C8051F MCU 产品方案及设计要点

C8051F MCU 产品方案及设计要点 • 公司简介 • 技术支持 • 产品方案 • 设计要点西安铭朗电子科技有限责任公司技术部李林利 2006.11.28

铭朗科技 位于西安市高新技术开发区，是美国silicon labs 公司C8051F系列MCU的推广者和使用者。目前，C8051F系列MCU已被我们成功的应用于电力、水文、导航、运动控制、军工等领域。为方便用户的使用，我们在国内率先推出了仿真开发工具ML-EC3，并相继研发了F020、F330、F120等芯片的开发板。开发板的硬件功能充分考虑了用户的工程设计，如USB主从模块、汉字库、液晶驱动、工业以太网、uCOS-II移植等，都能方便地应用到产品中，从而缩短产品的开发周期。专业的应用工程师队伍，专业的技术支持队伍！我们的宗旨：为用户解决问题！一公司简介

二技术支持 我公司对C8051Fxxx MCU 的应用提供全方位的技术支持，主要体现在以下方面： • 开发工具支持 • 开发板支持 • 电话支持

（一）开发工具支持 ML-EC3：美国原厂技术，合作生产；是C8051F全系列MCU最新一代仿真开发工具。该工具可实现单步、连续单步、硬件断点、停止/运行、支持贮存器和寄存器的修改与查看、下载程序到贮存器、加密等功能。可在Keil的μVsion2或Silicon Laboratories IDE环境下进行硬件调试。ML-EC3与EC2相比，采用了真正的USB接口（EC2使用的是USB转RS232接口），解决了EC2运行不稳定的问题，且大大提高了程序下载和硬件仿真调试的速度。

（二）开发板支持 针对C8051F单片机（SOC），我公司开发了全系列的开发板。这些开发板实现了C8051F单片机片上的全部资源，有的集成了中文字库，USB主从通信，以太网通信，UCOS-II嵌入式系统移植源码等。并且编写了所有功能的测试程序。使用该系列开发板能使开发者迅速掌握C8051F单片机的软硬件设计，大大缩短产品的开发周期。 • ML-F020/120DK • ML-F040DK • ML-CP2200/F340DK • ML-F320DK • ML-F330DK • ML-F020/120EK • ML-F040EK • ML-F350EK • ML-F310EK • ML-CP2102EK • ML-F005EK

1、ML-F020DK • 开发板硬件资源 • MCU：C8051F020，片内64K FLASH，4K SRAM； • 片外：256K FLASH（带中文字库），32K SRAM； • 128*64 LCD 点阵液晶显示器； • 4*4 轻触键盘，蜂鸣器，LED指示； • JTAG 调试接口； • 2通道RS-232接口； • SPI接口，LED数码管显示； • IIC接口，接24C02串行EEPROM； • IIC接口的日历时钟； • 8路12位AD，2路12位DA接口； • D12 USB从机通信； • SL811 USB主机通信； • RTL8019 10M以太网通信； • 嵌入式操作系统UCOS-II 移植程序源码； • C8051F020上的所有资源对用户开放；

2、ML-F120DK • MCU：C8051F120 (指令执行速度100MISP)，片内128K FLASH，8K SRAM； • 片外：256K FLASH（带中文字库），32K SRAM； • 128*64 LCD 点阵液晶显示器； • 4*4 轻触键盘，蜂鸣器，LED指示； • JTAG 调试接口； • 2通道RS-232接口； • SPI接口，LED数码管显示； • IIC接口，接24C02串行EEPROM； • IIC接口的日历时钟； • 8路12位AD，2路12位DA接口； • SL811 USB主机通信； • RTL8019 10M以太网通信； • 开发板上的所有功能测试程序都运行在100MHZ的时钟频率下即C8051F120的最高频率； • C8051F120上的所有资源对用户开放；

ML-F020/120DK：

3、ML-F040DK MCU：C8051F040，64K FLASH，4K RAM，64个I/O； CAN总线接口，收发器为PCA82C250，接线使用工业端子；高压差分放大器接口端子； RTL8019 10M以太网通信； 128 x 64 液晶显示； 2通道RS232 接口； 12路12bit AD外扩接线端子； 2路12bit DA外扩接线端子； I2C接口时钟芯片PCF8563； I2C接口E2PROM存储器AT24C02； SPI接口数码管显示；片外256K FLASH存储器可下载字库及存储其它数据；外扩32K RAM； 4 x 4 轻触键盘，蜂鸣器及LED显示； JTAG调试接口；外部总线接口外扩；

