摘要：C8051F系列单片机是Cygnal公司出品的高速单片机，它与80C51系列单片机指令集兼容，但比后者增加了许多资源，从而为嵌入式系统的开发提供了极大的方便。文中介绍了这两者在结构上的差异以及编程时应注意的问题，并给出了它们较完整的初始化程序。
关键词：特殊功能寄存器SDR；先权交叉开关译码器；交叉开关控制寄存器
1 引言
近30年来，世界各主要电子元器件生产厂商纷纷推出自己各具特色的单片机产品。而在百花齐放的单片机家族中，80C5l系列一直扮演着重要的角色。该单片机在教学、科研等领域已经成为入门单片机并成为单片机应用的首选，该产品以其易读性好、扩展能力强而著称，从而成为广大从事单片机开发者最熟悉、最具代表的机型。但人们往往在熟悉80C51单片机之后又选择别的系列单片机开发产品，这是因为80C51具有运算速度慢、功耗大、内部资源少等不足，所以限制了其使用范围。Cygnal公司推出的C805lF系列单片机既弥补了80C51系列的不足，又与MCS—5l指令集兼容。C805lFxxx系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051指令集完全兼容的CIP－51内核。它在单片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其它功能部件。这些外设或功能部件包括：ADC、可编程增益放大器、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus／I2C、UART、SPI、定时器、可编程计数器／定时器阵列（PCA）、内部振荡器、看门狗定时器及电源监视器等。这些外设部件的高集成度为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性能的单片机应用系统提供了很大的方便，同时也可以使整体系统的成本大大降低。
熟悉MCS—51系列单片机的工程技术人员可以很容易地掌握C8051Fxxx的应用技术并进行软件移植。但不能将8051的程序直接应用于C8051F单片机中，因为这两种系列的单片机内部资源存在较大的差异，因此，完全照搬、移植是行不通的，必须经过“改良”（主要是初始化控制字的改写）才能正确运行。本文以C8051Fxxx系列单片机中资源最丰富、功能最多、运算速度最快（达到100MIPS）的C8051F12X系列为例，介绍其与80C51的主要不同之处以及开发时应注意的问题，同时给出了其完整的、且经过运行验证的源程序。
图1
2 结构差异
C8051F12X单片机与8051单片机在结构上的最大区别有四点：外引脚采用交叉开关配置；系统时钟源多样且控制灵活；内部特殊功能寄存器SFR种类数量增多；具有基于JTAG接口的在系统调试功能。下面主要介绍前三部分内容。
2．1 可编程数字I／O和交叉开关
可编程数字I／O和交叉开关是一个大的数字开关网络，它允许将内部数字系统资源分配给端口I／O引脚。与具有标准复用数字I／O的微控制器不同，这种结构支持所有的功能组合。可通过设置交叉开关控制寄存器（XBR2、XBR1和XBR0）将片内的计数器／定时器、串行总线、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字信号配置为在端口I／O引脚出现，这就使用户可以根据自己的特定应用选择通用端口I／O和需数字资源的组合。而不同于8051单片机的引脚基本是固定分配的。C8051F系列通过优先权交叉开关译码器来控制数字开关网络，优先权交叉开关译码器的值由交叉开关控制寄存器（XBR2、XBR1和XBR0）来配置，如图1所示。优先权交叉开关译码器按优先权顺序从P0．0开始，可以一直分配到P3．7，它为数字外设所分配的端口引脚的优先顺序是按系统默认的顺序，即：串行通信UART0具有最高优先级，TX0和RX0分别被分配到P0．0和P0．1 串行通信SPI具有次高优先级，详细的端口引脚的优先分配顺序表请参考有关资料。如果不选择某个资源，则优先顺序表中的下一个功能将填充这个位置。图2所示是三个交叉开关控制寄存器（XBR2、XBR1和XBR0）中各位的含义，它们的复位值均为00000000。
当交叉开关配置寄存器XBR2、XBR1和XBR0中外设的对应位被设置成逻辑1时，交叉开关将端口引脚分配给外设；如果一个数字外设的允许位未被设置成逻辑1，则其端口不能通过引脚访问。未被设置的交叉开关分配端口可当作标准连续的I／O口使用。在系统复位后，默认的寄存器XBR2、XBR1和XBR0的值均为零，即所有I／O引脚被强迫成输入口（带上拉），且不与内部资源连通。这样，没有输出的系统显然无意义，所以，无论如何都应置XBR2的第6位为1，使交叉开关允许以便引出输出信号。
