C8051F020單片機及其在總磷在線(xiàn)自動(dòng)分析儀中的應用

1 概述
　　C8051F0XX系列單片機是Cygnal公司新推出的一種混合信號系統級單片機。該系列單片機片內含CIP－51的CPU內核，它的指令系統與MCS－51完全兼容。其中的C8051F020單片機含有64kB片內Flash程序存儲器，4352B的RAM、8個(gè)I／O端口共64根I／O口線(xiàn)、一個(gè)12位A／D轉換器和一個(gè)8位A／D轉換器以及一個(gè)雙12位D／A轉換器、2個(gè)比較器、5個(gè)16位通用定時(shí)器、5個(gè)捕捉／比較模塊的可編程計數／定時(shí)器陣列、看門(mén)狗定時(shí)器、VDD監視器和溫度傳感器等部分。C8051F020單片機支持雙時(shí)鐘，其工作電壓范圍為2．7～3．6V（端口I/O,RST和JTAG引腳的耐壓為5V）。與以前的51系列單片機相比，C8051F020增添了許多功能，同時(shí)其可靠性和速度也有了很大提高。
2 C8051F020的功能特點(diǎn)
　　C8051F020芯片的內部功能方框圖如圖1所示。

C8051F020微控制器的內核CIP－51在保持CISC結構及指令系統不變的基礎上對指令實(shí)行流水作業(yè)，該器件廢除了機器周期的概念，它的指令以時(shí)鐘周期為運行單位，因而大大提高了指令的運行速度。當晶振為25MHz時(shí)， C8051F020的指令執行速度峰值可達到25MIPS。CIP－51微控制器的存儲器結構與標準的8051類(lèi)似，程序和數據存儲器共享同一地址空間，但可用不同的指令類(lèi)型來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。
　　C8051F020帶有8個(gè)I／O端口（64根I／O口線(xiàn)），其中包括四個(gè)低部端口P0～P3（可以位尋址）和四個(gè)高部端口P4～P7（不可以位尋址）。在C8051F020中，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)關(guān)以硬件的方式實(shí)現I／O端口的靈活配置（如圖1所示），也可以通過(guò)設置相應的寄存器控制交叉開(kāi)關(guān)來(lái)把I／O 口配置為所選擇的特殊功能端口。
　　C8051F020有5個(gè)定時(shí)／計數器：T0、T1、T2、T3、T4。其中T0、T1和T2與標準8051用法一致。T3是一個(gè)具有自動(dòng)重裝載功能的計數器，可以用作啟動(dòng)ADC數據轉換、SMBus定時(shí)和通用計數器。T4可用作自動(dòng)重裝載功能的16位定時(shí)／計數器、有捕獲功能的16位定時(shí)／計數器和 UART1的波特率發(fā)生器。其定時(shí)／計數器的工作模式均可通過(guò)配置相應的特殊功能寄存器來(lái)設定。
　　通過(guò)SPI可訪(fǎng)問(wèn)4線(xiàn)（MOSI、MISO、SCK、NSS）全雙工串行總線(xiàn)。它可以工作于主、從兩種方式。當C8051F020的SPI工作于主方式時(shí)，NSS與數字電源相連接；而當其工作于從方式時(shí)，則通過(guò)NSS來(lái)選通該器件。SPI有全雙工和半雙工兩種操作模式。當C8051F020工作于全雙工模式的主方式時(shí)，可以通過(guò)向數據寄存器SPI0DAT寫(xiě)入一字節來(lái)啟動(dòng)一次數據傳輸。這時(shí)，C8051F020會(huì )立即在MOSI上串行移出數據，并在 SCK上提供串行時(shí)鐘。同時(shí)，從器件也可在MISO線(xiàn)上向C8051F020串行移出寄存器的內容。傳輸結束時(shí)，SPI0CN．7位被置“1”。 C8051F020的SPI可以在一次傳輸操作中移入／移出1～8位數據，以適應不同長(cháng)度的從器件。當SPI未被配置為主器件時(shí)，它將作為從器件工作。
　　SMBus（系統管理總線(xiàn)）是雙線(xiàn)雙向串行接口，符合SMBus1．1版本，并與I2C串行總線(xiàn)完全一致。C8051F020的SMBus也可工作于主、從兩種方式。它們在進(jìn)行數據交換時(shí)，均由主器件來(lái)啟動(dòng)。
這種新型的C8051F020單片機芯片內部有一個(gè)9通道、12位A／D轉換器ADC0和一個(gè)8通道、8位A／D轉換器ADC1，而且在使用時(shí)可以通過(guò)寄存器配置來(lái)選擇通道號和通道數以及以下四種A／D轉換方式中的一種來(lái)啟動(dòng)。
（1）給寄存器ADC0CN的AD0BUSY位寫(xiě)“1”；
（2）定時(shí)器3溢出；
（3）定時(shí)器2溢出；
（4）CNVSTR有上升沿。
　　C8051F020有兩個(gè)12位D／A轉換器DAC0、DAC1，它們也可以通過(guò)寄存器配置來(lái)選擇。啟動(dòng)D／A轉換也有以下四種方式：
（1）數據寫(xiě)入到DAC的高字節寄存器；
（2）定時(shí)器2溢出；
（3）定時(shí)器3溢出；
（4）定時(shí)器4溢出。
　　設計時(shí)一般選擇第一種方式，當需要輸出方波時(shí)，可以選擇第二、三、四種方式中的一種。在第一種方式下，也可以先寫(xiě)入DAC的低字節，然后再寫(xiě)入高字節，從而啟動(dòng)一次D／A轉換。