C8051F020與80C51單片機(jī)的異同點(diǎn)

1、1 引言    80C51系列單片機(jī)及其衍生產(chǎn)品在我國(guó)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)?；跇?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(guó)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時(shí)代。使得以8051為內(nèi)核的單片機(jī)上了一

2、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(lái)的9.5倍。熟悉MCS-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)用領(lǐng)域也極具競(jìng)爭(zhēng)力。C8051F0

3、20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的應(yīng)用技術(shù)并能完成相應(yīng)軟件的移植。

4、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0.25 MHz，當(dāng)CIP-51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    C8051F02

5、0擁有8個(gè)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I/O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I/O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P1MDIN用于選擇P1的輸入方式

6、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UART0EN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)閁ART0有最高優(yōu)先權(quán)，

7、所以當(dāng)UART0EN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I/O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(lái)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 kS/s?？赏ㄟ^多通道選

8、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。可編程增益為：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?？删幊剔D(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?？僧a(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FC串行擴(kuò)展總線；SPI串行擴(kuò)展接口；兩個(gè)增強(qiáng)型UART串口。C8051F0

9、20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：$include(C80

10、51F020.inc);頭文件(在80C51中無(wú))ORG 0000HLJMP MAIN ;程序入口ORG 000BHLJMP QUFAN ;定時(shí)器0中斷入口ORG B3HMAIN:MOV WDTCN,#0DEHMOV WDTCN,#0ADH ; 禁止看門狗定時(shí)器 (在80C51中無(wú)) MOV OSCICN,#04H ;選擇內(nèi)部時(shí)鐘(在80C51中無(wú)) MOV CKCON,#00H ;選擇采用系統(tǒng)時(shí)鐘的12分頻(在80C51中無(wú)) MOV XBR2,#40H ;允許功能選擇開關(guān)(在80C51中無(wú)) MOV P1MDOUT,#04H ;選擇P1.2為推拉方式 (在80C51中無(wú)) MOV TMOD

11、,#01H MOV TL0,#0F0H ;置10 ms定時(shí)初值 MOV TH0,#0D8H MOV IE,#82H ;CPU開中斷，T0開中斷 SETB TR0 ;啟動(dòng)定時(shí)器T0 SJMP $ ;循環(huán)等待QUFAN: MOV TL0,#0F0H ;重新賦初值 MOV TH0,#0D8H CPL P1,2 ;輸出取反 RETI     從上面的程序中可以看出：在C8051F020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(lái)選擇適當(dāng)?shù)念l率，

12、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YO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(wú)需設(shè)定寄存器XBR0、XBR1、XBR2，因?yàn)楦叨丝赑4-P7與交叉開關(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、P1MDOUT、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