單片機補充1課件

一、8位單片機發(fā)展之路8位單片機誕生已近30年，在眾多單片機中，MCS-51以經(jīng)典的體系結(jié)構(gòu)、極好的兼容性保持著8051內(nèi)核的生命延續(xù)，擔當8位CPU內(nèi)核的重任。1、嵌入式應(yīng)用中的8位機現(xiàn)象

8位單片機誕生至今，始終是嵌入式低端應(yīng)用的主要機型，嵌入式系統(tǒng)主要是對外界物理參數(shù)進行采集、處理，對外界對象實現(xiàn)控制，并與操作者進行人機交互等。時間響應(yīng)有限。而現(xiàn)代通信技術(shù)要求單片機提高運算速度。則可采用RISC結(jié)構(gòu)實現(xiàn)并行流水線作業(yè)，CISC結(jié)構(gòu)的C8051F采用CIP-8051結(jié)構(gòu)，使單周期指令速度提高到原8051的12倍。鑒于嵌入式低端應(yīng)用對象的有限響應(yīng)要求、嵌入式系統(tǒng)低端應(yīng)用的巨大市場以及8位機具有的速度潛力，可以預(yù)期在未來相當長的時間內(nèi)，8位機仍然是嵌入式應(yīng)用中的主流機型。

2、8位單片機中的80C51現(xiàn)象及3次技術(shù)飛躍在8位單片機中，80C51系列歷史最長，不斷更新，形成了既具有經(jīng)典性，又不乏生命力的一個單片機系列?？偨Y(jié)80C51系列的發(fā)展歷史，可以看出單片機的3次技術(shù)飛躍。2.1從MCS-51到MCU的第1次飛躍Intel公司于1980年推出的MCS-51奠定了單片機的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)，但不久就放棄了進一步發(fā)展計劃，并實施了8051的技術(shù)開放政策。無論從主觀因素還是客觀因素，都是明智之舉。因為在創(chuàng)建一個完善的嵌入式計算機體系結(jié)構(gòu)后，面臨的是不斷滿足嵌入式對象要求的各種控制功能。在8051實現(xiàn)開放后，PHILIPS公司著力發(fā)展80C51的控制功能及外圍單元。將MCS-51的單片微型計算機迅速地推進到80C51的MCU時代，形成了可滿足大量嵌入式應(yīng)用的單片機系列產(chǎn)品。2.2引領(lǐng)FlashROM潮流的第2次飛躍當前，單片機普遍采用FlashROM技術(shù)，加速了單片機技術(shù)的發(fā)展?；贔lash的ISP/IAP技術(shù)，極大地改變了單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式以及開發(fā)和運行條件；在單片機中最早實現(xiàn)FlashROM技術(shù)的是ATMEL公司的AT89Cxx系列。2.3內(nèi)核化SoC的第3次飛躍當前嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用進入SoC模式，在這個技術(shù)潮流中，80C51又扮演了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核的重要角色。在MCU向SoC過渡的數(shù)、?；旌霞傻倪^程中：ADI公司推出了ADμC8xx系列，

Silabs公司則實現(xiàn)了完全SoC的C8051F系列。3.2、I/O從固定方式到交叉開關(guān)配置迄今為止，I/O端口大都是固定為某個特殊功能，可以是單功能或多功能，I/O端口可編程選擇為單向/雙向以及上拉、開漏等。固定方式的I/O端口，既占用引腳多，配置又不夠靈活。

為此，在Silabs公司的C8051F中，則采用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)以硬件方式實現(xiàn)I/O端口的靈活配置，在這種通過交叉開關(guān)配置的I/O端口系統(tǒng)中，單片機外部為通用I/O口，如P0口、P1口和P2口。內(nèi)部則有輸入/輸出的電路單元通過相應(yīng)的配置寄存器控制的交叉開關(guān)配置到所選擇的端口上。3.3、從單一時鐘到多個時鐘1、早期單片機都是用1個時鐘控制片內(nèi)所有時序。2、進入CMOS時代后，由于低功耗設(shè)計的要求，出現(xiàn)了在一個主時鐘下CPU運行速度可選擇在不同的時鐘頻率下操作；或設(shè)置成高、低兩個主時鐘，按系統(tǒng)操作要求選擇合適的時鐘速度，或關(guān)閉時鐘。但時鐘源還是1個。3、而C8051F則提供了一個完整而先進的時鐘系統(tǒng)：(1)片內(nèi)設(shè)置有一個可編程的時鐘振蕩器(無需外部器件);(2)片外振蕩器可選擇4種方式，如RC、無源、有源晶振等;(3)片內(nèi)有PLL電路，可采用內(nèi)、外振蕩源，進行倍頻;(4)當程序運行時，可在線實現(xiàn)內(nèi)外時鐘的動態(tài)切換。(5)系統(tǒng)時鐘除片內(nèi)使用外，還可從隨意選擇的I/O端口輸出3.4、從傳統(tǒng)的仿真調(diào)試到基于JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試C8051F在8位單片機中率先配置了標準的JTAG接口，引入JTAG接口將使8位單片機傳統(tǒng)的仿真調(diào)試產(chǎn)生徹底的變革。在上位機軟件支持下，通過串行的JTAG接口直接對產(chǎn)品系統(tǒng)進行仿真調(diào)試。C8051F的JTAG接口不僅支持FlashROM的讀/寫操作及非侵入式在系統(tǒng)調(diào)試，它的JTAG邏輯還為在系統(tǒng)測試提供邊界掃描功能。通過邊界寄存器的編程控制，可對所有器件引腳、SFR總線和I/O口弱上拉功能實現(xiàn)觀察和控制。

