MCS-51單片機及其衍生產(chǎn)品在我國乃至世界范圍獲得了非常廣泛的應用，尤其在我國，大部分大專(zhuān)院校都采用MCS-51單片機作為教學(xué)機型,大部分單片機系統工程師都熟悉MCS-51單片機。隨著(zhù)一些髙集成度、髙性能的8位和16位RISC單片機的推出,基于8051內核的單片機正面臨著(zhù)退出市場(chǎng)的境地。因此一些半導體公司開(kāi)始對傳統8051內核進(jìn)行大的改造,主要是提高速度和增加片內模擬和數字外設,以期大幅度提高單片機的整體性能.Silabs集成產(chǎn)品公司推出的C8051F單片機是這類(lèi)MCS-51單片機的典型代表,也是目前功能最全,速度最快的8051衍生單片機。C8051F單片機的出現令業(yè)界人士耳目一新，使廣大單片機系統設計人員看到了MCS-51單片機的曙光。
C8051F單片機簡(jiǎn)介
C8051F單片機是完全集成混合信號系統級芯片（SoC），具有與8051兼容的高速CIP-51內核，于MCS－51指令集完全兼容，可以使用標準803×805X匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。除了具有標準8051的數字外設部件之外，片內還集成了數據采集和控制系統中常用的模擬部件和其它數字外設及功能部件。這些外設或功能部件包括模擬多路選擇器、可編程增益放大器、ADC、DAC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、SMBUS、12C、UART、SPI、定時(shí)器、可編程計數器、定時(shí)器陣列(PCA) 、數字I/O端口、電源監視器、看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)和時(shí)鐘振蕩器等。所有器件都有內置的FLASH程序存儲器和256字節的內部RAM，有些器件內部還有位于外部數據存儲器空間的RAM，即XRAM。
C8051F單片機的主要特點(diǎn)
C8051F單片機中有豐富的模擬和數字資源，并采用了一些在單片機中前所未有的新技術(shù)，在CPU內核的內部和外部有幾項關(guān)鍵性的改進(jìn)。提高了整體性能，更易于在最終使用中使用。下面對C8051F單片機的主要特點(diǎn)加以介紹。
高速CIP-51內核
C8051F單片機使用Silabs的專(zhuān)利CIP-51核。CIP-5核采用流水線(xiàn)結構，機器周期由標準8051F的12個(gè)系統時(shí)鐘同期降為1個(gè)系統時(shí)鐘周期，處理能力大大提高。在采用相同振蕩器頻率的情況下，C8051F單片機的峰值執行速度的標準8051的12倍。大部分C8051F單片機的峰值性能達到25MIPS，而8051F12X系列的峰值性能達到100MIPS。
CIP-51擴展了標準的中斷系統，這個(gè)擴展的中斷系統可以提供22個(gè)中斷源（標準8051F只有7個(gè)中斷源）允許大量的模擬和數字外設中斷微控制器。一個(gè)中斷驅動(dòng)的系統需要較少的MCU干預，卻有更高的執行頻率。在設計一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統時(shí)，這些增加的中斷源是非常有用的。
豐富的模擬和數字資源
C8051F單片機內部集成了大量的模擬和數字資源。
模擬資源主要包括：
1）由逐次逼近型ADC、多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器組成的完整ADC子系統。ADC可以由多種轉換啟動(dòng)方式，10位或12位的ADC數據字可以被編程為左對齊或右對齊方式。大部分器件中的ADC都可被編程差分輸入或單端輸入。ADC子系統可以產(chǎn)生窗口比較中斷，即當ADC數據位于一個(gè)規定的窗口之內或之外時(shí)向CPU申請中斷，這一特性允許用ADC以后臺方式監視一個(gè)關(guān)鍵電壓，當轉換數據位于規定的窗口之內時(shí)才向CPU申請中斷。
2）數、模轉換器（DAC）。大部分C8051F器件內部有一個(gè)或兩個(gè)電壓輸出DAC子系統。C8051F02X的DAC還有靈活的輸出更新機制，允許用軟件命令和定時(shí)器2、定時(shí)器3及定時(shí)器4的溢出信號更新DAC輸出。
3）模擬比較器。大多數C8051F單片機內部都有兩個(gè)模擬電壓比較器?？梢杂密浖O置比較器的回差電壓。每個(gè)比較器都能在上升沿或下降沿產(chǎn)生中斷，或在兩個(gè)邊沿都產(chǎn)生中斷，比較器得我輸出狀態(tài)可以用軟件查詢(xún)?？赏ㄟ^(guò)設置交叉開(kāi)關(guān)端11MUX將比較器的輸出接到端口I/O引腳。
數字資源主要包括：
1）標準8052單片機的數字資源。如三個(gè)16位定時(shí)器/計數器,256字節內部RAM,UART等.
