合肥交警大队处理违章:改良创新后的51单片机-----C8051F

MCS-51单片机及其衍生产品在我国乃至世界范围获得了非常广泛的应用，尤其在我国，大部分大专院校都采用MCS-51单片机作为教学机型,大部分单片机系统工程师都熟悉MCS-51单片机。随着一些髙集成度、髙性能的8位和16位RISC单片机的推出,基于8051内核的单片机正面临着退出市场的境地。因此一些半导体公司开始对传统8051内核进行大的改造,主要是提高速度和增加片内模拟和数字外设,以期大幅度提高单片机的整体性能.Silabs集成产品公司推出的C8051F单片机是这类MCS-51单片机的典型代表,也是目前功能最全,速度最快的8051衍生单片机。C8051F单片机的出现令业界人士耳目一新，使广大单片机系统设计人员看到了MCS-51单片机的曙光。

C8051F单片机简介

   C8051F单片机是完全集成混合信号系统级芯片（SoC），具有与8051兼容的高速CIP-51内核，于MCS－51指令集完全兼容，可以使用标准803×805X汇编器和编译器进行软件开发。除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。这些外设或功能部件包括模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBUS、12C、UART、SPI、定时器、可编程计数器、定时器阵列(PCA) 、数字I/O端口、电源监视器、看门狗定时器(WDT)和时钟振荡器等。所有器件都有内置的FLASH程序存储器和256字节的内部RAM，有些器件内部还有位于外部数据存储器空间的RAM，即XRAM。

C8051F单片机的主要特点

C8051F单片机中有丰富的模拟和数字资源，并采用了一些在单片机中前所未有的新技术，在CPU内核的内部和外部有几项关键性的改进。提高了整体性能，更易于在最终使用中使用。下面对C8051F单片机的主要特点加以介绍。

高速CIP-51内核

     C8051F单片机使用Silabs的专利CIP-51核。CIP-5核采用流水线结构，机器周期由标准8051F的12个系统时钟同期降为1个系统时钟周期，处理能力大大提高。在采用相同振荡器频率的情况下，C8051F单片机的峰值执行速度的标准8051的12倍。大部分C8051F单片机的峰值性能达到25MIPS，而8051F12X系列的峰值性能达到100MIPS。

CIP-51扩展了标准的中断系统，这个扩展的中断系统可以提供22个中断源（标准8051F只有7个中断源）允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，却有更高的执行频率。在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。

丰富的模拟和数字资源

C8051F单片机内部集成了大量的模拟和数字资源。

模拟资源主要包括：

1）由逐次逼近型ADC、多通道模拟输入选择器和可编程增益放大器组成的完整ADC子系统。ADC可以由多种转换启动方式，10位或12位的ADC数据字可以被编程为左对齐或右对齐方式。大部分器件中的ADC都可被编程差分输入或单端输入。ADC子系统可以产生窗口比较中断，即当ADC数据位于一个规定的窗口之内或之外时向CPU申请中断，这一特性允许用ADC以后台方式监视一个关键电压，当转换数据位于规定的窗口之内时才向CPU申请中断。

2）数、模转换器（DAC）。大部分C8051F器件内部有一个或两个电压输出DAC子系统。C8051F02X的DAC还有灵活的输出更新机制，允许用软件命令和定时器2、定时器3及定时器4的溢出信号更新DAC输出。

3）模拟比较器。大多数C8051F单片机内部都有两个模拟电压比较器。可以用软件设置比较器的回差电压。每个比较器都能在上升沿或下降沿产生中断，或在两个边沿都产生中断，比较器得我输出状态可以用软件查询。可通过设置交叉开关端11MUX将比较器的输出接到端口I/O引脚。

数字资源主要包括：

1）标准8052单片机的数字资源。如三个16位定时器/计数器,256字节内部RAM,UART等.

