1、C8051F310單片機介紹,1、概述 2、IO口 3、交叉開關配置 4、系統(tǒng)時鐘源 5、系統(tǒng)復位 6、JTAG接口的在系統(tǒng)調試 7、單片機的初始化設置,1、概述,C8051F系列單片機是集成的混合信號片上系統(tǒng)SOC（System on chip）。 與MCS-51內核及指令集完全兼容的微控制器、標準8051的數(shù)字外設部件、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件、其它數(shù)字外設及功能部件。 1999年3月成立的美國德克薩斯州的Cygnal 公司，專業(yè)從事混合信號片上系統(tǒng)單片機的設計與制造，于2003年并入SiliconLaboratories公司。,C8051F單片機的片上資源,高速、流水線結構的8

2、051 兼容的CIP-51 內核（可達25MIPS） 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調試接口（片內） 10位、200 ksps 的8通道ADC，帶PGA和模擬多路開關 16K 字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH 存儲器 1280字節(jié)的片內RAM 可尋址64K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口 硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/ I2C 和兩個UART 串行接口 4個通用的16位定時器 具有5個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列 片內看門狗定時器、VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器,1、概述,C8051F芯片示意圖,1、概述,數(shù)字IO,1、概述,高速微控制器內核,模擬外設,C8051F原理框圖,CIP-51系統(tǒng)控制器

3、的指令集與標準MCS-51TM 指令集完全兼容，可以使用標準8051的開發(fā)工具開發(fā)CIP-51的軟件。 所有的CIP-51指令共111條，在二進制碼和功能上與MCS-51 TM 產品完全等價，包括操作碼、尋址方式和對PSW標志的影響，但是指令時序與標準8051不同。 由于CIP-51采用了流水線結構，大多數(shù)指令執(zhí)行所需的時鐘周期數(shù)與指令的字節(jié)數(shù)一致。,1、概述,1、 與8051 完全兼容 C8051F31x系列器件使用Silicon Labs的專利CIP-51 微控制器內核。 CIP-51 與MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用標準803x/805x的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。 CIP-

4、51 內核具有標準8052 的所有外設部件，包括4 個16 位計數(shù)器/定時器、一個具有增強波特率配置的全雙工UART、一個增強型SPI端口、1280 字節(jié)內部RAM、128 字節(jié)特殊功能寄存器（SFR）地址空間及29/25 個I/O端口。,1、概述,2、速度提高 CIP-51 采用流水線結構，與標準的8051 結構相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。在一個標準的8051 中，除MUL 和DIV 以外所有指令都需要12 或24 個系統(tǒng)時鐘周期，最大系統(tǒng)時鐘頻率為12-24MHz。而對于CIP-51 內核，70%的指令的執(zhí)行時間為1 或2 個系統(tǒng)時鐘周期，只有4 條指令的執(zhí)行時間大于4 個系統(tǒng)時鐘周期。

5、,1、概述,微控制器內核峰值執(zhí)行速度比較,1、概述,3、增加的功能 C8051F31x 系列MCU 在CIP-51 內核和外設方面有幾項關鍵性的改進，提高了整體性能，更易于在最終應用中使用。 1）擴展的中斷系統(tǒng) 提供14 個中斷源（標準8051 只有5個中斷源），允許大量的模擬和數(shù)字外設中斷微控制器。 一個中斷驅動的系統(tǒng)需要較少的MCU 干預，因而有更高的執(zhí)行效率。 在設計一個多任務實時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。,1、概述,2）MCU有多達8 個復位源 上電復位電路（POR） 片內VDD監(jiān)視器（當電源電壓低于VRST時強制復位） 看門狗定時器 時鐘丟失檢測器 由比較器0 提供的電壓

6、檢測器 軟件強制復位 外部復位輸入引腳 FLASH讀/寫錯誤保護復位。,除了POR、復位輸入引腳及FLASH操作錯誤這三個復位源之外，其他復位源都可以被軟件禁止。 在一次上電復位之后的MCU初始化期間，WDT可以被永久性使能。,1、概述,3)內部振蕩器 在出廠時已經被校準為24.5MHz 2%。 器件內還集成了外部振蕩器驅動電路，允許使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC 或外部時鐘源產生系統(tǒng)時鐘。 如果需要，時鐘源可以在運行時切換到外部振蕩器。 外部振蕩器在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許MCU 從一個低頻率（節(jié)電）外部晶體源運行，當需要時再周期性地切換到高速（可達25MHz）的內部振蕩器。,1、

