【文章內容簡介】 6 通道單端 /差分 ADC，帶模擬多路器； 10 位電流輸出 DAC； 高精度可編程的 25MHz 內部振蕩器； 8KB 可在系統(tǒng)編程的 FLASH 存儲器； 768 字節(jié)片內 RAM； 硬件實現(xiàn)的 SMBus/ I2C、增強型 UART 和增強型 SPI 串行接口； 4 個通用的 16 位定時器； 具有 3 個捕捉 /比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器 /定時器陣列（ PCA）； 片內上電復位、 VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器； 片內電壓比較器； 17 個端口 I/O（容許 5V 輸入）。 具有片內上電復位、 VDD 監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的 C8051F330/1 是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。 FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。用戶軟件 對所有外設具有完全的控制，可以關斷任何一個或所有外設以節(jié)省功耗。 片內 Silicon Labs 二線（ C2）開發(fā)接口允許使用安裝在最終應用系統(tǒng)上的產品 MCU 進行非侵入式（不占用片內資源）、全速、在系統(tǒng)調試。調試邏輯支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、單步、運行和停機命令。在使用 C2 進行調試時，所有的模擬和數(shù)字外設都可全功能運行。兩個 C2 接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調試功能不占用封裝引腳。 C8051F330/1 系列器件使用 Silicon Labs 的專利 CIP51 微控制 器內核。 CIP51 與MCS51TM 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)。CIP51 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、 768 字節(jié)內部 RAM、 128 字節(jié)特殊功能寄存器（ SFR）地址空間及 17 個 I/O 端口。 擴展的中斷系統(tǒng)向 CIP51 提供 14 個中斷源（標準 8051 只有 7 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。 MCU有多達 8 個復位源：上電復位電路（ POR）、一個片內 VDD 監(jiān)視器（當電源電壓低于 VRST時強制復位）、一個看門狗定時器、一個時鐘丟失檢測器、一個由比較器 0 提供的電壓檢測器、一個軟件強制復位、外部復位輸入引腳和 FLASH讀 /寫錯誤保護電路復位。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。 圖 C8051F330 引腳圖 表 引腳功能說明 引腳名稱 引腳號 引腳類型 說 明 VDD 3 電源 GND 2 地 /RST C2CK 4 數(shù)字 I/O 數(shù)字 I/O 器件復位。內部上電復位或 VDD 監(jiān)視器的漏極開路輸出。一個外部源可以通過將該引腳驅動為低電平（至少 10μ s）來啟動一次系統(tǒng)復位。 調試接口的時鐘信號 C2D 5 數(shù)字 I/O 數(shù)字 I/O 端口 C2 調試接口的雙向數(shù)據(jù)信號 VREF 20 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 模擬輸入 端口 外部 VREF 輸入 IDA0 19 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 模擬輸入 端口 外部時鐘輸入。對于晶體或陶瓷諧振器，該引腳是外部振蕩器電路的反饋輸入 XTAL2 18 數(shù)字 I/O 模擬 I/O 或數(shù)字輸入 端口 外部時鐘輸出。該引腳是晶體或陶瓷諧振器的激勵驅動器。對于 CMOS 時鐘、電容或 RC 振蕩器配置，該引腳是外部時鐘輸入。 17 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 16 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 CNVSTR 15 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 數(shù)字輸入 端口 ADC0 外部轉換啟動輸入或 IDA0 更新源輸入 14 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 13 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 12 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 11 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 10 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 9 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 8 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 7 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 6 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 10 位模 /數(shù)轉換器及比較器 C8051F330內部有一個 10 位 SAR ADC 和一個 16通道差分輸入多路選擇器。該 ADC工作在 200ksps 的最大采樣速率時可提供真正 10 位的線性度， INL 和 DNL 為177。 1LSB。 ADC系統(tǒng)包含一個可編程的模擬多路選擇器，用于選擇 ADC 的正輸入和負輸入。端口 0~1作為ADC 的輸入； 另外，片內溫度傳感器的輸出和電源電壓（ VDD）也可以作為 ADC 的輸入。用戶固件可以將 ADC 置于關斷狀態(tài)以節(jié)省功耗。 A/D 轉換可以有 6 種啟動方式：軟件命令、定時器 0 溢出、定時器 1 溢出、定時器 2溢出、定時 器 3 溢出或外部轉換啟動信號。