(完整版)LED电子显示屏的设计毕业论文.doc

1、编号 :湖北文理学院理工学院本科毕业论文（设计）题目无线 LED显示屏的设计机械系机械设计制造及其自动化专业学生姓名指导教师陈登彪胡 雄 杰起讫日期2015.2.20 2015.5.20无线 LED 显示屏的设计内容提要近年来， LED(lighted exciting bode，发光二极管 )电子显示屏作为一种高科技产品日益引起人们的重视。它可以实时显示或循环播放文字、图形和图像信息，具有显示方式丰富、观赏性强、显示内容修改方便、亮度高、显示稳定且寿命长等多种优点，被广泛应用于商业广告、体育比赛、交通信息报导等诸多领域。LED 显示屏的核心技术主要集中在控制器中。 目前，大部分异步显示屏采用

2、的是 8 位或 16 位的微控制器， 由于受到微处理器的处理速度、 体系架构、寻址范围、外围接口资源等诸多限制， 已难以在要求显示较多像素、显示内容帧频较高、动态显示效果复杂的情况下得到良好的动态视觉效果。LED 显示屏控制系统性能良好，工作稳定可靠，易于维护升级，具有很高的性价比。关键词 ： LED；数据传输；信息发布系统；单片机AbstractLED panel systems gains rapid development in the design, machine an d application from nine-rites ages. It went thorn from si

3、ngle color and two colors to image LED panel. As a , LED panel can realize real time and sequ ential displaying textile, granitic and images. LED panel . Moreover, with t he technique of color p Anne perfect increasingly,LED panel is widely used in many fields.The core technique for a LED panel is m

4、ainly centralized on its contro lled. The majority of asynchronous display panel use the 8 or the 16 micro-controllers,because the processing speed, the system construction, the addr essing scope, the periphery connection resources and on so many limits, in request demonstration many picture element

5、s, the demonstration content f rame frequency with difficult the dynamic demonstration effect complex s ituation, obtains the good dynamic visual effect.the method was favorable for the stability and efficiency of the whole s ystem.The system was easy in maintenance and updating,and enjoys Syste m;

6、information releasing system; single chip目录目录 .4第 1 章绪论 .61.1 LED 显示屏的研究背景及意义.61.2LED大屏幕的发展状况与趋势.71.2.1LED大屏幕的发展状况.71.2.2 LED 大屏幕的发展趋势.81.3LED显示屏的信息发布技术.9第二章 LED 电子显示屏的介绍 .102.1 LED 显示屏简介 .102.2 LED 显示屏的特点 .102.3LED显示屏的分类.113.1稳压电源的设计方法 .133.1.1稳压电源原理 .143.2单片机系统及外围电路 .153.2.1单片机最小系统介绍 .153.3单片机的选择

7、.173.3.1C8051F020 与 80C51之间的异同点 .173.3.2相同点 .173.3.3主要硬件不同点 .173.4 8051F020 单片机介绍 .193.4.1系统概述 .193.4.2片内存储器 .203.4.3可编程数字 IO 和交叉开关 .213.4.412位模数转换器 .223.4.58位模数转换器 .233.4.6比较器和 DAC .243.4.7C8051F020 引脚的定义 .253.5 列驱动电路 .273.5.174HC595 芯片的简介 .273.6 行驱动电路 .2836.1 74HC154 芯片的简介 .293.7 LED 的汉字显示原理 .303.

