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[導(dǎo)讀]摘要:C8051F系列單片機(jī)是Cygnal公司出品的高速單片機(jī),它與80C51系列單片機(jī)指令集兼容,但比后者增加了許多資源,從而為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)提供了極大的方便。文中介紹了這兩者在結(jié)構(gòu)上的差異以及編程時(shí)應(yīng)注意的問題,

摘要:C8051F系列單片機(jī)是Cygnal公司出品的高速單片機(jī),它與80C51系列單片機(jī)指令集兼容,但比后者增加了許多資源,從而為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)提供了極大的方便。文中介紹了這兩者在結(jié)構(gòu)上的差異以及編程時(shí)應(yīng)注意的問題,并給出了它們較完整的初始化程序。

1 引言

近30年來,世界各主要電子元器件生產(chǎn)廠商紛紛推出自己各具特色的單片機(jī)產(chǎn)品。而在百花齊放的單片機(jī)家族中,80C5l系列一直扮演著重要的角色。該單片機(jī)在教學(xué)、科研等領(lǐng)域已經(jīng)成為入門單片機(jī)并成為單片機(jī)應(yīng)用的首選,該產(chǎn)品以其易讀性好、擴(kuò)展能力強(qiáng)而著稱,從而成為廣大從事單片機(jī)開發(fā)者最熟悉、最具代表的機(jī)型。但人們往往在熟悉80C51單片機(jī)之后又選擇別的系列單片機(jī)開發(fā)產(chǎn)品,這是因?yàn)椋福埃茫担本哂羞\(yùn)算速度慢、功耗大、內(nèi)部資源少等不足,所以限制了其使用范圍。Cygnal公司推出的C805lF系列單片機(jī)既彌補(bǔ)了80C51系列的不足,又與MCS—5l指令集兼容。C805lFxxx系列單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片,具有與8051指令集完全兼容的CIP-51內(nèi)核。它在單片內(nèi)集成了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其它功能部件。這些外設(shè)或功能部件包括:ADC、可編程增益放大器、DAC、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、SMBus/I2C、UART、SPI、定時(shí)器、可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA)、內(nèi)部振蕩器、看門狗定時(shí)器及電源監(jiān)視器等。這些外設(shè)部件的高集成度為設(shè)計(jì)小體積、低功耗、高可靠性、高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提供了很大的方便,同時(shí)也可以使整體系統(tǒng)的成本大大降低。

熟悉MCS—51系列單片機(jī)的工程技術(shù)人員可以很容易地掌握C8051Fxxx的應(yīng)用技術(shù)并進(jìn)行軟件移植。但不能將8051的程序直接應(yīng)用于C8051F單片機(jī)中,因?yàn)檫@兩種系列的單片機(jī)內(nèi)部資源存在較大的差異,因此,完全照搬、移植是行不通的,必須經(jīng)過“改良”(主要是初始化控制字的改寫)才能正確運(yùn)行。本文以C8051Fxxx系列單片機(jī)中資源最豐富、功能最多、運(yùn)算速度最快(達(dá)到100MIPS)的C8051F12X系列為例,介紹其與80C51的主要不同之處以及開發(fā)時(shí)應(yīng)注意的問題,同時(shí)給出了其完整的、且經(jīng)過運(yùn)行驗(yàn)證的源程序。

圖1

2 結(jié)構(gòu)差異

C8051F12X單片機(jī)與8051單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上的最大區(qū)別有四點(diǎn):外引腳采用交叉開關(guān)配置;系統(tǒng)時(shí)鐘源多樣且控制靈活;內(nèi)部特殊功能寄存器SFR種類數(shù)量增多;具有基于JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試功能。下面主要介紹前三部分內(nèi)容。

2.1 可編程數(shù)字I/O和交叉開關(guān)

