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(chǎn)廠商紛紛推出自己各具特色的單片機產(chǎn)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(lǐng)域已經(jīng)成為入門單片機并成為單片機應(yīng)用的首選，該產(chǎn)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(chǎn)品，這是因為８０Ｃ５１具有運算速度慢、功耗大、內(nèi)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(nèi)核。它在單片內(nèi)集成了構(gòu)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(shè)及其它功能部件。這些外設(shè)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(nèi)部振蕩器、看門狗定時器及電源監(jiān)視器等。這些外設(shè)部件的高集成度為設(shè)計小體積、低功耗、高可靠性、高性能的單片機應(yīng)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(shù)人員可以很容易地掌握Ｃ８０５１Ｆｘｘｘ的應(yīng)用技術(shù)并進行軟件移植。但不能將８０５１的程序直接應(yīng)用于Ｃ８０５１Ｆ單片機中，因為這兩種系列的單片機內(nèi)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(jīng)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(yīng)注意的問題，同時給出了其完整的、且經(jīng)過運行驗證的源程序。

２結(jié)構(gòu)差異

Ｃ８０５１Ｆ１２Ｘ單片機與８０５１單片機在結(jié)構(gòu)上的最大區(qū)別有四點：外引腳采用交叉開關(guān)配置；系統(tǒng)時鐘源多樣且控制靈活；內(nèi)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(diào)試功能。下面主要介紹前三部分內(nèi)容。

２．１ 可編程數(shù)字Ｉ／Ｏ和交叉開關(guān)

可編程數(shù)字Ｉ／Ｏ和交叉開關(guān)是一個大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，它允許將內(nèi)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(jié)構(gòu)支持所有的功能組合?？赏ㄟ^設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器（ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０）將片內(nèi)的計數(shù)器／定時器、串行總線、硬件中斷、ＡＤＣ轉(zhuǎn)換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)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(yīng)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(quán)交叉開關(guān)譯碼器來控制數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器的值由交叉開關(guān)控制寄存器（ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０）來配置，如圖１所示。優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器按優(yōu)先權(quán)順序從Ｐ０．０開始，可以一直分配到Ｐ３．７，它為數(shù)字外設(shè)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(guān)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(guān)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(guān)配置寄存器ＸＢＲ２、ＸＢＲ１和ＸＢＲ０中外設(shè)的對應(yīng)位被設(shè)置成邏輯１時，交叉開關(guān)將端口引腳分配給外設(shè)；如果一個數(shù)字外設(shè)的允許位未被設(shè)置成邏輯１，則其端口不能通過引腳訪問。未被設(shè)置的交叉開關(guān)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(nèi)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(yīng)置ＸＢＲ２的第６位為１，使交叉開關(guān)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(nèi)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(nèi)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(nèi)的振蕩電路如圖３所示。要產(chǎn)生所需的系統(tǒng)時鐘，通常要設(shè)置８個寄存器：ＯＳＣＸＩＮ、ＯＳＣＩＣＮ、ＯＳＣＩＣＬ、ＣＬＫＳＥＬ、ＰＬＬＯＣＮ、ＰＬＬＯＦＬＴ、ＰＬＬ０ＤＩＶ、ＰＬＬ０ＭＵＬ，其中后４個是有關(guān)ＰＬＬ的寄存器。

２．３ 特殊功能寄存器ＳＦＲ結(jié)構(gòu)

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(guān)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(yīng)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(guān)的資料。