单片机C8051F020及其在露点测试系统中的应用
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2020-08-13
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单片机单片机C8051F020及其在露点测试系统中的应用及其在露点测试系统中的应用
通过单片机应用于露点测试系统中存在的缺陷，引入了美国Cygnal公司新近在国内推出的C8051F020单片机，
并对该单片机的功能和特点进行了应用性探讨，提出了在露点测试系统中采用C8051F020单片机的可行性方
案，通过比较显示：该方案具有更高的性价比。
1应用背景
目前在食品加工、饲料、家用电器等行业中广泛应用的露点测试系统要求具有高精度、高可靠性及高稳定性等特点，而且整个
测试过程中需要动态连续或者间歇性动态连续进行。测试系统的控制核心部分一般采用单片机系统，其硬件电路示意图如图1
所示。这种单片机系统虽然基本能满足生产需要，但是，由于系统扩展芯片多、线路复杂，也都不同程度地暴露出资源再扩受
限、易出故障、编程麻烦、升级维护困难等缺点，而且可靠性和稳定性也难以保证。因此，具有高速、高性能、高集成度并与
8051完全兼容的单片机就显得非常需要。美国Cygnal公司新近推出的C8051Fxxx系列单片机正好满足这些需求。下面就该产
品中适用于露点测试系统的C8051F020单片机进行探讨。
2C8051F020单片机简介
C8051F020采用64脚TQFP封装，是一个全集成混合信号在片系SOC（System On Chip）单片机。实际上，SOC是随着半导
体生产技术的不断发展而产生的新概念。他是集成度越来越高和对嵌入式控制技术可靠性越来越高的产物。
C8051F020单片机内集成了2个多通道ADC子系统（每个子系统包括1个可编程增益放大器和1个模拟多路选择器）、2个电压
输出DAC、2个电压比较器、电压基准、SMBus／I2C总线接口、UART、SPI总线接口、5个通用的16位定时器、1个具有5个
捕捉／比较模块的可编程计数器／定时器阵列（PCA）、内部振荡器、8个8位通用数字I／O端口、64 kBFlash程序存储器和4
352 B数据RAM，同时还具有片内电源监测、片内看门狗定时器时钟源，因而是一种功能比较齐全的高速、高性能单片机。
C8051F020单片机具有100个引脚，其主要特点如下：微控制器内核；
（2）大容量的Flash程序存储器（64 kB）和内部数据存储器RAM（4 352 B）；
（3）具有较高精度和速度的2个多通道ADC（最大速度可达100 kb／s）和2路12位DAC；
（4）工作温度范围较大，为－45～＋85℃；
（5）功耗低，供电电压为2．7～3．3 V，典型工作电流为12 mA，并具有多种节电休眠和停机模式，全部I／
O，RST，JTAG引脚均允许5 V电压输入；
（6）片内JTAG仿真电路可提供全速、非插入式的电路内仿真。
3C8051F020的功能及原理
3．1CPU
C8051F020单片机采用Cygnal公司的专利CIP微处理器内核.CIP-51在提升8051速度上采取了新的途径，即设法在保持CISC
结构及指令系统不变的情况下，对指令运行实行流水作业。在这种模式中，废除了机器周期的概念，指令以时钟周期为运行单
位。平均每个时钟可以执行完1条单周期指令，从而大大提高了指令运行速度。即与8051相比，在相同时钟下单周期指令运行
速度为原来的12倍；整个指令集平均运行速度为原来8051的9．5倍，使8051兼容机系列进入了8位高速单片机行列。同
时，C8051F020单片机扩展了中断处理，增加了中断源，可提供22个中断源，这对实时多任务系统的实现是很重要的；另外
C8051F020单片机还具有内部时钟，但若需要也可接外部时钟。该芯片在程序运行时可实现内、外部时钟的切换，这在低功
耗应用系统中非常实用；同时C8051F020还在内部增加了复位源，从而大大提高了系统的可靠性。
3．2ADC和DAC
C8051F020单片机内部有2个多通道的ADC子系统（12位的ADC0和8位的ADC1），2个子系统由逐次逼近型ADC、多通道模
拟输入输出选择器和可增益放大器组成。其ADC0的最大采样速率可达100 kb／s，可提供12位精度。ADC1的最大采样速率达
500 kb／s，可提供8位精度，该ADC均由CIP-51通过特殊功能寄存器控制。在低功耗应用当中，当转换结束时，系统控制器
还可以关断ADC以节省功耗。该芯片内部的可增益放大器的增益可以用软件设置，当ADC输入电压信号范围差距较大或需要
放大一个具有较大直流偏移信号时，该可编程增益放大器是非常有用的。
C8051F020单片机内部具有2通道12位DAC和2个比较器，CPU一般通过特殊功能寄存器来控制数模转换器和比较器，CPU可
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