【文章內(nèi)容簡介】 了角加速度傳感器工程背景、國內(nèi)外現(xiàn)狀及研究價(jià)值，并簡要地介紹了本課題研究的主要內(nèi)容；第二章主要介紹了新型角加速度傳感器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；第三章主要介紹了角加速度的傳感器測(cè)量系統(tǒng)的方案論證； 第四章主要介紹了測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；第五章主要介紹了測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；第六章總結(jié)與展望；第2章 新型角加速度傳感器基本結(jié)構(gòu)和工作原理 電磁式角加速度傳感器的測(cè)量原理 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為: 上式中, 測(cè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。負(fù)載轉(zhuǎn)矩。為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。 為飛輪矩。為角加速度。為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí),原動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡,為不變值,此時(shí)系統(tǒng)無旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速，即角加速度為零。當(dāng)原動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩不等時(shí),旋轉(zhuǎn)角加速度隨即發(fā)生變化, 從而引起轉(zhuǎn)速的變化,系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)運(yùn)行中。從上式可以看出,對(duì)于某一系統(tǒng)而言,旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速度與轉(zhuǎn)速成正比, 因此可以由轉(zhuǎn)速的變化來反映旋轉(zhuǎn)角加速度的大小的變化。根據(jù)兩者的之間的關(guān)系,可通過對(duì)兩個(gè)已知值的標(biāo)定來確定旋轉(zhuǎn)角加速度的實(shí)際值的大小。從上文分析可以得到, 旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速度的測(cè)量關(guān)鍵問題在于角加速度的測(cè)量。本文提出的新型角加速度測(cè)量方法是通過改變空心杯轉(zhuǎn)子交流異步測(cè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的勵(lì)磁條件，從而構(gòu)成了測(cè)量角加速度的測(cè)速發(fā)電機(jī),實(shí)現(xiàn)了對(duì)角加速度的實(shí)時(shí)測(cè)量。, 兩側(cè)的勵(lì)磁繞組與輸出繞組在空間位置上嚴(yán)格嚴(yán)格保持垂直的電角度, 此電機(jī)的勵(lì)磁繞組以交流勵(lì)磁時(shí)用來測(cè)量速度,當(dāng)勵(lì)磁繞組以直流勵(lì)磁時(shí)則可以用來測(cè)量角加速度。當(dāng)定子勵(lì)磁繞組外接頻率為f的恒壓交流電源u，勵(lì)磁繞組中有電流流過，在直軸（即軸）上產(chǎn)生以頻率 f脈振的磁通。在轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，脈振磁通在空心杯轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出變壓器電勢(shì)（空心杯轉(zhuǎn)子可以看成有無數(shù)根導(dǎo)條的籠式轉(zhuǎn)子，相當(dāng)于變壓器短路時(shí)的二次繞組，而勵(lì)磁繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組），產(chǎn)生的磁場(chǎng)與勵(lì)磁電源同頻率的脈振磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子切割直軸磁通，在杯型轉(zhuǎn)子中感應(yīng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，其大小正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并以勵(lì)磁磁場(chǎng)的脈振頻率交變，又因空心杯轉(zhuǎn)子相當(dāng)于短路繞組，故旋轉(zhuǎn)電勢(shì)在杯型轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生交流短路電流，若忽視杯型轉(zhuǎn)子的漏抗的影響，那么此短路電流所產(chǎn)生的脈振磁通在空間位置上與輸出繞組的軸線一致，因此轉(zhuǎn)子脈振磁場(chǎng)與輸出繞組相交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。輸出繞組感應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)實(shí)際就是交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的空載電壓，其大小正比于轉(zhuǎn)速，其頻率為勵(lì)磁電源的頻率。 