单片机C8051F020简介及其在仪器和仪表中的应用

个片内编程的计数器/定时器阵列（PCA）,PCA包括1个专用的16位计数器/定时器,5个可编程的捕捉比较模块,时间基准可以是下面的6个时钟源之一：系统时钟/12;系统时钟/4;定时器0溢出;外部时钟输入;系统时钟和外部振荡频率/8。每个捕捉模块都有6种工作方式：边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、8位脉冲宽度调制器,频率输出、16位脉冲宽度调制器。

3.5多类型串行总线端口

C8051

F020内部具有2个全双工UART、SMBUS/I2C总线和SPI总线,每种串行总线都完全用硬件实现,都能向CIP?51产生中断,这些串行总线不共享定时器、中断或I/O端口,所以允许用户全部同时使用。

3.6A/D转换器

C8051F020内部有2个ADC子系统。

3.6.1 12位A/D转换器ADC0

该转换器由逐次逼近型ADC、多通道模拟输入选择器和可编程增益放大器组成,ADC工作在100KBPS的最大采样速率时可提供真正的12位精度,ADC0的8个外部输入通道都可被配置为两个单端输入或1个差分输入,ADC0的第9个输入通道为内部温度传感器,同时内部提供1个2.34V基准电压,可编程增益放大器的增益可用软件设置,从0.5～16以2的整数次幂递增,允许用软件事件、硬件信号触发转换或进行连续转换。

3.6.2 8位A/D转换器ADC1

除了12位的ADC子系统ADC0外,C8051F020还有1个8位ADC子系统,即ADC1,它有1个8通道输入多路选择器和可编程增益放大器,该ADC工作在500KBps的最大采样率时可提供真正的8位精度,ADC的基准电压可在电源电压引脚（AV＋）和外部VREF引脚之间选择,ADC1的可编程增益放大器的增益可被编程为0.5、1、2或4,ADC1也有灵活的转换控制机制,允许用软件命令,定时器溢出或外部信号输入启动ADC1转换,用软件可以使ADC1与ADC0同步转换。

3.7D/A转换器

C8051F020内部有2个12位电压DAC,每个DAC的输出摆幅均为0V～VREF－1LSB,CPU可通过SFRS控制数模转换和比较器,CPU可将任何1个DAC置于低功耗关断方式,DAC为电压输出模式,与ADC共用参考电压,允许用软件命令和定时器2、定时器3及定时器4的溢出信号更新DAC的输出。

3.8JTAG

C8051F020片内具有JTAG接口和逻辑,为生产和在系统测试FLASH存储器的读和写操作,以及非侵入式在电路调试提供边界扫描功能,片内接口完全符合IEEE1149.1规范。

4 C8051F020单片机在仪器仪表中的应用

C8051F020是1种集成了众多功能部件、功能强大的单片机,适合于要求硬件功能强大,运算速度快,工作环境恶劣,可靠性高,扩展功能强及低功耗的应用系统。下面以1个实际的仪器仪表系统即电子配料秤为例给出C8051F020在仪器仪表中的具体应用方法。电子配料秤是1种广泛应用于食品加工、饲料、添加剂、农药、化工、冶金等行业中的配料称重仪器。对电子配料秤的主要要求是具有高速、高精度、高可靠性及高稳定性,而且在整个生产过程中需要动态连续或间歇性动态连续运行,称重配料系统均以单片机为核心,其硬件电路框图如图1所示。

图1 电子配料秤的硬件电路框图
图1所示的电子配料秤虽然基本能满足生产的需要,但是由于系统扩展的外围功能器件较多,造成系统的电路复杂,故障率高,调试困难,编程复杂。经反复分析论证,我们以C8051F020为核心重新设计了电子配料秤,如图2所示。

图2 以C8051F020为核心的电子配料硬件框图

使用C8051F020可使系统扩展的外围电路及接口电路数量大大减少,提高了系统的可靠性及稳定性,同时为系统的功能扩展及软硬件升级提供了方便。系统中利用了C8051F020的以下资源以简化原电路设计。

（1）可编程增益放大器PGA

电子配料秤将被测物体的重量通过拉或压等形式将重量传递给称重传感器,称重传感器通常采用电阻应变桥式,其输出电压摆幅均为0V～数百mV,故需将此信号放大后才能提供给A/D转换器,可编程增益放大器的增益可根据称重传感器的满量程值和A/D转换器的参考电压值设置。

（2）A/D转换器

C8051F020单片机具有12Bit分辨率的ADC和10Bit分辨率的ADC,这里使用12Bit分辨率的ADC,12Bit分辨率ADC的采样速率高达100KBps,利用C8051F020片内的ADC,一方面简化了原外围扩展的ADC,另一方面,其12Bit的精度和100KBps的采样速率使得本系统的测量精度和测量实时性大为提高,满足了本系统的动态精度要求和实时性要求,从而使本系统的前向通道更加稳定。

（3）程序和数据存储器

C8051F020单片机片内具有64KByte的大容量FLASH程序存储器和4305Byte的数据存储器。这样可以满足电子配料秤存储复杂算法程序及大量数据的要求,同时为系统的软件升级预留了足够的空间,且简化了原外

扩的程序及数据存储器。由于C8051F020支持在系统编程使得本系统的软件升级极为方便。

（4）具有丰富的可编程数字I/O资源

本系