【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定時(shí)器、一個(gè)具有5個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA)、內(nèi)部振蕩器、8個(gè)8位通用數(shù)字I/O端口和64KB的FLASH程序存儲(chǔ)器以及與8051兼容的高速微控制器內(nèi)核。C8051F020的主要特點(diǎn)如下：1．模擬外設(shè)(1)逐次逼近型(SAR)ADC(AD00)◆12位；◆可編程轉(zhuǎn)換速率，最大100Ksps；◆可多達(dá)8個(gè)外部輸入，可編程為單端輸入或差分輸入；◆可編程放大器增益：16，8，4，2，1，0．5；◆數(shù)據(jù)相關(guān)窗口中斷發(fā)生器；◆內(nèi)置溫度傳感器(177。3℃)。(2)8位ADC(ADCl)◆可編程轉(zhuǎn)換速率，最大500 Ksps；◆8個(gè)外部輸入；◆可編程放大器增益：4，2，1，0．5。(3)兩個(gè)12位DAC◆可以同步輸出，用于產(chǎn)生無(wú)抖動(dòng)波形。(4)兩個(gè)模擬比較器◆16個(gè)可編程回差電壓值；◆可用于產(chǎn)生中斷或復(fù)位。(5)電壓基準(zhǔn)◆內(nèi)部基準(zhǔn)(，15*106/℃)；◆外部基準(zhǔn)輸入；(6)精確的VDD監(jiān)視器和降壓檢測(cè)器◆可通過(guò) MODEN 引腳允許或禁止。 ◆片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試；◆支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察點(diǎn)、堆棧監(jiān)視器，支持觀察/修改存儲(chǔ)器和寄存器；◆。 3．高速8051微控制器內(nèi)核◆流水線指令結(jié)構(gòu)；◆70％指令的執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期；◆速度可達(dá)25MIPS(時(shí)鐘頻率為25MHz)；◆22個(gè)矢量中斷源。 4．存儲(chǔ)器◆4352B內(nèi)部RAM(4KB+256B)：◆64Kb的FLASH存儲(chǔ)器，可以在系統(tǒng)編程，每個(gè)扇區(qū)為512B；◆外部64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口(可編程為復(fù)用方式或非復(fù)用方式)。 5．?dāng)?shù)字外設(shè)◆8個(gè)8位的端口I/O，所有口線均耐5V電壓；◆可同時(shí)使用的硬件SMBus(與i2c兼容)、SPI及兩個(gè)增強(qiáng)型UART串口；◆可編程的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA)，有5個(gè)捕捉/比較模塊，6種工作方式；◆5個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器；◆專用的看門狗定時(shí)器。 6．時(shí)鐘源◆內(nèi)部可編程振蕩器：216MHz；◆外部振蕩器：晶體、RC、C或外部時(shí)鐘；◆實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)方式(用定時(shí)器3或PCA)。7．封裝◆100腳TQFPC8051F020單片機(jī)引腳圖 C8051F020單片機(jī)的組成C8051F022 原理框圖PGA——可編程增益放大囂。PCA——可編程計(jì)數(shù)器陣列。RTC——實(shí)時(shí)時(shí)鐘。SPI——串行外設(shè)接口。UART——異步傳輸串行口。SMBus——系統(tǒng)管理總線。SFR——特殊功能寄存器。Cygnal提供的開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)套件具有開(kāi)發(fā)應(yīng)用代碼和進(jìn)行在系統(tǒng)調(diào)試所需要的全部硬件和軟件。每個(gè)套件包括：1．一個(gè)具有調(diào)試器和8051匯編器的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)；2．一個(gè)從USB到JTAG的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊；3．一個(gè)UCE5在線調(diào)試下載工具；4．一個(gè)電源適配器DC 9V 2A一、SilabsDE的主要優(yōu)點(diǎn)Cygnal的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)提供了開(kāi)發(fā)和調(diào)試一個(gè)設(shè)計(jì)所必需的所有工具。IDE與C8051FxxxMcU的片內(nèi)JTAG和調(diào)試邏輯接口，提供一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可以對(duì)安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的MCU進(jìn)行在系統(tǒng)編程和非侵入式的全速、在系統(tǒng)調(diào)試。在系統(tǒng)調(diào)試不需要額外的目標(biāo)RAM、程序存儲(chǔ)器和寄存器。 Silabs公司用于CS051Fxxx系列SOC單片機(jī)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE(Integrated Development Environment)，提供了開(kāi)發(fā)和調(diào)試所有必須的軟件和硬件工具。