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1、 1 CYGNAL 单片机简介 C8051Fxxx 系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片， 具有与 8051 兼容的微控制器 内核，与 MCS-51 指令集完全兼容。除了具有标准 8052 的数字外设部件之外，片内还集成了 数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。参见表 1.1 的产品选择 指南可快速查看每个 MCU 的特性。 表表 1.1 C8051Fxxx 产品选择指南产品选择指南 MIPS（峰值） FLASH 存储器（字节） RAM（字节） 外部存储器接口 SMBus/12C SPI UART 定时器(16 位) 可编程计数器阵列 内部振荡器精度（%） 数字端口
2、I/O ADC 分辨率（位） ADC 最大速度(ksps) ADC 输入 电压基准 温度传感器 DAC 分辨率（位） DAC 输出（位） 电压比较器 封装 C8051F000 20 32k 256-1 11 4 120 32 12 10081112 2 2 TQFP64 C8051F001 20 32k 256-1 11 4 120 16 12 10081112 2 2 TQFP48 C8051F002 20 32k 256-1 11 4 120812 10041112 2 1 LQFP32 C8051F005 25 32k 2304-1 11 4 120 32 12 10081112 2 2
3、 TQFP64 C8051F006 25 32k 2304-1 11 4 120 16 12 10081112 2 2 TQFP48 C8051F007 25 32k 2304-1 11 4 120812 10041112 2 1 LQFP32 C8051F010 20 32k 256-1 11 4 120 32 10 10081112 2 2 TQFP64 C8051F011 20 32k 256-1 11 4 120 16 10 10081112 2 2 TQFP48 C8051F012 20 32k 256-1 11 4 120810 10041112 2 1 LQFP32 C8051F
4、015 25 32k 2304-1 11 4 120 32 10 10081112 2 2 TQFP64 C8051F016 25 32k 2304-1 11 4 120 16 10 10081112 2 2 TQFP48 C8051F017 25 32k 2304-1 11 4 120810 10041112 2 1 LQFP32 C8051F018 25 16k 1280-1 11 4 120 32 10 100811- - 2 TQFP64 C8051F019 25 16k 1280-1 11 4 120 16 10 100811- - 2 TQFP48 C8051F020 25 64k
5、 43521 12 5 120 64 12 10081112 2 2 TQFP100 C8051F021 25 64k 43521 12 5 120 32 12 10081112 2 2 TQFP64 C8051F022 25 64k 43521 12 5 120 64 10 10081112 2 2 100TQFP C8051F023 25 64k 43521 12 5 120 32 10 10081112 2 2 TQFP64 C8051F206 25 8k 1280- 11 3 -20 32 12 100 32- - 2 TQFP48 C8051F220 25 8k 256- 11 3
6、-20 328100 32- - 2 TQFP48 C8051F221 25 8k 256- 11 3 -20 228100 22- - 2 LQFP32 C8051F226 25 8k 1280- 11 3 -20 328100 32- - 2 TQFP48 C8051F230 25 8k 256- 11 3 -20 32- - 2 TQFP48 C8051F231 25 8k 256- 11 3 -20 22- - 2 LQFP32 C8051F236 25 8k 1280- 11 3 -20 32- - 2 TQFP48 C8051F300 25 8k 256-1 1 3 1288500
7、8-1- - 1 MLP11 C8051F301 25 8k 256-1 1 3 128- - - 1 MLP11 C8051F302 25 8k 256-1 1 3 120885008-1- - 1 MLP11 C8051F303 25 8k 256-1 1 3 1208- - - 1 MLP11 备注： C8051F02X 系列单片机片内还集成有一个 8 位， 500ksps， 8 输入 （与 P1 口复用） ADC。 2 MCU 中的外设或功能部件包括模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电 压比较器、 电压基准、 温度传感器、 SMBus/ I2C、 UART、 SPI、
8、可编程计数器/定时器阵列 （PCA） 、 定时器、数字 I/O 端口、电源监视器、看门狗定时器（WDT）和时钟振荡器等。所有器件都 有内置的 FLASH 程序存储器和 256 字节的内部 RAM，有些器件内部还有位于外部数据存储 器空间的 RAM，即 XRAM。 C8051Fxxx 单片机采用流水线结构， 机器周期由标准的 12 个系统时钟周期降为 1 个系统 时钟周期，处理能力大大提高，峰值性能可达 25MIPS。 C8051Fxxx 单片机是真正能独立工作的片上系统（SOC） 。每个 MCU 都能有效地管理模 拟和数字外设， 可以关闭单个或全部外设以节省功耗。 FLASH 存储器还具有在系