7、概述,4、可編程數(shù)字I/O C8051F310有29個I/O引腳（3個8位口和一個5位口） C8051F31x端口的工作情況與標準8051相似，但有一些改進。每個端口引腳都可以被配置為模擬輸入或數(shù)字I/O。 被選擇作為數(shù)字I/O的引腳還可以被配置為推挽或漏極開路輸出。 在標準8051中固定的“弱上拉”可以被總體禁止，為低功耗應用提供了進一步節(jié)電的能力。,1、概述,1,1,0,0,1,0,0,1,1,VDD,DGND,推挽輸出方式,2、IO口,1,0,0,0,1,0,1,高阻,DGND,漏極開路輸出,2、IO口,1,0,1,0,1,數(shù)字輸入,2、IO口,3、優(yōu)先權交叉開關配置,C8051F單片機

8、有大量的數(shù)字資源需要通過4個低端I/O端口P0、P1、P2和P3才能使用。 P0、P1、P2和P3中的每個引腳既可定義為通用的端口I/O（GPIO）引腳，又可以分配給一個數(shù)字外設或功能（例如：UART0 或/INT1）。 資源分配的靈活性是通過使用優(yōu)先權交叉開關譯碼器實現(xiàn)的。,也稱為“交叉開關”，按優(yōu)先權順序將端口0 3 的引腳分配給器件上的數(shù)字外設（UART、SMBus、PCA、定時器等）。 端口引腳的分配順序是從P0.0 開始，可以一直分配到P3.7。為數(shù)字外設分配端口引腳的優(yōu)先權順序為UART0具有最高優(yōu)先權，而CNVSTR具有最低優(yōu)先權。 優(yōu)先權交叉開關的配置是通過3個特殊功能寄存器X

9、BR0、XBR1、XBR2來實現(xiàn)的，對應使能位被設置為邏輯1時，交叉開關將端口引腳分配給外設。,3、優(yōu)先權交叉開關配置,對外引腳,3、優(yōu)先權交叉開關配置,數(shù)字資源,端口IO單元,UART0 SPI SMBus UART1 PCA,高,低,3、交叉開關配置優(yōu)先權交叉開關譯碼表,端口I/O 初始化包括以下步驟： 1用端口輸入方式寄存器（PnMDIN）選擇所有端口引腳的 輸入方式（模擬或數(shù)字）。 2用端口輸出方式寄存器（PnMDOUT）選擇所有端口引腳 的輸出方式（漏極開路或推挽）。 3用端口跳過寄存器（PnSKIP）選擇應被交叉開關跳過的 那些引腳。 4 將引腳分配給要使用的外設。 5 使能交叉開

10、關（XBARE =1）。,用作比較器或ADC 輸入的任何引腳都必須被配置為模擬輸入 跳過所有被用作模擬輸入的引腳 復位后所有引腳的缺省設置都是數(shù)字輸入,端口I/O 初始化,3、交叉開關配置優(yōu)先權交叉開關譯碼表,4、系統(tǒng)時鐘源,MCU有一個內部振蕩器和一個外部振蕩器驅動，每個驅動電路都能產生系統(tǒng)時鐘。 MCU 在復位后從內部振蕩器啟動。 內部振蕩器可以被使能/禁止， 振蕩頻率可以用內部振蕩器控制寄存器OSCICN設置 當/RST 引腳為低電平時，兩個振蕩器都被禁止。 MCU 可以從內部振蕩器或外部振蕩器運行，可使用OSCICN 寄存器中的CLKSL 位在兩個振蕩器之間隨意切換。,4、系統(tǒng)時鐘源,

11、當外部晶體振蕩器穩(wěn)定運行時，晶體振蕩器有效標志OSCXCN 寄存器中的XTLVLD被硬件置1。 XTLVLD 檢測電路要求在使能振蕩器工作和檢測XTLVLD之間至少有1 ms的啟動時間。 如果需要使用晶體或陶瓷諧振器作為MCU 的外部振蕩器源 建議的過程為 1） 通過向端口寄存器的對應位寫0 使XTAL1 和XTAL2 引腳 為低電平。 2） 將XTAL1 和XTAL2 配置為模擬輸入。 3）使能外部振蕩器 4）等待至少1ms 5）查詢XTLVLD = 1 6）將系統(tǒng)時鐘切換到外部振蕩器,復位電路將控制器置于一個預定的缺省狀態(tài)。 在進入復位狀態(tài)時將發(fā)生以下過程： 1）CIP-51 停止程序執(zhí)行