ML-F040DK：

4、ML-CP2200/F340DK 以太网控制器CP2200实现WEB服务器； MCU：C8051F340，片内64K FLASH，5376Byte SRAM； USB 2.0 与计算机通信； 2路10bit AD通过接线端子引出； 1路RS232接口； 3按键、LED等； C2调试接口；芯片所有资源对用户开放；键盘与串行通信例程； 17路10位AD转换例程； USB总线通信例程； CP2200以太网通信例程；

ML-CP2200/F340DK：

5、ML-F320DK MCU：C8051F320，片内16K FLASH，2304Byte SRAM； USB 2.0 与计算机通信。 17路10bit AD采样，4路通过接线端子引出。 SPI 接口驱动数码管。 I2C总线驱动E2PROM。 1路RS232接口。 5路PWM。 4按键、LED、蜂鸣器等。 JTAG调试接口。芯片所有资源对用户开放。

ML-F320DK:

6、 ML-F330DK 开发板硬件资源 • MCU：C8051F330，片内8K FLASH，768Byte SRAM； • 3*1 轻触键盘，一个复位键，蜂鸣器，LED指示； • JTAG 调试接口； • 1通道RS-232接口； • IIC接口，接24C01A串行EEPROM； • 16路10位AD，1路10位DA接口； • C8051F330上的所有资源对用户开放；软件例程： • 软件延时例程，I/O操作LED闪灯例程； • AT24C02读写例程； • 串行通信例程； • 16路10位AD转换例程，1路12位DA转换例程； • 3*1 轻触键盘驱动例程；

ML-330DK

7、 ML-F020EK 评估板硬件资源 • MCU：C8051F020，片内64K FLASH，4352Byte SRAM。 • 8路12bit AD采样，通过接线端子引出。 • 2路12bit DA，通过接线端子引出。 • 1路RS232接口。 • 所有管脚外扩。 • 4个按键、4个LED、蜂鸣器等。 • JTAG调试接口。软件例程： • 8路12位AD转换及串行通信例程； • 2路12位DA转换及键盘驱动例程；

ML-F020EK

ML-F120EK

9、 ML-F040EK 评估板硬件资源 • MCU：C8051F040，片内64K FLASH，4352Byte SRAM。 • 13路12bit AD采样，4路通过接线端子引出。 • 2路12bit DA，通过接线端子引出。 • 1路CAN2.0B总线接口。 • 1路高压差分放大器。 • 1路RS232接口。 • 所有管脚外扩。 • 4个按键、4个LED、蜂鸣器等。 • JTAG调试接口。软件例程： • 8路12位AD转换及串行通信例程； • 2路12位DA转换及键盘驱动例程； • CAN 2.0B总线通信例程；

ML-F040EK

ML-F350EK

11、 ML-F310EK 评估板硬件资源 • MCU：C8051F310，片内16K FLASH，1280Byte SRAM。 • 21路10bit AD采样，3路通过接线端子引出。 • 1路RS232接口。 • 所有管脚外扩。 • 4个按键、4个LED、蜂鸣器等。 • JTAG调试接口。软件例程： • 21路10位AD转换及串行通信例程； • 键盘驱动及I/O控制例程；

ML-F310EK

12、ML-CP2102EK CP2102是完全集成的USB转串口芯片。下面列举了一写主要芯片资源： • 集成USB收发器，不须外部电阻，内部集成时钟； • 内部1024字节EEPROM，用于存储ID等顺序； • 内部上电复位电路，3.3V电源输出； • 符合USB规范2.0，全速12Mbps； • 完全兼容CP2101； • 驱动程序支持：Win98/2000/xp，MAC OS-9， MAC OS-X， Linux2.4； • 异步串行总线UART： -所有握手和调制解调器接口； -数据格式支持：8、7、6、5位，1、1.5、2个停止位； -校验：奇校验，偶校验； -波特率：300bps到1.5Mbps； -576字节接收缓存，640字节发送缓存； -硬件X-ON/X-OFF握手； • -40~85度工业级温度范围； • 4.0V~5.25V电源电压，28脚MLP封装；

ML-CP2102EK

13、ML-F005EK 评估板硬件资源 • MCU：C8051F005，片内32K FLASH，2304Byte SRAM。 • 8路12bit AD采样，通过接线端子引出。 • 2路12bit DA，通过接线端子引出。 • 1路RS232接口。 • 所有管脚外扩。 • 4个按键、4个LED、蜂鸣器等。 • JTAG调试接口。软件例程： • 8路12位AD转换及串行通信例程； • 2路12位DA转换及键盘驱动例程；