2）片內可編程計數器/定時(shí)器陣列(PCA).PCA包括一個(gè)專(zhuān)用的16位計數器/定時(shí)器時(shí)間基準和3-6個(gè)可編程的捕捉/比較模塊.PCA的時(shí)鐘源可以是系統時(shí)鐘分頻、定時(shí)器溢出、外部時(shí)鐘輸入、外部振蕩源分頻等。每個(gè)捕捉/比較模塊都有多種工作方式：如邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時(shí)器、高速輸出、脈沖寬度調制器、頻率輸出等。
3）SPI總線(xiàn)和SMBus/I2C總線(xiàn)。大部分C8051F單片機中集成了SPI總線(xiàn)和SMBus/I2C總線(xiàn)。這些串行總線(xiàn)不“共享”定時(shí)器、中斷或端口I/O，所以可以使用任何一個(gè)或全部同事使用。
多源復位
C8051F單片機可有多達7個(gè)復位源：一個(gè)片內VDD監視器、一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測器、一個(gè)由比較器O提供的電壓檢測器、一個(gè)強制軟件復位、CNVSTR引腳及外部復位引腳。外部復位引腳是雙向的，可接受外部復位或將內部產(chǎn)生的上電復位信號輸出到外部復位引腳。除了VDD監視器復位和外部引腳復位以外，每個(gè)復位源都可以由用戶(hù)用軟件禁止。
雙重系統時(shí)鐘
C8051F單片機內部有一個(gè)能獨立工作的時(shí)鐘發(fā)生器件并具有外部振蕩器驅動(dòng)電路。在復位后內部時(shí)鐘發(fā)生器被默認為系統時(shí)鐘。外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧震器、電容、RC電路或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生系統時(shí)鐘。如果需要，時(shí)鐘源可以在運行期間在內部振蕩器和外部振蕩器之間切換。這種時(shí)鐘切換功能在低功耗系統中是非常有用的，它允許MCU從一個(gè)低頻率（節電）外部晶體源運行，當需要時(shí)再周期性地切換到高速的內部振蕩器。
可編程數字I/O和交叉開(kāi)關(guān)
C8051F單片機中引入了數字交叉開(kāi)關(guān)，改變了以往內部功能與外部引腳的固定對應關(guān)系。交叉開(kāi)關(guān)是一個(gè)大的數字開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )，允許將內部數字系統資源分配給端口I/O引腳。與具有標準復位數字I/O的單片機不同，這種結構可支持所有功能組合?？赏ㄟ^(guò)設置交叉開(kāi)關(guān)控制寄存器將片內的計數器/定時(shí)器、串行總線(xiàn)、硬件中斷、ADC轉換啟動(dòng)輸入、比較器輸出以及單片機內部的其他數字信號配置為出現在端口I/O引腳。這就允許用戶(hù)根據自己的特定應用選擇通用端口I/O和所需要數字資源的組合。
在應用編程和FLASH安全機制
C8051F單片機中具有可在系統和在應用編程的FLASH程序存儲器。在應用編程特性允許將FLASH存儲器用于非易失性數據存儲，并可以通過(guò)用戶(hù)軟件對FLASH編程，這就允許現場(chǎng)更新8051固件，為產(chǎn)品的軟件升級提供了極大的方便。FLASH存儲器還具有安全機制，可以保護程序代碼和數據，以防止程序或數據被讀取或意外改寫(xiě)。C8051F單片機中獨有的軟件讀限制這一安全功能還可以防止用戶(hù)軟件對被鎖定的FLASH存儲塊中的內容進(jìn)行讀/寫(xiě),為OEM廠(chǎng)商在C8051F單片機中增加產(chǎn)權固件提供了可能.
在系統調試
C8051F單片機具有片內JTAG和調試電路,通過(guò)4腳的JTAG接口并使用安裝在最終應用系統中的器件就可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統調試。Silabs調試系統支持觀(guān)察和修改存儲器和寄存器、支持斷點(diǎn)、觀(guān)察點(diǎn)、堆棧指示器和單步執行。調試時(shí)不需要額外的目標RAM、程序存儲器、定時(shí)器或通信通道，并且所有的模擬和數字外設都正常的工作。當MCU單步執行或遇到斷點(diǎn)而停止運行時(shí)，所有的外設（ADC除外）都停止運行，以保持同步。對于開(kāi)發(fā)和調試嵌入式應用來(lái)說(shuō)。該系統的調試功能比采用標準MCU仿真器要優(yōu)越得多。標準的MCU仿真器要使用在板仿真芯片和目標電纜，還需要在應用板上有MCU的插座。Silabs的調試環(huán)境既便于使用又能保證精確模擬外設的性能。
結語(yǔ)
C8051F單片機功能齊全，性能優(yōu)異，是真正的混合信號片上系統。它必將成為很多基于標準8051器件的單片機系統更新?lián)Q代的首選器件。將在儀器儀表、工業(yè)控制、嵌入式Internrt等領(lǐng)域獲得廣泛應用。它的整體性能超過(guò)很多16位單片機，由于其速度上的優(yōu)勢，甚至可以在一些低端應用中取代低速的16位DSP器件。
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