空心杯轉(zhuǎn)子交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)原理圖 而當(dāng)勵(lì)磁繞組兩側(cè)加為直流電源時(shí)，會(huì)產(chǎn)生恒定不變的電流通過勵(lì)磁繞組，竟而產(chǎn)生一個(gè)恒定的氣隙磁通。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零時(shí)，輸出繞端不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)( n0)時(shí),空心杯轉(zhuǎn)子因切割磁力線從而產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),同時(shí)在的作用下將產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而在輸出繞組的軸線方向產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的磁通。和與穩(wěn)定的磁通及旋轉(zhuǎn)速度n成正比,轉(zhuǎn)子電流與其產(chǎn)生的磁通也成同樣的正比關(guān)系,即:因?yàn)檩敵隼@組所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)跟穿過線圈的磁通量的變化率成正比關(guān)系, 則有:從上面兩式可以分析得出當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定不變時(shí),輸出繞組電壓為零。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí),輸出繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)在勵(lì)磁不變的情況下與成正比。結(jié)合上述原理圖分析可得出正比于旋轉(zhuǎn)角加速度,從而可用此方法來測(cè)量旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角加速度。被測(cè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)連軸機(jī)構(gòu) 測(cè)角加速度異步發(fā)電機(jī) 測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 電磁式角加速度傳感器的基本結(jié)構(gòu)一種旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其包括機(jī)座，位于前后端蓋之間，穿過前端蓋和后端蓋的轉(zhuǎn)軸軸心，分別置于轉(zhuǎn)軸與前端蓋和轉(zhuǎn)軸與后端蓋之間有著高速軸承。還包括：外定子鐵心，外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸同軸心置于基座內(nèi)，在外定子鐵芯上設(shè)有鑲嵌輸出繞組的繞組槽。內(nèi)定子鐵心，它置于外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸之間，和外定子鐵心以及轉(zhuǎn)軸同軸心，內(nèi)定子與外定子之間有間隙，間隙內(nèi)為氣隙磁場(chǎng)（勵(lì)磁磁場(chǎng)）。勵(lì)磁磁場(chǎng)是由外定子鐵心上繞組槽內(nèi)的勵(lì)磁繞組加上直流恒流源來作為內(nèi)定外定子鐵心之間的磁路的勵(lì)磁源所形產(chǎn)生的。外定子鐵心上有輸出繞組，其置于外定子鐵心上的繞組安放槽內(nèi)，其軸線與氣隙磁場(chǎng)的磁軸互相垂直。杯形轉(zhuǎn)子繞組，杯底裝于轉(zhuǎn)軸上，且和轉(zhuǎn)軸同軸心，杯底置于內(nèi)外定子鐵心的氣隙磁場(chǎng)之間，且和轉(zhuǎn)軸同軸心。如下圖所示為本旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖和AA面剖視圖。A 為電磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器結(jié)構(gòu)式意圖：6（外定子鐵心）與8（內(nèi)定子鐵心）的材料為硅鋼片（低磁材料）；4（構(gòu)成外定子鐵心輸出繞組）的材料為電磁漆包線；2為高速轉(zhuǎn)軸；構(gòu)成7（杯形繞組)的材料為銅導(dǎo)線或鋁線；構(gòu)成1(轉(zhuǎn)軸)的材料為不銹鋼材料；構(gòu)成前端蓋3，機(jī)座5，后端蓋9的材料為鋁合金等金屬材料。圖 AA面的剖視圖 ：10定子鐵心勵(lì)磁繞組與4外定子鐵心輸出繞組的軸線正交；6外定子鐵心與8內(nèi)定子鐵心與1轉(zhuǎn)軸同軸心，內(nèi)外定子鐵心之間存在間隙，7杯形轉(zhuǎn)子繞組與1轉(zhuǎn)軸，8內(nèi)定子鐵心以及6外定子鐵心同軸；交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：*采用四極繞組當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)每一瞬間穿過短路環(huán)的兩路脈振磁通其方向相反，從而產(chǎn)生的附加都很小剩余電壓很小。*杯形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)通常為四極可減少由于磁路和轉(zhuǎn)子電阻的不對(duì)稱對(duì)性能的影響。*為了減小剩余電壓，結(jié)構(gòu)上可采用輸出繞組與勵(lì)磁繞組分別嵌在內(nèi)外定子完成后調(diào)節(jié)內(nèi)外定子的位置（角度），使剩余電壓保持某一最小值。 電磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的工作原理本傳感器的工作原理；在內(nèi)外定子鐵心之間產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)（氣隙磁場(chǎng)），杯形轉(zhuǎn)子繞組處于內(nèi)外定子鐵心之間氣隙磁場(chǎng)中，且與內(nèi)外定子鐵心位于同以軸心上，杯形繞組與轉(zhuǎn)軸連接可相對(duì)于內(nèi)外定子鐵心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)行時(shí)，角加速度傳感器的旋轉(zhuǎn)軸與被測(cè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸同軸相連結(jié)。如果被測(cè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸作勻轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，則杯形繞組也同樣作恒轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，在杯形轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此電勢(shì)產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流，從而轉(zhuǎn)子電流形成對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁磁場(chǎng)，然而此時(shí)由于恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，則此時(shí)的勵(lì)磁磁場(chǎng)的磁幅值恒定，從而導(dǎo)致輸出繞組的輸出電勢(shì)為零；如主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸做非恒速運(yùn)動(dòng)，則此時(shí)有旋轉(zhuǎn)角加速度，因?yàn)橹餍齽?dòng)軸與角加速度傳感器的軸相聯(lián)，從而杯形繞組也做非恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)在杯形繞組中產(chǎn)生的電勢(shì)與被測(cè)系統(tǒng)的非恒轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)，杯形轉(zhuǎn)自產(chǎn)生的電勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，該轉(zhuǎn)子電流是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的，因此，該轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)的磁勢(shì)幅值也跟隨著變化，該氣隙磁場(chǎng)磁勢(shì)幅值隨時(shí)間變化又與外輸出繞組相交鏈，從而在外輸出繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電勢(shì)，該電勢(shì)大小與被測(cè)量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變化的大小相對(duì)應(yīng)。本文的新型角加速度傳感器可根據(jù)空心杯交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)得運(yùn)行條件而轉(zhuǎn)換成角加速度傳感器。交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流測(cè)速發(fā)電機(jī)一樣，是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速或傳感轉(zhuǎn)速信號(hào)的元件，它可以將轉(zhuǎn)速信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。理想的測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與它的轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。而交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的特性和主要指標(biāo)有輸出特性與線性誤差，輸出相位移與相位誤差和剩余電壓，因?yàn)楦挠弥绷鲃?lì)磁源主要考慮輸出特性與線性誤差和剩余電壓，交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)當(dāng)勵(lì)磁繞組加電壓而轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，輸出繞組產(chǎn)生的電壓稱為剩余電壓。產(chǎn)生剩余電壓的主要原因有：磁路不對(duì)稱、氣隙不均勻、輸出繞組與勵(lì)磁繞組不正交、以及溫升增加、繞組匝短路，繞組端部藕合，鐵芯片間短路、轉(zhuǎn)子杯材料不均勻、形狀不規(guī)格等。線性誤差：實(shí)際輸出電壓與線性輸出電壓的最大差值與對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)速（技術(shù)條件規(guī)定的）的線性輸出電壓之比的百分?jǐn)?shù)，稱為線性誤差。 通常為了減小由于轉(zhuǎn)子和磁路的不對(duì)稱性引起的剩余電壓，杯形轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)通常是四極電機(jī)。為了減小剩余電壓，還可以采用以下方法：可將勵(lì)磁繞組和輸出繞組分開，分別嵌在內(nèi)、外定子鐵芯上。采用補(bǔ)償繞組來消除剩余電壓。