美国Cygnal公司专门从事混合信号系统芯片(SoC)单片机的设计与制造。公司更新了原51单片机结构,设计了具有自主产权的CIP-51内核,运行速度高达每秒25MIPS。现已设计并为市场提供了29个品种的C8051F系列SoC单片机,预计今年年内还将完成20多个新的SoC单片机的设计。
C8051F系列是集成的混合信号系统芯片SoC单片机,具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器,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(参见图1)。
C8051F系列是真正能独立工作的SoC。CPU有效地管理模拟和数字外设,可以关闭单个或全部外设以节省功耗。FLASH存储器还具有在线重新编程的能力,即可用作程序存储器又可用于非易失性数据存储。应用程序可以使用MOVC和MOVX指令对FLASH进行读或改写。
C8051F系统工作电压为2.7V~3.6V,典型值为3V。I/O、RST、JTAG引脚均允许5V电压输入。
CPU的独特之处
与标准8051完全兼容
C8051F系列单片机采用CIP－51内核,与MCS－51指令系统全兼容,可用标准的ASM－51、Keil C高级语言开发编译C8051F系列单片机的程序。
高速指令处理能力
标准的8051一个机器周期要占用12个系统时钟周期,执行一条指令最少要一个机器周期。C8051F系列单片机指令处理采用流水线结构,机器周期由标准的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期,指令处理能力比MCS－51大大提高。
CIP-51内核70% 的指令执行是在一个或两个系统时钟周期内完成的,只有四条指令的执行需4个以上时钟周期。CIP-51指令与MCS－51指令系统全兼容,共有111条指令。
增加了中断源
标准的8051只有7个中断源。C8051F系列单片机扩展了中断处理,这对于实时多任务系统的处理是很重要的。扩展的中断处理向CIP-51提供22个中断源,允许大量的模拟和数字外设中断。一个中断处理需要较少的CPU干预,却有更高的执行效率。
增加了复位源
标准的8051只有外部引脚复位。C8051F系列单片机增加了7种复位源,使系统的可靠性大大提高。每个复位源都可以由用户用软件禁止。复位源包括：片内电源监视、WDT(看门狗定时器)、时钟丢失检测器、比较器0输出电平检测、软件强制复位、CNVSTR(AD转换启动)、外部引脚RST复位(可双向复位)。
提供内部时钟源
标准的8051只有外部时钟。C8051F系列单片机有内部独立的时钟源(C8051F300/F302提供的内部时钟误差在2%以内),在系统复位时默认内部时钟。如果需要可接外部时钟,并可在程序运行时实现内、外部时钟的切换,外部时钟可以是晶体、RC、C或外部时钟。以上的功能在低功耗应用系统中非常有用。
存储器
数据存储器
CIP-51具有标准8051的程序和数据地址配置。它包括256B的RAM,其中高128B用户只能用直接寻址访问的SFR地址空间。低128B用户可用直接或间接寻址方式访问。前32B为4个通用工作寄存器区,接下来的16B既可以按B寻址也可以按位寻址。
程序存储器
C8051F系列单片机程序存储器为8K~64KB的Flash存储器,该存储器可按512B为一扇区编程,可以在线编程,且不需片外提供编程电压。
可编程数字I/O和交叉开关
C8051F 系列单片机具有标准的8051 I/O口,除P0、P1、P2、P3之外还有更多的扩展的8位I/O口。每个端口I/O引脚都可以设置为推挽或漏极开路输出。
最为独特的是增加了(C8051F2XX除外)数字交叉开关。它可将内部数字系统资源定向到P0、P1和P2端口I/O引脚。定时器,串行总线,外部中断源,AD输入转换,比较器输出,都可通过设置开关控制寄存器定向到P0、P1、P2的I/O口。
可编程计数器阵列
除了通用计数器/定时器之外,C8051F00x/01x/02x还有一个片内可编程计数器/定时器阵列(PCA)。PCA包括一个专用的16位计数器/定时器,5个可编程的捕捉/比较模块。时间基准可以是下面的六个时钟源之一：系统时钟/12、系统时钟/4、定时器0溢出、外部时钟输入(ECI)、系统时钟和外部振荡源频率/8。
模数/数模转换器
ADC
C8051F系列内部都有一个ADC子系统(除C8051F230/1/6之外),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。ADC工作在100ksps的最大采样速率时可提供真正的8位、10位或12位精度。
除了12位的ADC子系统ADC0之外,C8051F02x还有一个8位ADC子系统,即ADC1,它有一个8通道输入多路选择器和可编程增益放大器。该ADC工作在500ksps的最大采样速率时可提供真正的8位精度。ADC1的可编程增益放大器的增益可以设置为0.5、1、2或4。ADC1也有灵活的转换控制机制,允许用软件命令、定时器溢出或外部信号输入启动ADC1转换;用软件可以使ADC1与ADC0同步转换。
DAC
C8051F系列内有两路12位DAC,2个电压比较器。CPU通过SFRS控制数模转换和比较器。CPU可以将任何一个DAC置于低功耗关断方式。DAC为电压输出模式,与ADC共用参考电平。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。
全速的在线调试
C8051F系列单片机设计有片内调试电路与JTAG口,可以实现非插入式片上全速调试。Cygnal提供基于Windows集成的在线开发调试环境,包括IDE软件与串口适配器EC2、调试目标板,可实现存贮器和寄存器校验和修改;设置断点、观察点、堆栈;程序可单步运行、全速运行、停止等。在调试时所有的数字和模拟外设都能正常工作,实时反映真实情况。IDE调试环境可做Keil C源程序级别的调试。■
