C8051F020概述
C8051f020中文资料
C8051F020与80C51单片机的异同点来源：世界电子元器件作者：时间：2007-06-05发布人:卢春妙1引言80C51系列单片机及其衍生产品在我国乃至全世界范围获得了非常广泛的应用。
单片机领域的大部分工作人员都熟悉80C51单片机，各大专院校都采用80C51系列单片机作为教学模型。
随着单片机的不断发展，市场上出现了很多高速、高性能的新型单片机，基于标准8051内核的单片机正面临着退出市场的境地。
为此，一些半导体公司开始对传统8051内核进行大的构造，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。
其中美国Cygnal公司推出的C8051F系列单片机把80C51系列单片机从MCU时代推向SoC时代，使得以8051为内核的单片机上了一个新的台阶。
C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的CIP-51微控制器内核，采用流水线结构，单周期指令运行速度是8051的12倍，全指令集运行速度是原来的9.5倍。
熟悉NCS-51系列单片机的工程技术人员可以很容易地掌握C8051F的应用技术并能进行软件的移植。
但是不能将8051的程序完全照搬的应用于C8051F单片机中，这是因为两者的内部资源存在较大的差异，必须经过加工才能予以使用。
其中C8051F020以其功能较全面，应用较广泛的特点成为C8051F的代表性产品，其性能价格比在目前应用领域也极具竞争力。
C8051F020的内部电路包括CIP-51微控制器内核及RAM、ROM、I／O口、定时／计数器、ADC、DAC、PCA（Printed Circuit Assembly印制电路组装）、SPI（Serial Peripheral Interface--串行外设接口）和SMBus（System Management Bus）等部件，即把计算机的基本组成单元以及模拟和数字外设集成在一个芯片上，构成一个完整的片上系统(SoC)。
单片机
2 C8051F020单片机本课题中，将采用BT F020单片机开发板作为开发的硬件环境。
BT F020开发板以C8051F020单片机为核心进行设计，集成了各种外围设备，具有功能强大、使用方便的特点。
本章中，将对这一硬件开发环境进行介绍，为后续开发做准备。
2.1 BT F020单片机开发板BT F020开发板是新华龙公司为方便C8051F020单片机的开发和使用而设计的一款开发板，也可以作为学习单片机的一种工具。
它在板上集成了诸多常用的功能模块，可以免去硬件设计工作而直接进行软件开发，应用灵活且功能强大。
2.1.1 C8051F020单片机特点单片机是指在一块单晶芯片中集成中央处理器、运算器、存储器、I/O口以及其他功能部件，使得一块单晶芯片就构成了具有一定功能的计算机。
单片机从出现到现在已经有30多年的历史，无论是运算速度、存储空间，还是指令集、体积等，都有了十分迅速的发展，这也使得利用单片机进行数字信号处理的简单运算成为可能。
在各种单片机产品中，Intel公司的MCS-51系列单片机是应用最为广泛的一种，许多常见的单片机产品都采用这一内核，具有极强的灵活性和扩展性。
现在，随着技术的进一步发展，人们已经能够制造出性能极佳的单片机，在计算能力上甚至可与DSP媲美。
但是，单片机发展的更为一般的趋势，是努力提高8位单片机的性能。
许多实时测控系统应用8位单片机就足以完成控制功能，因此提升8位单片机的性能就显得十分重要。
C8051F020微控制器就是美国Silabs公司推出的C8051F系列中的一款单片机，它把80C51系列推上了一个新的高度，将单片机从MCU时代带入了SoC时代，而这正是超大规模集成电路发展所带来的必然趋势。
C8051F020微控制器采用了CIP－51内核，指令与存储器结构均与标准的8051单片机类似，程序和数据存储器共享同一地址空间，但可用不同的指令类型来访问。
同时，在保持标准51单片机CISC结构及指令系统不变的基础上实现了流水线功能，70%的指令的执行时间为1或2个系统时钟周期，相比于标准8051单片机12-24个时钟周期，运行速度大大提高。
C8051F020单片机
C8051F020单片机C8051F020单片机简介单片机（Microcontroller Unit，缩写为MCU）是一种集成了中央处理器（CPU）、片内存储器（RAM和ROM）、输入/输出接口（I/O）、定时器/计数器和其他功能模块的微型计算机系统。
单片机被广泛应用于家电、汽车电子、医疗设备、电力系统等领域。
C8051F020单片机作为Silicon Labs开发的一款8位低功耗单片机，具有较高的性价比和广泛的应用领域。
本文将对C8051F020进行详细介绍。
一、C8051F020单片机的特点与功能C8051F020单片机具有以下特点和功能：1. 架构优势：C8051F020基于Silicon Labs的成熟8位CPU架构，具有高效的指令执行能力和较低的功耗。
2. 丰富的存储器：C8051F020拥有8KB的闪存（Flash）用于程序存储，可以在电源关闭后保持程序不丢失。
此外，它还配备了256字节的数据闪存（Data Flash）和256字节的电子可擦除可编程只读存储器（EPROM）。