在外部采用適當(dāng)電路，產(chǎn)生一個(gè)校正電壓抵消剩余電壓。 如上面的描述，本課題的傳感器是利用電磁感應(yīng)原理構(gòu)成旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，被測(cè)系統(tǒng)與測(cè)量傳感器同軸安裝，從而直接把旋轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速度變換成電壓信號(hào)輸出，輸出的電壓信號(hào)和旋轉(zhuǎn)角加速度可以直接對(duì)應(yīng)。在其結(jié)構(gòu)上，氣隙磁場(chǎng)恒定，輸出的電壓與旋轉(zhuǎn)角機(jī)械加速度可以直接一一對(duì)應(yīng)，因此此測(cè)量裝置測(cè)量精度高，且結(jié)構(gòu)簡單；由于采用空心杯形轉(zhuǎn)子繞組，角加速度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大大減小，靈敏度和測(cè)量精度提高明顯；由于角加速度傳感器和被測(cè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸同軸相連，可以直接獲取旋轉(zhuǎn)信號(hào)。因此簡單實(shí)用且方便，便于各種旋轉(zhuǎn)角加速度的場(chǎng)合測(cè)量。 第三章 測(cè)量系統(tǒng)的方案論證 系統(tǒng)的總體流程圖隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)提高，尤其是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及功能日益強(qiáng)大，價(jià)格低廉化等顯著特點(diǎn)，使全數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。考慮到單片機(jī)具有體積小、性能強(qiáng)大、成本低的特點(diǎn)，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的硬件搭建和軟件編程，設(shè)計(jì)出一種以單片機(jī)為主的旋轉(zhuǎn)角加速度測(cè)量系統(tǒng)，保證了測(cè)量精度以及實(shí)時(shí)性。本設(shè)計(jì)采用C8051F020單片機(jī)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理，協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，并進(jìn)行復(fù)雜的控制決策。測(cè)量信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊后輸入至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)收到的信號(hào)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波處理，以輸送到各個(gè)模塊。系統(tǒng)的開關(guān)量控制模塊，可方便的實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)位。因此實(shí)現(xiàn)了一套結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和運(yùn)行可靠的角加速度測(cè)量系統(tǒng)。角加速度傳感器C8051F020 MCU INA128PA 放大模塊 LCD顯示模塊SD卡讀寫模塊USB串口 角加速度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 第四章 測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)提高。單片機(jī)在過程控制中、直接數(shù)字控制中有著顯著的優(yōu)點(diǎn)。它體積小科員做成體積極小的控制器用于一些體積不大的設(shè)備和空間有限的生產(chǎn)過程、控制過程。其價(jià)格低廉是最主要的優(yōu)勢(shì)。相比PLC、工控機(jī)等有較高的性價(jià)比。 單片機(jī)的選取根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路（）對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測(cè)量電機(jī)旋轉(zhuǎn)角加速度，并且使其數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)顯示出來和存儲(chǔ)[12]。C8051F020是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU芯片， 其具有8個(gè)數(shù)字I/O 口64個(gè)引腳。下面為其特點(diǎn)； 1. 高達(dá)25MIPS高速流水線結(jié)構(gòu)的與8051 完全兼容的CIP51 內(nèi)核。2. 全速、片內(nèi)非侵入式的在線系統(tǒng)調(diào)試接口。3. 12 位、100 ksps的8個(gè)通道ADC，以及帶PGA和模擬多路開關(guān)。 4.. 兩個(gè)12 位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)的更新方式 。5. 具有可在線系統(tǒng)編程的64K字節(jié)的FLASH 存儲(chǔ)器 。6. 片內(nèi)RAM具有4352字節(jié)。7. 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口可尋址64K字節(jié)地址 。8. 硬件可實(shí)現(xiàn)SPI通信、SMBus 和兩個(gè)全雙工UART 串行接口 。