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C8051F020与80C51单片机的异同点

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作者:孙立香 赵不贿 刘星桥时间:2007-06-08来源:世界电子元器件
1 引言

系列及其衍生产品在我国乃至全世界范围获得了非常广泛的应用。领域的大部分工作人员都熟悉,各大专院校都采用系列单片机作为教学模型。随着单片机的不断发展,市场上出现了很多高速、高性能的新型单片机,基于标准8051内核的单片机正面临着退出市场的境地。为此,一些半导体公司开始对传统8051内核进行大的构造,主要是提高速度和增加片内模拟和数字外设,以期大幅度提高单片机的整体性能。其中美国Cygnal公司推出的C8051F系列单片机把80C51系列单片机从MCU时代推向SoC时代,使得以8051为内核的单片机上了一个新的台阶。

C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片,具有与8051兼容的CIP-51微控制器内核,采用流水线结构,单周期指令运行速度是8051的12倍,全指令集运行速度是原来的9.5倍。熟悉NCS-51系列单片机的工程技术人员可以很容易地掌握C8051F的应用技术并能进行软件的移植。但是不能将8051的程序完全照搬的应用于C8051F单片机中,这是因为两者的内部资源存在较大的差异,必须经过加工才能 予以使用。其中以其功能较全面,应用较广泛的特点成为C8051F的代表性产品,其性能价格比在目前应用领域也极具竞争力。的内部电路包括CIP-51微控制器内核及RAM、ROM、I/O口、定时/计数器、ADC、DAC、PCA、SPI和SMBus等部件,即把计算机的基本组成单元以及模拟和数字外设集成在一个芯片上,构成一个完整的片上系统(SoC)。本文将介绍单片机与80C51的异同点(主要是不同之处)及初学者编程时应该注意的问题,并给出经过Cygnal开发工具IDE调试环境软件验证的源程序。

2 相同点

C8051F020单片机与80C51系列单片机的指令系统完全一样。掌握80C51单片机的人员可以很容易地接受C8051F020的应用技术并能完成相应软件的移植。

3 主要硬件不同点

3.1 运行速度

C8051F020的指令运行速度是一般80C51系列单片机的10倍以上。因为其CIP-51中采用了流水线处理结构,已经没有了机器周期时序,指令执行的最小时序单位为系统时钟,大部分指令只要1~2个系统周期即可完成。又由于其时钟系统比80C51的更加完善,有多个时钟源,且时钟源可编程,时钟频率范围为0~25 MHz,当CIP-5l工作在最大系统时钟频率25 MHz时,它的峰值速度可以达到25 MI/s,C8051F020已进入了8位高速单片机行列。

3.2 I/O端口的配置方式

C8051F020拥有8个8位的I/O端口,大量减少了外部连线和器件扩展,有利于提高可靠性和抗干扰能力。其中低4个I/O端口除可作为一般的通用I/O端口外,还可作为其他功能模块的输入或输出引脚,它是通过交叉开关配置寄存器XBR0、XBR1、XBR2(各位名称及格式如表1所示)选择并控制的,它们控制优先权译码选择开关电路如图1所示,可将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、比较器输出及其它的数字信号配置为在端口I/O引脚出现,这样用户可以根据自己的特定需要选择所需的数字资源和通用I/O口。数字交叉开关是一个比较大的数字开关网路,这在所有80C51系列单片机上是一个空白。另外P1MDIN用于选择P1的输入方式是模拟输入还是数字输入,复位值为11111111B,即默认为数字输入方式。而80C51单片机的I/O引脚是固定分配的,即占用引脚多,配置又不够灵活。

