1引言
Cygnal C8051F系列是全集成混合信號在片系統單片機。在片系統隨著半導體生產技術的不斷發(fā)展,集成度越來越高,對嵌入式控制技術可靠性要求也越來越高而產生的新概念,即SOC(System on chip),意思是整個系統都高度集成在一個芯片上。本文通過使用Cygnal C8051F000制作一個智能故障分析報警儀,介紹Cygnal C8051Fxxx系列全集成混合信號在片系統單片機的特點,及其在智能儀器中的一般使用方法,和一些需要注意的問題。
故障分析報警儀的原理：從4個不同點采集電壓和電流數據,綜合分析,得出故障的原因和位置,相應地提供報警、顯示和電路切除。?
2C8051F000單片機簡介
2.1片內資源概況
(1)12 位8通道輸入ADC;
(2)2路12位DAC;
(3)2路電壓比較器;
(4)電壓基準（內部、外部）;
(5)內置溫度傳感器（±3 ℃）;
(6)16位可編程定時計數器（PCA）可用于（PWM）;
(7)4個通用16位定時器;
(8)32個通用I/O口;
(9)帶有I2C/SMBus,SPI,UART串行總線;
(10)32 k Flash存貯器;
(11)256數據RAM
(12) 片內電源監(jiān)測片內看門狗定時器片內時鐘源。?
2.2主要特點
(1)高速的（20～25 MIPS）與8051全兼容的微控制器內核;
(2)Flash存貯器可實現在線編程和用于非易失性數據存貯(E2 PROM的作用);
(3)工作電壓典型值為3 V (2.7～3.3 V), 全部I/O,RST,JTAG引腳均允許5 V電壓輸入;
(4)全系列芯片均為工業(yè)級（溫度范圍-45～+85 ℃）;
(5)片內JTAG仿真電路提供全速、非插入式（不使用在片資源）的電路內仿真。支持斷點、單步觀察點、運行和停止等調試命令,支持存貯器和寄存器校驗和修改。?
3系統設計?
3.1硬件設計
由在片系統單片機構成故障分析報警儀的硬件電路非常簡單,系統硬件組成框圖如圖1所示。?
系統的核心是一片8051F000微處理器。由于沒有復雜的數字信號處理,8051F000內部的256b RAM已夠使用,因此沒有擴展外部數據存儲器,當然也可以選用帶有大容量外部RAM的8051Fxxx系列單片機,來應對復雜的數字信號處理。32 k的內部Flash ROM也足夠程序存儲和配置參數等非易失性信息的存儲。
外接100 kHz RC方式外部時鐘,用于低功耗設計。
4個按鍵：由于I/O口很多,而鍵盤數目又很少,因此采用簡單的非編碼鍵盤,工作于中斷方式。
LCD顯示（16字符×2行）：采用由HD44780構成的液晶顯示模塊。
輸入電路由測量變壓器、精密檢波電路構成：電壓互感器和電流互感器將被測電壓和電流變換至精密檢波電路所能接受的信號,然后經精密檢波電路傳送給8051F000的A/D。
輸出控制電路由P1口輸出控制信號,控制8路固態(tài)繼電器的接通和短開。?