2．2 系统时钟源
C8051F12X的系统时钟可以取自内部振荡电路、外部振荡电路（包括晶振，RC振荡，陶瓷谐振电路）和锁相环PLL电路，锁相环PLL电路的输入源可选择来自内部振荡电路，也可以选择外部振荡电路，通过PLL的倍频作用可以提高时钟频率。C8051F12X系统内的振荡电路如图3所示。要产生所需的系统时钟，通常要设置8个寄存器：OSCXIN、OSCICN、OSCICL、CLKSEL、PLLOCN、PLLOFLT、PLL0DIV、PLL0MUL，其中后4个是有关PLL的寄存器。
2．3 特殊功能寄存器SFR结构
与MCS—51的SFR不同的是，C8051F12X的SFR由图4所示的多页组成，共有5页，页号为0、1、2、3、15。各个SFR分布在不同的页里，像XBR0、XBR1、XBR2、OSCXIN、OSCICN、LLOCN、PLLOFLT等定位在15页里，定时器有关的寄存器TCON、TMOD、TH、TL等定位在0页里。在读写各个SFR之前，必须先切换到相应的页，可使用“MOV SFRPAGE，＃页号”指令来进行切换。各个SFR所在哪些页，请查看相关的资料。
3 应用举例
该例中要用的引出脚有一个串行异步通信UART和一个外中断INT0。按照系统默认的优先顺序，P0口被内部资源引出而占用，其中P0．0为UART通信的RX端， P0．1为UART通信的TX端，P0．3为外中断INT0输入引脚，其它端口为通用I／O口。P1口为具有上拉电阻的输入口，P2口为通用推挽的输出口，P3口也是通用推挽输出口。具体如下：
＄include（c8051f120．inc）
ORG 00H
JMP RESET ；程序入口
ORG 03H
JMP EX_INT ；外中断INT0入口
ORG 0BH
JMP TIME_0 ；定时器0中断入口
ORG 100H
RESET MOV， WDTCN，＃0DEH 禁止看门狗
MOV WDTCN，＃0ADH
MOV SFRPAGE， ＃0FH ；取特殊功能寄存器的15页
MOV OSCXCN，＃01100111B ；外用时钟源选择晶体，频率范围在30MHz以下
ORL PLL0CN，＃00000111B ；用外部晶振作为PLL的源
MOV PLL0DIV，＃00000001B ；PLL的输入除系数1（复位后默认）
MOV PLL0MUL，＃00000010B ；PLL的倍频系数为2（25MHz晶振）
MOV PLL0FLT，＃00010001B ；PLL的滤波参数（复位后默认为00110001B）
MOV R4，＃0 ；延迟一会儿，使晶振稳定
NNOP1：MOV R5，＃0
DJNZ R5，＄
DJNZ R4，NNOP1
MOV CLKSEL，＃00000010B ；系统时钟源用晶振再经锁相环PLL二倍频，产生50MHz的时钟
ANL OSCICN，＃01111111B ；允许外部振荡，禁止内部振荡
MOV XBR2；＃01000000B ；使能交叉译码开关（这条指令很重要）
MOV P2MDOUT，＃11111111B ；P2口置成输出方式
MOV P3MDOUT，＃11111111B ；P0口置成输出方式（复位默认为0＿＿开漏）
MOV XBR1，＃0000100B ；允许外中断0连到端口
MOV SFRPAGE， ＃0H ；取特殊功能寄存器的0页（因为有关定时器、中断的SFR在0页）
SETB EX0 ；允许外中断0
SETB IT0 ；INT0下降沿中断
MOV TMOD，＃21h ；设置定时器0为方式1， 定时器1为方式2
MOV CKCON，＃08h ；选定时器0时钟为系统时钟，定时器1时钟为系统时钟除以12
MOV TH1，＃242 ；（50／12）MHz的时钟产生9600波特率的计数初值为242
SETB TR0 ；接通定时0
SETB TR1 ；接通定时1
CLR ET1 ；禁止定时器1中断
MOV SCON，＃50H ；串口工作于方式1，允许接收，单机工作
SETB ET0 ；允许T0中断
SETB PT0 ；T0的中断优先级高
SETB EA ；开中断
MOV SP，＃30H ；栈底在30H单元
MAIN： ． ；以上是程序的初始化
． ；主程序
．
JMP MAIN
＊＊＊＊＊＊ 定时中断子程序 ＊＊＊＊＊＊＊
TIME_0:PUSH ACC
MOV TH0,＃0H
MOV TL0,＃0H
CPL P2．2 ;在P2口的D2脚输出方波
POP ACC
RETI
＊＊＊＊＊＊＊ 外中断子程序 ＊＊＊＊＊＊＊
EX INT PUSH ACC
MOV A,P1 ；从P1口取一字节
CPL A
MOV P3，A ；送出一字节
POP ACC
RET
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