8、7.1显示模块与 PC 机接口的连接 .324.1系统程序的设计 .334.1.1显示驱动程序 .334.1.2系统主程序 .334.2设计部分原理图介绍 .35第五章 总结 .38致谢 .39参考文献.40第1章绪论1.1 LED 显示屏的研究背景及意义发光二极管 (LED) ，是一种把电能变成光能的特种器件，主要由PN结芯片、电极和光学系统构成。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态，当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生发光现象。当在PN结上加以正向电压之后， P 区的空穴注入至N区， N区的电子注入至P 区，相互注入的电子与

9、空穴相遇后即产生复合，这些多数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光。它是自发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的是非相干光。LED大约是在80 年代中期开始在电子显示屏中使用的。进入90 年代以后，由于半导体工业的迅猛发展，带动了 LED制造材料和工艺的改进，在颜色与亮度方面都有了质的飞跃。早期的 LED显示屏，由于受材料和工艺的限制，视角仅有 200 一 300 左右，从而制约了 LED显示屏的发展。在分辨率方而，由于受当时数字技术、集成电路技术和控制技术等技术的限制，很难作出高密度的 LED显示屏。今后随着半导体工业的不断发展，无论是材料，还是加工

10、工艺，都会不断地提高， LED显示屏在颜色、视角、亮度、密度、寿命等方面也会逐步完善，价格也会进一步降低。近年来，随着高亮度发光二极管技术的发展，LED显示屏从室内走到室外，其显示内容也从没有层次的计算文字动画发展到能显示有层次的电视图像。国家信息产业部委托蓝通电子科技有限责任公司制定的LED显示屏技术条件也于1998 年正式颁布实施。LED显示屏的关键控制技术随着新型超大规模集成电路(VLSI) 的发展也必将有新的提高。通用 VLSI 在产品性能提高的同时成本也在呈下降趋势，新一代 LED显示控制集成电路也已开始得到推广和应用。随着我国经济发展迅猛，对信息传播有越来越高的要求。进入新世纪，光

11、电子产业得到广泛的重视，中国加入 WTO、北京奥运成功举办等，成为 LED显示屏产业发展的契机，我国 LED显示屏及相关的技术必将得到飞跃发展。1.2LED大屏幕的发展状况与趋势1.2.1LED大屏幕的发展状况我国在 LED领域的研究开发工作成绩斐然。目前普绿和高亮度纯红LED已经实现商品化，国内的LED显示屏发展经历了三个阶段：1.1990 年以前是 LED显示屏的成长形成期，受LED材料的限制， LED显示屏的应用领域没有广泛展开。而且，显示屏控制技术基本上是通信控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的LED显示屏在国内外应用广泛，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通信控制，灰

12、度等级为单点 4 级调灰，产品的成本比较高。速增长，信息技术在各个领域不断突破，LED显示屏在材料和控制技术方面不断出现新的成果。蓝色LED芯片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场，LED显示屏在国内的发展速度非常迅速，LED显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。3.1995 年至今， LED显示屏应用领域更为广阔。全彩色LED显示屏、256 级灰度视频控制技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现。 LED显示屏控制专用大规模集成电路已由国内企业开发生产并得到利用。我国LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的

13、水平。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分。1.2.2 LED 大屏幕的发展趋势二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代， LED显示屏作为平板显示的主导产品之一将有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。白光 LED是 LED产业中最被看好的新兴产品，在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，白光LED在照明市场的前景备受瞩目。欧、美及日本等先进技术国家也投注许多人力， 成立专门的机构推动白光LED研发工作。可见国外 LED显示屏技术主要集中在新材料的开发上，以新发光材料来提高显示屏的视觉效果、能耗等各种性能。随着能源紧缺问题越来越突出， LED的重要性和市场空

14、间更加显著。鉴于我国 LED产业的现状，不论技术还是产能短期内达到世界先进水平都有相当大的难度。要在国内发展高亮 LED产业，可以充分利用国内现有的研发和生产力量，走合作发展的道路。半导体产业的全球化发展，是每个企业都要面对和无法回避的。国内企业通过规范股权架构、加大研发，采取并购和合作的方式将海外先进技术引入国内，可争取与国际大厂基本在同一技术水平进行产业竞争。继上海、厦门、大连、南昌和深圳成为首批五个国家半导体产业化基地，国内封装和应用企业形成快速的市场适应能力和价格优势，我国大陆已经成为世界上重要的 LED封装生产基地。封装及应用，尤其是国际应用产品加工有向我国转移的趋势。在封装和应用领