2）片内可编程计数器/定时器阵列(PCA).PCA包括一个专用的16位计数器/定时器时间基准和3-6个可编程的捕捉/比较模块.PCA的时钟源可以是系统时钟分频、定时器溢出、外部时钟输入、外部振荡源分频等。每个捕捉/比较模块都有多种工作方式：如边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、脉冲宽度调制器、频率输出等。

3）SPI总线和SMBus/I2C总线。大部分C8051F单片机中集成了SPI总线和SMBus/I2C总线。这些串行总线不“共享”定时器、中断或端口I/O，所以可以使用任何一个或全部同事使用。

多源复位

C8051F单片机可有多达7个复位源：一个片内VDD监视器、一个看门狗定时器、一个时钟丢失检测器、一个由比较器O提供的电压检测器、一个强制软件复位、CNVSTR引脚及外部复位引脚。外部复位引脚是双向的，可接受外部复位或将内部产生的上电复位信号输出到外部复位引脚。除了VDD监视器复位和外部引脚复位以外，每个复位源都可以由用户用软件禁止。

双重系统时钟

C8051F单片机内部有一个能独立工作的时钟发生器件并具有外部振荡器驱动电路。在复位后内部时钟发生器被默认为系统时钟。外部振荡器可以使用晶体、陶瓷谐震器、电容、RC电路或外部时钟源产生系统时钟。如果需要，时钟源可以在运行期间在内部振荡器和外部振荡器之间切换。这种时钟切换功能在低功耗系统中是非常有用的，它允许MCU从一个低频率（节电）外部晶体源运行，当需要时再周期性地切换到高速的内部振荡器。

可编程数字I/O和交叉开关

C8051F单片机中引入了数字交叉开关，改变了以往内部功能与外部引脚的固定对应关系。交叉开关是一个大的数字开关网络，允许将内部数字系统资源分配给端口I/O引脚。与具有标准复位数字I/O的单片机不同，这种结构可支持所有功能组合。可通过设置交叉开关控制寄存器将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及单片机内部的其他数字信号配置为出现在端口I/O引脚。这就允许用户根据自己的特定应用选择通用端口I/O和所需要数字资源的组合。

在应用编程和FLASH安全机制

    C8051F单片机中具有可在系统和在应用编程的FLASH程序存储器。在应用编程特性允许将FLASH存储器用于非易失性数据存储，并可以通过用户软件对FLASH编程，这就允许现场更新8051固件，为产品的软件升级提供了极大的方便。FLASH存储器还具有安全机制，可以保护程序代码和数据，以防止程序或数据被读取或意外改写。C8051F单片机中独有的软件读限制这一安全功能还可以防止用户软件对被锁定的FLASH存储块中的内容进行读/写,为OEM厂商在C8051F单片机中增加产权固件提供了可能.

在系统调试

C8051F单片机具有片内JTAG和调试电路,通过4脚的JTAG接口并使用安装在最终应用系统中的器件就可以进行非侵入式、全速的在系统调试。Silabs调试系统支持观察和修改存储器和寄存器、支持断点、观察点、堆栈指示器和单步执行。调试时不需要额外的目标RAM、程序存储器、定时器或通信通道，并且所有的模拟和数字外设都正常的工作。当MCU单步执行或遇到断点而停止运行时，所有的外设（ADC除外）都停止运行，以保持同步。对于开发和调试嵌入式应用来说。该系统的调试功能比采用标准MCU仿真器要优越得多。标准的MCU仿真器要使用在板仿真芯片和目标电缆，还需要在应用板上有MCU的插座。Silabs的调试环境既便于使用又能保证精确模拟外设的性能。

结语

C8051F单片机功能齐全，性能优异，是真正的混合信号片上系统。它必将成为很多基于标准8051器件的单片机系统更新换代的首选器件。将在仪器仪表、工业控制、嵌入式Internrt等领域获得广泛应用。它的整体性能超过很多16位单片机，由于其速度上的优势，甚至可以在一些低端应用中取代低速的16位DSP器件。