3.2軟件設計
軟件設計有幾點需要注意：
3.2.1如何從應用程序寫Flash
(1)要點
在線編程允許將Flash像E2PROM一樣用于非易失性信息的存儲,用MOVC指令讀?。∕OVC a,@A+DPTR）,用MOVX指令寫入（MOVX @A+DPTR, a）。Flash 是按一系列512 k的頁組織的,另外還有一個128 k的頁,該頁位于Flash的頂部,起始地址為0x8000 。由于寫操作只能寫入0, 因此在寫一個Flash字節(jié)之前,包含該字節(jié)的頁必須首先被擦除（使該頁中的所有位都為1）,該字節(jié)必須被初始化為0xFF,一個Flash 擦除操作將一頁內的所有字節(jié)初始化為0xFF。含有讀鎖定字節(jié)和寫/擦除鎖定字節(jié)的Flash 頁不能由用戶軟件擦除（但是,該頁可以由用戶軟件寫入）,該頁只能通過JTAG 接口擦除。
(2)擦除一個Flash頁
在進行Flash寫或擦除之前,必須根據當前的系統時鐘設置FLSCL中的FLASCL位,在進行寫之前必須將PSWE置1。在進行Flash擦除之前,必須將PSWE和PSEE置1。
一個Flash頁可以通過下述過程擦除：
①根據當前系統時鐘頻率值按C8051F000數據表的說明設置FLSCL(當使用缺省的2 MHz內部振蕩器時,FLSCL=0x86)。
②通過向PSCTL寫入03 H使PSWE和PSEE置1。
④如果不再進行擦除操作,將PSEE設置為‘0’。
擦除每個頁需要10～20 ms的時間。注意CPU內核在Flash擦除過程中停止工作,但外設（像ADC,UART,SMBus和定時器）仍然工作。在擦除過程中產生的任何中斷都將被掛起,直到該過程結束。在寫一個Flash字節(jié)期間CPU的工作情況與此相同。
(3)寫一個Flash字節(jié)
(4)更新Flash 中的數據
當保存一組配置信息時,經常需要在一組字節(jié)中單獨改變某個字節(jié)的數值。單獨更新某個字節(jié)（或字節(jié)子集）的一般過程如下：
①將Flash頁拷貝到一個臨時存儲區(qū)（RAM或一個已被擦除的‘臨時’Flash頁）。
外接100 kHz RC方式外部時鐘,用于低功耗設計。
4個按鍵：由于I/O口很多,而鍵盤數目又很少,因此采用簡單的非編碼鍵盤,工作于中斷方式。
LCD顯示（16字符×2行）：采用由HD44780構成的液晶顯示模塊。
輸入電路由測量變壓器、精密檢波電路構成：電壓互感器和電流互感器將被測電壓和電流變換至精密檢波電路所能接受的信號,然后經精密檢波電路傳送給8051F000的A/D。
輸出控制電路由P1口輸出控制信號,控制8路固態(tài)繼電器的接通和短開。?
3.2軟件設計
軟件設計有幾點需要注意：
3.2.1如何從應用程序寫Flash
(1)要點
在線編程允許將Flash像E2PROM一樣用于非易失性信息的存儲,用MOVC指令讀?。∕OVC a,@A+DPTR）,用MOVX指令寫入（MOVX @A+DPTR, a）。Flash 是按一系列512 k的頁組織的,另外還有一個128 k的頁,該頁位于Flash的頂部,起始地址為0x8000 。由于寫操作只能寫入0, 因此在寫一個Flash字節(jié)之前,包含該字節(jié)的頁必須首先被擦除（使該頁中的所有位都為1）,該字節(jié)必須被初始化為0xFF,一個Flash 擦除操作將一頁內的所有字節(jié)初始化為0xFF。含有讀鎖定字節(jié)和寫/擦除鎖定字節(jié)的Flash 頁不能由用戶軟件擦除（但是,該頁可以由用戶軟件寫入）,該頁只能通過JTAG 接口擦除。
(2)擦除一個Flash頁
在進行Flash寫或擦除之前,必須根據當前的系統時鐘設置FLSCL中的FLASCL位,在進行寫之前必須將PSWE置1。在進行Flash擦除之前,必須將PSWE和PSEE置1。
一個Flash頁可以通過下述過程擦除：
①根據當前系統時鐘頻率值按C8051F000數據表的說明設置FLSCL(當使用缺省的2 MHz內部振蕩器時,FLSCL=0x86)。
②通過向PSCTL寫入03 H使PSWE和PSEE置1。
④如果不再進行擦除操作,將PSEE設置為‘0’。
擦除每個頁需要10～20 ms的時間。注意CPU內核在Flash擦除過程中停止工作,但外設（像ADC,UART,SMBus和定時器）仍然工作。在擦除過程中產生的任何中斷都將被掛起,直到該過程結束。在寫一個Flash字節(jié)期間CPU的工作情況與此相同。
(3)寫一個Flash字節(jié)
(4)更新Flash 中的數據
當保存一組配置信息時,經常需要在一組字節(jié)中單獨改變某個字節(jié)的數值。單獨更新某個字節(jié)（或字節(jié)子集）的一般過程如下：
①將Flash頁拷貝到一個臨時存儲區(qū)（RAM或一個已被擦除的‘臨時’Flash頁）。
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