可編程數(shù)字I/O和交叉開關(guān)是一個(gè)大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò),它允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源分配給端口I/O引腳。與具有標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用數(shù)字I/O的微控制器不同,這種結(jié)構(gòu)支持所有的功能組合??赏ㄟ^設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器(XBR2、XBR1和XBR0)將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其它數(shù)字信號(hào)配置為在端口I/O引腳出現(xiàn),這就使用戶可以根據(jù)自己的特定應(yīng)用選擇通用端口I/O和需數(shù)字資源的組合。而不同于8051單片機(jī)的引腳基本是固定分配的。C8051F系列通過優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器來控制數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò),優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器的值由交叉開關(guān)控制寄存器(XBR2、XBR1和XBR0)來配置,如圖1所示。優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器按優(yōu)先權(quán)順序從P0.0開始,可以一直分配到P3.7,它為數(shù)字外設(shè)所分配的端口引腳的優(yōu)先順序是按系統(tǒng)默認(rèn)的順序,即:串行通信UART0具有最高優(yōu)先級(jí),TX0和RX0分別被分配到P0.0和P0.1? 串行通信SPI具有次高優(yōu)先級(jí),詳細(xì)的端口引腳的優(yōu)先分配順序表請(qǐng)參考有關(guān)資料。如果不選擇某個(gè)資源,則優(yōu)先順序表中的下一個(gè)功能將填充這個(gè)位置。圖2所示是三個(gè)交叉開關(guān)控制寄存器(XBR2、XBR1和XBR0)中各位的含義,它們的復(fù)位值均為00000000。

當(dāng)交叉開關(guān)配置寄存器XBR2、XBR1和XBR0中外設(shè)的對(duì)應(yīng)位被設(shè)置成邏輯1時(shí),交叉開關(guān)將端口引腳分配給外設(shè);如果一個(gè)數(shù)字外設(shè)的允許位未被設(shè)置成邏輯1,則其端口不能通過引腳訪問。未被設(shè)置的交叉開關(guān)分配端口可當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)的I/O口使用。在系統(tǒng)復(fù)位后,默認(rèn)的寄存器XBR2、XBR1和XBR0的值均為零,即所有I/O引腳被強(qiáng)迫成輸入口(帶上拉),且不與內(nèi)部資源連通。這樣,沒有輸出的系統(tǒng)顯然無意義,所以,無論如何都應(yīng)置XBR2的第6位為1,使交叉開關(guān)允許以便引出輸出信號(hào)。

    2.2 系統(tǒng)時(shí)鐘源

C8051F12X的系統(tǒng)時(shí)鐘可以取自內(nèi)部振蕩電路、外部振蕩電路(包括晶振,RC振蕩,陶瓷諧振電路)和鎖相環(huán)PLL電路,鎖相環(huán)PLL電路的輸入源可選擇來自內(nèi)部振蕩電路,也可以選擇外部振蕩電路,通過PLL的倍頻作用可以提高時(shí)鐘頻率。C8051F12X系統(tǒng)內(nèi)的振蕩電路如圖3所示。要產(chǎn)生所需的系統(tǒng)時(shí)鐘,通常要設(shè)置8?jìng)€(gè)寄存器:OSCXIN、OSCICN、OSCICL、CLKSEL、PLLOCN、PLLOFLT、PLL0DIV、PLL0MUL,其中后4個(gè)是有關(guān)PLL的寄存器。

2.3 特殊功能寄存器SFR結(jié)構(gòu)

與MCS—51的SFR不同的是,C8051F12X的SFR由圖4所示的多頁(yè)組成,共有5頁(yè),頁(yè)號(hào)為0、1、2、3、15。各個(gè)SFR分布在不同的頁(yè)里,像XBR0、XBR1、XBR2、OSCXIN、OSCICN、LLOCN、PLLOFLT等定位在15頁(yè)里,定時(shí)器有關(guān)的寄存器TCON、TMOD、TH、TL等定位在0頁(yè)里。在讀寫各個(gè)SFR之前,必須先切換到相應(yīng)的頁(yè),可使用“MOV SFRPAGE,#頁(yè)號(hào)”指令來進(jìn)行切換。各個(gè)SFR所在哪些頁(yè),請(qǐng)查看相關(guān)的資料。

