80C51系列單片機及其衍生產(chǎn)品在我國乃至全世界范圍獲得了非常廣泛的應用。單片機領(lǐng)域的大部分工作人員都熟悉80C51單片機，各大專院校都采用80C51系列單片機作為教學模型。隨著單片機的不斷發(fā)展，市場上出現(xiàn)了很多高速、高性能的新型單片機，基于標準8051內(nèi)核的單片機正面臨著退出市場的境地。為此，一些半導體公司開始對傳統(tǒng)8051內(nèi)核進行大的構(gòu)造，主要是提高速度和增加片內(nèi)模擬和數(shù)字外設(shè)，以期大幅度提高單片機的整體性能。其中美國Cygnal公司推出的C8051F系列單片機把80C51系列單片機從MCU時代推向SoC時代，使得以8051為內(nèi)核的單片機上了一個新的臺階。
C8051F系列單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的CIP-51微控制器內(nèi)核，采用流水線結(jié)構(gòu)，單周期指令運行速度是8051的12倍，全指令集運行速度是原來的9.5倍。熟悉NCS-51系列單片機的工程技術(shù)人員可以很容易地掌握C8051F的應用技術(shù)并能進行軟件的移植。但是不能將8051的程序完全照搬的應用于C8051F單片機中，這是因為兩者的內(nèi)部資源存在較大的差異，必須經(jīng)過加工才能予以使用。其中C8051F020以其功能較全面，應用較廣泛的特點成為C8051F的代表性產(chǎn)品，其性能價格比在目前應用領(lǐng)域也極具競爭力。C8051F020的內(nèi)部電路包括CIP-51微控制器內(nèi)核及RAM、ROM、I／O口、定時／計數(shù)器、ADC、DAC、PCA、SPI和SMBus等部件，即把計算機的基本組成單元以及模擬和數(shù)字外設(shè)集成在一個芯片上，構(gòu)成一個完整的片上系統(tǒng)(SoC)。本文將介紹C8051F020單片機與80C51的異同點(主要是不同之處)及初學者編程時應該注意的問題，并給出經(jīng)過Cygnal開發(fā)工具IDE調(diào)試環(huán)境軟件驗證的源程序。
2 相同點
C8051F020單片機與80C51系列單片機的指令系統(tǒng)完全一樣。掌握80C51單片機的人員可以很容易地接受C8051F020的應用技術(shù)并能完成相應軟件的移植。
3 主要硬件不同點
3.1 運行速度
C8051F020的指令運行速度是一般80C51系列單片機的10倍以上。因為其CIP-51中采用了流水線處理結(jié)構(gòu)，已經(jīng)沒有了機器周期時序，指令執(zhí)行的最小時序單位為系統(tǒng)時鐘，大部分指令只要1～2個系統(tǒng)周期即可完成。又由于其時鐘系統(tǒng)比80C51的更加完善，有多個時鐘源，且時鐘源可編程，時鐘頻率范圍為0～25 MHz，當CIP-5l工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率25 MHz時，它的峰值速度可以達到25 MI／s，C8051F020已進入了8位高速單片機行列。
3.2 I／O端口的配置方式
C8051F020擁有8個8位的I／O端口，大量減少了外部連線和器件擴展，有利于提高可靠性和抗干擾能力。其中低4個I／O端口除可作為一般的通用I／O端口外，還可作為其他功能模塊的輸入或輸出引腳，它是通過交叉開關(guān)配置寄存器XBR0、XBR1、XBR2(各位名稱及格式如表1所示)選擇并控制的，它們控制優(yōu)先權(quán)譯碼選擇開關(guān)電路如圖1所示，可將片內(nèi)的計數(shù)器／定時器、串行總線、硬件中斷、比較器輸出及其它的數(shù)字信號配置為在端口I／O引腳出現(xiàn)，這樣用戶可以根據(jù)自己的特定需要選擇所需的數(shù)字資源和通用I／O口。數(shù)字交叉開關(guān)是一個比較大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)路，這在所有80C51系列單片機上是一個空白。另外P1MDIN用于選擇P1的輸入方式是模擬輸入還是數(shù)字輸入，復位值為11111111B，即默認為數(shù)字輸入方式。而80C51單片機的I／O引腳是固定分配的，即占用引腳多，配置又不夠靈活。
C8051F020內(nèi)部帶有數(shù)據(jù)采集所需的ADC和DAC，其中ADC有兩個，一個是8路12位逐次逼近型ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率，最大為100 kS／s．可通過多通道選擇器配置為單端輸入或差分輸入。內(nèi)有可編程增益放大器PGA用于將輸入的信號放大，提高A／D的轉(zhuǎn)換精度�？删幊淘鲆鏋椋�0.5、1、2、4、8或16，復位時默認值為1。另一個是8路8位ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率最大為500 kS／s，其可編程放大增益為0.5、1、2、4，復位時默認值為0.5。有2個12位的DAC，用于將12位的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電壓量，可產(chǎn)生連續(xù)變化的波形，兩路信號可同步輸出。
3.4 外部接口
C8051F020外設(shè)還增添了三個串行口�？赏瑫r與外界進行串行數(shù)據(jù)通信，SMBus兼容于I2C串行擴展總線；SPI串行擴展接口；兩個增強型UART串口。C8051F020具有基于JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試功能，片內(nèi)的調(diào)試電路通過JTAG接口可提供高速、方便的在系統(tǒng)調(diào)試。
4 軟件編程舉例
鑒于C8051F020在硬件方面與80C51的不同之處，故它們在軟件編程時也會有所區(qū)別，這種區(qū)別主要體現(xiàn)在初始化程序上。該程序是在Cygnal的開發(fā)工具即IDE調(diào)試環(huán)境中予以驗證的。
例：利用定時器T0定時,在P1.2端輸出一方波,方波周期為20 ms,已知晶振頻率為12 MHz，采用中斷的方式實現(xiàn)。
采用C8051F020單片機實現(xiàn)的程序如下：
