C8051F系列單片機開發(fā)與C語言編程

張喜紅，祁懷遠，李鵬

（陜西烽火通信集團有限公司，陜西 寶雞 721006）

1 引言

C8051F系列單片機為CIP51處理器，在指令集上與傳統(tǒng)MCS-51完全兼容；然而在系統(tǒng)構架、外圍設備等方面有很大的改進，使得集成度更高，運行速度更快。

與傳統(tǒng)51單片機相比，C8051F系列單片機有以下特征：

1） 低電壓供電 （2.7～3.6 V）， 輸入端口兼容 5 V電壓，輸出有開漏和推挽模式；

2）集成JTAG調試器，可在線調試和下載；

3）多復位源，有看門狗復位、電源電平監(jiān)視復位、時鐘失步復位及比較器復位等，以滿足各種需求；

4）處理器最高運行時鐘可達25 MHz，可用片內時鐘，也可用外部時鐘；

5）2個12位DAC模塊，DAC為電壓輸出型，輸出無需再接運放而將電流轉化為電壓；

6）1個12位ADC模塊和1個8位ADC模塊；

7）一個芯片溫度傳感器，可檢測芯片溫度；

8）3個史密斯比較器模塊；

9）集成CAN控制器，帶有32個消息對象，每個消息對象有獨立的地址；

10）5個定時器，其中T2、T3和T4為增強型定時器，可靈活地配置成頻率可調方波輸出和事件捕捉；

11）6個PCA模塊，可實現(xiàn)PWM輸出、方波輸出和事件捕捉等；

12）1個SPI串行外圍設備接口控制器；

13）1個SMBUS總線控制器，與I2C總線完全兼容；

14）1個帶硬件地址控制的串行總線UART0和1個普通串行總線UART1；

15）2個外部事件中斷；

16）中斷源一共可達20個；

17）64 kB Flash ROM，256字節(jié)片內內存和4 kB外部內存；

18）引入交叉開關配置，可將外圍設備靈活地配置到 P0～P3口。

CIP51采用了流水線處理架構，不再分系統(tǒng)時鐘和機器周期，指令直接按照系統(tǒng)時鐘執(zhí)行，而且大部分指令只需1～2個系統(tǒng)時鐘即可完成。另外，在執(zhí)行當前指令時，還有可能會部分地處理下一條指令，從而使得有些指令執(zhí)行事件不是很確定。

2 存儲組織結構

CIP51存儲組織結構與傳統(tǒng)MCS-51相似，可分為代碼存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)。代碼存儲區(qū)與數(shù)據(jù)存儲區(qū)共享數(shù)據(jù)地址，采用MOVX或MOV指令。

CIP51代碼存儲區(qū)為Flash ROM，不僅可進行讀操作，還可進行寫操作。由于MOVX指令也是外部內存讀/寫操作指令，為了能正確地區(qū)分指令操作對象，在對Flash ROM進行寫操作前，需將相關的控制寄存器正確設置。Flash ROM寫操作完畢后，再將PSCTL.0清零，以便使MOVX指令指向外部內存。

3 中斷系統(tǒng)

C8051F共有21個中斷，中斷分優(yōu)先級，且優(yōu)先級還可通過相關寄存器IP、EIP1和EIP2調整。若同一時刻有多個中斷發(fā)生，則MCU先進入優(yōu)先級高的中斷，執(zhí)行相應的中斷程序，再執(zhí)行次高優(yōu)先級中斷，一直到優(yōu)先級最低的中斷也處理完畢，再回中斷相應前，執(zhí)行原來的代碼。在中斷處理過程中，若有更高級的中斷發(fā)生，則MCU進入更高級中斷程序執(zhí)行直至完畢，再處理低優(yōu)先級中斷。

4 電源管理模式

CIP51有兩種軟件電源管理模式：休眠態(tài)和停止態(tài)。在休眠態(tài)下，CPU掛起，留下外圍設備和系統(tǒng)時鐘在工作。在停止態(tài)下，CPU掛起，所有的中斷和定時器停止工作，內部晶振停振。

a）休眠態(tài)

將PCON.0置1，立即進入休眠態(tài)。所有的內部內存和SFR寄存器保持原有的數(shù)值，所有的數(shù)字外圍設備和模擬器件正常工作。外部內存只要供電電壓不低于保存值，其數(shù)據(jù)就保持原有的值，與MCU的電源管理模式無關。當中斷發(fā)生或復位時，MCU結束休眠態(tài)。

b）停止態(tài)

將PCON.1置1，立即進入停止態(tài)。在停止態(tài)下，MCU內部晶振停振，關閉所有的數(shù)字外圍設備，模擬器件模塊需在對PCON.1置1前關閉。停止態(tài)無法用中斷喚醒，只能用復位來結束停止態(tài)。CIP51提供了多種復位源，可以與停止態(tài)切換相結合。