15、域中国已经完全有可能、有能力在高端市场占据一席之地，但必须加大产品的创新、加强品牌的培育。目前全世界都在寻求解决经济发展和能源短缺的矛盾，给整个绿色照明生产行业带来广阔的市场前景与新的机遇。1.3LED显示屏的信息发布技术现代社会已经迈入信息化时代，信息传播速度越来越快，人们对信息的依赖程度也越来越高。信息技术自然成为优先发展的关键技术之一。随着计算机技术，尤其是网络技术的发展，信息以各种文件格式保存，并以数据包的形式在网上传输。实际应用过程中若信息是以计算机文件的形式传送到 LED大屏幕或网络终端上显示，其间的控制是由控制软件通过微机或网络来实现的。信息若寄托于GSM网络被传送到 LED显示

16、屏上时，其间的控制是由 GSM网络控制的。第二章 LED 电子显示屏的介绍2.1 LED 显示屏简介LED电子显示屏是由几万 - 几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED像素点。 用于制造显示屏的发光二极管产品有单管、矩阵块、象素管三种规格，以满足不同使用场合的要求。 LED 显示屏按其使用环境分为室内显示屏和室外显示屏。一般把显示图形或文字的 LED显示屏称为图文屏。图文显示屏的主要特征是只控制 LED点阵中各发光器件的通断，而不控制 LED的发光强弱。 LED 图文显示屏的外观可以做成条形，叫做条屏，也可以按一定高度比例做成矩形的平面图文显示屏。

17、 条与平面显示屏在显示与控制的原理上并无区别。用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。为了吸引观众增强显示效果， 可以有多种显示模式。 最简单的显示模式是静态显示，与静态显示模式相对应的就有各种动态显示模式，它所显示的图文都是能够动的。产生不同显示模式的方法， 并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。不过当算法太复杂，太浪费时间的话， 可以考虑预先生成刷新数据， 存储备用。刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果

18、。刷新太慢，动感不显著，刷新太快，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。2.2 LED 显示屏的特点按颜色基色可以分为 :随着科学技术的发展以及制造工艺的进步，LED显示屏也在不断的进步和完善，高新技术使LED显示系统与以前相比有了更为优异的性能。当前的LED显示系统主要有以下特点：I. 在局部设计上采用模块化电路设计按功能分成不同的模块，每个模块之间只需要极少的联系，极大的提高了系统的稳定性、可靠性。调试、维护难度大大降低。2. 先进的分布式扫描技术显示部分的扫描采用扫描控制技术，显示部分被分成不同的单元，独立进行扫描。每个单元间的信号采用信号锁存技术进行同步控制，显示的稳定

19、性大大增强。3. 可视性好采用高性能 LED驱动芯片构成的显示屏具有高亮度、色彩鲜艳、视角大，寿命长 ( 不少于 50,000 小时 ) ，稳定性高，响应速度快等特点。4. 易于安装采用显示单元板或显示单元箱体，可根据用户要求和应用场所要求任意组装成所需要的显示屏尺寸，如果要扩大或缩小系统规模，只须按需要在系统中增加新单元，或拆去某个单元，系统完整性不会受到多少影响，便于安装和维护。综上所述 ，LED显示技术作为一种电子信息显示技术，相信随着各种科学技术的发展， LED 显示系统以其优异的性能将会有更为广阔的发展前景。2.3LED显示屏的分类单基色显示屏 : 单一颜色（红色或绿色）。双基色显示

20、屏：红和绿双基色、256 级灰度、可以显示65536 种颜色。全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256 级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。2、按显示器件分类:LED数码显示屏：显示器件为7 段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。LED点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。3、按使用场合分类室内显示屏：发光点较小，一般 3mm- 8mm，显示面积一般几至十几平方米。室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。4、按发光点直径分类室内屏： 3mm、3.75m

