C8051F040/1/2/3/4//5//6//7 高速混合信号 ISP FLASH 微控制器
C8051F040/1/2/3/4/5/6/7
混合信号 ISP FLASH 微控制器
数 据 手 册
潘 琢 金 译
Rev 1.4 2004.12
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C8051F040/1/2/3/4/5/6/7 混合信号 ISP FLASH 微控制器
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沈阳航空工业学院 计算机学院 潘琢金
电话:024-86802267,13066535936
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C8051F040/1/2/3/4/5/6/7 高速混合信号 ISP FLASH 微控制器
模拟外设
−
SAR ADC
12 位(C8051F040/1)
10 位(C8051F042/3/4/5/6/7)
±1LSB INL,保证无失码
可编程转换速率,最大 100ksps
13 个外部输入;单端或差分输入方式
软件可编程高电压差分放大器
可编程放大器增益:16、8、4、2、1、0.5
数据相关窗口中断发生器
内建温度传感器
8 位 ADC(仅限于 C8051F040/1/2/3)
可编程转换速率,最大 500ksps
8 个外部输入(单端或差分)
可编程放大器增益:4、2、1、0.5
−
− 两个 12 位 DAC(仅限于 C8051F040/1/2/3)
可用定时器触发同步输出,用于产生无抖动
波形
− 三个模拟比较器
可编程回差电压/响应时间
− 电压基准
− 精确 VDD 监视器和欠压检测器
片内 JTAG 调试和边界扫描
− 片内调试电路提供全速、非侵入式的在片/在系统
调试
− 支持断点、单步、观察点、堆栈监视器;可以观
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
系统有更好的性能
− 符合 IEEE1149.1 边界扫描标准
− 完全的开发套件
高速 8051 微控制器内核
− 流水线指令结构;70%的指令的执行时间为一个
或两个系统时钟周期
20 个向量中断源
− 速度可达 25MIPS(使用 25MHz 时钟时)
−
存储器
−
−
4352 字节内部数据 RAM(4K + 256)
64KB ( C8051F040/1/2/3/4/5 ) 或 32KB
(C8051F046/7)FLASH;可以在系统编程,扇
区规模为 512 字节
− 外部 64KB 数据存储器接口(可编程为复用方式
或非复用方式)
数字外设
−
−
−
8 个 8 位宽端口 I/O(C8051F040/2/4/6),耐 5V
4 个 8 位宽端口 I/O(C8051F041/3/5/7),耐 5V
Bosch 控制器局域网(CAN2.0B),可同时使用的
硬件 SMBus(I2CTM 兼容)、SPITM 及两个 UART 串
行端口
− 可编程的 16 位计数器/定时器阵列,有 6 个捕捉/
比较模块
5 个通用 16 位计数器/定时器
−
− 专用的看门狗定时器;双向复位引脚
时钟源
− 内部校准的可编程振荡器:3 ~ 24.5MHz
− 外部振荡器:晶体、RC、C 或外部时钟
− 实时时钟方式(使用定时器 2、3、4 或 PCA)
供电电压:2.7 ~ 3.6V
− 多种节电休眠和停机方式
100 脚 TQFP 和 64 脚 TQFP 封装
− 温度范围:-40°C - +85°C
模拟外设
温度
传感器
X
U
M
A
PGA
VREF
X
U
M
A
PGA
8位
500ksps
ADC
10/12位
100ksps
ADC
高电压
差分
放大器
12位
DAC
12位
DAC
仅C8051F040/1/2/3
+
-
+
-
+
-
电压比较器
数字 I/O
UART0
UART1
SMBus
SPI总线
PCA
定时器 0
定时器 1
定时器 2
定时器 3
定时器 4
关
开
叉
交
口
接
器
储
存
部
外
端口 0
端口 1
端口 2
端口 3
端口 4
端口 5
端口 6
端口 7
64 脚
100 脚
高 速 微 控 制 器 核
8051 CPU
(25 MIPS)
64KB/32KB
ISP FLASH
4352 B
SRAM
JTAG
20个中断源
调试电路
时钟电路
运行控制
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1 . 系统概述...................................................................................................................................................1
1.1 CIP-51TM 微控制器核 .....................................................................................................................7
1.1.1 与8051 完全兼容.........................................................................................................................7
1.1.2 速度提高.......................................................................................................................................7
1.1.3 增加的功能...................................................................................................................................8
1.2 片内存储器..........................................................................................................................................9
1.3 JTAG 调试和边界扫描 ......................................................................................................................10
1.4 可编程数字 I/O 和交叉开关............................................................................................................. 11
1.5 可编程计数器阵列............................................................................................................................12
1.6 控制器局域网....................................................................................................................................12
1.7 串行端口............................................................................................................................................13
1.8 12/10 位模/数转换器.......................................................................................................................14
1.9 8 位模/数转换器(仅 C8051F040/1/2/3).....................................................................................15
1.10 比较器和 DAC ................................................................................................................................16
2. 极限参数..................................................................................................................................................17
3. 总体直流电气特性..................................................................................................................................18
4. 引脚和封装定义......................................................................................................................................19
5. 12 位 ADC(ADC0,仅 C8051F040/1) ...........................................................................................28
5.1 模拟多路开关和 PGA.......................................................................................................................28
5.1.1 模拟输入配置...........................................................................................................................29
5.2 高压差分放大器..............................................................................................................................32
5.3 ADC 的工作方式 ............................................................................................................................34
5.3.1 启动转换...................................................................................................................................34
5.3.2 跟踪方式...................................................................................................................................35
5.3.3 建立时间要求...........................................................................................................................37
5.4 ADC0 可编程窗口检测器...............................................................................................................43
6. 10 位 ADC(ADC0,仅 C8051F042/3/4/5/6/7)...............................................................................50
6.1 模拟多路开关和 PGA.......................................................................................................................50
6.1.1 模拟输入配置...........................................................................................................................51
6.2 高压差分放大器..............................................................................................................................54
6.3 ADC 的工作方式 ............................................................................................................................56
6.3.1 启动转换...................................................................................................................................56
6.3.2 跟踪方式...................................................................................................................................57
6.3.3 建立时间要求...........................................................................................................................59
6.4 ADC0 可编程窗口检测器...............................................................................................................65
7. 8 位 AD C(ADC2)............................................................................................................................72