這種靈活性允許用軟件事件、外部硬件信號或周期性的定時器溢出信號觸發(fā)轉換。一次轉換完成可以產生中斷（如果被允許），或者用軟件查詢一個狀態(tài)位來判斷轉換結束。轉換結束后 10 位結果數(shù)據(jù)字被鎖存到 ADC 數(shù)據(jù)寄存器中。 窗口比較寄存器可被配置為當 ADC 數(shù)據(jù)位于一個規(guī)定 的范圍之內或之外時向控制器申請中斷。 ADC 可以用后臺方式監(jiān)視一個關鍵電壓，當轉換數(shù)據(jù)位于規(guī)定的范圍之內 /外時才向控制器申請中斷。 C8051F330內部有一個電壓比較器，可以由用戶軟件使能 /禁止和配置。端口 I/O引腳可以通過多路選擇器被配置為比較器輸入。如果需要，可以將兩個比較器輸出連到端口引腳：一個鎖存輸出和 /或一個未鎖存的輸出（異步）。比較器的響應時間是可編程的，允許用戶在高速和低功耗方式之間選擇。比較器的正向和負向回差電壓也是可配置的。 比較器能在上升沿、下降沿產生中斷，或在兩 個邊沿都產生中斷。當 MCU 工作在空閑方式時，這些中斷可用于喚醒 MCU。比較器 0 還可以被配置為復位源 CIP51 微控制器核 8051 完全兼容 C8051F330器件使用 Silicon Labs 的專利 CIP51 微控制器內核。 CIP51 與 MCS51TM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)。 CIP51 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、 768 字節(jié)內部 RAM、 128字節(jié)特殊功能寄存器（ SFR）地址空間及 17 個 I/O 端口。 CIP51 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 1224MHz。而對于 CIP51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。 CIP51共有 111 條指令。下表列出了指令條數(shù)與執(zhí)行時所需的系統(tǒng)時鐘周期數(shù)的關系。 CIP51 工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率 25MHz 時，它的峰值速度達到 25MIPS。 C8051F330MCU 在 CIP51 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。 擴展的中斷系統(tǒng)向 CIP51 提供 14 個中斷源（標準 8051 只有 7 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。 MCU 有多達 8 個復位源： 上電復位電路（ POR）、一個片內 VDD 監(jiān)視器（當電源電壓低于 VRST 時強制復位）、一個看門狗定時器、一個時鐘丟失檢測器、一個由比較器 0 提供的電壓檢測器、一個軟件強制復位、外部復位輸入引腳和 FLASH 讀 /寫錯誤保護電路復位。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。 C8051F330 的內部振蕩器在出廠時已經(jīng)被校準為 177。 2%，該振蕩器的周期可以由用戶以大約 %的增量編程；片內還集 成了一個低速振蕩器，更適合于低功耗操作。器件內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 CMOS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。 3 系統(tǒng)設計 本設計電路主要工作過程如下所述：電網(wǎng)電壓（ 220 V）通過變壓器變壓得到交流電壓16 V（降壓過程），由于應急照明設備主要用到了蓄電池，給電池充電必須是直流 電壓，變壓后的電壓通過整流得到直流電壓 16 V。應急照明設備需要定期放電，單片機通過長定時后發(fā)出信號，電池放電，放電過程有電壓、電流檢測，放電到一定電壓值停止放電，之后馬上對電池充電。在充電過程中要保持恒流充電，需對充電電壓和電流檢測，反饋給單片機，單片機通過控制充電器件的導通與關斷時間來控制占空比，調節(jié)充電電流使之達到恒定。當有緊急情況，電網(wǎng)無電壓，電池放電，單片機發(fā)出控制指令，繼電器動作，電池電壓通過變壓器逆變，使燈泡點亮，達到應急照明的作用。其中指示單元紅指示燈發(fā)光表示裝置處于放電狀態(tài)，綠指示燈發(fā)光表 示裝置處于充電狀態(tài)。 蓄電池充電裝置是直流電源系統(tǒng)的核心部件之一，其性能的優(yōu)劣直接決定了直流電源的水平。人們對充電裝置的要求主要有兩方面 :其一是要有較高的性能指標，如由平均無故障運行時間所表達的可靠性，由穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、動態(tài)調整速度及紋波系數(shù)等所表達的動、靜態(tài)特性 。其二是要有較為完善的自我檢測與控制功能，有較高的智能水平，可以根據(jù)蓄電池的特性和用戶的具體需要，選擇最佳的充電規(guī)律，以提高蓄電池的蓄電容量和使用壽命。并能對充電電壓、電流，進行監(jiān)視、顯示等。后者正是智能充電裝置的控制器要完成的功能。 設計 方案論證 充電電壓選取 充電電壓的選取對變壓器的制作、 PWM 脈寬調制能不能很好的改變占空比達到恒流充電都是很重要的。選擇不當對電池壽命、能否充滿電有一定的影響。由于電池放完電后電壓大約為 伏，充滿之后為 伏。 本設計第一次選取電壓為 18 伏，通過穩(wěn)壓電源給電池充電，其中用 555 振蕩電路產生1KHz振蕩脈沖導通功率開關管 PMOSFET，調節(jié)電位器可改變脈沖占空比以調節(jié)充電電流。每半小時記錄并重復以下操作： 1. 暫時關閉穩(wěn)壓電源，用萬用表（ 20 伏檔）記錄電池電壓。 2. 在接通 電源記錄當前電流值，接著調節(jié)電位器使電流保持 1 安。 3. 示波器 1ms 檔加擴展（每格 ）情況下校正波形周期為 1ms，保證波形周期和充電電流不變，測出脈寬。 (注：由于在本設計中有兩塊電池，所以充電開始值不一定是 10 伏 )如表 表 充電電壓為 18V時占空比、電流、電壓關系 時間 (分 ) 占空比 D 電流（ A） 電壓 (V) 0 1 30 60 1 90 120 150 分析： 18 伏時占空比變化小，調節(jié)不明顯。 解決方法：減小充電電壓，輸入 伏，如下表： 表 充電電壓為 、電流、電壓關系 時間（分） 占空比 D 電流（ A） 電壓 (V) 00