80C51系列单片机的升级版本C8051F

１ 引言

近３０年来，世界各主要电子元器件生产厂商纷纷推出自己各具特色的单片机产品。而在百花齐放的单片机家族中，８０Ｃ５ｌ系列一直扮演着重要的角色。该单片机在教学、科研等领域已经成为入门单片机并成为单片机应用的首选，该产品以其易读性好、扩展能力强而著称，从而成为广大从事单片机开发者最熟悉、最具代表的机型。但人们往往在熟悉８０Ｃ５１单片机之后又选择别的系列单片机开发产品，这是因为８０Ｃ５１具有运算速度慢、功耗大、内部资源少等不足，所以限制了其使用范围。Ｃｙｇｎａｌ公司推出的Ｃ８０５ｌＦ系列单片机既弥补了８０Ｃ５１系列的不足，又与ＭＣＳ—５ｌ指令集兼容。Ｃ８０５ｌＦｘｘｘ系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与８０５１指令集完全兼容的ＣＩＰ－５１内核。它在单片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其它功能部件。这些外设或功能部件包括：ＡＤＣ、可编程增益放大器、ＤＡＣ、电压比较器、电压基准、温度传感器、ＳＭＢｕｓ／Ｉ２Ｃ、ＵＡＲＴ、ＳＰＩ、定时器、可编程计数器／定时器阵列（ＰＣＡ）、内部振荡器、看门狗定时器及电源监视器等。这些外设部件的高集成度为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性能的单片机应用系统提供了很大的方便，同时也可以使整体系统的成本大大降低。

熟悉ＭＣＳ—５１系列单片机的工程技术人员可以很容易地掌握Ｃ８０５１Ｆｘｘｘ的应用技术并进行软件移植。但不能将８０５１的程序直接应用于Ｃ８０５１Ｆ单片机中，因为这两种系列的单片机内部资源存在较大的差异，因此，完全照搬、移植是行不通的，必须经过“改良”（主要是初始化控制字的改写）才能正确运行。本文以Ｃ８０５１Ｆｘｘｘ系列单片机中资源最丰富、功能最多、运算速度最快（达到１００ＭＩＰＳ）的Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ系列为例，介绍其与８０Ｃ５１的主要不同之处以及开发时应注意的问题，同时给出了其完整的、且经过运行验证的源程序。

２结构差异

Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ单片机与８０５１单片机在结构上的最大区别有四点：外引脚采用交叉开关配置；系统时钟源多样且控制灵活；内部特殊功能寄存器ＳＦＲ种类数量增多；具有基于ＪＴＡＧ接口的在系统调试功能。下面主要介绍前三部分内容。

２．１ 可编程数字Ｉ／Ｏ和交叉开关

可编程数字Ｉ／Ｏ和交叉开关是一个大的数字开关网络，它允许将内部数字系统资源分配给端口Ｉ／Ｏ引脚。与具有标准复用数字Ｉ／Ｏ的微控制器不同，这种结构支持所有的功能组合。可通过设置交叉开关控制寄存器（ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０）将片内的计数器／定时器、串行总线、硬件中断、ＡＤＣ转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数字信号配置为在端口Ｉ／Ｏ引脚出现，这就使用户可以根据自己的特定应用选择通用端口Ｉ／Ｏ和需数字资源的组合。而不同于８０５１单片机的引脚基本是固定分配的。Ｃ８０５１Ｆ系列通过优先权交叉开关译码器来控制数字开关网络，优先权交叉开关译码器的值由交叉开关控制寄存器（ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０）来配置，如图１所示。优先权交叉开关译码器按优先权顺序从Ｐ０．０开始，可以一直分配到Ｐ３．７，它为数字外设所分配的端口引脚的优先顺序是按系统默认的顺序，即：串行通信ＵＡＲＴ０具有最高优先级，ＴＸ０和ＲＸ０分别被分配到Ｐ０．０和Ｐ０．１? 串行通信ＳＰＩ具有次高优先级，详细的端口引脚的优先分配顺序表请参考有关资料。如果不选择某个资源，则优先顺序表中的下一个功能将填充这个位置。图２所示是三个交叉开关控制寄存器（ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０）中各位的含义，它们的复位值均为００００００００。

当交叉开关配置寄存器ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０中外设的对应位被设置成逻辑１时，交叉开关将端口引脚分配给外设；如果一个数字外设的允许位未被设置成逻辑１，则其端口不能通过引脚访问。未被设置的交叉开关分配端口可当作标准连续的Ｉ／Ｏ口使用。在系统复位后，默认的寄存器ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０的值均为零，即所有Ｉ／Ｏ引脚被强迫成输入口（带上拉），且不与内部资源连通。这样，没有输出的系统显然无意义，所以，无论如何都应置ＸＢＲ２的第６位为１，使交叉开关允许以便引出输出信号。

２．２ 系统时钟源

Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ的系统时钟可以取自内部振荡电路、外部振荡电路（包括晶振，ＲＣ振荡，陶瓷谐振电路）和锁相环ＰＬＬ电路，锁相环ＰＬＬ电路的输入源可选择来自内部振荡电路，也可以选择外部振荡电路，通过ＰＬＬ的倍频作用可以提高时钟频率。Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ系统内的振荡电路如图３所示。要产生所需的系统时钟，通常要设置８个寄存器：ＯＳＣＸＩＮ、ＯＳＣＩＣＮ、ＯＳＣＩＣＬ、ＣＬＫＳＥＬ、ＰＬＬＯＣＮ、ＰＬＬＯＦＬＴ、ＰＬＬ０ＤＩＶ、ＰＬＬ０ＭＵＬ，其中后４个是有关ＰＬＬ的寄存器。

２．３ 特殊功能寄存器ＳＦＲ结构

与ＭＣＳ—５１的ＳＦＲ不同的是，Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ的ＳＦＲ由图４所示的多页组成，共有５页，页号为０、１、２、３、１５。各个ＳＦＲ分布在不同的页里，像ＸＢＲ０、ＸＢＲ１、ＸＢＲ２、ＯＳＣＸＩＮ、ＯＳＣＩＣＮ、ＬＬＯＣＮ、ＰＬＬＯＦＬＴ等定位在１５页里，定时器有关的寄存器ＴＣＯＮ、ＴＭＯＤ、ＴＨ、ＴＬ等定位在０页里。在读写各个ＳＦＲ之前，必须先切换到相应的页，可使用“ＭＯＶ ＳＦＲＰＡＧＥ，＃页号”指令来进行切换。各个ＳＦＲ所在哪些页，请查看相关的资料。