ML-F005EK

（三）电话支持 支持内容： •开发工具及开发板售后服务； •客户芯片选型； •芯片具体应用技术支持； •项目方案设计支持！电话：029－88223597（工作时间）， 13384920857（24小时）。

三产品方案 • 直流无刷电机驱动器 • 水文站告警监测系统 • 变电站污闪电流无线监测系统 • 智能拉袋控制器

（一）直流无刷电机驱动器 简介：直流无刷电机驱动器是一款模拟信号控制的高性价比电机驱动器，具有过流保护功能，正反转控制，急停功能及速度脉冲反馈信号，可实时读取电机速度及各种信息等。 MCU资源要求：3路PWM信号，频率20KHZ，分辨率9位；运行速度快，能完成PID运算；10位以上AD，采样电流及外部输入模拟信号；体积小，省电，低成本； MCU选择：C8051F330；

（二）水文站告警监测系统 简介：本系统通过对水文站的监控，以期获取河流的流量、水位等状况。主要包括监控中心和水文站两大部分。监控中心和水文站的数据传输通过VHF_UHF、GSM、PSTN三种方式进行。 MCU资源要求：3路RS232通信；16路12位AD采样；配置参数存取；16路I/O输入输出控制；大量数据处理运算，运行速度快；控制较为复杂，程序量较大，64KB FLASH； MCU选择：C8051F020；

（三）变电站污闪电流无线监测系统 简介：整个系统包括测量前端机、无线数传模块、监控中心等组成。各个前端机由太阳能电池供电，实时监测污闪电流的大小、环境温度、湿度。前端机和控制中心通过无线方式传输数据。具备电流超限报警等功能。 MCU资源要求：1路RS232通信；5路12位AD采样；配置参数存取；大量数据处理运算，运行速度快；程序量较大，64KB FLASH； MCU选择：C8051F020；

（四）智能拉袋控制器 简介：ML2006智能拉袋控制器专为包装机拉袋控制而设计的。通过按键可设置频率、袋长、切袋间隔（可选）等数据，设定数据和计数值，断电时不会丢失。 MCU资源要求：精确定时产生1HZ~10KHZ频率；2个中断；一定数量的I/O；体积小，省电，低成本； MCU选择：C8051F310；

四设计要点 时钟选择运行速度存储器配置外部总线 I/O端口 FLASH存储器 ADC转换器系统复位关于JTAG和C2 关于C8051F02X/12X/13X

（一）时钟选择 1. MCU内部时钟精度分4种：20％、2％、 1.5％、 0.5%。 2. MCU内部时钟精度是2％、 1.5％、 0.5%时可用于产生串行波特率。 3. 如系统对时钟要求并不严格尽可能选择使用内部晶振以使系统更可靠。

（二）运行速度 1. 运行速度平均是同频率普通MCS51单片机的9.5倍。 2. 编程时变量尽可能用内部256字节RAM以及芯片内置的XRAM可增加运行速度。 3. 如在芯片外部扩展数据RAM，则应选择与MCU时钟频率搭配的RAM，以达到最高运行速度。如25MHZ时钟MCU可选择读写速度为45ns的数据RAM。

（三）存储器配置 1. 四种模式设置：只用内部XRAM、无块选择的分片模式、带块选择的分片模式、只用外部存储器片内XRAM 片内XRAM

2 只用内部XRAM • 当EMI0CF.[3:2]被设置为‘00’时，所有MOVX 指令都将访问器件内部的XRAM 空间。 • 存储器寻址的地址大于实际地址空间时将以4K 为边界回绕。例如：地址0x1000 和0x2000 都指向片内XRAM 空间的0x0000 地址。 • 8 位MOVX 操作使用特殊功能寄存器EMI0CN 的内容作为有效地址的高字节，由R0或R1 给出有效地址的低字节。 • 16 位MOVX 操作使用16 位寄存器DPTR 的内容作为有效地址

3.无块选择的分片模式 • 当EMI0CF.[3:2]被设置为‘01’时，XRAM 存储器空间被分成两个区域（片），即片内空间和片外空间。 • 有效地址低于4K 将访问片内XRAM 空间。 • 有效地址高于4K 将访问片外XRAM 空间。 • 8 位MOVX 操作使用特殊功能寄存器EMI0CN 的内容确定是访问片内还是片外存储器，地址总线的低8 位A[7:0]由R0 或R1 给出。然而对于“无块选择”模式，在访问片外存储器期间一个8 位MOVX 操作不驱动地址总线的高8 位A[15:8]。这就允许用户通过直接设置端口的状态来按自己的意愿操作高位地址。下面将要描述的“带块选择的分片模式”则与此相反。 • 16 位MOVX 操作使用DPTR 的内容确定是访问片内还是片外存储器，与8 位MOVX操作不同的是，在访问片外存储器时地址总线A[15:0]的全部16 位都被驱动。