3. 综合的外设：C8051F020单片机具有多个通用输入输出引脚（GPIO），可用于各种外设和传感器的连接。
此外，它还提供了模拟与数字转换器（ADC）、串行通信接口（UART、SPI、I2C）以及定时器/计数器等功能。
4. 低功耗设计：C8051F020采用了优化的低功耗设计，具有多种休眠模式和快速唤醒功能，可在长时间运行的场景下降低功耗。
5. 开发工具支持：Silicon Labs提供完善的开发工具套件，包括集成开发环境（IDE）、调试器和仿真器等，方便开发者进行软件开发和调试。
二、C8051F020单片机的应用领域C8051F020单片机广泛应用于以下领域：1. 家电控制：C8051F020可用于控制家电产品，如空调、洗衣机、冰箱等，通过外围电路与其他传感器和执行器进行交互。
2. 工业自动化：C8051F020提供了丰富的通用输入输出引脚和通信接口，可用于工业自动化控制系统，如PLC、工业机器人等。
C8051F020概述
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特殊功能寄存器
SFRs 提供了MCU 资源与外设的控制与数据交换
C8051F020的特殊功能寄存器比典型的8051多两倍左右
C8051F020 增加的SFRS提供了 访问配置并访问此MCU 的子系统的 功能.
这一特性容许它在增加新的功能后还保留了与MCS-51 指 令集兼容的特点。
以0X0或0X8结尾的特殊功能寄存器(例如: P0, TCON, P1, SCON, IE, 等.) 即可以按字节寻址也可以按位寻址
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特殊功能寄存器
F8 F0 E8 E0
SPI0CN
B ADC0CN ACC
PCA0H
SCON1 PCA0L XBR0
PCA0CPH0
SBUF1 PCA0CPL0 XBR1
TL2 ADC0GTL ADC0CF
DAC1L
TH2 ADC0GTH P1MDIN P74OUT
DAC1H
DAC1CN
SMB0CR
SMB0ST A
SADEN0 OSCXCN SADDR0
ADC0LTL ADC0L FLSCL SADEN1
ADC0LTH ADC0H FLACL EMI0CN
B8
B0
A8 A0
8-bit SAR模拟—数字转换器 (ADC1) 端口1可以被配置为模拟输入 8通道输入多路复用器和可编程增益放大器 ADC 通过它的SFRS进行配置
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数字—模拟转换器
2个 12-bit 数字—模拟 转换器：DAC0 和 DAC1
DAC通过 VREFD 输 入引脚提供参考电压 DACs 可以作为比较器 参考输入
同时端口1的引脚可以 用作ADC1的模拟输入
第2讲 C8051F020单片机总体结构及CIP51内核
PSW.0
P
▼CY(PSW.7)进位/借位标志位。若ACC在运算过程中
发生了进位或借位，则CY=1；否则=0。它也是布尔处理 器的位累加器，可用于布尔操作。
▼AC(PSW.6)半进位/借位标志位。若ACC在运算过程
中，D3位向D4位发生了进位或借位，则CY=1,否则=0。机 器在执行“DA A”指令时自动要判断这一位，我们可以暂 时不关心它。
2、系统复位源框图
3、上电复位/掉电复位
上电复位：在上电期间，器件保持在复位状态，/RST引脚被驱动到低电平，
直到VDD上升到超过VRST电平。从复位开始到退出复位状态要经过一个延时。
上电和VDD监视器复位时序
掉电复位：
当发生掉电或因电源波动导致VDD降到VRST以下时，电源监视器 将/RST引脚驱动为低电平并使CIP-51保持复位状态。当VDD又回到高 于VRST的电平时，CIP-51将退出复位状态。
高速微控制器内核
数字 IO
模拟外设
2.1.1 高速控制器内核
◆高速、流水线结构的8051 兼容的CIP-51 内核（可达 25MIPS） ◆64K 字节可在系统编程的FLASH 存储器 ◆4352（4096+256）字节的片内RAM
◆全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）
◆时钟电路 ◆片内看门狗定时器、VDD 监视器
P1MDOUT：端口0输出方式寄存器
Байду номын сангаас
(6) 配置端口引脚的输入方式
通过设置输出方式为“漏极开路”并向端口数据寄存器中的相应 位写‘1’将端口引脚配置为数字输入。
例如：
设置P3MDOUT.7 为逻辑‘0’，并设置P3.7 为逻辑‘1’ 即可将P3.7 配置为数字输入。
C8051f020中文资料2
关于C8051F020系统概述C8051F020 器件是完全集成的混合信号系统级 MCU 芯片，具有 64 个数字I/O 引脚（C8051F020）。