12、 2） 特殊功能寄存器（SFR）被初始化為所定義的復位值 3）外部端口引腳被置于一個已知狀態(tài) 4）中斷和定時器被禁止。 5）所有的SFR 都被初始化為預定值 6）I/O 端口鎖存器的復位值為0 xFF，全部為邏輯1，內部 弱上拉有效，使外部I/O 引腳處于高電平狀態(tài)。 7) MCU 使用內部振蕩器運行在2MHz 作為默認的系統(tǒng)時鐘。 8) 看門狗定時器被使能，使用其最長的超時時間。,5、系統(tǒng)復位,5、系統(tǒng)復位,1）上電復位 在上電期間，器件保持在復位狀態(tài)，/RST引腳被驅動到低電平，直到VDD上升到超過VRST電平。 從復位開始到退出復位狀態(tài)要經過一個延時；該延時隨著VDD上升時間的增大而減小

13、 對于合理的上升時間（小于1ms），上電復位延時（TPORDelay）通常小于0.3ms。 最大的VDD上升時間為1ms；上升時間超過該最大值時可能導致器件在VDD達到VRST電平之前退出復位狀態(tài)。,5、系統(tǒng)復位,2）掉電復位和VDD 監(jiān)視器 當發(fā)生掉電或因電源波動導致VDD降到VRST以下時，電源監(jiān)視器將/RST引腳驅動為低電 平并使CIP-51 保持復位狀態(tài)。 當VDD又回到高于VRST的電平時，CIP-51 將退出復位狀態(tài)。,在選擇VDD 監(jiān)視器作為復位源之前，必須使能VDD 監(jiān)視器。 VDD 監(jiān)視器被使能或穩(wěn)定之前選其為復位源可能導致系統(tǒng)復位 將VDD 監(jiān)視器配置為復位源的步驟如下：

14、1使能VDD 監(jiān)視器（VDM0CN 中的VDMEN 位 = 1）； 2等待VDD 監(jiān)視器穩(wěn)定； 3選擇VDD 監(jiān)視器作為復位源（RSTSRC 中的PORSF 位 = 1）,5、系統(tǒng)復位,3）外部復位 外部/RST 引腳提供了使用外部電路強制MCU 進入復位狀態(tài)的手段。 在/RST 引腳上加一個低電平有效信號將導致MCU 進入復位狀態(tài)。 盡管在內部有弱上拉，但最好能提供一個外部上拉和/或對/RST 引腳去耦以防止強噪聲引起復位。,5、系統(tǒng)復位,4）時鐘丟失檢測器復位 時鐘丟失檢測器（MCD）實際上是由系統(tǒng)時鐘觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路。 如果系統(tǒng)時鐘保持在高電平或低電平的時間大于100 微秒，單穩(wěn)態(tài)電路將

15、超時并產生復位。,5、系統(tǒng)復位,5）看門狗定時器復位 可編程計數(shù)器陣列（PCA）的可編程看門狗定時器（WDT）功能可用于在系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤的情況下防止軟件運行失控。 如果因系統(tǒng)出錯使用戶軟件不能更新WDT，則WDT 將產生一次復位，WDTRSF 位（RSTSRC.5）被置1。/RST 引腳的狀態(tài)不受該復位的影響。 可以通過軟件使能或禁止PCA 的WDT 功能。,5、系統(tǒng)復位,看門狗watchdog timer，是一個定時器電路。 一般有一個輸入，叫喂狗，一個輸出到MCU的RST端。 MCU正常工作的時候，每隔一端時間輸出一個信號到喂狗端，給WDT 清零。如果超過規(guī)定的時間不喂狗(一般在程序跑飛時)，WDT 定時超過，就給出一個復位信號到MCU，使得MCU復位，防止MCU死機 看門狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。 工作原理：系統(tǒng)運行以后也就啟動了看門狗的計數(shù)器，看門狗就開始自動計數(shù)，如果到了一定的時間還不去清看門狗，那么看門狗計數(shù)器就會溢出從而引起看門狗中斷，造成系統(tǒng)復位。,5、系統(tǒng)復位,6、JTAG接口的在系統(tǒng)調試,C8051F31x器件具有片內Silicon Labs 2線（C2）接口調試電路，支持使用安裝在最終應用系統(tǒng)中的產品器件進行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調試。 Silicon Labs的調試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，