单片机C8051F020简介及其在仪器和仪表中的应用

1引言

当前,随着科学技术及工农业生产水平的不断提高,对相应的仪器仪表也提出越来越高的要求,因此,仪器仪表需扩展大量的外围功能部件来满足仪器仪表复杂性、高性能及智能化的要求。

这种方法虽然满足了仪器的复杂性要求,但随之而来的问题是由于系统扩展的过于复杂而造成系统可靠性降低,故障率增加,查找故障困难,从而失去了智能化仪器仪表的优势,如果能够将功能复杂的众多外围功能部件全部或大部分集成到系统所使用的单片机内部,则可大大提高仪器仪表系统的可靠性,同时又使系统的成本得以降低,还可利用单片机片内资源在不增加硬件成本的情况下增强仪器的性能,因而该方案是提高仪器仪表可靠性及性能的行之有效的方法,而美国Cygnal公司的C8051F020单片机便是1款可满足复杂高性能仪器仪表要求的单片机。

C8051F020单片机是集成在1块芯片上的混合信号系统级单片机,具有与MCS?51内核及指令完全兼容的微控制器。除了具有标准8051机的数字外设部件外,片内还集成了数据采集与控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件,主要包括模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压

比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART、SPI、可编程计数器/定时器阵列、定时器、I/O端口、电源监视器、看门狗定时器和时钟振荡器等,且该单片机内部具有JTAG和调试电路,通过JATG接口可以使用安装在最终应用系统产品上的单片机进行非侵入、全速及在系统调试。

2功能与特点

（1）25MIPS高速流水线式与8051机完全兼容的CIP-51内核。

（2）真正12位100KBps、8通道带可编程增益放大器的ADC。

（3）真正8位500KBps,带可编程增益放大器的ADC。

（4）5个16位通用定时器。

（5）具有5个捕捉/比较模块的可编程计数/定时器阵列。

（6）内部电压基准。

（7）内置温度传感器（±3℃）。

（8）片内看门狗定时器,时钟源及VDD监视器。

（9）64个通用数字I/O端口。

（10）具有I2C/SMBUSSPI及两路UART、串行接口。

（11）64KB系统可编程FLASH存储器。

（12）4352（4096＋256）Byte片内RAM。

（13）64KB地址的外部存储器接口。

（14）内部FLASH存储器可实现在系统编程,即可作程序存储器也可作非易失性数据存储器。

（15）工作电压为2.7V～3.6V,典型值为3V,I/O、RST、JTAG引脚均允许5V输入电压。

（16）全系列工业级电路（－45℃－＋85℃）。

（17）片内JTAG仿真电路,提供全速的电路内仿真,不占用片内用户资源,支持断点、单步、观察点、运行和停止等调试命令、支持存储器和寄存器校验和修改。

3内部功能部件

3.1CPU

C8051F020CPU的主要特点如下：

（1）与标准8051机完全兼容,支持标准的ASM51、KeilC高级语言;

（2）具有高速指令处理能力,机器周期由MCS51标准的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期,且70％的指令时间为1－2个机器周期,指令处理能力大大提 高;

（3）增加了中断源,由MCS-51标准7个中断源增加至22个中断源;

（4）增加了复位源,标准的MCS?51只有外部引脚复位,而C8051F020增加了7种复位源,使系统可靠性大大提高;

（5）增加了内部能独立工作的时钟源。
　3.2存储器

3.2.1数据存储器

C8051F020具有标准8051机的程序和数据地址配置,包括256字节的RAM,其中高128字节为2个地址空间,用间接寻址访问的高128字节和用直接寻址访问的SFR地址空间,低128字节用户可用直接或间接寻址方式访问,此外,C8051F020还具有位于外部数据存储器地址空间的4KB的RAM和外部数据存储器接口（EMIF）,这个4KB的RAM可以只映射到片内也可以映射到64KB外部数据存储器地址空间,还可同时映射到片内和片外（4KB地址以内在片内存储器空间访问,4KB以上经过EMIF访问）。外部数据存储器接口用于访问最多64KB的外部扩展RAM。

3.2.2程序存储器

C8051F020的程序存储器包含64KB的FLASH,该存储器以512B为1个扇区,可以在系统编程,且无需在片外提供编程电压,该程序存储器未用到的扇区均可由用户按扇区作为非易失性数据存储器使用。

3.3I/O与数字交叉开关

C8051F020单片机除具有标准的8051机端口P0～P3外,还具有附加的4个8位I/O口。这样,I/O口总数可达64个,每个端口I/O引脚都可设置为推挽或开漏输出。最为独特的功能是引入了数字交叉开关,它可将内部数字系统资源分配给P0、P1、P2和P3端口的I/O引脚,并可将片内计数器/定时器、串行总线、中断源、A/D转换输入、比较器输出以及微控制器的其它数字信号配置为在上述I/O引脚输出,这就允许用户根据自己的特定应用选择通用I/O和所需数字资源的组合。

3.4可编程计数阵列

除了内部提供5个16位的通用定时/计数器外,C8051F020还提供1