高速SoC單片機C8051F

美國Cygnal公司專門從事混合信號系統(tǒng)芯片(SoC)單片機的設(shè)計與制造。公司更新了原51單片機結(jié)構(gòu)，設(shè)計了具有自主產(chǎn)權(quán)的CIP-51內(nèi)核，運行速度高達每秒25MIPS?，F(xiàn)已設(shè)計并為市場提供了29個品種的C8051F系列SoC單片機，預(yù)計今年年內(nèi)還將完成20多個新的SoC單片機的設(shè)計。
C8051F系列是集成的混合信號系統(tǒng)芯片SoC單片機，具有與MCS-51內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標準8051的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件(參見圖1)。
C8051F系列是真正能獨立工作的SoC。CPU有效地管理模擬和數(shù)字外設(shè)，可以關(guān)閉單個或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。FLASH存儲器還具有在線重新編程的能力，即可用作程序存儲器又可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲。應(yīng)用程序可以使用MOVC和MOVX指令對FLASH進行讀或改寫。
C8051F系統(tǒng)工作電壓為2.7V~3.6V，典型值為3V。I/O、RST、JTAG引腳均允許5V電壓輸入。


CPU的獨特之處
與標準8051完全兼容
C8051F系列單片機采用CIP－51內(nèi)核，與MCS－51指令系統(tǒng)全兼容，可用標準的ASM－51、Keil　C高級語言開發(fā)編譯C8051F系列單片機的程序。
高速指令處理能力
標準的8051一個機器周期要占用12個系統(tǒng)時鐘周期，執(zhí)行一條指令最少要一個機器周期。C8051F系列單片機指令處理采用流水線結(jié)構(gòu)，機器周期由標準的12個系統(tǒng)時鐘周期降為1個系統(tǒng)時鐘周期，指令處理能力比MCS－51大大提高。
CIP-51內(nèi)核70% 的指令執(zhí)行是在一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)完成的，只有四條指令的執(zhí)行需4個以上時鐘周期。CIP-51指令與MCS－51指令系統(tǒng)全兼容，共有111條指令。
增加了中斷源
標準的8051只有7個中斷源。C8051F系列單片機擴展了中斷處理，這對于實時多任務(wù)系統(tǒng)的處理是很重要的。擴展的中斷處理向CIP-51提供22個中斷源，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷。一個中斷處理需要較少的CPU干預(yù)，卻有更高的執(zhí)行效率。
增加了復(fù)位源
標準的8051只有外部引腳復(fù)位。C8051F系列單片機增加了7種復(fù)位源，使系統(tǒng)的可靠性大大提高。每個復(fù)位源都可以由用戶用軟件禁止。復(fù)位源包括：片內(nèi)電源監(jiān)視、WDT(看門狗定時器)、時鐘丟失檢測器、比較器0輸出電平檢測、軟件強制復(fù)位、CNVSTR(AD轉(zhuǎn)換啟動)、外部引腳RST復(fù)位(可雙向復(fù)位)。
提供內(nèi)部時鐘源
標準的8051只有外部時鐘。C8051F系列單片機有內(nèi)部獨立的時鐘源(C8051F300/F302提供的內(nèi)部時鐘誤差在2%以內(nèi))，在系統(tǒng)復(fù)位時默認內(nèi)部時鐘。如果需要可接外部時鐘，并可在程序運行時實現(xiàn)內(nèi)、外部時鐘的切換，外部時鐘可以是晶體、RC、C或外部時鐘。以上的功能在低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中非常有用。

存儲器
數(shù)據(jù)存儲器
CIP-51具有標準8051的程序和數(shù)據(jù)地址配置。它包括256B的RAM，其中高128B用戶只能用直接尋址訪問的SFR地址空間。低128B用戶可用直接或間接尋址方式訪問。前32B為4個通用工作寄存器區(qū)，接下來的16B既可以按B尋址也可以按位尋址。
程序存儲器
C8051F系列單片機程序存儲器為8K~64KB的Flash存儲器，該存儲器可按512B為一扇區(qū)編程，可以在線編程，且不需片外提供編程電壓。

可編程數(shù)字I/O和交叉開關(guān)
C8051F 系列單片機具有標準的8051 I/O口，除P0、P1、P2、P3之外還有更多的擴展的8位I/O口。每個端口I/O引腳都可以設(shè)置為推挽或漏極開路輸出。
最為獨特的是增加了(C8051F2XX除外)數(shù)字交叉開關(guān)。它可將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源定向到P0、P1和P2端口I/O引腳。定時器，串行總線，外部中斷源，AD輸入轉(zhuǎn)換，比較器輸出，都可通過設(shè)置開關(guān)控制寄存器定向到P0、P1、P2的I/O口。

可編程計數(shù)器陣列
除了通用計數(shù)器/定時器之外，C8051F00x/01x/02x還有一個片內(nèi)可編程計數(shù)器/定時器陣列(PCA)。PCA包括一個專用的16位計數(shù)器/定時器，5個可編程的捕捉/比較模塊。時間基準可以是下面的六個時鐘源之一：系統(tǒng)時鐘/12、系統(tǒng)時鐘/4、定時器0溢出、外部時鐘輸入(ECI)、系統(tǒng)時鐘和外部振蕩源頻率/8。

模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器
ADC
C8051F系列內(nèi)部都有一個ADC子系統(tǒng)(除C8051F230/1/6之外)，由逐次逼近型ADC、多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器組成。ADC工作在100ksps的最大采樣速率時可提供真正的8位、10位或12位精度。
除了12位的ADC子系統(tǒng)ADC0之外，C8051F02x還有一個8位ADC子系統(tǒng)，即ADC1，它有一個8通道輸入多路選擇器和可編程增益放大器。該ADC工作在500ksps的最大采樣速率時可提供真正的8位精度。ADC1的可編程增益放大器的增益可以設(shè)置為0.5、1、2或4。ADC1也有靈活的轉(zhuǎn)換控制機制，允許用軟件命令、定時器溢出或外部信號輸入啟動ADC1轉(zhuǎn)換；用軟件可以使ADC1與ADC0同步轉(zhuǎn)換。
DAC
C8051F系列內(nèi)有兩路12位DAC，2個電壓比較器。CPU通過SFRS控制數(shù)模轉(zhuǎn)換和比較器。CPU可以將任何一個DAC置于低功耗關(guān)斷方式。DAC為電壓輸出模式，與ADC共用參考電平。允許用軟件命令和定時器2、定時器3及定時器4的溢出信號更新DAC輸出。

全速的在線調(diào)試
C8051F系列單片機設(shè)計有片內(nèi)調(diào)試電路與JTAG口，可以實現(xiàn)非插入式片上全速調(diào)試。Cygnal提供基于Windows集成的在線開發(fā)調(diào)試環(huán)境，包括IDE軟件與串口適配器EC2、調(diào)試目標板，可實現(xiàn)存貯器和寄存器校驗和修改；設(shè)置斷點、觀察點、堆棧；程序可單步運行、全速運行、停止等。在調(diào)試時所有的數(shù)字和模擬外設(shè)都能正常工作，實時反映真實情況。IDE調(diào)試環(huán)境可做Keil　C源程序級別的調(diào)試。■