下面列出了一些主要特性；有关某一产品的具体特性参见表 1.1；1. 高速、流水线结构的 8051 兼容的 CIP-51 内核（可达 25MIPS）2. 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）3. 真正 12 位（C8051F020）、 100 ksps 的8 通道 ADC，带 PGA和模拟多路开关4. 真正 8 位 500 ksps的 ADC，带 PGA和 8 通道模拟多路开关5. 两个 12 位 DAC，具有可编程数据更新方式6. 64K字节可在系统编程的 FLASH存储器7. 4352（4096+256）字节的片内 RAM8. 可寻址 64K字节地址空间的外部数据存储器接口9. 硬件实现的 SPI、SMBus/ I2C 和两个 UART 串行接口10. 5 个通用的 16 位定时器11. 具有 5 个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列12. 片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器具有片内 VDD 监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的 C8051F020是真正能独立工作的片上系统。
所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。
FLASH 存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新 8051 固件。
片内 JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品 MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。
该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、单步及运行和停机命令。
在使用 JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。
每个 MCU都可在工业温度范围（-45℃到+85℃）内用 2.7V-3.6V的电压工作。
端口 I/O、/RST 和 JTAG 引脚都容许 5V 的输入信号电压。
C8051F020 为100 脚 TQFP 封装见图 1.1）。
单片机C8051F020及其在仪器和仪表中的应用
单片机C8051F020及其在仪器和仪表中的应用1引言当前,随着科学技术及工农业生产水平的不断提高,对相应的仪器仪表也提出越来越高的要求,因此,仪器仪表需扩展大量的外围功能部件来满足仪器仪表复杂性、高性能及智能化的要求。
这种方法虽然满足了仪器的复杂性要求,但随之而来的问题是由于系统扩展的过于复杂而造成系统可靠性降低,故障率增加,查找故障困难,从而失去了智能化仪器仪表的优势,如果能够将功能复杂的众多外围功能部件全部或大部分集成到系统所使用的单片机内部,则可大大提高仪器仪表系统的可靠性,同时又使系统的成本得以降低,还可利用单片机片内资源在不增加硬件成本的情况下增强仪器的性能,因而该方案是提高仪器仪表可靠性及性能的行之有效的方法,而美国Cygnal公司的C8051F020单片机便是1款可满足复杂高性能仪器仪表要求的单片机。
C8051F020单片机是集成在1块芯片上的混合信号系统级单片机,具有与MCS51内核及指令完全兼容的微控制器。
除了具有标准8051机的数字外设部件外,片内还集成了数据采集与控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件,主要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/I2C、UART、SPI、可编程计数器/定时器阵列、定时器、I/O端口、电源监视器、看门狗定时器和时钟振荡器等,且该单片机内部具有JTAG和调试电路,通过JATG接口可以使用安装在最终应用系统产品上的单片机进行非侵入、全速及在系统调试。
2功能与特点（1）25MIPS高速流水线式与8051机完全兼容的CIP-51内核。
（2）真正12位100KBps、8通道带可编程增益放大器的ADC。
（3）真正8位500KBps,带可编程增益放大器的ADC。
（4）5个16位通用定时器。
（5）具有5个捕捉/比较模块的可编程计数/定时器阵列。
（6）内部电压基准。
（7）内置温度传感器（±3℃）。
实用型单轴数控进给系统开发
实用型单轴数控进给系统开发作者：舒华齐继宝来源：《中国集体经济》2012年第09期摘要：单轴数控进给系统在旧设备改造中有广泛应用。
文章介绍了用C8051F020单片机为控制核心的实用型单轴数控进给系统整体方案，对系统硬件及软件设计做了详细说明。
该单轴进给系统价格低廉，旧设备经系统改造后，能较大提高其加工精度和生产率。
关键词：单轴；数控；C8051F020目前许多工厂设备陈旧，急需自动化改造，如机械加工中的磨床、剪折板机、组合机床、机械转台及一些生产线等，都可以进行单轴数字化改造。
改造后的设备，使用方便、操作简单、可大大提高产品精度、降低废品率、大幅度提高劳动生产率。
本文介绍用C8051F020单片机作为实用型单轴数控进给系统的控制核心的整体方案，此系统低成本且加工精度高。
一、C8051F020芯片简介在众多的控制系统中，MCS-51系列单片机曾被广大的工程师视为最理想的8位机，然后，随着CPU技术的发展，一些高性能、高集成度的单片机，如8位和16位RISC单片机的上市，基于8051内核的单片机正面临着被淘汰的危险。
