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C8051F020/1/2/3混合信号混合信号ISPFLASH微控制器微控制器1、概述、概述2、交叉开关配置、交叉开关配置3、系统时钟源、系统时钟源4、系统复位、系统复位5、JTAG接口的在系统调试接口的在系统调试6、单片机的初始化设置、单片机的初始化设置1、概述、概述C8051F020C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级器件是完全集成的混合信号系统级MCUMCU芯片,芯片,具有具有6464个数字个数字I/OI/O引脚(引脚(C8051F020/2C8051F020/2)或)或3232个数字个数字I/OI/O引脚(引脚(C8051F021/3C8051F021/3)。
下面列出了一些主要特性)。
下面列出了一些主要特性:
高速、流水线结构的高速、流水线结构的8051兼容的兼容的CIP-51内核(可达内核(可达25MIPS)全速、非侵入式的在系统调试接口(片内)全速、非侵入式的在系统调试接口(片内)真正真正12位(位(C8051F020/1)或)或10位(位(C8051F022/3)、)、100ksps的的8通道通道ADC,带,带PGA和模拟多路开关和模拟多路开关真正真正8位位500ksps的的ADC,带,带PGA和和8通道模拟多路开关通道模拟多路开关两个两个12位位DAC,具有可编程数据更新方式,具有可编程数据更新方式64K字节可在系统编程的字节可在系统编程的FLASH存储器存储器4352(4096+256)字节的片内)字节的片内RAM可寻址可寻址64K字节地址空间的外部数据存储器接口字节地址空间的外部数据存储器接口硬件实现的硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个和两个UART串行接口串行接口5个通用的个通用的16位定时器位定时器具有具有5个捕捉个捕捉/比较模块的可编程计数器比较模块的可编程计数器/定时器阵列定时器阵列片内看门狗定时器片内看门狗定时器、VDD监视器和监视器和温度传感器温度传感器1.1CIP-51TMCPU1.1.1与与8051完全兼容完全兼容C8051F020系列器件使用系列器件使用SiliconLabs的专利的专利CIP-51微控制器内核。
微控制器内核。
CIP-51与与MCS-51TM指令集完全兼容,可以指令集完全兼容,可以使用标准使用标准803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发。
的汇编器和编译器进行软件开发。
CIP-51内核具有标准内核具有标准8052的所有外设部件,包括:
的所有外设部件,包括:
5个个16位的计数器位的计数器/定时器、定时器、两个全双工两个全双工UART、256字节内部字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器(字节特殊功能寄存器(SFR)地址空间、)地址空间、8/4个字节宽的个字节宽的I/O端口。
端口。
CIP-51采用流水线结构,与标准的采用流水线结构,与标准的8051结构相比指结构相比指令执行速度有很大的提高。
令执行速度有很大的提高。
1.1.2速度提高速度提高在一个标准的在一个标准的8051中,除中,除MUL和和DIV以外所有指令以外所有指令都需要都需要12或或24个系统时钟周期,最大系统时钟频率为个系统时钟周期,最大系统时钟频率为12-24MHz。
而对于而对于CIP-51内核,内核,70%的指令的执行时间为的指令的执行时间为1或或2个系统时钟周期个系统时钟周期,只有,只有4条指令的执行时间大于条指令的执行时间大于4个系统个系统时钟周期。
时钟周期。
1.1.3增加的功能增加的功能扩展的中断系统向扩展的中断系统向CIP-51提供提供22个中断源(标准个中断源(标准8051只有只有7个中断源),允许大量的模拟和数字外设中断微控个中断源),允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。
制器。
MCU可有可有多达多达7个复位源个复位源:
一个片内:
一个片内VDD监视器、一监视器、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、一个软件强制复位、提供的电压检测器、一个软件强制复位、CNVSTR引脚引脚及及/RST引脚。
引脚。
MCU内部有一个独立运行的时钟发生器内部有一个独立运行的时钟发生器,在复位后被默,在复位后被默认为系统时钟。
如果需要,时钟源可以在运行时切换到外部认为系统时钟。
如果需要,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、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。
或外部时钟源产生系统时钟。
1.2片内存储器片内存储器CIP-51有标准的有标准的8051程序和数据地址配置。
程序和数据地址配置。
C8051F020中的中的CIP-51还另有位于外部数据存储器地址空还另有位于外部数据存储器地址空间的间的4K字节的字节的RAM块和一个可用于访问外部数据存储器的块和一个可用于访问外部数据存储器的外部存储器接口(外部存储器接口(EMIF)。
)。
这个片内的这个片内的4K字节字节RAM块可以在整个块可以在整个64K外部数据存储器地址空间中被寻外部数据存储器地址空间中被寻址(以址(以4K为边界重叠)。
外部数据存储器地址空间可以只映射到片内存储为边界重叠)。
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(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,以下的地址指向片内,4K以以上的地址指向上的地址指向EMIF)。
)。
EMIF可以被配置为地址可以被配置为地址/数据线复用方式或非复用数据线复用方式或非复用方式。
方式。
MCU的程序存储器包含的程序存储器包含64K字节的字节的FLASH。
该存储器。
该存储器以以512字节为一个扇区,可以在系统编程,且不需特别的字节为一个扇区,可以在系统编程,且不需特别的外部编程电压。
外部编程电压。
