推拉输出方式 另外 由于 C8051F020 的专用寄存器比一般 51 单片机多 而 8051 指令不能识别它增加的专用寄存器 公司提供了所有的专用寄存器及 相应位的地址定义文件 用户只需加一条 include C8051F020 inc 指令即可 该程序只需将与上面提到的几点相关的指令去掉即为 80C51