CF單片機(jī)課稿.ppt

1、C8051F310單片機(jī)介紹,1、概述 2、IO口 3、交叉開(kāi)關(guān)配置 4、系統(tǒng)時(shí)鐘源 5、系統(tǒng)復(fù)位 6、JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試 7、單片機(jī)的初始化設(shè)置,1、概述,C8051F系列單片機(jī)是集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)SOC（System on chip）。 與MCS-51內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器、標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)部件、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件、其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。 1999年3月成立的美國(guó)德克薩斯州的Cygnal 公司，專業(yè)從事混合信號(hào)片上系統(tǒng)單片機(jī)的設(shè)計(jì)與制造，于2003年并入SiliconLaboratories公司。,C8051F單片機(jī)的片上資源,高速、流水線結(jié)構(gòu)的8

2、051 兼容的CIP-51 內(nèi)核（可達(dá)25MIPS） 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） 10位、200 ksps 的8通道ADC，帶PGA和模擬多路開(kāi)關(guān) 16K 字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH 存儲(chǔ)器 1280字節(jié)的片內(nèi)RAM 可尋址64K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口 硬件實(shí)現(xiàn)的SPI、SMBus/ I2C 和兩個(gè)UART 串行接口 4個(gè)通用的16位定時(shí)器 具有5個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列 片內(nèi)看門狗定時(shí)器、VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器,1、概述,C8051F芯片示意圖,1、概述,數(shù)字IO,1、概述,高速微控制器內(nèi)核,模擬外設(shè),C8051F原理框圖,CIP-51系統(tǒng)控制器

3、的指令集與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51TM 指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn)8051的開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)CIP-51的軟件。 所有的CIP-51指令共111條，在二進(jìn)制碼和功能上與MCS-51 TM 產(chǎn)品完全等價(jià)，包括操作碼、尋址方式和對(duì)PSW標(biāo)志的影響，但是指令時(shí)序與標(biāo)準(zhǔn)8051不同。 由于CIP-51采用了流水線結(jié)構(gòu)，大多數(shù)指令執(zhí)行所需的時(shí)鐘周期數(shù)與指令的字節(jié)數(shù)一致。,1、概述,1、 與8051 完全兼容 C8051F31x系列器件使用Silicon Labs的專利CIP-51 微控制器內(nèi)核。 CIP-51 與MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn)803x/805x的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。 CIP-

4、51 內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn)8052 的所有外設(shè)部件，包括4 個(gè)16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、一個(gè)具有增強(qiáng)波特率配置的全雙工UART、一個(gè)增強(qiáng)型SPI端口、1280 字節(jié)內(nèi)部RAM、128 字節(jié)特殊功能寄存器（SFR）地址空間及29/25 個(gè)I/O端口。,1、概述,2、速度提高 CIP-51 采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的8051 結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的8051 中，除MUL 和DIV 以外所有指令都需要12 或24 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12-24MHz。而對(duì)于CIP-51 內(nèi)核，70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為1 或2 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有4 條指令的執(zhí)行時(shí)間大于4 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。

5、,1、概述,微控制器內(nèi)核峰值執(zhí)行速度比較,1、概述,3、增加的功能 C8051F31x 系列MCU 在CIP-51 內(nèi)核和外設(shè)方面有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。 1）擴(kuò)展的中斷系統(tǒng) 提供14 個(gè)中斷源（標(biāo)準(zhǔn)8051 只有5個(gè)中斷源），允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。 一個(gè)中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要較少的MCU 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。 在設(shè)計(jì)一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，這些增加的中斷源是非常有用的。,1、概述,2）MCU有多達(dá)8 個(gè)復(fù)位源 上電復(fù)位電路（POR） 片內(nèi)VDD監(jiān)視器（當(dāng)電源電壓低于VRST時(shí)強(qiáng)制復(fù)位） 看門狗定時(shí)器 時(shí)鐘丟失檢測(cè)器 由比較器0 提供的電壓

