C8051F02X外部存儲器接口和I/O端口配置

關鍵詞：C8051F02X EMIF I/O 交叉開關

美國Cygnal公司C8051F02X系列單片機是集成在一起芯片上的混合信號系統(tǒng)級單片機。該單片機具有32/64位數(shù)字I/O端口（引腳）、25MIPS高速流水線式8051微控制器內(nèi)核、64KB在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、64KB地址的外部存儲器接口、4352（4096+256）B片內(nèi)RAM、各自獨立的SPI、SMBUS/I2C和兩個UART串行接口等特點。其最突出的優(yōu)點就是，通過設置交叉開關寄存器控制片內(nèi)數(shù)字資源映射到外部I/O引腳，這就允許用戶根據(jù)自己的特定應用，選擇通用I/O端口和所需要數(shù)字資源。當然，在設置數(shù)字交叉開關寄存器時，應該首先考慮EMIF的配置問題。其配置不同，將導致單片機通過不同的端口（低或高）訪問片外存儲器和存儲器映像的I/O部件，以及數(shù)字交叉開關是否分配外部設備給P0.7(WR)、P0.6（RD）、P0.5（ALE）引腳。（如圖EMIF設置為多路器模式。）

1 EMIF和I/O配置方法

1.1 外部存儲器接口（EMIF）配置

C8051F02X系列MCU有4KB的RAM可以只映射在片內(nèi)，也可以映射在64KB外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間，還可以同時映射到片內(nèi)和片外（4KB地址以內(nèi)在片內(nèi)存儲器空間訪問，4KB以上經(jīng)過EMIF訪問）三種方式。對于后兩種存儲器工作模式，需通過外部存儲器接口使用MOVX和DPTR或MOVX和R0（R1）指令訪問外部數(shù)據(jù)存儲器和存儲器映像的I/O設備。但是對于高8位地址，必須由外部存儲器接口寄存器（EMI0CN）提供；而EMIF可將外部數(shù)據(jù)存儲器接口映射到低端口（P0～P3）（F020/2/3系列）或高端口（P4～P7）（F020/2系列），以及配置為復用模式或非復用模式等。配置外部存儲器接口的步驟下：

*設置EMIF為低端口或高端口；

*設置EMIF為復用模式或非復用模式；

*選擇存儲器模式（片內(nèi)方式、無塊選擇分片方式、帶塊選擇分片方式、片外方式）；

*設置片外存儲器或片外設備時基；

*選擇相關I/O端口（寄存器PnMOUT、P74OUT）的輸出模式。

外部存儲器接口（EMI）映射為低端口（P0～P3）即PRTSEL位（EMIOCH.5）置為0，如PRTSEL位置為1，EMI映射為高端口（P4～P7）（適用于P020/2系列）。此時如果EMIFLE位（XBR2.5）被設置為邏輯1，那么，數(shù)字交叉開關將不分配外部設備給P0.7（WR）、P0.6（RD）、P0.5（ALE）引腳（如果EMI設置為多中模式）；如果EMIFLE位設為0，那么P0.7、P0.6、P0.5引腳的功能將由交叉開關寄存器或端口鎖存器來決定。外部存儲器接口只有執(zhí)行片外MOVX指令期間使用相關的端口引腳，一旦MOVX指令執(zhí)行完畢，端口鎖存器或交叉開關寄存器又重新恢復對端口引腳的控制。