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7.1 模拟多路开关和 PGA.......................................................................................................................72
7.2 ADC2 的工作方式 ..........................................................................................................................73
7.2.1 启动转换...................................................................................................................................73
7.2.2 跟踪方式...................................................................................................................................73
7.2.3 建立时间要求...........................................................................................................................75
7.3 ADC2 可编程窗口检测器...............................................................................................................81
7.3.1 单端方式下的窗口检测器.......................................................................................................81
7.3.2 差分方式下的窗口检测器.......................................................................................................82
8. 12 位电压输出 DAC(仅 C8051F040/1/2/3)....................................................................................84
8.1 DAC 输出更新 ................................................................................................................................84
8.1.1 根据软件命令更新输出...........................................................................................................85
8.1.2 基于定时器溢出的输出更新...................................................................................................85
8.2 DAC 输出定标/调整 .......................................................................................................................85
9. 电压基准(C8051F040/2/4/6) ...........................................................................................................90
10. 电压基准(C8051F041/3/5/7) .........................................................................................................93
11. 比较器..................................................................................................................................................96
11.1 比较器输入......................................................................................................................................98
12. CIP-51 微控制器..............................................................................................................................102
12.1 指令集............................................................................................................................................103
12.1.1 指令和CPU 时序...................................................................................................................103
12.1.2 MOVX 指令和程序存储器...................................................................................................103
12.2 存储器组织....................................................................................................................................107
12.2.1 程序存储器.............................................................................................................................107
12.2.2 数据存储器.............................................................................................................................108
12.2.3 通用寄存器.............................................................................................................................108
12.2.4 位寻址空间.............................................................................................................................108
12.2.5 堆栈.........................................................................................................................................108
12.2.6 特殊功能寄存器.....................................................................................................................109
12.2.7 寄存器说明.............................................................................................................................124
12.3 中断系统........................................................................................................................................127
12.3.1 MCU 中断源和中断向量.....................................................................................................127
12.3.2 外部中断.................................................................................................................................128
12.3.3 中断优先级.............................................................................................................................129
12.3.4 中断响应时间.........................................................................................................................129
12.3.5 中断寄存器说明.....................................................................................................................130
12.4 电源管理方式................................................................................................................................136
12.4.1 空闲方式.................................................................................................................................136
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12.4.2 停机方式.................................................................................................................................137
13. 复位源..................................................................................................................................................138
13.1 上电复位........................................................................................................................................139
13.2 掉电复位........................................................................................................................................139
13.3 外部复位........................................................................................................................................140
13.4 软件强制复位................................................................................................................................140
13.5 时钟丢失检测器复位....................................................................................................................140
13.6 比较器 0 复位................................................................................................................................140
13.7 外部 CNVSTR0 引脚复位 ............................................................................................................140
13.8 看门狗定时器复位........................................................................................................................140
13.8.1 使能/复位WDT ......................................................................................................................141
13.8.2 禁止WDT ...............................................................................................................................141