6、檢測(cè)器 軟件強(qiáng)制復(fù)位 外部復(fù)位輸入引腳 FLASH讀/寫錯(cuò)誤保護(hù)復(fù)位。,除了POR、復(fù)位輸入引腳及FLASH操作錯(cuò)誤這三個(gè)復(fù)位源之外，其他復(fù)位源都可以被軟件禁止。 在一次上電復(fù)位之后的MCU初始化期間，WDT可以被永久性使能。,1、概述,3)內(nèi)部振蕩器 在出廠時(shí)已經(jīng)被校準(zhǔn)為24.5MHz 2%。 器件內(nèi)還集成了外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路，允許使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC 或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。 如果需要，時(shí)鐘源可以在運(yùn)行時(shí)切換到外部振蕩器。 外部振蕩器在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許MCU 從一個(gè)低頻率（節(jié)電）外部晶體源運(yùn)行，當(dāng)需要時(shí)再周期性地切換到高速（可達(dá)25MHz）的內(nèi)部振蕩器。,1、

7、概述,4、可編程數(shù)字I/O C8051F310有29個(gè)I/O引腳（3個(gè)8位口和一個(gè)5位口） C8051F31x端口的工作情況與標(biāo)準(zhǔn)8051相似，但有一些改進(jìn)。每個(gè)端口引腳都可以被配置為模擬輸入或數(shù)字I/O。 被選擇作為數(shù)字I/O的引腳還可以被配置為推挽或漏極開(kāi)路輸出。 在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被總體禁止，為低功耗應(yīng)用提供了進(jìn)一步節(jié)電的能力。,1、概述,1,1,0,0,1,0,0,1,1,VDD,DGND,推挽輸出方式,2、IO口,1,0,0,0,1,0,1,高阻,DGND,漏極開(kāi)路輸出,2、IO口,1,0,1,0,1,數(shù)字輸入,2、IO口,3、優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)配置,C8051F單片機(jī)

8、有大量的數(shù)字資源需要通過(guò)4個(gè)低端I/O端口P0、P1、P2和P3才能使用。 P0、P1、P2和P3中的每個(gè)引腳既可定義為通用的端口I/O（GPIO）引腳，又可以分配給一個(gè)數(shù)字外設(shè)或功能（例如：UART0 或/INT1）。 資源分配的靈活性是通過(guò)使用優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)譯碼器實(shí)現(xiàn)的。,也稱為“交叉開(kāi)關(guān)”，按優(yōu)先權(quán)順序?qū)⒍丝? 3 的引腳分配給器件上的數(shù)字外設(shè)（UART、SMBus、PCA、定時(shí)器等）。 端口引腳的分配順序是從P0.0 開(kāi)始，可以一直分配到P3.7。為數(shù)字外設(shè)分配端口引腳的優(yōu)先權(quán)順序?yàn)閁ART0具有最高優(yōu)先權(quán)，而CNVSTR具有最低優(yōu)先權(quán)。 優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)的配置是通過(guò)3個(gè)特殊功能寄存器X

9、BR0、XBR1、XBR2來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)應(yīng)使能位被設(shè)置為邏輯1時(shí)，交叉開(kāi)關(guān)將端口引腳分配給外設(shè)。,3、優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)配置,對(duì)外引腳,3、優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)配置,數(shù)字資源,端口IO單元,UART0 SPI SMBus UART1 PCA,高,低,3、交叉開(kāi)關(guān)配置優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)譯碼表,端口I/O 初始化包括以下步驟： 1用端口輸入方式寄存器（PnMDIN）選擇所有端口引腳的 輸入方式（模擬或數(shù)字）。 2用端口輸出方式寄存器（PnMDOUT）選擇所有端口引腳 的輸出方式（漏極開(kāi)路或推挽）。 3用端口跳過(guò)寄存器（PnSKIP）選擇應(yīng)被交叉開(kāi)關(guān)跳過(guò)的 那些引腳。 4 將引腳分配給要使用的外設(shè)。 5 使能交叉開(kāi)

