SOC单片机的结构与原理

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1、上次课内容回顾单片机的概念单片微型计算机（SCMSingleChipMicrocomputer）：将微处理器、存储器和外围设备/接口集成到一块芯片上单片微控制器（SCMSingleChipMicrocontroller）嵌入式微控制器（EMEmbeddedMicrocontroller）微控制器单元（MCUMicrocontrollerUnit）发展历史初级阶段：74-76，还不是真正意义上的单片机低性能阶段：76-78，MCS-48，无串口，不能多机使用高性能阶段：78-83，MCS-51，应用广泛新一代阶段：83以后，复杂化、多样化、专用化，以兼容MCS-51的新型8位机（如C80

2、51F系列）为主导上次课内容回顾分类：根据片内程序存储器类型的不同，单片机分为：ROM型：内容不可改EPROM型：擦写不方便无ROM型：需外接ROMOTPROM型：低成本，一次可编程E2PROM型：擦写较方便，不能ISPFlashROM（MTPROM型）型：使用最方便，可以ISP典型8位单片机产品Intel：MCS-51系列，8031(2)、8051(2)、8751(2)Ateml：Flash型、E2PROM型SiliconLaboratories：混合信号SOC型其他上次课内容回顾应用情况智能仪表机电一体化实时控制分布式多机控制系统家用电器……发展趋势低成本高集成度的单片机片上系统（

3、SOC）8位单片机的市场份额依然领先……2.1C8051F系列单片机的总体结构2.2C8051F020存储器组织2.3CIP-51指令系统2.4中断系统2.5端口输入/输出2.6电源管理方式2.7复位与时钟第2章SOC单片机的结构与原理了解重、难点了解2.1C8051F系列单片机总体结构2.1.1C8051F系列单片机简介2.1.2CIP-51内核2.1.3C8051F020单片机的片上资源2.1.1C8051F系列单片机简介（１）集成的混合信号片上系统SOC（Systemonchip）。具有完全兼容MCS-51内核的微控制器（CIP-51）、除标准8051的数字外设部件外，还集成了数

4、据采集和控制系统中常用的模拟外设、其它数字外设及功能部件。是真正能独立工作的片上系统（SOC）。CPU有效地管理模拟和数字外设，可以关闭单个或全部外设以节省功耗。FLASH存储器还具有ISP的能力，既可用作程序存储器又可用作于非易失性数据存储。2.1.1C8051F系列单片机简介（２）片内JTAG（jointtestactiongroup）调试电路允许对安装在最终应用系统上的产品进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。调试环境示意图SiliconLabs提供一个集成开发环境（IDE），包括编辑器、

5、宏汇编器、调试器和编程器。/USB2.1.2CIP-51内核C8051F系列单片机内核采用与MCS-51兼容的CIP-51。标准8051中，除MUL和DIV以外所有指令都需要12或24个系统时钟周期，最大系统时钟频率为12-24MHz。CIP-51内核采用流水线结构，70%的指令执行时间为1或2个系统时钟周期，只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。执行周期数122/333/444/558指令数265051673121微控制器内核峰值执行速度比较MIPS(MillionInstructionsPerSecond)2.1.3C8051F020单片机的片上资源高速、流水线结构的与805

6、1兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）全速、非侵入式的在系统调试接口JTAG（片内）真正12位、100ksps的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关真正8位、500ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关两个12位DAC，具有可编程数据更新方式64K字节可ISP的FLASH存储器存放程序用4352（4096+256）字节的片内RAM存放数据用可寻址64K字节地址空间的外部数据存储器接口硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个UART串行接口5个通用的16位定时器/计数器具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列(PCA)片内看门狗定时器（Watchdog）、VDD监

7、视器和温度传感器C8051F020芯片示意图C8051F020原理框图高速微控制器内核数字I/O模拟外设2.2C8051F020存贮器组织MCS-51存贮器组织（哈佛结构）物理结构上可分为:片内程序存储器片外程序存储器片内数据存储器片外数据存储器按功能和寻址（使用角度）可分为:程序存储器、内部数据存储器、外部数据存储器、特殊功能寄存器和位地址空间共5大部分2.2C8051F020存贮器组织程序存储器内部数据存储器、位地址空间、SFR外部数据存储