【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 D 監(jiān)視器、看門(mén)狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的 C8051F020 是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶(hù)固件配置為使能或禁止。FLASH 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并允許現(xiàn)場(chǎng)更新 8051 固件。片內(nèi) FTAG 調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU 進(jìn)行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀察點(diǎn)、單步及運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用 JTAG 調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。每個(gè) MCU 都可在工業(yè)溫度范圍(45 ～+85 )內(nèi)用 ～ 的電壓工作。端Coo口 I/O、/RST、和 JTAG 引腳都容許 5V 的輸入信號(hào)電壓。C8051020 為 100 腳 TQFP 封裝(見(jiàn)圖 )。圖 C8051F020 原理框架 CIP51 CPUTM與 8051 完全兼容C8051F020 系列器件使用 Cygnal 的專(zhuān)利 CIP51 微控制器內(nèi)核。CIP51 與 MCS51指令集完全兼容,可以使用標(biāo)準(zhǔn) 803x/805x 的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。CIP51TM內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的所有外設(shè)部件，包括 5 個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、兩個(gè)全雙工UART、256 字節(jié)內(nèi)部 RAM、128 字節(jié)特殊功能寄存器(SFR)地址空間及 8/4 個(gè)字節(jié)寬的I/O 端口。速度提高CIP51 采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的 8051 結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 8051 中，除 MUL 和 DIV 以外所有指令都需要 12 或 24 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 12～24MHz。而對(duì)于 CIP51 內(nèi)核，70％的指令的執(zhí)行時(shí)間為 1 或 2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有 4 條指令的執(zhí)行時(shí)間大于 4 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。增加的功能C8051F202 系列 MCU 在 CIP51 內(nèi)核和外設(shè)有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向 CIP51 提供 22 個(gè)中斷源(標(biāo)準(zhǔn) 8051 只有 7 個(gè)中斷源)，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器，一個(gè)中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要較小的 MCU 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計(jì)一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，這些增加的中斷源是非常有用的。MCU 可有多達(dá) 7 個(gè)復(fù)位源：一個(gè)片內(nèi) CDD 監(jiān)視器、一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測(cè)器、一個(gè)由比較器 0 提供的電壓檢測(cè)器、一個(gè)軟件強(qiáng)制復(fù)位、CNVSTR 引腳及/RST 引腳。MCU 內(nèi)部有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的時(shí)鐘發(fā)生器,在復(fù)位后被默認(rèn)為系統(tǒng)時(shí)鐘。如果需要,時(shí)鐘源可以在運(yùn)行時(shí)切換到外部振蕩器，外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC 或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。 片內(nèi)存儲(chǔ)器 3CIP51 有標(biāo)準(zhǔn)的 8051 程序和數(shù)據(jù)地址配置。它包括 256 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM,其中高128 字節(jié)為雙映射。用間接尋址訪問(wèn)通用 RAM 的高 128 字節(jié)，用直接尋址訪問(wèn) 128 字節(jié)的 SFR 地址空間。數(shù)據(jù) RAM 的低 128 字節(jié)可用直接或間接尋址方式訪問(wèn)。前 32 個(gè)字節(jié)為 4 個(gè)通用寄存器區(qū)，接下來(lái)的 16 個(gè)字節(jié)既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。MCU 的程序存儲(chǔ)器包含 64K 字節(jié)的 FLASH。該存儲(chǔ)器以 512 字節(jié)為一個(gè)扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且不需要特別的編程電壓。從 0xFE00 到 0xFFFF 的 512 字節(jié)被保留，由工廠使用。還有一個(gè)位于地址 0x10000～0x1007F 的 128 字節(jié)的扇區(qū)，該扇子區(qū)可作為一個(gè)小的軟件常數(shù)表使用。圖 給出了 MCU 系統(tǒng)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。圖 片內(nèi)存儲(chǔ)器組織JTAG 調(diào)試和邊界掃描C8051F020 系列具有片內(nèi) JTAG 邊界掃描和調(diào)試電路，通過(guò) 4 腳 JTAG 接口并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的產(chǎn)品器件就可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。該 JTAG 接口完全符合 規(guī)范，為生產(chǎn)和測(cè)試提供完全的邊界掃描功能。Cygnal 的調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀察點(diǎn)、堆棧指示器和單步執(zhí)行。不需要額外的目標(biāo) RAM、程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器或通信通道。在調(diào)試時(shí)所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都正常運(yùn)行，以保持同步。