C8051F020與80C51單片機(jī)的異同點(diǎn)

1、.C8051F020與 80C51單片機(jī)的異同點(diǎn)1 引言80C51系列單片機(jī)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(yīng)用。單片機(jī)領(lǐng)域的大部分工作人員都熟悉 80C51 單片機(jī)，各大專院校都采用 80C51 系列單片機(jī)作為教學(xué)模型。隨著單片機(jī)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多高速、高性能的新型單片機(jī)，基于標(biāo)準(zhǔn)8051 內(nèi)核的單片機(jī)正面臨著退出市場(chǎng)的境地。為此，一些半導(dǎo)體公司開始對(duì)傳統(tǒng)8051內(nèi)核進(jìn)行大的構(gòu)造， 主要是提高速度和增加片內(nèi)模擬和數(shù)字外設(shè)，以期大幅度提高單片機(jī)的整體性能。其中美國 Cygnal公司推出的 C8051F 系列單片機(jī)把 80C51 系列單片機(jī)從 MCU 時(shí)代推向 SoC

2、時(shí)代，使得以8051 為內(nèi)核的單片機(jī)上了一個(gè)新的臺(tái)階。C8051F 系列單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與8051 兼容的 CIP-51 微控制器內(nèi)核，采用流水線結(jié)構(gòu)，單周期指令運(yùn)行速度是8051 的 12 倍，全指令集運(yùn)行速度是原來的 9.5 倍。熟悉 NCS-51 系列單片機(jī)的工程技術(shù)人員可以很容易地掌握C8051F 的應(yīng)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(yīng)用于C8051F 單片機(jī)中，這是因?yàn)閮烧叩膬?nèi)部資源存在較大的差異，必須經(jīng)過加工才能予以使用。其中C8051F020以其功能較全面，應(yīng)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(yīng)用

3、領(lǐng)域也極具競(jìng)爭(zhēng)力。 C8051F020的內(nèi)部電路包括CIP-51 微控制器內(nèi)核及RAM 、 ROM 、I O 口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、ADC 、DAC 、PCA 、SPI 和 SMBus等部件，即把計(jì)算機(jī)的基本組成單元以及模擬和數(shù)字外設(shè)集成在一個(gè)芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的片上系統(tǒng)(SoC) 。本文將介紹 C8051F020單片機(jī)與 80C51的異同點(diǎn) (主要是不同之處 )及初學(xué)者編程時(shí)應(yīng)該注意的問題，并給出經(jīng)過Cygnal 開發(fā)工具 IDE調(diào)試環(huán)境軟件驗(yàn)證的源程序。2 相同點(diǎn)C8051F020 單片機(jī)與 80C51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)完全一樣。掌握80C51單片機(jī)的人員可以很容易地接受C8051F020的

4、應(yīng)用技術(shù)并能完成相應(yīng)軟件的移植。3 主要硬件不同點(diǎn)3.1 運(yùn)行速度C8051F020 的指令運(yùn)行速度是一般80C51系列單片機(jī)的 10 倍以上。因?yàn)槠銫IP-51 中采用了流水線處理結(jié)構(gòu)， 已經(jīng)沒有了機(jī)器周期時(shí)序，指令執(zhí)行的最小時(shí)序單位為系統(tǒng)時(shí)鐘，大部分指令只要 12 個(gè)系統(tǒng)周期即可完成。又由于其時(shí)鐘系統(tǒng)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025 MHz ，當(dāng) CIP-5l工作在最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率 25 MHz 時(shí)，它的峰值速度可以達(dá)到25 MI s，C8051F020 已進(jìn)入了8 位高速單片機(jī)行列。3.2 I O 端口的配置方式C8051F020 擁有 8 個(gè)

5、 8位的 I O 端口，大量減少了外部連線和器件擴(kuò)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，它是通過交叉開關(guān)配置寄存器XBR0 、 XBR1 、 XBR2( 各位名稱及格式如表1 所示 )選擇并控制的，它們控制優(yōu)先權(quán)譯碼選擇開關(guān)電路如圖1 所示，可將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器定時(shí)器、串行總線、 硬件中斷、 比較器輸出及其它的數(shù)字信號(hào)配置為在端口 IO 引腳出現(xiàn)，這樣用戶可以根據(jù)自己的特定需要選擇所需的數(shù)字資源和通用IO 口。數(shù)字交叉開關(guān)是一個(gè)比較大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)路，這在所有80C51系列單片機(jī)上是一個(gè)空白。另外 P1MD

