美國Cygnal公司專門從事混合信號(hào)系統(tǒng)芯片(SoC)單片機(jī)的設(shè)計(jì)與制造。公司更新了原51單片機(jī)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了具有自主產(chǎn)權(quán)的CIP-51內(nèi)核，運(yùn)行速度高達(dá)每秒25MIPS。現(xiàn)已設(shè)計(jì)并為市場提供了29個(gè)品種的C8051F系列SoC單片機(jī)，預(yù)計(jì)今年年內(nèi)還將完成20多個(gè)新的SoC單片機(jī)的設(shè)計(jì)。
C8051F系列是集成的混合信號(hào)系統(tǒng)芯片SoC單片機(jī)，具有與MCS-51內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件(參見圖1)。
C8051F系列是真正能獨(dú)立工作的SoC。CPU有效地管理模擬和數(shù)字外設(shè)，可以關(guān)閉單個(gè)或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。FLASH存儲(chǔ)器還具有在線重新編程的能力，即可用作程序存儲(chǔ)器又可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。應(yīng)用程序可以使用MOVC和MOVX指令對FLASH進(jìn)行讀或改寫。
C8051F系統(tǒng)工作電壓為2.7V~3.6V，典型值為3V。I/O、RST、JTAG引腳均允許5V電壓輸入。


CPU的獨(dú)特之處
與標(biāo)準(zhǔn)8051完全兼容
C8051F系列單片機(jī)采用CIP－51內(nèi)核，與MCS－51指令系統(tǒng)全兼容，可用標(biāo)準(zhǔn)的ASM－51、Keil　C高級(jí)語言開發(fā)編譯C8051F系列單片機(jī)的程序。
高速指令處理能力
標(biāo)準(zhǔn)的8051一個(gè)機(jī)器周期要占用12個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，執(zhí)行一條指令最少要一個(gè)機(jī)器周期。C8051F系列單片機(jī)指令處理采用流水線結(jié)構(gòu)，機(jī)器周期由標(biāo)準(zhǔn)的12個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期降為1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，指令處理能力比MCS－51大大提高。
CIP-51內(nèi)核70% 的指令執(zhí)行是在一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的，只有四條指令的執(zhí)行需4個(gè)以上時(shí)鐘周期。CIP-51指令與MCS－51指令系統(tǒng)全兼容，共有111條指令。
增加了中斷源
標(biāo)準(zhǔn)的8051只有7個(gè)中斷源。C8051F系列單片機(jī)擴(kuò)展了中斷處理，這對于實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)的處理是很重要的。擴(kuò)展的中斷處理向CIP-51提供22個(gè)中斷源，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷。一個(gè)中斷處理需要較少的CPU干預(yù)，卻有更高的執(zhí)行效率。
增加了復(fù)位源
標(biāo)準(zhǔn)的8051只有外部引腳復(fù)位。C8051F系列單片機(jī)增加了7種復(fù)位源，使系統(tǒng)的可靠性大大提高。每個(gè)復(fù)位源都可以由用戶用軟件禁止。復(fù)位源包括：片內(nèi)電源監(jiān)視、WDT(看門狗定時(shí)器)、時(shí)鐘丟失檢測器、比較器0輸出電平檢測、軟件強(qiáng)制復(fù)位、CNVSTR(AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng))、外部引腳RST復(fù)位(可雙向復(fù)位)。
提供內(nèi)部時(shí)鐘源
標(biāo)準(zhǔn)的8051只有外部時(shí)鐘。C8051F系列單片機(jī)有內(nèi)部獨(dú)立的時(shí)鐘源(C8051F300/F302提供的內(nèi)部時(shí)鐘誤差在2%以內(nèi))，在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)默認(rèn)內(nèi)部時(shí)鐘。如果需要可接外部時(shí)鐘，并可在程序運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外部時(shí)鐘的切換，外部時(shí)鐘可以是晶體、RC、C或外部時(shí)鐘。以上的功能在低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中非常有用。

