基于C8051F330单片机系统设计入门-讲义版

基于C8051F330单片机系统设计入门-讲义版1C8051F330单片机特点1.1C8051F330单片机概况棋拟外设10位ADC〔只限于F330)转换速率可达200ksps可多达16个外部单端或差分输入VREF可在内部VREF、外部引脚或ⅤDD中选择内部或外部转换启动源内置温度传感器10位电流输出DAC(只限于F330)比较器可编程回差电压和响应时间可配置为中断或复位源小电流(<0.4A)在片调试片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试(不需仿真器!)支持断点、单步、观察/修改存储器和寄存器比使用仿真芯片、目标仿真头和仿真插座的仿真系统有更优越的性能廉价而完整的发套件供电电压2.7v-3.6V共型工作电流:6.4mA@25MHz9LA 32KHZ典型停机电流:0.1μA温度范围:-409-+85°c高遠8051徽控制器内核流水线指令结构;70%的指令的执行吋间为个或两个系统吋钟周期速度可达25MPS(时钟频率为25MHz时)扩展的中断系统存储器768字节内部数据RAM(256+512)8 KB FLASH;可在系统编程,扇区大小为512字节数字外设17个端口IO;均耐5V电压,大灌电流硬件增强型UART、 SMBus和增强型SPI串口4个通用16位计数器定时器16位可编程计镦器/定时器阵列(PCA),有3个捕捉比较模块使用PCA或定时器和外部时钟源的实时时钟方式时钟源两个内部振荡器24.5MH,士2%的精度,可支持无晶体UART操作80/40/20/10kHz低频率、低功耗振荡器外部振荡器:晶体、RC、C、或外部时钟可在运行中切换时钟源,适用于节电方式模拟外设数字I/0UART端口SMBus10位10位SPIM200ksps电流输出DACFCAADC定时器0定时器1P2. 0温度定时器2传感器电压比较器定时器324.5MHz高精度内部振荡器低频率内部振荡器高速微控制器核8KB8051 CPUISP FLASH(2 5MIPS)168 B SRAM扩展中断系统调试电路PORWDT12CIP51TM微控制器核121与8051完全兼容C805F330/1系列器件使用 Silicon labs的专利CIP-51微控制器内核。CIP-51与MCS-51指令集完全兼容,可以使用标准803X805x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4个16位计数器定时器、一个具有增强波特率配置的全双工UART个增强型SPI端口、768字节内部RAM、128字节特殊功能奇存器(SFR)地址空间及17个IO端口。122速度提高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DⅣV以外所有指令都需要12或24个系统时钟冑期,最大系统时钟频率为12-24MH。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122/333/44455|8指令数26|50516731123增加的功能C8051F330/1系列MCU在CIP-51内核和外设方面有儿项关键性的改进,提高了整体性能:更易于在最终应用中使用。扩展的中断系统向CIP5提供14个中斷源(标准8051只有7个中斷源),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,因而有更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有多达8个复位源:上电复位电路(POR)、个片内VDD监视器(当电源电压低于V时强制复位)、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RST器、一个软件强制复位、外部复位输入引脚和 FLASH读/写错误保护电路复位。除了POR、复位输入引脚及 FLASH操作错误这三个复位源之外,其他复位源都可以被软件禁止。在一次上电复位之后的MCU初始化期间,wDT可以被永久性使能。C8051F330/1器件的内部振荡器在出厂时已经被校准为24.5Mz±2%,该振荡器的周期可以由用户以大约0.5%的增量编程;片内还集成了一个低速振荡器,更适合于低功耗操作。器件内集成了外部振荡器驱动电路,允许使用晶体、陶瓷谐振器、电容、RC或外部CMOS时钟源产生系统时钟。如果需要,时钟源可以在运行时切换到外部振荡器。外部振荡器在低功耗系统中是非常有用的,它允许MCI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25ML)的内部振荡器。上电复位电源油视器比较器0使能Ex Kx时钟复位检测器(轼件复位低频操作错误振荡器内部振器CIP-51z图外统复振荡器微控制器核驱动扩展中断系统图1.4片内时钟和复位电路13片内存储器CIP-51有标准8051的程序和数据地址配置。它包括256字节的数据RAM,其中高128字节为双映射。用间接寻址访问通用RAM的高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。程序存储器包含8KB的 FLASH。该存储器以512字节为一个扇区,可以在系统编程,且不需特别的编程电压。图1.5给出了MCU系统的存储器结构。