6、IN 用于選擇 P1 的輸入方式是模擬輸入還是數(shù)字輸入，復(fù)位值為11111111B，即默認(rèn)為數(shù)字輸入方式。而 80C51單片機(jī)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 通過優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器 (如圖 2所示 )控制數(shù)字開關(guān)網(wǎng)路，端口引腳的分配順序是從 P0.0 開始一直到 P3.7。當(dāng)交叉開關(guān)配置寄存器XBR0 、XBR1 和 XBR2 中外設(shè)的對(duì)應(yīng)使能位被設(shè)置為邏輯“1時(shí)”，交叉開關(guān)將端口引腳分配給外設(shè)，例如，如果UARTOEN位(XBR0.2) 被設(shè)置為邏輯“1，”則 TX0 和 RX0 引腳將分別被分配到 P0.0 和 P0.1 。因?yàn)?UA

7、RT0有最高優(yōu)先權(quán)，所以當(dāng)UARTOEN 位被設(shè)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(shè)置的交叉開關(guān)分配端口可作為通用IO 口。注意： 當(dāng)選擇了串行通信外設(shè)(即SMBus 、 SPI或 UART) 時(shí)，交叉開關(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。交叉開關(guān)寄存器被正確配置后，通過將XBARE(XBR2.6)設(shè)置為邏輯 “ 1來”使能交叉開關(guān)。.3.3 內(nèi)部功能C8051F020內(nèi)部帶有數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換速率，最大為100 k

8、S s可通過多通道選擇器配置為單端輸入或差分輸入。內(nèi)有可編程增益放大器PGA 用于將輸入的信號(hào)放大，提高A D 的轉(zhuǎn)換精度?？删幊淘鲆鏋椋?0.5 、1 、2 、4、8 或 16，復(fù)位時(shí)默認(rèn)值為 1 。另一個(gè)是 8 路 8 位 ADC ，可編程轉(zhuǎn)換速率最大為 500 kS s，其可編程放大增益為 0.5 、 1 、2 、 4 ，復(fù)位時(shí)默認(rèn)值為0.5 。有 2 個(gè) 12 位的 DAC ，用于將 12 位的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電壓量，可產(chǎn)生連續(xù)變化的波形，兩路信號(hào)可同步輸出。3.4 外部接口C8051F020外設(shè)還增添了三個(gè)串行口?？赏瑫r(shí)與外界進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，SMBus 兼容于 I2C串行擴(kuò)展總線；SP

9、I 串行擴(kuò)展接口；兩個(gè)增強(qiáng)型UART 串口。 C8051F020具有基于JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試功能，片內(nèi)的調(diào)試電路通過JTAG 接口可提供高速、方便的在系統(tǒng)調(diào)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?cè)谲浖幊虝r(shí)也會(huì)有所區(qū)別，這種區(qū)別主要體現(xiàn)在初始化程序上。 該程序是在 Cygnal 的開發(fā)工具即 IDE 調(diào)試環(huán)境中予以驗(yàn)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(xiàn)。采用 C8051F020單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的程序如下：.從上面的程序中可以看出：在 C8051

10、F020軟件編程中須首先設(shè)置看門狗定時(shí)器的工作狀態(tài)，其次，要由內(nèi)部振蕩器控制寄存器OSCICN 設(shè)置采用內(nèi)部時(shí)鐘還是外部時(shí)鐘工作，若選擇外部時(shí)鐘可通過外部振蕩器控制寄存器OSCXCN 來選擇適當(dāng)?shù)念l率， 本題目采用內(nèi)部時(shí)鐘，并通過時(shí)鐘控制寄存器CKCON 選擇使用系統(tǒng)時(shí)鐘的12 分頻。再次，若選擇的IO 口是低四個(gè)端口 P0 P3作為工作口，需要設(shè)定寄存器XBR0 、 XBR1 、 XBR2( 復(fù)位值為 0) ，在本設(shè)計(jì)中未用到數(shù)字資源，故XBR0 、XBR1 的值為復(fù)位值，只需設(shè)定XBR2的值為 40H允許功能選擇開關(guān)即可，若本設(shè)計(jì)中的P1.2 換為 P4.2 ，則無需設(shè)定寄存器 XBR0

11、、XBR1 、XBR2 ，因?yàn)楦叨丝?P4 P7與交叉開關(guān)無關(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選擇，寄存器中的某位置 0 為漏極開路輸出方式，置 1 則為推拉輸出方式。另外，由于 C8051F020 的專用寄存器比一般 51 單片機(jī)多，而 8051 指令不能識(shí)別它增加的專用寄存器，公司提供了所有的專用寄存器及相應(yīng)位的地址定義文件，用戶只需加一條 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