13.8.3 禁止WDT 锁定......................................................................................................................141
13.8.4 设置WDT 定时间隔................................................................................................................141
14. 振荡器..................................................................................................................................................145
14.1 可编程内部振荡器........................................................................................................................145
14.2 外部振荡器驱动电路....................................................................................................................147
14.3 系统时钟选择................................................................................................................................147
14.4 外部晶体举例................................................................................................................................149
14.5 外部 RC 举例.................................................................................................................................150
14.6 外部电容举例................................................................................................................................150
15. FLASH 存储器 ....................................................................................................................................151
15.1 FLASH 存储器编程 ....................................................................................................................151
15.2 非易失性数据存储........................................................................................................................152
15.3 安全选项......................................................................................................................................152
15.3.1 FLASH 安全选项小结.............................................................................................................154
16.外部数据存储器接口和片内 XRAM................................................................................................158
16.1 访问 XRAM...................................................................................................................................158
16.1.1 16 位MOVX 示例.................................................................................................................158
16.1.2 8 位MOVX 示例...................................................................................................................158
16.2 配置外部存储器接口....................................................................................................................159
16.3 端口选择和配置............................................................................................................................159
16.4 复用和非复用选择........................................................................................................................161
16.4.1 复用方式配置.........................................................................................................................161
16.4.2 非复用方式配置.....................................................................................................................162
16.5 存储器模式选择............................................................................................................................163
16.5.1 只用内部XRAM .....................................................................................................................163
16.5.2 无块选择的分片模式.............................................................................................................163
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16.5.3 带块选择的分片模式.............................................................................................................164
16.5.4 只用外部存储器.....................................................................................................................164
16.6 时序................................................................................................................................................164
16.6.1 非复用方式.............................................................................................................................166
16.6.2 复用方式.................................................................................................................................169
17. 端口输入/输出.....................................................................................................................................173
17.1 端口 0 ~ 3 和优先权交叉开关译码器..........................................................................................175
17.1.1 交叉开关引脚分配..................................................................................................................175
17.1.2 配置端口引脚的输出方式.....................................................................................................176
17.1.3 配置端口引脚为数字输入.....................................................................................................177
17.1.4 弱上拉.....................................................................................................................................177
17.1.5 配置端口1、2 和3 的引脚为模拟输入...............................................................................177
17.1.6 外部存储器接口引脚分配.....................................................................................................178
17.1.7 交叉开关引脚分配示例.........................................................................................................180
17.2 端口 4 ~ 7........................................................................................................................................191
17.2.1 配置无引出脚的端口.............................................................................................................191
17.2.2 配置端口引脚的输出方式.....................................................................................................192
17.2.3 配置端口引脚为数字输入.....................................................................................................192
17.2.4 弱上拉.....................................................................................................................................192
17.2.5 外部存储器接口.....................................................................................................................192
18. 控制器局域网(CAN0) ...................................................................................................................197
18.1 BOSCH CAN 控制器操作 ...............................................................................................................198
18.1.1 CAN 控制器时序.....................................................................................................................199
18.1.2 时序计算示例(1M 位/秒通信速率)..................................................................................199
18.2 CAN 寄存器 ...................................................................................................................................201