针对控制领域的高速度及模拟量的控制要求，Silabs集成产品公司推出其新产品C8051F020，该产品是有着功能完善、功耗低、速度快、资源丰富的完全集成的混合信号系统级MCU芯片，单片机的整体性能有很大幅度的提高。
该单片机的主要特点如下：一是高速、流水线结构的8051，兼容的CIP-51，内核（可达25MIPS）。
二是真正12位100ksps的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关。
三是两个12位DAC，具有可编程数据更新方式。
四是64K字节可在系统编程的FLASH存储器。
五是5个通用的16位定时器。
六是具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。
七是片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。
八是具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器C8051F020/1/2/3是真正能独立工作的片上系统。
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特殊功能寄存器
SFRs 提供了MCU 资源与外设的控制与数据交换 C8051F020的特殊功能寄存器比典型的8051多两倍左右
C8051F020 增加的SFRS提供了 访问配置并访问此MCU 的子系统的 功能.
这一特性容许它在增加新的功能后还保留了与MCS-51 指 令集兼容的特点。 以0X0或0X8结尾的特殊功能寄存器(例如: P0, TCON, P1, SCON, IE, 等.) 即可以按字节寻址也可以按位寻址
12-bit片上 逐次逼近型(SAR) 模拟—数字转换器 (ADC0) 9通道多路输开关和可编程的增益放大器 ADC 通过它专用寄存器编程 一个输入通道连接到内部温度传感器,其他的8个通则连接到 外部的输入引脚
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8-Bit 模拟—数字转换器(ADC1)
8-bit SAR模拟—数字转换器 (ADC1) 端口1可以被配置为模拟输入 8通道输入多路复用器和可编程增益放大器 ADC 通过它的SFRS进行配置
x5ห้องสมุดไป่ตู้
64-pin 8 channels 8 channels 12-bit x2 x2 2 levels 5 channels 25 Mhz
模拟比较器 中断
PCA （可编程计数器阵列) 内部振荡器 调试电路
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C8051F020 原理框图
6
存储器结构
C8051F020的存 储结构和标准的 8051很相似 程序和数据存储 享有同一空间但 是通过不同的指 令访问
混合信号
包含数字和模拟外设
单芯片片上系统 (SOC)
集成存储器，CPU，外围设 备，时钟发生器集成于单芯 片上。
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C8051F020 系统概览—特点
峰值速度
FLASH 闪存 片内 RAM 全双工 UARTS 25 MIPS 64 K 4352 bytes x2
16-bit 定时器
数字 I/O 口 12-bit 100 ksps ADC 8-bit 500 ksps ADC DAC 分辨率 DAC 输出
CIP-51 介绍
CIP-51 是 Silicon Labs 公司的 C8051F020 MCU的CPU CIP-51实现了标准的 8051 结 构和定制的外设。 在25 MHz时,其峰值速度可达到 25MIPS CIP-51总共有 109 指令
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C8051F020 系统概览
Silicon Labs 公司的 C8051F020是一款高集成 度的单芯片片上系统的混 合信号芯片，100引脚封装
第二讲
Silicon Labs 公司C8051F020 系统概览
C8051F020 系统概览
2
CIP-51介绍 C8051F020 系统概览 存储器结构 程序和内部数据存储器 特殊功能寄存器 I/O 口 数字 交叉开关 12-Bit 模拟—数字转换器 8-Bit 模拟—数字转换器 数字—模拟转换器 比较器 ADC 和 DAC基准电压 内部参考电压信号发生器
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内部数据存储
内部存储器由256个字节的 RAM 组成 当使用直接寻址模式访问从0X80到 0XFF大于128字节存储器时，访问的是 特殊功能寄存器(SFR) 当使用间接寻址访问大于128字节时， 访问的是通用RAM。 前32 字节内部数据存储器是分为4个存 储分区的8个通用寄存器 接下来的16 字节是可位寻址的字节变量 区
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数字交叉开关
