80C51系列單片機的升級版本C8051F

１ 引言

近３０年來，世界各主要電子元器件生產廠商紛紛推出自己各具特色的單片機產品。而在百花齊放的單片機家族中，８０Ｃ５ｌ系列一直扮演著重要的角色。該單片機在教學、科研等領域已經成為入門單片機并成為單片機應用的首選，該產品以其易讀性好、擴展能力強而著稱，從而成為廣大從事單片機開發(fā)者最熟悉、最具代表的機型。但人們往往在熟悉８０Ｃ５１單片機之后又選擇別的系列單片機開發(fā)產品，這是因為８０Ｃ５１具有運算速度慢、功耗大、內部資源少等不足，所以限制了其使用范圍。Ｃｙｇｎａｌ公司推出的Ｃ８０５ｌＦ系列單片機既彌補了８０Ｃ５１系列的不足，又與ＭＣＳ—５ｌ指令集兼容。Ｃ８０５ｌＦｘｘｘ系列單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與８０５１指令集完全兼容的ＣＩＰ－５１內核。它在單片內集成了構成一個單片機數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設及其它功能部件。這些外設或功能部件包括：ＡＤＣ、可編程增益放大器、ＤＡＣ、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、ＳＭＢｕｓ／Ｉ２Ｃ、ＵＡＲＴ、ＳＰＩ、定時器、可編程計數(shù)器／定時器陣列（ＰＣＡ）、內部振蕩器、看門狗定時器及電源監(jiān)視器等。這些外設部件的高集成度為設計小體積、低功耗、高可靠性、高性能的單片機應用系統(tǒng)提供了很大的方便，同時也可以使整體系統(tǒng)的成本大大降低。

熟悉ＭＣＳ—５１系列單片機的工程技術人員可以很容易地掌握Ｃ８０５１Ｆｘｘｘ的應用技術并進行軟件移植。但不能將８０５１的程序直接應用于Ｃ８０５１Ｆ單片機中，因為這兩種系列的單片機內部資源存在較大的差異，因此，完全照搬、移植是行不通的，必須經過“改良”（主要是初始化控制字的改寫）才能正確運行。本文以Ｃ８０５１Ｆｘｘｘ系列單片機中資源最豐富、功能最多、運算速度最快（達到１００ＭＩＰＳ）的Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ系列為例，介紹其與８０Ｃ５１的主要不同之處以及開發(fā)時應注意的問題，同時給出了其完整的、且經過運行驗證的源程序。

２結構差異

Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ單片機與８０５１單片機在結構上的最大區(qū)別有四點：外引腳采用交叉開關配置；系統(tǒng)時鐘源多樣且控制靈活；內部特殊功能寄存器ＳＦＲ種類數(shù)量增多；具有基于ＪＴＡＧ接口的在系統(tǒng)調試功能。下面主要介紹前三部分內容。

２．１ 可編程數(shù)字Ｉ／Ｏ和交叉開關

可編程數(shù)字Ｉ／Ｏ和交叉開關是一個大的數(shù)字開關網絡，它允許將內部數(shù)字系統(tǒng)資源分配給端口Ｉ／Ｏ引腳。與具有標準復用數(shù)字Ｉ／Ｏ的微控制器不同，這種結構支持所有的功能組合?？赏ㄟ^設置交叉開關控制寄存器（ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０）將片內的計數(shù)器／定時器、串行總線、硬件中斷、ＡＤＣ轉換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內部的其它數(shù)字信號配置為在端口Ｉ／Ｏ引腳出現(xiàn)，這就使用戶可以根據(jù)自己的特定應用選擇通用端口Ｉ／Ｏ和需數(shù)字資源的組合。而不同于８０５１單片機的引腳基本是固定分配的。Ｃ８０５１Ｆ系列通過優(yōu)先權交叉開關譯碼器來控制數(shù)字開關網絡，優(yōu)先權交叉開關譯碼器的值由交叉開關控制寄存器（ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０）來配置，如圖１所示。優(yōu)先權交叉開關譯碼器按優(yōu)先權順序從Ｐ０．０開始，可以一直分配到Ｐ３．７，它為數(shù)字外設所分配的端口引腳的優(yōu)先順序是按系統(tǒng)默認的順序，即：串行通信ＵＡＲＴ０具有最高優(yōu)先級，ＴＸ０和ＲＸ０分別被分配到Ｐ０．０和Ｐ０．１? 串行通信ＳＰＩ具有次高優(yōu)先級，詳細的端口引腳的優(yōu)先分配順序表請參考有關資料。如果不選擇某個資源，則優(yōu)先順序表中的下一個功能將填充這個位置。圖２所示是三個交叉開關控制寄存器（ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０）中各位的含義，它們的復位值均為００００００００。

當交叉開關配置寄存器ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０中外設的對應位被設置成邏輯１時，交叉開關將端口引腳分配給外設；如果一個數(shù)字外設的允許位未被設置成邏輯１，則其端口不能通過引腳訪問。未被設置的交叉開關分配端口可當作標準連續(xù)的Ｉ／Ｏ口使用。在系統(tǒng)復位后，默認的寄存器ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０的值均為零，即所有Ｉ／Ｏ引腳被強迫成輸入口（帶上拉），且不與內部資源連通。這樣，沒有輸出的系統(tǒng)顯然無意義，所以，無論如何都應置ＸＢＲ２的第６位為１，使交叉開關允許以便引出輸出信號。

２．２ 系統(tǒng)時鐘源

Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ的系統(tǒng)時鐘可以取自內部振蕩電路、外部振蕩電路（包括晶振，ＲＣ振蕩，陶瓷諧振電路）和鎖相環(huán)ＰＬＬ電路，鎖相環(huán)ＰＬＬ電路的輸入源可選擇來自內部振蕩電路，也可以選擇外部振蕩電路，通過ＰＬＬ的倍頻作用可以提高時鐘頻率。Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ系統(tǒng)內的振蕩電路如圖３所示。要產生所需的系統(tǒng)時鐘，通常要設置８個寄存器：ＯＳＣＸＩＮ、ＯＳＣＩＣＮ、ＯＳＣＩＣＬ、ＣＬＫＳＥＬ、ＰＬＬＯＣＮ、ＰＬＬＯＦＬＴ、ＰＬＬ０ＤＩＶ、ＰＬＬ０ＭＵＬ，其中后４個是有關ＰＬＬ的寄存器。

２．３ 特殊功能寄存器ＳＦＲ結構

與ＭＣＳ—５１的ＳＦＲ不同的是，Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ的ＳＦＲ由圖４所示的多頁組成，共有５頁，頁號為０、１、２、３、１５。各個ＳＦＲ分布在不同的頁里，像ＸＢＲ０、ＸＢＲ１、ＸＢＲ２、ＯＳＣＸＩＮ、ＯＳＣＩＣＮ、ＬＬＯＣＮ、ＰＬＬＯＦＬＴ等定位在１５頁里，定時器有關的寄存器ＴＣＯＮ、ＴＭＯＤ、ＴＨ、ＴＬ等定位在０頁里。在讀寫各個ＳＦＲ之前，必須先切換到相應的頁，可使用“ＭＯＶ ＳＦＲＰＡＧＥ，＃頁號”指令來進行切換。各個ＳＦＲ所在哪些頁，請查看相關的資料。