控制优先权译码选择开关电路

C8051F020通过优先权交叉开关译码器(如图2所示)控制数字开关网路,端口引脚的分配顺序是从P0.0开始一直到P3.7。当交叉开关配置寄存器XBR0、XBR1和XBR2中外设的对应使能位被设置为逻辑“1”时,交叉开关将端口引脚分配给外设,例如,如果UARTOEN位(XBR0.2)被设置为逻辑“1”,则TX0和RX0引脚将分别被分配到P0.0和P0.1。因为UART0有最高优先权,所以当UARTOEN位被设置为逻辑“1”时其引脚将总是被分配到P0.0和P0.1。未被设置的交叉开关分配端口可作为通用I/O口。注意:当选择了串行通信外设(即SMBus、SPI或UART)时,交叉开关将为所有相关功能分配引脚。例如,不能为UART0功能只分配TX0引脚而不分配RX0引脚。交叉开关寄存器被正确配置后,通过将XBARE(XBR2.6)设置为逻辑“1”来使能交叉开关。

交叉开关配置寄存器

优先权交叉开关译码器

3.3 内部功能

C8051F020内部带有数据采集所需的ADC和DAC,其中ADC有两个,一个是8路12位逐次逼近型ADC,可编程转换速率,最大为100 kS/s.可通过多通道选择器配置为单端输入或差分输入。内有可编程增益放大器PGA用于将输入的信号放大,提高A/D的转换精度。可编程增益为:0.5、1、2、4、8或16,复位时默认值为1。另一个是8路8位ADC,可编程转换速率最大为500 kS/s,其可编程放大增益为0.5、1、2、4,复位时默认值为0.5。有2个12位的DAC,用于将12位的数字量转换为电压量,可产生连续变化的波形,两路信号可同步输出。

3.4 外部接口

C8051F020外设还增添了三个串行口。可同时与外界进行串行数据通信,SMBus兼容于I2C串行扩展总线;SPI串行扩展接口;两个增强型UART串口。C8051F020具有基于JTAG接口的在系统调试功能,片内的调试电路通过JTAG接口可提供高速、方便的在系统调试。

4 软件编程举例

鉴于C8051F020在硬件方面与80C51的不同之处,故它们在软件编程时也会有所区别,这种区别主要体现在初始化程序上。该程序是在Cygnal的开发工具即IDE调试环境中予以验证的。

例:利用定时器T0定时,在P1.2端输出一方波,方波周期为20 ms,已知晶振频率为12 MHz,采用中断的方式实现。

采用C8051F020单片机实现的程序如下:

程序

程序

从上面的程序中可以看出:在C8051F020软件编程中须首先设置看门狗定时器的工作状态,其次,要由内部振荡器 控制寄存器OSCICN设置采用内部时钟还是外部时钟工作,若选择外部时钟可通过外部振荡器控制寄存器OSCXCN来选择适当的频率,本题目采用内部时钟,并通过时钟控制寄存器CKCON选择使用系统时钟的12分频。再次,若选择的I/O口是低四个端口P0~P3作为工作口,需要设定寄存器XBR0、XBR1、XBR2(复位值为0),在本设计中未用到数字资源,故XBR0、XBR1的值为复位值,只需设定XBR2的值为40H允许功能选择开关即可,若本设计中的P1.2换为P4.2,则无需设定寄存器XBR0、XBR1、XBR2,因为高端口P4~P7与交叉开关无关。最后还要选择所用I/O口的输出方式,P0、P1、P2、P3口分别由POMDOUT、P1MD-OUT、P2MDOUT、P3MDOUT端口输出方式寄存器来选择,寄存器中的某位置0为漏极开路输出方式,置1则为推拉输出方式。另外,由于C8051F020的专用寄存器比一般51单片机多,而8051指令不能识别它增加的专用寄存器,公司提供了所有的专用寄存器及相应位的地址定义文件,用户只需加一条$include(C8051F020.inc)指令即可。

该程序只需将与上面提到的几点相关的指令去掉即为80C51的源程序(程序中已标示)。当然这仅仅是一个简单的例子,并不能完全说明所有不同之处,但可说明它们典型的不同点。

5 结束语

C8051F020与80C51单片机的指令系统完全兼容,给用户使用带来了极大的方便,但它们的硬件结构不同,因此在使用上有所区别,只有了解了它们之间的异同点,才能更好地对C8051F020进行开发利用,充分发挥它的先进功效。



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