9、统重新编程 能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新 8051 固件。应用程序可以使用 MOVC 和 MOVX 指令对 FLASH 进行读或改写，每次读或写一个字节。这一特性允许将程序存储器用 于非易失性数据存储以及在软件控制下更新程序代码。 片内 JTAG 调试支持功能允许使用安装在最终应用系统上的产品 MCU 进行非侵入式 （不 占用片内资源） 、 全速、 在系统调试。 该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器， 支持断点、 单步、运行和停机命令。在使用 JTAG 调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。 每个 MCU 都可在工业温度范围 （-45到+85） 内用 2.7V-3.6V
10、 （F018/019 为 2.8V-3.6V） 的电压工作。端口 I/O、/RST 和 JTAG 引脚都容许 5V 的输入信号电压。 1.1 CIP-51TM 内核 C8051Fxxx 系列器件使用 Cygnal 的专利 CIP-51 微控制器内核。CIP-51 与 MCS-51TM指 令集完全兼容，可以使用标准 803x/805x 的汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51 内核具有 标准 8052 的所有外设部件，包括 3 个 16 位的计数器/定时器、一个全双工 UART、256 字节 内部 RAM 空间、128 字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及 4 个 8 位的 I/O 端口。C
11、IP-51 还另外有增加的模拟和数字外设或功能部件。 CIP-51 采用流水线结构，与标准的 8051 结构相比指令执行速度有很大的提高。在一个 标准的8051中， 除MUL和DIV以外所有指令都需要12或24个系统时钟周期。 而对于CIP-51 内核，70%的指令的执行时间为 1 或 2 个系统时钟周期，只有 4 条指令的执行时间大于 4 个 系统时钟周期。 CIP-51 共有 111 条指令。下表列出了指令条数与执行时所需的系统时钟周期数的关系。 执行周期数执行周期数 1 2 2/3 3 3/4 4 4/5 5 8 指令数指令数 26 50 5 16 7 3 1 2 1 CIP-51 工作
12、在最大系统时钟频率 25MHz 时，它的峰值速度达到 25MIPS。图 1.1 给出了 几种 8 位微控制器内核工作在最大系统时钟频率时峰值速度的比较关系。 3 图图 1.1 8 位位 MCU 峰值执行速度比较峰值执行速度比较 5 10 15 20 ADuC812 8051 (16MHz clk) Philips 80C51 (33MHz clk) Microchip PIC17C75x (33MHz clk) Cygnal CIP-51 (25MHz clk) 25 C8051Fxxx 系列 MCU 在与标准 8051 相比，在 CPU 内核的内部和外部有几项关键性的 改进，提高了整体性能，
13、更易于在最终应用中使用。 扩展的中断系统向 CIP-51 提供 22（C8051F3xx 为 12）个中断源（标准 8051 只有 7 个中 断源） ，允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。一个中断驱动的系统需要较少的 MCU 干 预，却有更高的执行效率。在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。 MCU 可有多达 7 个复位源：一个片内 VDD 监视器、一个看门狗定时器、一个时钟丢失 检测器、一个由比较器 0 提供的电压检测器、一个强制软件复位、CNVSTR 引脚及/RST 引 脚。/RST 引脚是双向的，可接受外部复位或将内部产生的上电复位信号输出到/RST 引脚。 除了
14、VDD 监视器和复位输入引脚以外，每个复位源都可以由用户用软件禁止。 MCU 内部有一个能独立工作的时钟发生器，在复位后被默认为系统时钟。如有需要， 时钟源可以在运行时切换到外部振荡器。外部振荡器可以使用晶体、陶瓷谐振器、电容、RC 或外部时钟源产生系统时钟。 这种时钟切换功能在低功耗系统中是非常有用的， 它允许 MCU 从一个低频率（节电）外部晶体源运行，当需要时再周期性地切换到高速（可达 16MHz）的 内部振荡器。 1.2 存储器 CIP-51 有标准 8052 的程序和数据地址配置。它包括 256 字节的数据 RAM，其中高 128 字节为两个地址空间。用间接寻址访问通用 RAM 的高
15、 128 字节，用直接寻址访问 128 字节 的 SFR 地址空间。数据 RAM 的低 128 字节可用直接或间接寻址方式访问。前 32 个字节为 4 个通用工作寄存器区，接下来的 16 字节既可以按字节寻址也可以按位寻址。 某些器件中还另有位于外部数据存储器地址空间的 1K- 4K 字节的 RAM 块。这个 RAM 4 块可以在整个 64k 外部数据存储器地址空间中被寻址。 C8051F02x 中有可用于访问外部数据存储器的外部存储器接口（EMIF） 。这个片内外部 数据存储器地址空间可以只映射到片内存储器、只映射到片外存储器、或两者的组合（4K 以 下的地址指向片内，4K 以上的地址指向
16、EMIF） 。EMIF 可以被配置为地址/数据线复用方式 或非复用方式。 MCU 的程序存储器为 8K- 64K 字节的 FLASH。该存储器以 512 字节为一个扇区，可以 在系统编程，且不需在片外提供编程电压。 1.3 JTAG 调试和边界扫描 C8051Fxxx 具有片内 JTAG 和调试电路，通过 4 脚 JTAG 接口并使用安装在最终应用系 统中的器件就可以进行非侵入式、全速的在系统调试（C8051F3xx 具有片内 C2 调试电路， 通过 2 脚 C2 接口并使用安装在最终应用系统中的器件就可以进行非侵入式、全速的在系统 调试） 。该 JTAG 接口完全符合 IEEE 1149.1 标准（C8051F2xx 的 JTAG 接口没有边界扫描功 能） ，为生产和测试提供完全的边界扫描功能。 Cygnal 的调试系统支持观察和修改存储器和
