高性能单片机C8051F020及其在露点测试系统中的应用 1 可靠性, 稳定性, 间歇性, 测试, 单片机

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背景
　　目前在食品加工、饲料、家用电器等行业中广泛的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C8051F 系列单片机正好可满足这些需求。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。
C8051F020单片机简介
　　C8051F020采用64脚TQFP封装，是一个全集成混合信号在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。它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单片机内集成了两个多通道ADC子系统（每个子系统包括一个可编程增益放大器和一个模拟多路选择器）、两个电压输出DAC、两个电压比较器、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、一个具有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、64KB Flash程序存储器和4352B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：
●带有与8051全兼容的高速（峰值达25MIPS）微控制器内核；
●大容量的Flash程序存储（64KB和内部数据存储器RAM（4352B）；
●具有较高精度和速度的两个多通道ADC（最大速度可达100kbps）和2路12位DAC；
●工作温度范围较大，为-45℃－＋85℃；
●功耗低，供电电压为2.7-3.3V，典型工作电流为12mA，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5V电压输入；
●片内JTAG仿真电路可提供全速、非插入式的电路内仿真。
C8051F020的功能及原理
1.CPU
　　C8051F020单片机采用Cygnal公司的专利CIP－51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。