1.2 I/O端口配置

數(shù)字交叉開關譯碼器按照被使用設備的優(yōu)先權順序將端口P0～P7的引腳分配給外部數(shù)字外設。端口引腳的分配是從P0.0開始，沒有被使用的引腳可作為一般通用的I/O引腳，通過讀寫相應的端口數(shù)據(jù)寄存器訪問。在數(shù)字交叉開關寄存器XBR0、XBR1、XBR2中將相應的內(nèi)部數(shù)字資源使能位置1，數(shù)字資源就映射到I/O端口引腳。例如：將UART0EN位（XBR0.2）置為1，那么，TX0和RX0引腳被分別映射到P0.0和P0.1。因為UART0具有最高的優(yōu)先權，故在它的使能位置1時，TX0和RX0引腳總是被映射到P0.0和P0.1。如果一個數(shù)字外設的使能位沒有置1，它的端口的I/O引腳上是不能被訪問的。數(shù)字交叉開關寄存器被正確配置以后，通過置XBARE（XBR2.4）位1來使能交叉開關。在交叉開關使能后。P0～P3（F020/1/2/3系列）或P0～P7（F020/2系列）輸出驅動自動被禁止，從而避免了交叉開關寄存器和其它寄存器寫入時在端口引腳上產(chǎn)生的沖突。注意：對于由交叉開關分配的輸入引腳（如T0、INT0、RX0等），其輸出驅動自動被禁止，因此，端口數(shù)據(jù)寄存器和PnMDOUT寄存器的值對這些引腳的狀態(tài)沒有影響。

在給單片機內(nèi)部數(shù)字資源分配了相應的I/O引腳后，還應設置其輸出方式：推挽和漏極開路。PnMDOUT寄存器各位決定P0～P7端口引腳的輸出方式，某一位置1，則該位為推挽輸出方式；置0，為漏極開路輸出方式。PnMDOUT寄存器控制端口引腳的輸出方式，而與交叉開關是否把端口引腳分配給數(shù)字外設無關。注意：對于由交叉開關分配的輸入引腳（如：SDA、SCL、RX0、RX1等）自動配置為漏極開路方式，而與相應的端口配置寄存器的設置無關。但對于一般的I/O引腳配置為輸入時，與這一引腳相關的PnMDOUT設置為漏極開路，同時端口配置寄存器位必須清0。

盡管在C8051F021/3中P4、P5、P6和P7沒有對應的引腳，但端口數(shù)據(jù)寄存器仍然存在，并可為軟件所用。由于數(shù)字輸入通路保持活動狀態(tài)，所以建議不要將這些引腳處于“懸空”狀態(tài)，避免因輸入浮空為無效邏輯電平而導致不必要的功率消耗。下面的三種方法可以防止這種情況的發(fā)生：

①通過將WEAKPUD（XBR2.7）設置為邏輯0來使能弱上拉部件；

②通過寫P74OUT=0xFF，將P4、P5、P6和P7的輸出方式配置為推挽方式；

③通過向端口數(shù)據(jù)寄存器寫0，將P4、P5、P6和P7的輸出狀態(tài)強制為邏輯0，即P4=0x00、P5=0x00、P6=0x00、P7=0x00。

2 EMIF和I/O端口配置應用

下面應用基于C8051F021/3單片機，也適應于C8051F020/2單片機。

*假設有一應用需要配置UART0、SMBus、UART1、INT0和INT1（8位），存儲器的工作模式為片內(nèi)方式；另外，P1端口作為4×4鍵盤的接口，P2、P3口作為通用的I/O端口。該應用的EMIF和I/O端口配置如下：

①設EMI的配置寄存器FMI0CF=0x00，因為本應用無擴展存儲器和存儲器映像的I/O設備，即存儲器工作模式為片內(nèi)方式；同時，將EMIFLE（XBR2.5）設置為0，這樣P0.7、P0.5的引腳將由交叉開關寄存器或端口鎖存器來決定，不被交叉開關跳過。

②按UART0EN=1、UART1EN=1、SMB0EN=1、INT0E=1、INT1E=1和EMIFLE=0，設置XBR0、XBR1、XBR2為XBR0=0x05、XBR1=0x14、XBR2=0x04。

③配置P1端口為數(shù)字輸入模式，即P1MDIN=0xFF；P1端口低四位為鍵盤輸出，高四位為輸入，即P1MDOUT=0x0FH（P1.0～P1.3為推挽方式，P1.4～P1.7為漏極開路方式），P1|=0xF0。