3 應(yīng)用舉例

該例中要用的引出腳有一個(gè)串行異步通信UART和一個(gè)外中斷INT0。按照系統(tǒng)默認(rèn)的優(yōu)先順序,P0口被內(nèi)部資源引出而占用,其中P0.0為UART通信的RX端, P0.1為UART通信的TX端,P0.3為外中斷INT0輸入引腳,其它端口為通用I/O口。P1口為具有上拉電阻的輸入口,P2口為通用推挽的輸出口,P3口也是通用推挽輸出口。具體如下:

$include(c8051f120.inc)

ORG 00H

JMP RESET ;程序入口

ORG 03H

JMP EX_INT ;外中斷INT0入口

ORG 0BH

JMP TIME_(tái)0 ;定時(shí)器0中斷入口

ORG 100H

RESET?MOV, WDTCN,#0DEH ?禁止看門狗

MOV WDTCN,#0ADH

MOV SFRPAGE, #0FH ;取特殊功能寄存器的15頁(yè)

MOV OSCXCN,#01100111B ;外用時(shí)鐘源選擇晶體,頻率范圍在30MHz以下

ORL PLL0CN,#00000111B ;用外部晶振作為PLL的源

MOV PLL0DIV,#00000001B ;PLL的輸入除系數(shù)1(復(fù)位后默認(rèn))

MOV PLL0MUL,#00000010B ;PLL的倍頻系數(shù)為2(25MHz晶振)

MOV PLL0FLT,#00010001B ;PLL的濾波參數(shù)(復(fù)位后默認(rèn)為00110001B)

MOV R4,#0 ;延遲一會(huì)兒,使晶振穩(wěn)定

NNOP1:MOV R5,#0

DJNZ R5,$

DJNZ R4,NNOP1

MOV CLKSEL,#00000010B ;系統(tǒng)時(shí)鐘源用晶振再經(jīng)鎖相環(huán)PLL二倍頻,產(chǎn)生50MHz的時(shí)鐘

ANL OSCICN,#01111111B ?;允許外部振蕩,禁止內(nèi)部振蕩

MOV XBR2;#01000000B ;使能交叉譯碼開關(guān)(這條指令很重要)

MOV P2MDOUT,#11111111B ;P2口置成輸出方式

MOV P3MDOUT,#11111111B ;P0口置成輸出方式(復(fù)位默認(rèn)為0__開漏)

MOV XBR1,#0000100B ;允許外中斷0連到端口

MOV SFRPAGE, #0H ;取特殊功能寄存器的0頁(yè)(因?yàn)橛嘘P(guān)定時(shí)器、中斷的SFR在0頁(yè))

SETB EX0 ;允許外中斷0

SETB IT0 ;INT0下降沿中斷

MOV TMOD,#21h ;設(shè)置定時(shí)器0為方式1, 定時(shí)器1為方式2

MOV CKCON,#08h ;選定時(shí)器0時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘,定時(shí)器1時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘除以12

MOV TH1,#242 ;(50/12)MHz的時(shí)鐘產(chǎn)生9600波特率的計(jì)數(shù)初值為242

SETB TR0 ;接通定時(shí)0

SETB TR1 ;接通定時(shí)1

CLR ET1 ;禁止定時(shí)器1中斷

MOV SCON,#50H ;串口工作于方式1,允許接收,單機(jī)工作

SETB ET0 ;允許T0中斷

SETB PT0 ;T0的中斷優(yōu)先級(jí)高

SETB EA ;開中斷

MOV SP,#30H ;棧底在30H單元

MAIN: . ;以上是程序的初始化

. ;主程序

JMP MAIN

?****** 定時(shí)中斷子程序 *******

TIME_(tái)0:PUSH ACC

MOV TH0,#0H

MOV TL0,#0H

CPL P2.2 ;在P2口的D2腳輸出方波

POP ACC

RETI

?******* 外中斷子程序 *******

EX INT?PUSH ACC

MOV A,P1 ;從P1口取一字節(jié)

CPL A

MOV P3,A ;送出一字節(jié)

POP ACC

RET

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