3.6、最小功耗系統(tǒng)的最佳支持在CMOS系統(tǒng)中，按照CMOS電路的特點，其系統(tǒng)功耗WS=CV2f，C為負載電容，V為電源電壓，f為時鐘頻率。

C8051F是8位機中首先擺脫5V供電的單片機，實現(xiàn)了片內(nèi)模擬與數(shù)字電路的3V供電，大大降低了系統(tǒng)功耗；完善的時鐘系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)在滿足響應(yīng)速度要求下，使系統(tǒng)的平均時鐘頻率最低；眾多的復位源使系統(tǒng)在掉電方式下，可隨意喚醒，從而可靈活地實現(xiàn)零功耗系統(tǒng)設(shè)計。C8051F雖然擺脫了5V供電，但仍可與5V電路方便地連接。所有I/O端口可以接收5V邏輯電平的輸入，在選擇開漏加上拉電阻到5V后，也可驅(qū)動5V的邏輯器件。

二、C8051F高速單片機簡介C8051F系列單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標準8052的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。包括模擬多路選擇器MUX、可編程增益放大器PGA、ADC、DAC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、SMBus/I2C、UART、SPI、可編程計數(shù)器/定時器陣列（PCA）、定時器、數(shù)字I/O端口、電源監(jiān)視器、看門狗定時器（WDT）和時鐘振蕩器等。所有器件都有內(nèi)置的FLASH程序存儲器和256字節(jié)的內(nèi)部RAM，有些器件內(nèi)部還有位于外部數(shù)據(jù)存儲器空間的RAM，即XRAM。C8051F單片機采用指令流水線結(jié)構(gòu)，機器周期由標準的12個系統(tǒng)時鐘周期降為1個系統(tǒng)時鐘周期，處理能力大大提高，峰值性能可達100MIPS。C8051F單片機是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)(SOC)。每個MCU都能有效地管理模擬和數(shù)字外設(shè)，可以關(guān)閉單個或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。FLASH存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新8051固件。每個MCU都可在工業(yè)溫度范圍（-45℃到+85℃）內(nèi)，用2.7V-3.6V的電壓工作。端口I/O、/RST和JTAG引腳都容許5V的輸入信號電壓。

(6)CIP-51提供22個中斷源(標準8051只有6個中斷源)，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。

(7)MCU可有多達7個復位源：一個片內(nèi)VDD監(jiān)視器、一個看門狗定時器、一個時鐘丟失檢測器、一個由比較器0提供的電壓檢測器、一個強制軟件復位、CNVSTR引腳及/RST引腳。

(8)MCU內(nèi)部有一個能獨立工作的時鐘發(fā)生器，在復位后被默認為系統(tǒng)時鐘。如有需要，時鐘源可以在運行時切換到外部振蕩器。外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC或外部時鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。C8051F12X系列內(nèi)部還有PLL倍頻電路，實現(xiàn)PC機的外頻、內(nèi)頻機制，在不增加電磁干擾的前提下，提高系統(tǒng)的工作速度。2、存儲器

數(shù)據(jù)存儲器，尋址范圍為64k。

(1)CIP-51有標準8052的程序和數(shù)據(jù)地址配置。包括：256字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM，其中高128字節(jié)為兩個地址空間：用間接尋址訪問通用RAM的高128字節(jié)，用直接尋址訪問128字節(jié)的SFR地址空間。低128字節(jié)可用直接或間接尋址方式訪問。前32個字節(jié)為4個通用工作寄存器區(qū)，接下來的16字節(jié)為位尋址區(qū)。

(2)某些器件中還另有位于外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間的1K-8K字節(jié)的RAM塊，即XRAM。

程序存儲器為8K-128K字節(jié)的FLASH，以512字節(jié)為一個扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且不需在片外提供編程電壓。3、可編程數(shù)字I/O和交叉開關(guān)C8051F具有標準8051兼容的I/O端口，工作情況與標準8051相似，但有一些改進：

(1)每個端口I/O引腳都可以配置為推挽或漏極開路輸出。在標準8051中固定的“弱上拉”可以被禁止，這為低功耗應(yīng)用提供了進一步節(jié)電的能力。