④使能交叉開關，即XBARE=1、XBR2=0x44。

因為EMIFLE=0，交叉開關譯碼器將不跳過P0.7、P0.6、P0.5引腳，所以按優(yōu)先極交叉開關譯碼表進行分配。UART0具有最高優(yōu)先極，故P0.0分配給TX0，P0.1分配給RX0；SMBus的SDA、SCL分別分配在P0.2、P0.3引腳；UART1的TX1、RX1分別分配在P0.4、P0.5引腳；INT0分配在P0.6引腳；INT1分配在P0.7引腳。

⑤設置UART0的TX0引腳（TX0、P0.0）、UART1的TX1引腳（TX1，P0.4）為推挽輸出方式，即P0MDOUT=0x11。RX0、SDA、SCL、RX1、INT0和INT1是由交叉開關分配輸入的，因此與其端口配置寄存器的值無關。

⑥P2、P3作為一般I/O端口初始化為輸入狀態(tài)，即P2MDOUT=0x00、P2=0xFF和P3MDOUT=0x00、P3=0xFF。

引腳功能如表1所列。

表1

*設現(xiàn)有一應用需要UART0、SMBus、UART1、INT0和INT1共8位。另外，存儲器工作方式為帶塊選擇的分片方式，EMIF為復用模式、低端口，并配置P1.2、P1.3、P1.4為模擬輸入模式，通過這三個引腳利用ADC1來測量輸入電壓。具體配置步驟如下：

①配置EMI為復用模式和工作在低端口，即PRTSEL=0，EMD2=0；存儲器模式為帶塊選擇的分片方式，即EMD1～0=10；ALE時基設為2個SYSCLK周期，即EALE1～0=01。

②按UART0EN=1、UART1EN=1、SYB0EN=1、INT0E=1、INT1E和EMIFLE=1，設置XBR0、XBR1、XBR2為XBR0=0x05、XBR1=0x14、XBR2=0x42。

③配置P1端口的P1.2、P1.3、P1.4為模擬輸入模式，這些引腳對應的位在P1MDIN寄存器中置為0，即P1MDIN=0xE3。

④使能交叉開關，即XBARE=1、XBR2=0x46。

UART0具有最高優(yōu)先權，故P0.0分配給TX0，P0.1分配給RX0；依次按照優(yōu)先極分配表，SMBus的SDA、SCL分配在P0.2、P0.3引腳；UART1的TX1、RX1分配在P0.4、P1.0引腳。因為EMI工作在低端口且為復用模式，交叉開關譯碼器將不分配內(nèi)部數(shù)字資源給P0.7(WR)、P0.6(RD)、P0.5(ALE)，所以，RX1按次序分配在P1.0引腳，INT0分配在P1.1引腳。由于P1.2、P1.3、P1.4被配置為模擬輸入，交叉開關跳過這些引腳，故INT1分配在P1.5引腳。在執(zhí)行片外MOVX指令時，EMI將驅動P2和P3端口。

⑤配置UART0的TX0引腳（TX0，P0.0）、UART1的TX1引腳（TX1，P0.4）、P0.7(WR)、P03.6(RD)、P0.5(ALE)為推挽輸出方式，即P0MDOUT=0xF1。

⑥配置EMIF的端口（P2、P3）輸出為推挽方式，即P2MDOUT=0xFF和P3MDOUT=0xFF。

⑦通過設置P1MDOUT=0x00(輸出為開漏極)和P1=0xFF(P1為高阻狀態(tài))來禁止P1.2、P1.3、P1.4三個模擬輸入引腳的輸出驅動器。

引腳功能如表2所列。

表2

3 總結

C8051F02X具有低功耗（3V工作電壓）、大容量存儲器、高速度、高集成度等特點，廣泛應用于工業(yè)控制、測量系統(tǒng)、報警系統(tǒng)。該單片機具有雙串行口，更適合于定位和報警系統(tǒng)的前端，從而提高移動終端集成度和降低功耗。