数字交叉开关从本 质上来说是一个大 的数字开关网络， 允许内部数字外设 映射到端口0-1的 端口引脚上。 它是通过交叉开关 控制寄存器XBR0, XBR1 和XBR2 配置来实现的。 设计者可以选择适 合应用的精密混合 GPIO和 数字资源
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12-位 模拟---数字转换器(ADC0)
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程序存储器
FLASH 闪存
可在电路改编 提供非易失性数据保存 允许8051固件升级
C8051F020’的程序存储器由 65536字节 闪存组成 512 字节从 0xFE00 到 0xFFFF 留给工厂使用 128 字节从 0x10000 到0x1007F (暂存储) 可用于非易失性数据保 存
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/MCU
PCA0CPM 3
DAC1L TH2 ADC0GTH P1MDIN P74OUT P3IF P1MDOUT SPI0CKR TMR3H TH1
PCA0CPM 4
DAC1H DAC1CN SMB0CR ADC0LTL ADC0L FLSCL SADEN1 P2MDOUT CPT0CN P7 CKCON PSCTL ADC0LTH ADC0H FLACL EMI0CN P3MDOUT CPT1CN
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数字—模拟转换器
2个 12-bit 数字—模拟 转换器：DAC0 和 DAC1
DAC通过 VREFD 输 入引脚提供参考电压 DACs 可以作为比较器 参考输入
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比较器
片上有2个模拟比较器: CP0 和 CP1 比较器有软件可编程回 差电压 在上升或下降边产生中 断，或者两者同时使用。 比较器的输出状态可在 软件中取消并通过交叉 开关分配到低端口I/O 引脚
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特殊功能寄存器
F8 F0 E8 E0 D8 D0 C8 C0 SPI0CN B ADC0CN ACC PCA0CN PSW T2CON SMB0CN IP P3 IE P2 SCON0 P1 TCON PCA0H SCON1 PCA0L XBR0 PCA0MD REF0CN T4CON PCA0CPH0 SBUF1 PCA0CPL0 XBR1 PCA0M0 DAC0L RCAP2L SMB0DAT AMX0CF OSCICN ADC1CN ADC1CF EMI0CF SPI0CFG TMR3RLL TL0 SPIODAT TMR3RLH TL1 AMX1SL P0MDOUT ADC1 TMR3L TH0 PCA0CPH1 SADDR1 PCA0CPL1 XBR2 PCA0CPM1 DAC0H RCAP2H SMB0ADR AMX0SL PCA0CPH2 TL4 PCA0CPL2 RCAP4L PCA0CPM2 DAC0CN TL2 ADC0GTL ADC0CF PCA0CPH3 TH4 PCA0CPL3 RCAP4H PCA0CPH4 EIP1 PCA0CPL4 EIE1 WDTCN EIP2 RSTSRC EIE2
SMB0ST A
SADEN0 OSCXCN SADDR0 EMI0TC SBUF0 TMR3CN TMOD
B8 B0 A8 A0 98 90
88
80
P0
0(8) Bit addressable
SP
DPL
DPH
P4
P5
P6
PCON
1(9)
2(A)
3(B)
4(C)
5(D)
6(E)
7(F)
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I/O 口
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ADC 和 DAC 的参考
当ADC,DAC工作时必须提 供参考电压 3个外部参考电压输入引脚: VREF0, VREF1 和VREFD ADC0 还可以使用DAC0的 输出作为参考电压
ADC1 也可以使用模拟电源 电压(AV+)作为参考电压。
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内部参考电压发生器
内部参考电压电路由一个1.2 V 的带隙基准电压发生器和一个 2倍增益的输出缓冲放大器组成(2.4 V 输出) 内部的参考电压可以通过VREF引脚连到应用系统中的外部器 件也可以连到芯片的其它电压参考上 内部参考电压的使能/禁止及ADC0,ADC1的参考电压的选择 是通过参考电压控制寄存器REF0CN来配置的.
0, 1, 2 和3都是可按字节寻址也可以按位寻址的端口 4个增加的端口 (4, 5, 6 和 7) 仅可按字节寻址 总共有64个通用I/O 口引脚 通过读写相应的端口数据存储器便可访问端口 (P0, P1, etc.) 所有端口的引脚电压可承受 5 V 电压，并支持可配置的输入/ 输出模式及弱上拉 同时端口1的引脚可以 用作ADC1的模拟输入