存儲(chǔ)器
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
CIP-51具有標(biāo)準(zhǔn)8051的程序和數(shù)據(jù)地址配置。它包括256B的RAM，其中高128B用戶只能用直接尋址訪問的SFR地址空間。低128B用戶可用直接或間接尋址方式訪問。前32B為4個(gè)通用工作寄存器區(qū)，接下來的16B既可以按B尋址也可以按位尋址。
程序存儲(chǔ)器
C8051F系列單片機(jī)程序存儲(chǔ)器為8K~64KB的Flash存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器可按512B為一扇區(qū)編程，可以在線編程，且不需片外提供編程電壓。

可編程數(shù)字I/O和交叉開關(guān)
C8051F 系列單片機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)的8051 I/O口，除P0、P1、P2、P3之外還有更多的擴(kuò)展的8位I/O口。每個(gè)端口I/O引腳都可以設(shè)置為推挽或漏極開路輸出。
最為獨(dú)特的是增加了(C8051F2XX除外)數(shù)字交叉開關(guān)。它可將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源定向到P0、P1和P2端口I/O引腳。定時(shí)器，串行總線，外部中斷源，AD輸入轉(zhuǎn)換，比較器輸出，都可通過設(shè)置開關(guān)控制寄存器定向到P0、P1、P2的I/O口。

可編程計(jì)數(shù)器陣列
除了通用計(jì)數(shù)器/定時(shí)器之外，C8051F00x/01x/02x還有一個(gè)片內(nèi)可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA)。PCA包括一個(gè)專用的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，5個(gè)可編程的捕捉/比較模塊。時(shí)間基準(zhǔn)可以是下面的六個(gè)時(shí)鐘源之一：系統(tǒng)時(shí)鐘/12、系統(tǒng)時(shí)鐘/4、定時(shí)器0溢出、外部時(shí)鐘輸入(ECI)、系統(tǒng)時(shí)鐘和外部振蕩源頻率/8。

模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器
ADC
C8051F系列內(nèi)部都有一個(gè)ADC子系統(tǒng)(除C8051F230/1/6之外)，由逐次逼近型ADC、多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器組成。ADC工作在100ksps的最大采樣速率時(shí)可提供真正的8位、10位或12位精度。
除了12位的ADC子系統(tǒng)ADC0之外，C8051F02x還有一個(gè)8位ADC子系統(tǒng)，即ADC1，它有一個(gè)8通道輸入多路選擇器和可編程增益放大器。該ADC工作在500ksps的最大采樣速率時(shí)可提供真正的8位精度。ADC1的可編程增益放大器的增益可以設(shè)置為0.5、1、2或4。ADC1也有靈活的轉(zhuǎn)換控制機(jī)制，允許用軟件命令、定時(shí)器溢出或外部信號(hào)輸入啟動(dòng)ADC1轉(zhuǎn)換；用軟件可以使ADC1與ADC0同步轉(zhuǎn)換。
DAC
C8051F系列內(nèi)有兩路12位DAC，2個(gè)電壓比較器。CPU通過SFRS控制數(shù)模轉(zhuǎn)換和比較器。CPU可以將任何一個(gè)DAC置于低功耗關(guān)斷方式。DAC為電壓輸出模式，與ADC共用參考電平。允許用軟件命令和定時(shí)器2、定時(shí)器3及定時(shí)器4的溢出信號(hào)更新DAC輸出。

全速的在線調(diào)試
C8051F系列單片機(jī)設(shè)計(jì)有片內(nèi)調(diào)試電路與JTAG口，可以實(shí)現(xiàn)非插入式片上全速調(diào)試。Cygnal提供基于Windows集成的在線開發(fā)調(diào)試環(huán)境，包括IDE軟件與串口適配器EC2、調(diào)試目標(biāo)板，可實(shí)現(xiàn)存貯器和寄存器校驗(yàn)和修改；設(shè)置斷點(diǎn)、觀察點(diǎn)、堆棧；程序可單步運(yùn)行、全速運(yùn)行、停止等。在調(diào)試時(shí)所有的數(shù)字和模擬外設(shè)都能正常工作，實(shí)時(shí)反映真實(shí)情況。IDE調(diào)試環(huán)境可做Keil　C源程序級(jí)別的調(diào)試。