4. 带块选择的分片模式 • 当EMI0CF.[3:2]被设置为‘10’时，XRAM 存储器空间被分成两个区域（片），即片内空间和片外空间。 • 有效地址低于4K 将访问片内XRAM 空间。 • 有效地址高于4K 将访问片外XRAM 空间。 • 8 位MOVX 操作使用特殊功能寄存器EMI0CN 的内容确定是访问片内还是片外存储器，地址总线的高8 位[15:8]由EMI0CN 给出，而地址总线的低8 位A[7:0]由R0或R1 给出。在“块选择”模式，地址总线A[15:0]的全部16 位都被驱动。 • 16 位MOVX 操作使用DPTR 的内容确定是访问片内还是片外存储器，与8 位MOVX操作不同的是，在访问片外存储器时地址总线A[15:0]的全部16 位都被驱动。

5. 只用外部存储器 • 当EMI0CF.[3:2]被设置为‘11 时，所有MOVX 指令都将访问器件外部XRAM 空间。片内XRAM 对CPU 为不可见。该方式在访问从0x0000 开始的4K 片外存储器时有用。 • 8 位MOVX 操作忽略EMI0CN 的内容。高地址位A[15:8]不被驱动（与“不带块选择的分片模式”中描述的访问片外存储器的行为相同）。这就允许用户通过直接设置端口的状态来按自己的意愿操作高位地址。有效地址的低8 位A[7:0]由R0 或R1 给出。 • 16 位MOVX 操作使用DPTR 的内容确定有效地址A[15:0]。在访问片外存储器时地址总线A[15:0]的全部16 位都被驱动。

（四）外部总线 • 数据地址总线复用：节省I/O引脚，但要用74HC573或74HC373锁存地址，总线读写速度慢，同其它51单片机兼容。 • 数据地址总线非复用：不需要74HC573或74HC373锁存地址，总线读写速度快，需要多一些I/O引脚。 • 一般使用高端口作为外部总线端口，低端口应用交叉开关分配功能引脚。

（五）I/O端口 1. 可配置为推挽输出或漏级开路输出，I/O拉电流和灌电流极限值100mA。 2. 所有I/O端口允许5V输入。当要求5V输出时需外部加电阻上拉到5V，并设置端口为漏极开路。 3. 一般数据输出可设置推挽输出，数据输入可设置漏级开路。 4. 为防止I/O引脚瞬态大电流，可串接100欧电阻。如有瞬态大电压应加TVS管或快恢复二极管。 5.未用I/O引脚可通过电阻下拉到地，并在内部配置漏级开路输出。

（六）FLASH存储器 1. FLASH擦写次数保证20000擦写，典型擦写100000次。完全可保存数据，而不必在外加EEPROM。FLASH擦写时，CPU停止工作，外围设备仍可工作，但中断被挂起，客户应用时一定要注要。 2. 关于加密有三种方法：用软件改写存储器安全字节、修改HEX文件、应用可编程加密的软件。推荐使用应用可编程加密的软件。加密后的芯片无法解密。用软件改写存储器安全字节方法以C8051F330为例：在STARTUP.A51文件结尾加入： CSEG AT 1DFFH TABLE: DB 00H END 3. FLASH加密后不能仿真，可先将其擦除在仿真调试。

（七）ADC转换器 1. ADC端口输入电压范围是0-VREF,VREF范围应在0-VDD/+AV之间。 2. 大部分芯片有内部基准，可应用内部基准。 3. 为提高性能可在内部基准输出端与模拟地之间并联0.1uF电容和4.7uF钽电容。 4. 模拟地与数字地要分开布线，在电源处用磁珠或0欧电阻单点连接。 5. 模拟电源与数字电源也应从＋3.3V电源分别引出布线并分别滤波。 6. 在应用12位ADC时最好设计成4层PCB板并大面积铺地。未使用模拟引脚接地。 7. 为防止输入信号过大可在模拟端口增加两个肖特基二极管接到电源和地来保护。 8.不管ADC应用与否，模拟电源和模拟地必须连接。

（八）系统复位 • 复位引脚不能悬空，如不加外部复位控制可用2～10K电阻上拉到＋3.3V，并用0.1uF～4.7uF电容接地去耦。 • 如芯片上有MONEN引脚应接到＋3.3V，不能悬空。

C8051F MCU 产品方案及设计要点