【文章內(nèi)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(nèi)部振蕩器； 8KB 可在系統(tǒng)編程的 FLASH 存儲器； 768 字節(jié)片內(nèi) RAM； 硬件實(shí)現(xiàn)的 SMBus/ I2C、增強(qiáng)型 UART 和增強(qiáng)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(jì)數(shù)器 /定時器陣列（ PCA）； 片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器； 片內(nèi)電壓比較器； 17 個端口 I/O（容許 5V 輸入）。 具有片內(nèi)上電復(fù)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(dú)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(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。 片內(nèi) Silicon Labs 二線（ C2）開發(fā)接口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、在系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用 C2 進(jìn)行調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。兩個 C2 接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)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(nèi)核。 CIP51 與MCS51TM 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)行軟件開發(fā)。CIP51 內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的所有外設(shè)部件，包括 4 個 16 位計(jì)數(shù)器 /定時器、一個具有增強(qiáng)波特率配置的全雙工 UART、一個增強(qiáng)型 SPI 端口、 768 字節(jié)內(nèi)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(kuò)展的中斷系統(tǒng)向 CIP51 提供 14 個中斷源（標(biāo)準(zhǔn) 8051 只有 7 個中斷源），允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。一個中斷驅(qū)動 的系統(tǒng)需要較少的 MCU 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計(jì)一個多任務(wù)實(shí)時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。 MCU有多達(dá) 8 個復(fù)位源：上電復(fù)位電路（ POR）、一個片內(nèi) VDD 監(jiān)視器（當(dāng)電源電壓低于 VRST時強(qiáng)制復(fù)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(qiáng)制復(fù)位、外部復(fù)位輸入引腳和 FLASH讀 /寫錯誤保護(hù)電路復(fù)位。除了 POR、復(fù)位輸入引腳及 FLASH 操作錯誤這三個復(fù)位源之外，其他復(fù)位源都可以被軟件禁止。在一次上電復(fù)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(fù)位。內(nèi)部上電復(fù)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(qū)動為低電平（至少 10μ s）來啟動一次系統(tǒng)復(fù)位。 調(diào)試接口的時鐘信號 C2D 5 數(shù)字 I/O 數(shù)字 I/O 端口 C2 調(diào)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(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器及比較器 C8051F330內(nèi)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(fù)輸入。端口 0~1作為ADC 的輸入； 另外，片內(nèi)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(guān)斷狀態(tài)以節(jié)省功耗。 A/D 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換。一次轉(zhuǎn)換完成可以產(chǎn)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(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)束后 10 位結(jié)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(dāng) ADC 數(shù)據(jù)位于一個規(guī)定 的范圍之內(nèi)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(guān)鍵電壓，當(dāng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位于規(guī)定的范圍之內(nèi) /外時才向控制器申請中斷。 C8051F330內(nèi)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(yīng)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(fù)向回差電壓也是可配置的。 比較器能在上升沿、下降沿產(chǎn)生中斷，或在兩 個邊沿都產(chǎn)生中斷。當(dāng) 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(fù)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(nèi)核。 CIP51 與 MCS51TM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)行軟件開發(fā)。 CIP51 內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的所有外設(shè)部件，包括 4 個 16 位計(jì)數(shù)器 /定時器、一個具有增強(qiáng)波特率配置的全雙工 UART、一個增強(qiáng)型 SPI端口、 768 字節(jié)內(nèi)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(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。在一個標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(guān)系。 CIP51 工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率 25MHz 時，它的峰值速度達(dá)到 25MIPS。 C8051F330MCU 在 CIP51 內(nèi)核和外設(shè)方面有幾項(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 14 個中斷源（標(biāo)準(zhǔn) 8051 只有 7 個中斷源），允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。一個中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的 MCU干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計(jì)一個多任務(wù)實(shí)時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。 MCU 有多達(dá) 8 個復(fù)位源： 上電復(fù)位電路（ POR）、一個片內(nèi) VDD 監(jiān)視器（當(dāng)電源電壓低于 VRST 時強(qiáng)制復(fù)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(qiáng)制復(fù)位、外部復(fù)位輸入引腳和 FLASH 讀 /寫錯誤保護(hù)電路復(fù)位。除了 POR、復(fù)位輸入引腳及 FLASH 操作錯誤這三個復(fù)位源之外，其他復(fù)位源都可以被軟件禁止。在一次上電復(fù)位之后的 MCU 初始化期間， WDT 可以被永久性使能。 C8051F330 的內(nèi)部振蕩器在出廠時已經(jīng)被校準(zhǔn)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(nèi)還集 成了一個低速振蕩器，更適合于低功耗操作。器件內(nèi)集成了外部振蕩器驅(qū)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(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。如果需要，時鐘源可以在運(yùn)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(yùn)行，當(dāng)需要時再周期性地切換到高速（可達(dá) 25MHz）的內(nèi)部振蕩器。 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)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(yīng)急照明設(shè)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(yīng)急照明設(shè)備需要定期放電，單片機(jī)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(jī)，單片機(jī)通過控制充電器件的導(dǎo)通與關(guān)斷時間來控制占空比，調(diào)節(jié)充電電流使之達(dá)到恒定。當(dāng)有緊急情況，電網(wǎng)無電壓，電池放電，單片機(jī)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(diǎn)亮，達(dá)到應(yīng)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(biāo)，如由平均無故障運(yùn)行時間所表達(dá)的可靠性，由穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、動態(tài)調(diào)整速度及紋波系數(shù)等所表達(dá)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(jìn)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(shè)計(jì) 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(diào)制能不能很好的改變占空比達(dá)到恒流充電都是很重要的。選擇不當(dāng)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(shè)計(jì)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(chǎn)生1KHz振蕩脈沖導(dǎo)通功率開關(guān)管 PMOSFET，調(diào)節(jié)電位器可改變脈沖占空比以調(diào)節(jié)充電電流。每半小時記錄并重復(fù)以下操作： 1. 暫時關(guān)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(dāng)前電流值，接著調(diào)節(jié)電位器使電流保持 1 安。 3. 示波器 1ms 檔加擴(kuò)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(shè)計(jì)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(guān)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(diào)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(guān)系 時間（分） 占空比 D 電流（ A） 電壓 (V) 00