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)正面臨著退出市場的境地。為此，一些半導(dǎo)體公司開始對傳統(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時代推向SoC時代，使得以8051為內(nèi)核的單片

2、機(jī)上了一個新的臺階。C8051F系列單片機(jī)是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，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，其性能價格比在目前應(yīng)用領(lǐng)域也極具競爭力。C8051F020的內(nèi)部電路包括CIP-51

3、微控制器內(nèi)核及RAM、ROM、IO口、定時計數(shù)器、ADC、DAC、PCA、SPI和SMBus等部件，即把計算機(jī)的基本組成單元以及模擬和數(shù)字外設(shè)集成在一個芯片上，構(gòu)成一個完整的片上系統(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。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

4、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)器周期時序，指令執(zhí)行的最小時序單位為系統(tǒng)時鐘，大部分指令只要12個系統(tǒng)周期即可完成。又由于其時鐘系統(tǒng)比80C51的更加完善，有多個時鐘源，且時鐘源可編程，時鐘頻率范圍為025 MHz，當(dāng)CIP-5l工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率25 MHz時，它的峰值速度可以達(dá)到25 MIs，C8051F020已進(jìn)入了8位高速單片機(jī)行列。3.2 IO端口的配置方式C8051F020擁有8個8位的IO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IO端口除可作為一般的通用IO端口外，還可作為其他功能模塊

5、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)的計數(shù)器定時器、串行總線、硬件中斷、比較器輸出及其它的數(shù)字信號配置為在端口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)上是一個空白。另外P1MDIN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IO引腳是固定分配的，即占用引腳多，配置又不夠靈活。C8051F020通

6、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)的對應(yīng)使能位被設(shè)置為邏輯“1”時，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)閁ART0有最高優(yōu)先權(quán)，所以當(dāng)UARTOEN位被設(shè)置為邏輯“1”時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，交叉開關(guān)將為所有相關(guān)功能分配引腳。例如，不能

7、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，一個是8路12位逐次逼近型ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率，最大為100 kSs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用于將輸入的信號放大，提高AD的轉(zhuǎn)換精度。可編程增益為：0.5、1、2、4、8或16，復(fù)位時默認(rèn)值為1。另一個是8路8位ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率最大為500 kSs，其可編程放大增益為0.5、1、2、4，復(fù)位時默認(rèn)值為0.5。有

8、2個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，兩路信號可同步輸出。3.4 外部接口C8051F020外設(shè)還增添了三個串行口。可同時與外界進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，SMBus兼容于I2C串行擴(kuò)展總線；SPI串行擴(kuò)展接口；兩個增強(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，故它們在軟件編程時也會有所區(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：利用定時器T0定時

9、,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C8051F020軟件編程中須首先設(shè)置看門狗定時器的工作狀態(tài)，其次，要由內(nèi)部振蕩器控制寄存器OSCICN設(shè)置采用內(nèi)部時鐘還是外部時鐘工作，若選擇外部時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)部時鐘，并通過時鐘控制寄存器CKCON選擇使用系統(tǒng)時鐘的12分頻。再次，若選擇的IO口是低四個端口P0P3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)計中未用到數(shù)字資源，故XBR0、

10、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)計中的P1.2換為P4.2，則無需設(shè)定寄存器XBR0、XBR1、XBR2，因?yàn)楦叨丝赑4P7與交叉開關(guān)無關(guān)。最后還要選擇所用IO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的源程序(程序中已標(biāo)