IDE和ICP(在線編程)功能可對(duì)C8051Fxxx系列單片機(jī)的FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行編程。利用第三方工具軟件，可以在Windows操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)編寫程序、編譯、下載、電路內(nèi)仿真及調(diào)試程序等功能，可對(duì)硬件和軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試。其主要有特點(diǎn)有：(1)具有源碼編輯器?？衫肞C提供源碼編輯器，具有標(biāo)準(zhǔn)Windows編輯器的所有功能，包括編輯、復(fù)制、查找等。(2)內(nèi)置調(diào)試電路。取代了傳統(tǒng)仿真器的仿真頭，可實(shí)時(shí)執(zhí)行代碼。(3)具有項(xiàng)目管理器?？杀４婢幾g過(guò)程中的所有文件。(4)內(nèi)置FLASH編程器。允許在代碼生成后，立即下載到單片機(jī)內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)器。(5)可在線調(diào)試。包括運(yùn)行控制、單步、實(shí)時(shí)斷點(diǎn)等。(6)支持第三方軟件開(kāi)發(fā)工具。，(7)具有配置向?qū)к浖?，?jiǎn)化了編程過(guò)程，減少了出錯(cuò)率。(8)用戶界面可采用c語(yǔ)言編譯器和匯編源代碼調(diào)試。二、SilabslDE的工作原理在PC軟件的支持下，通過(guò)片內(nèi)JTAG接口可直接對(duì)安裝在最終用戶應(yīng)用系統(tǒng)上的MCU進(jìn)行非侵入式、實(shí)時(shí)在系統(tǒng)的仿真調(diào)試，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。C8051Fxxx的調(diào)試系統(tǒng)連接圖如圖3．4所示。C8051F的UEC5適配器通過(guò)RS232串口或USB端口與PC主機(jī)連接，它的另一端插入目標(biāo)板的標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口上，目標(biāo)板可以是用戶的目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)，也可以是廠方提供的開(kāi)發(fā)套件。調(diào)試電路通過(guò)JTAG接口與PC主機(jī)之間利用單片機(jī)的TMS、TCK、TDI和TDO線，通過(guò)在線通信協(xié)議進(jìn)行通信。因此TMS、TCK、TDI和TDO線在調(diào)試過(guò)程中不能作其他用途，在編程過(guò)程中也要用到這4條線。C8051Fxxx的適配器UEC5既是一個(gè)在線調(diào)試器也是一個(gè)編程工具，它將程序?qū)懭隒8051Fxxx單片機(jī)，并且提供實(shí)時(shí)代碼執(zhí)行、分步執(zhí)行和斷電等調(diào)試功能。其調(diào)試功能是通過(guò)內(nèi)置調(diào)試電路與邊界掃描功能電路實(shí)現(xiàn)的。眾所周知，傳統(tǒng)的在線仿真目標(biāo)應(yīng)用程序是在仿真器內(nèi)部執(zhí)行和仿真，而C8051Fxxx的調(diào)試系統(tǒng)是利用目標(biāo)單片機(jī)承擔(dān)在線操作，這就意味著所有的單片機(jī)外設(shè)(定時(shí)器、A/D轉(zhuǎn)換器、舊引腳等)不是通過(guò)外部設(shè)備來(lái)進(jìn)行重構(gòu)和模擬，而是通過(guò)目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行模擬，而且利用UEC5適配器的調(diào)試方法完全可以滿足目標(biāo)單片機(jī)的電氣特性。 調(diào)試系統(tǒng)連接圖4 硬件電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) C8051_Core由于該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由兩塊電路板組合完成，C8051F020_Core為核心板，該板子主要由C8051F020單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成，并包括一個(gè)JTAG口，可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行在線調(diào)試。同時(shí)也對(duì)C8051F020單片機(jī)的端口資源分配，通過(guò)連接器與下層板子相連接。端口資源使用和分配如下：（電源端口、接地端口除外）端口功能端口功能端口功能端口功能1TMS2355（）SCL70（）AD22TCK2456（）SDA71（）AS13TDI2557（）NSS72（）AD04TDO32（）CEX058（）MOSI73（）A155/RST33（）CEX159（）MISO74（）A1412VREF34（）CEX260（）SCK75（）A1315VREFD35（）RXD161（）RX076（）A1216VREF036（）TXD162（）TX077（）A11183965（）AD778（）A10194066（）AD679（）A9204367（）AD580（）A8214468（）AD491（）/WR224569（）AD392（）/RD93（）ALE99DAC1100DAC051F020端口使用表1圖見(jiàn)附錄1 存儲(chǔ)器模塊系統(tǒng)外擴(kuò)了512kB 的FLASH 和256kB 的FRAM，其中512kB 的FLASH 主要用于存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)一、二級(jí)漢字庫(kù)，以滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)漢字顯示的需要；256kB的FRAM 為鐵電RAM，它不僅可以作為普通RAM 使用，還能作為FLASH 用于存儲(chǔ)一些重要數(shù)據(jù)。 