9. 高達(dá)16 位 5個(gè)通用的定時(shí)器。10. 具有無個(gè)捕捉/比較模塊的定時(shí)器陣列/可編程計(jì)數(shù)器。11. 片內(nèi)看門狗定時(shí)器WDT和VDD 監(jiān)視器以及內(nèi)置溫度傳感器。C8051F020是獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。C8051F020 MCU所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可以由用戶固件使能/禁止和配置。FLASH存儲(chǔ)器還有在線系統(tǒng)重新編程能力，可對(duì)非易失性數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，且準(zhǔn)許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。片內(nèi)JTAG 調(diào)試電路可使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品得MCU 進(jìn)行不占用片內(nèi)資源、全速高速、在系統(tǒng)調(diào)試。在線調(diào)試系統(tǒng)不但支持?jǐn)?shù)據(jù)觀察以及修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持觀察點(diǎn)、斷點(diǎn)、單步運(yùn)行和停止命令。在使用片內(nèi)JTAG 調(diào)試時(shí),可全功能運(yùn)行下所有的模擬和數(shù)字外設(shè)。C8051F020具有邊界掃描和調(diào)試電路接口，通過4位引得腳JTAG接口。該JTAG接口完全符合IEEE ，完全的邊界掃描功能為生產(chǎn)和測(cè)試提供便利。Silicon Labs的調(diào)試系統(tǒng)軟件支持在線觀察修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、堆棧指示器和單步執(zhí)行。不需要添加額外的目標(biāo)RAM、程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器或者通信通道。在調(diào)試時(shí)所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可以正常工作。當(dāng)MCU單步執(zhí)行時(shí)或遇到斷點(diǎn)而導(dǎo)致的停止運(yùn)行時(shí)，所有的外設(shè)（SMBus和ADC除外）都可以停止運(yùn)行，從而來保持與指令執(zhí)行的同步。C8051F020U具有標(biāo)準(zhǔn)8051的端口（0、2和3）。在F020中還有4個(gè)附加的額外端口（6和7） ，因此擁有高達(dá)64個(gè)通用端口I/O。這些I/O端口的工作條件與標(biāo)準(zhǔn)8051基本相同，但稍有一些修改。每個(gè)I/O端口引腳都可以被設(shè)置為推挽或漏極開路輸出。在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被總體禁止，這使器件低功耗使用埋下了一些基礎(chǔ)。C8051F020最特別的改進(jìn)是使用了數(shù)字交叉開關(guān)。這是一個(gè)功能大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將其內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到前四個(gè)（P0、PP2和P3）的I/O端口引腳。這與以往的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用數(shù)字I/O的有著很大的區(qū)別，這種結(jié)構(gòu)可支持各種的功能組合。 通過配置交叉開關(guān)控制寄存器可將系統(tǒng)片內(nèi)的硬件中斷、串行通信總線、計(jì)數(shù)器或定時(shí)器、轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入、比較器的輸出以及微控制器內(nèi)部的其它各數(shù)字信號(hào)映射到前四個(gè)I/O端口引腳。此特性可有用戶設(shè)定來選擇通用I/O端口號(hào)和所需數(shù)字資源的組合。MCU工作條件都可在工業(yè)溫度范圍(45～+85)—。I/O端口和JTAG引腳都可輸入5V的電壓信號(hào)。C8051F020器件是使用Cygnal專利的CIP51微控制器內(nèi)核。CIP51采用高速流水結(jié)構(gòu)，與以往的單片機(jī)結(jié)構(gòu)相比其讀寫指令的速度有很大的提升。在標(biāo)準(zhǔn)的8051中，所有指令（除MUL和DIV以外）都需要12或24個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，系統(tǒng)最大的時(shí)鐘頻率為12～24MHz。而對(duì)于CIP51內(nèi)核的單片機(jī)，三分子二的指令的執(zhí)行時(shí)間只為2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期內(nèi)，只有部分4條指令的執(zhí)行時(shí)間大于4個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。CIP51被MCS51指令集完全兼容,可以使用標(biāo)準(zhǔn)803x的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。CIP51內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn)80