5 復位

當復位發(fā)生時，以下事件會發(fā)生：

1）CIP51執(zhí)行代碼重新回到0x0000 ，即PC值=0x0000 ;

2）SFR寄存器初始化成默認值；

3）外部端口值強制推動到默認值；

4）中斷和定時器被禁止；

5）所有I/O鎖存器的值變?yōu)?xFF，并將弱推挽端口置高電平。

復位結束后，PC值開始計數(shù)，內部默認時鐘按最低時鐘頻率起振，程序開始運行，看門狗起作用，時間間隔置為最長?？傊磺邪茨J的配置開始運行，一直運行到有代碼改寫配置后，才按代碼所要求的配置繼續(xù)運行。在復位期間程序是不運行的。比如RST一直處于低電平時，則系統(tǒng)處于復位期間，程序并不運行，直到復位結束，才開始運行。

VDD監(jiān)視復位對RST引腳的電平會產生影響，當在VDD監(jiān)視復位期間，RST處于低電平。

有7種情況會導致MCU進入復位狀態(tài)：上電，失電，外部RST引腳低電平，外部CNVSTR0信號，軟件命令，比較器0，時鐘失步檢測及看門狗溢出。

6 晶振

C8051F內含一個可編程內部晶振和一個外部晶振驅動電路。內部晶振可以禁用，也可改變其振蕩頻率，這些均可通過OSCICN和OSCICL寄存器操作而得以實現(xiàn)。MCU共有5種起振方式，分別是：外部石英晶振，其旁路電容一般取值為20～30 pF；外部RC振蕩；外部電容振蕩；外部CMOS時鐘輸入；內部可編程晶振。

7 閃存

C8051F閃存含64 kB的程序存儲單元和8448 字節(jié)內部數(shù)據(jù)。閃存支持在線編程，可通過JTAG口或MOVX指令寫入數(shù)據(jù)。在讀寫閃存時，MCU處于掛起狀態(tài)，此時若發(fā)生中斷，則中斷入棧，等閃存讀寫完畢再處理。

對閃存寫入編程最簡單的辦法是通過JTAG接口下載。Silabs公司和第三方開發(fā)商均有相應的編寫軟件。當MCU沒有初始化時，這也是唯一的程序代碼寫入方式。

閃存寫入還可以通過MOVX指令在程序中直接完成。其一般寫入順序要求先清0后擦除 (置1)，再寫入數(shù)據(jù)。為了避免在MOVX指向Flash后發(fā)生中斷，而在中斷中有對XRAM寫操作引起混亂，應在閃存寫操作期間將中斷關閉。

8 內存

C8051F集成了外部內存，外部內存擴展可接到P0～P3，也可接到P4～P7，且可以設計成數(shù)據(jù)地址復用方式和非復用方式。若要節(jié)約接口，則采用數(shù)據(jù)地址復用方式，節(jié)省8個位口，但是，這樣做的結果是犧牲了速度；若要追求速度，則采用非復用方式。

外部內存的訪問方式有兩種：

1）DPTR 16位尋址訪問；

2）通過R0或R18位尋址訪問，EMI0CN控制內存頁碼。

當對連續(xù)存儲的內存訪問時，8位尋址訪問效率比16位高。

9 最簡原理圖及其簡介

最簡原理圖如圖1所示：晶振采用外部石英晶振11.0592 MHz，旁路電容接20 P；復位電路采用MAX公司的復位電路MAX6315，采用專用復位電路穩(wěn)定可靠，抗干擾性強；JTAG接口為單片機程序仿真和下載接口，具體的管腳定義則根據(jù)仿真器管腳的定義執(zhí)行。

圖1 最簡原理圖

仿真器采用新華龍公司的U-EC6(C8051系列開發(fā)器)，它為設計者提供了快速開發(fā)應用系統(tǒng)的工具，U-EC6具有：完全的USB2.0接口、免安裝驅動程序，硬件加強型保護功能；集成開發(fā)環(huán)境采用Silicon Laboratories IDE，Silicon集成開發(fā)環(huán)境（IDE）是一套完整、獨立的軟件程序，它為設計者提供了用于開發(fā)和測試項目所用的工具。

硬件安裝操作如圖2所示來進行硬件連接。

圖2 硬件連接示意

圖3 調試界面

集成開發(fā)環(huán)境采用Silicon Laboratories IDE集程序代碼的編寫，調試和下載于一體，方便實用，其調試界面如圖3所示。

10 結束語

C8051F系列單片機采用Flash ROM技術，集成JTAG，支持在線編程。它的諸多特點和優(yōu)越性，使其廣受單片機系統(tǒng)設計工程師的青睞，成為很多測控系統(tǒng)設計的首選機型。

[1]C8051F單片機應用解析 [M].潘琢金，孫德龍，夏秀峰譯.北京：北京航空航天大學出版社，2002.

[2]童長飛.C8051F系列單片機開發(fā)與C語言編程 [M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.