10、關(guān)（XBARE =1）。,用作比較器或ADC 輸入的任何引腳都必須被配置為模擬輸入 跳過(guò)所有被用作模擬輸入的引腳 復(fù)位后所有引腳的缺省設(shè)置都是數(shù)字輸入,端口I/O 初始化,3、交叉開(kāi)關(guān)配置優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)譯碼表,4、系統(tǒng)時(shí)鐘源,MCU有一個(gè)內(nèi)部振蕩器和一個(gè)外部振蕩器驅(qū)動(dòng)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路都能產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。 MCU 在復(fù)位后從內(nèi)部振蕩器啟動(dòng)。 內(nèi)部振蕩器可以被使能/禁止， 振蕩頻率可以用內(nèi)部振蕩器控制寄存器OSCICN設(shè)置 當(dāng)/RST 引腳為低電平時(shí)，兩個(gè)振蕩器都被禁止。 MCU 可以從內(nèi)部振蕩器或外部振蕩器運(yùn)行，可使用OSCICN 寄存器中的CLKSL 位在兩個(gè)振蕩器之間隨意切換。,4、系統(tǒng)時(shí)鐘源,

11、當(dāng)外部晶體振蕩器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，晶體振蕩器有效標(biāo)志OSCXCN 寄存器中的XTLVLD被硬件置1。 XTLVLD 檢測(cè)電路要求在使能振蕩器工作和檢測(cè)XTLVLD之間至少有1 ms的啟動(dòng)時(shí)間。 如果需要使用晶體或陶瓷諧振器作為MCU 的外部振蕩器源 建議的過(guò)程為 1） 通過(guò)向端口寄存器的對(duì)應(yīng)位寫0 使XTAL1 和XTAL2 引腳 為低電平。 2） 將XTAL1 和XTAL2 配置為模擬輸入。 3）使能外部振蕩器 4）等待至少1ms 5）查詢XTLVLD = 1 6）將系統(tǒng)時(shí)鐘切換到外部振蕩器,復(fù)位電路將控制器置于一個(gè)預(yù)定的缺省狀態(tài)。 在進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)時(shí)將發(fā)生以下過(guò)程： 1）CIP-51 停止程序執(zhí)行

12、 2） 特殊功能寄存器（SFR）被初始化為所定義的復(fù)位值 3）外部端口引腳被置于一個(gè)已知狀態(tài) 4）中斷和定時(shí)器被禁止。 5）所有的SFR 都被初始化為預(yù)定值 6）I/O 端口鎖存器的復(fù)位值為0 xFF，全部為邏輯1，內(nèi)部 弱上拉有效，使外部I/O 引腳處于高電平狀態(tài)。 7) MCU 使用內(nèi)部振蕩器運(yùn)行在2MHz 作為默認(rèn)的系統(tǒng)時(shí)鐘。 8) 看門狗定時(shí)器被使能，使用其最長(zhǎng)的超時(shí)時(shí)間。,5、系統(tǒng)復(fù)位,5、系統(tǒng)復(fù)位,1）上電復(fù)位 在上電期間，器件保持在復(fù)位狀態(tài)，/RST引腳被驅(qū)動(dòng)到低電平，直到VDD上升到超過(guò)VRST電平。 從復(fù)位開(kāi)始到退出復(fù)位狀態(tài)要經(jīng)過(guò)一個(gè)延時(shí)；該延時(shí)隨著VDD上升時(shí)間的增大而減小

