C8051F020單片機(jī)及其在總磷在線自動(dòng)分析儀中的應(yīng)用

1 概述
　　C8051F0XX系列單片機(jī)是Cygnal公司新推出的一種混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)。該系列單片機(jī)片內(nèi)含CIP－51的CPU內(nèi)核，它的指令系統(tǒng)與MCS－51完全兼容。其中的C8051F020單片機(jī)含有64kB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，4352B的RAM、8個(gè)I／O端口共64根I／O口線、一個(gè)12位A／D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)8位A／D轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)雙12位D／A轉(zhuǎn)換器、2個(gè)比較器、5個(gè)16位通用定時(shí)器、5個(gè)捕捉／比較模塊的可編程計(jì)數(shù)／定時(shí)器陣列、看門狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器等部分。C8051F020單片機(jī)支持雙時(shí)鐘，其工作電壓范圍為2．7～3．6V（端口I/O,RST和JTAG引腳的耐壓為5V）。與以前的51系列單片機(jī)相比，C8051F020增添了許多功能，同時(shí)其可靠性和速度也有了很大提高。
2 C8051F020的功能特點(diǎn)
　　C8051F020芯片的內(nèi)部功能方框圖如圖1所示。

C8051F020微控制器的內(nèi)核CIP－51在保持CISC結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上對(duì)指令實(shí)行流水作業(yè)，該器件廢除了機(jī)器周期的概念，它的指令以時(shí)鐘周期為運(yùn)行單位，因而大大提高了指令的運(yùn)行速度。當(dāng)晶振為25MHz時(shí)， C8051F020的指令執(zhí)行速度峰值可達(dá)到25MIPS。CIP－51微控制器的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的8051類似，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共享同一地址空間，但可用不同的指令類型來訪問。
　　C8051F020帶有8個(gè)I／O端口（64根I／O口線），其中包括四個(gè)低部端口P0～P3（可以位尋址）和四個(gè)高部端口P4～P7（不可以位尋址）。在C8051F020中，可通過網(wǎng)絡(luò)開關(guān)以硬件的方式實(shí)現(xiàn)I／O端口的靈活配置（如圖1所示），也可以通過設(shè)置相應(yīng)的寄存器控制交叉開關(guān)來把I／O 口配置為所選擇的特殊功能端口。
　　C8051F020有5個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)器：T0、T1、T2、T3、T4。其中T0、T1和T2與標(biāo)準(zhǔn)8051用法一致。T3是一個(gè)具有自動(dòng)重裝載功能的計(jì)數(shù)器，可以用作啟動(dòng)ADC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、SMBus定時(shí)和通用計(jì)數(shù)器。T4可用作自動(dòng)重裝載功能的16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器、有捕獲功能的16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器和 UART1的波特率發(fā)生器。其定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作模式均可通過配置相應(yīng)的特殊功能寄存器來設(shè)定。
　　通過SPI可訪問4線（MOSI、MISO、SCK、NSS）全雙工串行總線。它可以工作于主、從兩種方式。當(dāng)C8051F020的SPI工作于主方式時(shí)，NSS與數(shù)字電源相連接；而當(dāng)其工作于從方式時(shí)，則通過NSS來選通該器件。SPI有全雙工和半雙工兩種操作模式。當(dāng)C8051F020工作于全雙工模式的主方式時(shí)，可以通過向數(shù)據(jù)寄存器SPI0DAT寫入一字節(jié)來啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳輸。這時(shí)，C8051F020會(huì)立即在MOSI上串行移出數(shù)據(jù)，并在 SCK上提供串行時(shí)鐘。同時(shí)，從器件也可在MISO線上向C8051F020串行移出寄存器的內(nèi)容。傳輸結(jié)束時(shí)，SPI0CN．7位被置“1”。 C8051F020的SPI可以在一次傳輸操作中移入／移出1～8位數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同長度的從器件。當(dāng)SPI未被配置為主器件時(shí)，它將作為從器件工作。
　　SMBus（系統(tǒng)管理總線）是雙線雙向串行接口，符合SMBus1．1版本，并與I2C串行總線完全一致。C8051F020的SMBus也可工作于主、從兩種方式。它們?cè)谶M(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，均由主器件來啟動(dòng)。
這種新型的C8051F020單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)9通道、12位A／D轉(zhuǎn)換器ADC0和一個(gè)8通道、8位A／D轉(zhuǎn)換器ADC1，而且在使用時(shí)可以通過寄存器配置來選擇通道號(hào)和通道數(shù)以及以下四種A／D轉(zhuǎn)換方式中的一種來啟動(dòng)。
（1）給寄存器ADC0CN的AD0BUSY位寫“1”；
（2）定時(shí)器3溢出；
（3）定時(shí)器2溢出；
（4）CNVSTR有上升沿。
　　C8051F020有兩個(gè)12位D／A轉(zhuǎn)換器DAC0、DAC1，它們也可以通過寄存器配置來選擇。啟動(dòng)D／A轉(zhuǎn)換也有以下四種方式：
（1）數(shù)據(jù)寫入到DAC的高字節(jié)寄存器；
（2）定時(shí)器2溢出；
（3）定時(shí)器3溢出；
（4）定時(shí)器4溢出。
　　設(shè)計(jì)時(shí)一般選擇第一種方式，當(dāng)需要輸出方波時(shí)，可以選擇第二、三、四種方式中的一種。在第一種方式下，也可以先寫入DAC的低字節(jié)，然后再寫入高字節(jié)，從而啟動(dòng)一次D／A轉(zhuǎn)換。