1.3JTAG调试和边界扫描调试和边界扫描C8051F020系列具有片内系列具有片内JTAG边界扫描和调试电路,边界扫描和调试电路,通过通过4脚脚JTAG接口并使用安装在最终应用系统中的产品器接口并使用安装在最终应用系统中的产品器件就可以进行非侵入式、全速的在系统调试。
件就可以进行非侵入式、全速的在系统调试。
该该JTAG接口完全符合接口完全符合IEEE1149.1规范,为生产和测试规范,为生产和测试提供完全的边界扫描功能。
提供完全的边界扫描功能。
SiliconLabs的调试系统支持观察和修改存储器和寄的调试系统支持观察和修改存储器和寄存器,支持断点、观察点、堆栈指示器和单步执行。
存器,支持断点、观察点、堆栈指示器和单步执行。
1.4可编程数字可编程数字I/O和交叉开关和交叉开关可通过设置可通过设置交叉开关控制寄存器交叉开关控制寄存器将片内的计数器将片内的计数器/定时器、串行总线、定时器、串行总线、硬件中断、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数字信号配置为出现在端口字信号配置为出现在端口I/O引脚。
引脚。
这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用端口这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用端口I/O和所需数字和所需数字资源的组合。
资源的组合。
该系列该系列MCU具有具有标准标准8051的端口(的端口(0、1、2和和3)。
在。
在F020/2中有中有4个附加的端口(个附加的端口(4、5、6和和7),),因此共有因此共有64个通用端口个通用端口I/O。
每个端口每个端口I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。
引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。
数字交叉开关数字交叉开关。
这是一个大的数字开关网络,允许将内部数字系统资源映射到这是一个大的数字开关网络,允许将内部数字系统资源映射到P0、P1、P2和和P3的端口的端口I/O引脚。
引脚。
1.5可编程计数器阵列可编程计数器阵列除了除了5个个16位的通用计数器位的通用计数器/定时器之外,定时器之外,C8051F020MCU系列还系列还有一个有一个片内可编程计数器片内可编程计数器/定时器阵列(定时器阵列(PCA)。
PCA包括一个专用的包括一个专用的16位计数器位计数器/定时器时间基准和定时器时间基准和5个可编程的个可编程的捕捉捕捉/比较模块。
比较模块。
时间基准的时钟可以是下面的六个时钟源之一:
系统时钟时间基准的时钟可以是下面的六个时钟源之一:
系统时钟/12、系、系统时钟统时钟/4、定时器、定时器0溢出、外部时钟输入(溢出、外部时钟输入(ECI)、系统时钟和外部振)、系统时钟和外部振荡源频率荡源频率/8。
每个捕捉每个捕捉/比较模块都有比较模块都有六种工作方式六种工作方式:
边沿触发捕捉、软件定时:
边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、频率输出、器、高速输出、频率输出、8位脉冲宽度调制器和位脉冲宽度调制器和16位脉冲宽度调制位脉冲宽度调制器。
器。
PCA捕捉捕捉/比较模块的比较模块的I/O和外部时钟输入可以通过数字交叉开关和外部时钟输入可以通过数字交叉开关连到连到MCU的端口的端口I/O引脚。
引脚。
1.6串行端口串行端口C8051F020系列系列MCU内部有两个增强型全双工内部有两个增强型全双工UART、SPI总线和总线和SMBus/I2C。
每种串行总线都完全用硬件实现,都能向每种串行总线都完全用硬件实现,都能向CIP-51产生中产生中断,因此需要很少的断,因此需要很少的CPU干预。
干预。
这些串行总线不这些串行总线不“共享共享”定时器、中断或端口定时器、中断或端口I/O等资源,等资源,所以可以使用任何一个或全部同时使用。
所以可以使用任何一个或全部同时使用。
1.712位模位模/数转换器数转换器C8051F020/1有一个片内有一个片内12位位SARADC(ADC0),一个),一个9通道输入多路选择通道输入多路选择开关开关和和可编程增益放大器可编程增益放大器。
该。
该ADC工作在工作在100ksps的最大采样速率时可提供真正的最大采样速率时可提供真正的的12位精度,位精度,INL为为1LSB。
ADC完全由完全由CIP-51通过特殊功能寄存器控制通过特殊功能寄存器控制。
有一个输入通道被连到内部。
有一个输入通道被连到内部温度传感器,其它温度传感器,其它8个通道接外部输入。
个通道接外部输入。
8个外部输入通道的每一对都可被配个外部输入通道的每一对都可被配置为两个单端输入或一个差分输入。
置为两个单端输入或一个差分输入。
可编程增益放大器接在模拟多路选择器之后,可编程增益放大器接在模拟多路选择器之后,增益可以用软件设置增益可以用软件设置,从,从0.5到到16以以2的整数次幂递增。
的整数次幂递增。
A/D转换有转换有4种启动方式种启动方式:
软件命令、定时器:
软件命令、定时器2溢出、定时器溢出、定时器3溢出和外部溢出和外部信号输入。
这种灵活性允许用软件事件、外部硬件信号或周期性的定时器信号输入。
这种灵活性允许用软件事件、外部硬件信号或周期性的定时器溢出信号触发转换。
溢出信号触发转换。
转换结束由一个状态位指示,或者产生中断(如果中断被使能)。
在转换转换结束由一个状态位指示,或者产生中断(如果中断被使能)。
在转换完成后,完成后,10或或12位转换结果数据字被锁存到两个特殊功能寄存器中。
这些位转换结果数据字被锁存到两个特殊功能寄存器中。
这些数据字可以用软件控制为左对齐或右对齐。
数据字可以用软件控制为左对齐或右对齐。
1.88位模位模/数转换器数转换器C8051F020有一个片内有一个片内8位位SARADC(ADC1),带有一个),带有一个8通道输入多路通道输入多路选择器和可编程增益放大器。
该选择器和可编程增益放大器。
该ADC工作在工作在500ksps的最大采样速率时可提供的最大采样速率时可提供真正的真正的8位精度,位精度,INL为为1LSB。
有。
有8个用于测量的输入端。
个用于
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