外擴(kuò)ROMAT49BV040B是一個(gè)512KB的FLASH存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為：空間地址空間地址引導(dǎo)扇區(qū)16K0000003FFF主存儲(chǔ)區(qū)4：300003FFFF參數(shù)扇區(qū)8K0400005FFF主存儲(chǔ)區(qū)5：400004FFFF參數(shù)扇區(qū)8K0600007FFF主存儲(chǔ)區(qū)6：500005FFFF主存儲(chǔ)區(qū)1：32K08FFF0FFFF主存儲(chǔ)區(qū)7：600006FFFF主存儲(chǔ)區(qū)2：64K100001FFFF主存儲(chǔ)區(qū)8：700007FFFF主存儲(chǔ)區(qū)3：64K200002FFFF其地址A0A118，其中低8位由CPLD提供，、。 外擴(kuò)RAMFM18L08是Ramtrom公開(kāi)發(fā)中心近年推出的一款存儲(chǔ)容量為32KB的8位FRAM，其主要特點(diǎn)如下：—；并行接口；功耗低，靜態(tài)電流小于15uA，讀寫電流小于10mA；非揮發(fā)性，掉電后數(shù)據(jù)能保存10年；讀寫無(wú)限次。/CE：片選，/WE：寫使能，/OE：輸出使能。其地址由CPLD和C8051F020單片機(jī)的P6口提供。 CPLD模塊EPM3064是Altera的MAX3000A系列低成本CPLD器件。有1250個(gè)與門，64個(gè)宏單元，可支持在系統(tǒng)可編程能力（ISP），能夠輕松地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)重配置。每個(gè)宏單元都可以獨(dú)立地配置成順序或組合邏輯操做。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中它不能進(jìn)行CPLD的編程實(shí)驗(yàn)，而且還能通過(guò)CPLD配置實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中各功能模塊的使用，從而大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件電路。 圖見(jiàn)附錄 CPLD地址譯碼表片選空間編碼片選空間編碼FLASH/CE=0amp。/OE=0I/Ooutput4KSECTOR10FFFF/O157FFSECTOR21FFFF/O25FFFSECTOR32FFFFLCD4K /CE=0SECTOR43FFFFC/D=1 COM27FFSECTOR54FFFFC/D=0 DATA2FFFSECTOR65FFFFLAN4K /CS=0SECTOR76FFFFCMD=0 COM37FFSECTOR87FFFFCMD=1 DATA3FFFFRAM32K8000USB4K /CS=0I/Oinput4KC/D=1 COM67FF/I147FFC/D=0 DATA6FFF/I24FFFREST7FFF由DC 9V電源適配器引入+9V的電源，經(jīng)過(guò)LM1085 +5V，+。其中整流二極管IN5404在電路起到保護(hù)作用。由發(fā)光二極管DD5監(jiān)視電源模塊是否正常工作。系統(tǒng)具有強(qiáng)大的輸入輸出功能。經(jīng)達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)的16 個(gè)輸出口，每路可直接驅(qū)動(dòng)500mA/50V 的負(fù)載，無(wú)需外接驅(qū)動(dòng)便能控制小型步進(jìn)電機(jī)。16 路輸入口與系統(tǒng)之間具有光電隔離保護(hù)電路，避免因輸入電流過(guò)大而損壞其他電路。外部信號(hào)經(jīng)過(guò)TLP521_4S光耦轉(zhuǎn)化成單片機(jī)可以接受的信號(hào)，并且加以LED指示燈用以提醒實(shí)驗(yàn)人員是哪一路輸入，輸入是正常。單片機(jī)的輸出指令經(jīng)過(guò)74LVC574鎖存器，通過(guò)TLP521_4S光耦實(shí)現(xiàn)與外部信號(hào)的隔離，并通過(guò)ULN2803N放大輸出，用于驅(qū)動(dòng)外部器件。同上，也配以LED指示燈加以指示，提醒實(shí)驗(yàn)人員是那一路輸出，輸出是否正常。 部分輸入電路 部分輸出電路 輸出放大電路 LCD顯示模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)了240*128 的點(diǎn)陣液晶顯示器接口，可以顯示圖形，字符和中文。設(shè)置本模塊是為了讓用戶通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)利用單片機(jī)并行控制LCD顯示，掌握單片機(jī)與LCD之間接口電路設(shè)計(jì)及編程。（標(biāo)準(zhǔn)的一、二級(jí)漢字庫(kù)儲(chǔ)存在外