18.2.1 CAN 控制器协议寄存器.........................................................................................................201
18.2.2 消息对象接口寄存器.............................................................................................................201
18.2.3 消息处理器寄存器.................................................................................................................202
18.2.4 CIP-51 MCU 特殊功能寄存器...............................................................................................202
18.2.5 用CAN0ADR、CAN0DATH 和CAN0DATL 访问CAN 寄存器...........................................202
18.2.6 CAN0ADR 自动加1 功能....................................................................................................202
19. 系统管理总线/I2C 总线(SMBUS0)..............................................................................................207
19.1 支持文档........................................................................................................................................208
19.2 SMBUS 协议 ................................................................................................................................208
19.2.1 总线仲裁.................................................................................................................................209
19.2.2 时钟低电平扩展.....................................................................................................................209
19.2.3 SCL 低电平超时...................................................................................................................209
19.2.4 SCL 高电平(SMBus 空闲)超时.......................................................................................209
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19.3 SMBUS 数据传输方式.................................................................................................................210
19.3.1 主发送器方式.........................................................................................................................210
19.3.2 主接收器方式.........................................................................................................................210
19.3.3 从发送器方式......................................................................................................................... 211
19.3.4 从接收器方式......................................................................................................................... 211
19.4 SMBUS 特殊功能寄存器.............................................................................................................212
19.4.1 控制寄存器.............................................................................................................................212
19.4.2 时钟速率寄存器......................................................................................................................214
19.4.3 数据寄存器.............................................................................................................................215
19.4.4 地址寄存器.............................................................................................................................215
19.4.5 状态寄存器.............................................................................................................................216
20. 增强型串行外设接口(SPI0)..........................................................................................................219
20.1 信号说明........................................................................................................................................220
20.1.1 主输出、从输入(MOSI)...................................................................................................220
20.1.2 主输入、从输出(MISO)...................................................................................................220
20.1.3 串行时钟(SCK)..................................................................................................................220
20.1.4 从选择(NSS)......................................................................................................................220
20.2 SPI0 主方式.................................................................................................................................221
20.3 SPI0 从方式.................................................................................................................................223
20.4 SPI0 中断源.................................................................................................................................223
20.5 串行时钟时序................................................................................................................................224
20.6 SPI 特殊功能寄存器 ...................................................................................................................225
21. UART0..................................................................................................................................................228
21.1 UART0 工作方式 ........................................................................................................................229
21.1.1 方式0:同步方式..................................................................................................................229
21.1.2 方式1:8 位UART,可变波特率........................................................................................230
21.1.3 方式2:9 位UART,固定波特率........................................................................................232
21.1.4 方式3:9 位UART,可变波特率........................................................................................233
21.2 多机通信........................................................................................................................................233
21.2.1 掩码地址设置.........................................................................................................................233
21.2.2 广播寻址.................................................................................................................................234
21.3 帧错误和传输错误检测................................................................................................................234
22. UART1..................................................................................................................................................239
22.1 增强的波特率发生器....................................................................................................................240
22.2 工作方式........................................................................................................................................241
22.2.1 8 位UART.............................................................................................................................241
22.2.2 9 位UART.............................................................................................................................242
22.3 多机通信........................................................................................................................................243
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