13、 對(duì)于合理的上升時(shí)間（小于1ms），上電復(fù)位延時(shí)（TPORDelay）通常小于0.3ms。 最大的VDD上升時(shí)間為1ms；上升時(shí)間超過(guò)該最大值時(shí)可能導(dǎo)致器件在VDD達(dá)到VRST電平之前退出復(fù)位狀態(tài)。,5、系統(tǒng)復(fù)位,2）掉電復(fù)位和VDD 監(jiān)視器 當(dāng)發(fā)生掉電或因電源波動(dòng)導(dǎo)致VDD降到VRST以下時(shí)，電源監(jiān)視器將/RST引腳驅(qū)動(dòng)為低電 平并使CIP-51 保持復(fù)位狀態(tài)。 當(dāng)VDD又回到高于VRST的電平時(shí)，CIP-51 將退出復(fù)位狀態(tài)。,在選擇VDD 監(jiān)視器作為復(fù)位源之前，必須使能VDD 監(jiān)視器。 VDD 監(jiān)視器被使能或穩(wěn)定之前選其為復(fù)位源可能導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位 將VDD 監(jiān)視器配置為復(fù)位源的步驟如下：

14、1使能VDD 監(jiān)視器（VDM0CN 中的VDMEN 位 = 1）； 2等待VDD 監(jiān)視器穩(wěn)定； 3選擇VDD 監(jiān)視器作為復(fù)位源（RSTSRC 中的PORSF 位 = 1）,5、系統(tǒng)復(fù)位,3）外部復(fù)位 外部/RST 引腳提供了使用外部電路強(qiáng)制MCU 進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)的手段。 在/RST 引腳上加一個(gè)低電平有效信號(hào)將導(dǎo)致MCU 進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。 盡管在內(nèi)部有弱上拉，但最好能提供一個(gè)外部上拉和/或?qū)?RST 引腳去耦以防止強(qiáng)噪聲引起復(fù)位。,5、系統(tǒng)復(fù)位,4）時(shí)鐘丟失檢測(cè)器復(fù)位 時(shí)鐘丟失檢測(cè)器（MCD）實(shí)際上是由系統(tǒng)時(shí)鐘觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路。 如果系統(tǒng)時(shí)鐘保持在高電平或低電平的時(shí)間大于100 微秒，單穩(wěn)態(tài)電路將

15、超時(shí)并產(chǎn)生復(fù)位。,5、系統(tǒng)復(fù)位,5）看門狗定時(shí)器復(fù)位 可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA）的可編程看門狗定時(shí)器（WDT）功能可用于在系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下防止軟件運(yùn)行失控。 如果因系統(tǒng)出錯(cuò)使用戶軟件不能更新WDT，則WDT 將產(chǎn)生一次復(fù)位，WDTRSF 位（RSTSRC.5）被置1。/RST 引腳的狀態(tài)不受該復(fù)位的影響。 可以通過(guò)軟件使能或禁止PCA 的WDT 功能。,5、系統(tǒng)復(fù)位,看門狗watchdog timer，是一個(gè)定時(shí)器電路。 一般有一個(gè)輸入，叫喂狗，一個(gè)輸出到MCU的RST端。 MCU正常工作的時(shí)候，每隔一端時(shí)間輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端，給WDT 清零。如果超過(guò)規(guī)定的時(shí)間不喂狗(一般在程序跑飛時(shí))，WDT 定時(shí)超過(guò)，就給出一個(gè)復(fù)位信號(hào)到MCU，使得MCU復(fù)位，防止MCU死機(jī) 看門狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說(shuō)程序跑飛。 工作原理：系統(tǒng)運(yùn)行以后也就啟動(dòng)了看門狗的計(jì)數(shù)器，看門狗就開(kāi)始自動(dòng)計(jì)數(shù)，如果到了一定的時(shí)間還不去清看門狗，那么看門狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引起看門狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。,5、系統(tǒng)復(fù)位,6、JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試,C8051F31x器件具有片內(nèi)Silicon Labs 2線（C2）接口調(diào)試電路，支持使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的產(chǎn)品器件進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。 Silicon Labs的調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，