圖 給出了調(diào)試環(huán)境示意圖。圖 調(diào)試環(huán)境示意圖可編程數(shù)字 I/O 和交叉開(kāi)關(guān)該系列 MCU 具有標(biāo)準(zhǔn) 8051 的端口（0、2 和 3） 。在 C8051F020 中有 4 個(gè)附加的端口（6 和 7） ，因此共有 64 個(gè)通用端口 I/O。這些端口 I/O 的工作情況與標(biāo)準(zhǔn)8051 相似，但有一些改進(jìn)。可能最獨(dú)特的改進(jìn)是引入了數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)。這是一個(gè)大的數(shù)字開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到 P0、PP2 和 P3 的端口 I/O 引腳（見(jiàn)圖 ） 。具有標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用數(shù)字 I/O 的微控制器不同，這種結(jié)構(gòu)可支持所有的功能組合。圖 數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)原理框圖可編程計(jì)數(shù)器陣列除了 5 個(gè) 16 位的通用計(jì)數(shù)器/定時(shí)器之外，C8051F020 MCU 系列還有一個(gè)片內(nèi)可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA） 。PCA 包括一個(gè)專(zhuān)用的 16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器時(shí)間基準(zhǔn)和 5個(gè)可編程的捕捉/比較模塊。時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)鐘可以是下面的 6 個(gè)時(shí)鐘源之一：系統(tǒng)時(shí)鐘/1系統(tǒng)時(shí)鐘/定時(shí)器 0 溢出、外部時(shí)鐘輸入（ECI） 、系統(tǒng)時(shí)鐘和外部振蕩器源頻率/8。C8051F020 還有更多的優(yōu)勢(shì)，需要詳細(xì)了解的請(qǐng)參考文獻(xiàn)[9]。本節(jié)主要講了單片機(jī)的特點(diǎn)和 C8051F020 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特性。C8051F020 與8051 完全兼容，指令采用流水線結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)速度，有可編程數(shù)字 I/O 和交叉開(kāi)關(guān)，增加了一些功能器件，提高了 C8051F020 整體性能。3 液晶顯示控制器 KS0108KS0108是一種帶有驅(qū)動(dòng)輸出的點(diǎn)陣型液晶顯示控制器，它可直接與8位微處理器相連，它可與KS0107配合對(duì)液晶顯示控制器進(jìn)行行、列驅(qū)動(dòng)，組成液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。 KS0108 的特點(diǎn)(1).內(nèi)藏6464=4096位顯示RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)LCD屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)；(2).KS0108是列驅(qū)動(dòng)器，具有64路列驅(qū)動(dòng)輸出；(3).KS0108讀、寫(xiě)操作時(shí)序與68系列微處理器相符，因此它可直接與68系列微處理器接口相連；(4).KS0108的占空比為1/48～1/64；(5).具有專(zhuān)用指令集，可完成文本顯示或圖形顯示的功能設(shè)置，以及實(shí)現(xiàn)畫(huà)面滾動(dòng)、光標(biāo)、閃爍和位操作等功能；(6).KS0108可管理64KB顯示RAM。其中，圖形方式為64KB；字符方式為4KB。 KS0108 管腳[4]： KS0108管腳圖 KS0108 受控引腳KS0108的引腳功能見(jiàn)表1表1 引腳功能引腳符號(hào) 狀態(tài) 引腳名稱(chēng) 功能CS1，CS2，CS3輸入 芯片片選端 CS1和CS2低電平選通，CS3高電平選通E 輸入 讀寫(xiě)使能信號(hào) 在E下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存（寫(xiě)）入KS0108；在E高電平時(shí)，數(shù)據(jù)被讀出R/W 輸入 讀寫(xiě)選擇信號(hào) R/W=1，為讀選通；R/W=0為寫(xiě)選通RS（也習(xí)慣叫做D/I）輸入 數(shù)據(jù)、指令選擇信號(hào)RS=1為數(shù)據(jù)操作RS=0為寫(xiě)指令或讀狀態(tài)DB0DB7 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線RST 輸入 復(fù)位信號(hào) 低電平有效，復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，關(guān)閉液晶顯示，使顯示起始終不渝行為0，RST可跟MPU相連，由MPU控制；也右直接接VDD，使之不起作用。 KS0108 的時(shí)序[4] KS0108 與 68 系列微處理器直接接口的時(shí)序各種信號(hào)波形對(duì)照見(jiàn)表2：表2 信號(hào)波形： 讀時(shí)序： 寫(xiě)時(shí)序 復(fù)位時(shí)序復(fù)位后，KA0108顯示關(guān)閉，顯存地址歸零。：表3 復(fù)位條件項(xiàng)目 符號(hào) 最小值 典型值 最大值 單位復(fù)位時(shí)間 Trs … … 微秒上升時(shí)間 Tr … … 200 納秒 復(fù)位條件 KS0108 顯示 RAM 地址結(jié)構(gòu) KS0108中的顯示RAM共有64行，64列， 顯示RAM地址結(jié)構(gòu) KS0108 指令系統(tǒng)[4]KS0108的指令系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，總共只有七種。現(xiàn)分別介紹如下： 顯示開(kāi)/關(guān)指令見(jiàn)表4表4 顯示開(kāi)/關(guān)指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 1 1 1 1 1 1/0當(dāng)DBO=1時(shí)，LCD顯示RAM中的內(nèi)容；DBO=0時(shí)，關(guān)閉顯示。 顯示起始行(ROW)設(shè)置指令見(jiàn)表5表5 顯示起始行指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 1 1 顯示起始行（063）該指令設(shè)置了對(duì)應(yīng)液晶屏最一行的顯示RAM的行號(hào)，有規(guī)律的改變顯示起始行，可以使LCD實(shí)現(xiàn)顯示滾屏的效果。 頁(yè)(RAGE)設(shè)置指令見(jiàn)表6表6 頁(yè)設(shè)置指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 1 0 1 1 1 頁(yè)號(hào)（07）顯示RAM共64行，分8頁(yè)，每頁(yè)8行。 列地址(Y Address)設(shè)置指令見(jiàn)表7表7 列地址設(shè)置指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 1 顯示列