程序/数据存储器( FLASH数据存储器(RAM内部薮据地址罕间Ox1FFFOxFF保留高128字节RA特殊功能寄存器0x1E00(只能间接寻址只能直接寻址OxlDTR0x80Ux上(直接和间接寻址)8A FLASH0x30低128字节RAM0x 2F(直接和间接寻址)在系统可编程位寻址空间以512字节0200x1F为一个扇区)通用工作寄存器0x00外部数据地址空间0x0000OxFFFF与0z0000-0x01FF为相同的A块,以512字节为界回绕0x0200Ox01FFXRAM-512字节(用Mw指令访间图15片内存储器组织14片内调试电路C8051F330/器件具有片内 Silicon labs2线(C2)接口调试电路,支持使用安装在最终应用系统中的产品器件进行非侵入式、全速的在系统调试。Silicon labs的调试系统支持观察和修改存储器和寄存器,支持断点和单步执行。不需要额外的目标RAM、程序存储器、定时器或通信通道。在调试时所有的模拟和数字外设都正常工作。当MCU单步执行或遇到断点而停止运行时,所有的外设(ADC和 SMBus除外)都停止运行,以保持与指令执行同步。Sicon Labs ntec ratedDevelorment EnvronmentIND"sc/aNT"M三/·0USBSerialAdapterC2(X2),VDD, GNDTARGET PCBC8D5TF334图16开发在系统调试示意图15可编程数字/0和交叉开关C8051F33有17个IO引脚(两个8位口和一个1位口)。C8051F3301端口的作情况与标准8051相似,但有一些改进。每个端口引脚都可以被配置为模拟输入或教字Io。被选择作为数字IO的引脚还可以被配置为推挽或漏极开路输岀。在标准8051中固定的“弱上拉”可以被总体禁止,这为低功耗应用提供了进一步节电的能力数字交叉开关允许将内部数字系统资源映射到端口I/O引脚(见图1.7)。可通过设置交叉开关控制寄存器将片内的计数器′定时器、串行总线、硬件中断、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「O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I/O和所需数字资源的组合。XBRO. XBR1PnMdout PnMdin优先权译码器高优先级POTOUARTI/0SPI数字P1I/O交义开关P1CPO输出PCA低优先级0,PO(.0-F07P1(1.0-P1.7图17数字交叉开关原理框图16串行端口C805F30/1系列MCU内部有一个 SMBuS/Ic接口、一个具有增强型波特率配置的全双工UART和一个增强型SPI接口。每种串行总线都完全用馊件实现,都能向CⅠP-51产生中断,因此需要很少的CPU干预。17可编程计数器阵列除了4个16位的通用计数器/定时器之外,MCU中还有一个片内可编程计数器/定时器阵列(PCA)。PCA包括一个专用的16位计数器/定时器时间基准和3个可编程的捕捉/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12、系统时钟/4、定时器0溢出、外部时钟输入(ECⅠ)、系统吋钟和外部振荡源频率/8。外部吋钟源对于实吋时钟功能是非常有用的,可以在使用内部振荡器驱动系统时钟的同时由外部振荡器给PCA提供时钟。锊个捕捉/比较模块都有六种工作方式:边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、8位或6位脉冲宽度调制器、频率输岀。此外,捎捉/较模块2还提供看门狗定吋器(WDT)功能。在系统复位后,捕捉/比较模坎2被岀置并被使能为wDT方式PCA捕捉/较模块的ⅠO和外部时钟输入可以通过数字交叉开关连到端口I/O。STSCLK/12SrSCLK/4定时器0溢出时钟b16位计数器/定时器ECI选择YSCLK外部时钟/8捕捉/比较捕捉/比较捐捉/比较模块0模块1模块2/WT交叉开关图1.8PCA原理框图1810位模数转换器C8051F330/1内部有一个10位 SAR ADO和一个16通道差分输入多路选择器。该ADC工作在200ksps的最大采样速率时可提供真正10位的线性度,INL和DNL为±1LSB。ADC系统包含一个可编程的模拟多路选择器,用于选择ADC的正输入和负输入。端口0~1作为ADC的输入;另外,片内温度传感器的输山和电源电压(VDD)也可以作为ADC的输入。用户固件可以将ADC置于关断状态以节省功耗。AD转换可以有6种启动方式:软件命令、定时器0溢出、定时器1溢出、定时器2溢出、定吋器3溢岀或外部转换启动信号。这种灵活性允许用软件事件、外部硬件信号或周期性的定吋器溢出信号触发转换。一次转换完成可以产生中断(如果被允许),或者用软件査询一个状态位来判断转换结束。转换结束后10位结果数据字被锁存到ADC数据寄存器中。窗口比较寄存器可被配置为当ADC数据位于一个规定的范围之内或之外时向控制器申请中断。ADC可以用后台方式监视一个关键电压,当转换数据位于规定的沱围之内/外时才向控制器申请中断。AMXOPADCOCNP1.018-1AUXP1.7oJoADOEUSY (W启动转换定时器0溢出传感器10定时器2溢出定时器1溢出10—cNsR输入11一定时器3溢出F0.0P0.7ADC18-1AUXVREF窗口比较园图逻辑ADCOLADCOCFADC0CTH‖CocL图1910位ADC原埋框图