21、m、 5mm、室外屏： 10mm、 12mm、14mm、 16mm、 18mm、20mm、25mm、 31.25mm、36mm室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。第三章 LED 显示屏的硬件电路设计硬件电路大致上可以分为单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分。3.1稳压电源的设计方法稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压 Uo、输出电流 Io 、输出纹波电压 Uop-p 等性能指标要求， 正确地确定出变压器、 集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。稳压电源的设计可以分为以

22、下三个步骤：1）根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。2）根据稳压器的输入电压I U ，确定电源变压器副边电压u2 的有效值 U2；根据稳压电源的最大输出电流 I0max，确定流过电源变压器副边的电流 I2 和电源变压器副边的功率 P2；根据 P2，从表 1 查出变压器的效率，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。3）确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压RM U 和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容LED 点阵电子显示屏制作简单，安装方便，被广泛应用于各种公共场合

23、，如汽车报站器、广告屏以及公告牌等。3.1.1稳压电源原理小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成。图 1 220V 交流转成 5V 直流电源原理图从图上看 , 变压器输入端经过一个保险连接电源插头 , 如果变压器或后面的电路发生短路，保险内的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。变压器后面由 4 个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动很大的直流电源，所以在这里接一个 330uF25V的电解电容。变压器输出端的 9V 电压经桥式整流并电容滤波，在电容 C1 两端大约会有 11V 多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少

24、许波动都会使 C1 两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器的元件。三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。因为我们要输出5V 的电压，所以选用 7805，7805 前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7805最大可以输出1A 的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（ 2 脚）短路并不会使7805 烧坏，当然如果

25、时间很长就不好说了，这跟散热条件有很大的关系 三端稳压器后面接一个 105 的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。 最后在 C2两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接 , 比如 MP3等。 虽然 7805 最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过 500mA,否则会发热很大，容易烧坏。一般负载电有 200mA以上时需要散热片。3.2单片机系统及外围电路单片机采用 C8051F020芯片，采用 24HZ 或更高的频率晶振，以获得较高的刷新频率，使其显示更稳定。单片机的串口与列驱动器相连，用来显示数据。其中 P1 口的低四位与行驱动器相连，送出行选信号；高四位则用来发送控制信号。3.2.1

26、单片机最小系统介绍单片机最小系统是由时钟电路和复位电路两部分组成1、时钟电路系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。 AT89 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路， 接在放大器的反馈回路中。 对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为 12MHz ，电容应尽可能的选择陶瓷

27、电容， 电容值约为 22F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。2、复位电路复位是由外部的复位电路来实现的。 片内复位电路是复位引脚RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路，如图所示。当时钟频率选用6MHz 时， C 取 22F， Rs 约为 200 ，Rk 约为 1K。3、单片机最小系统的原理图单片机最小系统模块中的主选C8051F020 芯片是

28、一种低功耗， 具有在线编程，Flash 程序存储器的单片机。所谓在线编程 ISP(In System Program)指的是允许单片机芯片在不离开电路板或不离开设备的情况下实现程序固化和察除操作，在线编程给单片机用户的研发和使用带来了极大的方便根据实验和理论的需要，上电自动复位电路的电容选择10u，上拉电阻选择 8.2K ，时钟电路的电容选择 33PF，晶振选择 12MZ 的，这样可以获得更高的刷新频率。4 刷新频率的计算公式：刷新频率 =116T0 溢出率 =116f12(65536-t)其中 f 为晶振频率， t 为定时器 T0 初值（工作在 16 位定时器模式）3.3 单片机的选择3.3

29、.1C8051F020 与 80C51之间的异同点80C51 系列单片机及其衍生产品在我国乃至全世界范围获得了非常广泛的应用。片机领域的大部分工作人员都熟悉80C51单片机，各大专院校都采用 80C51系列单片机作为教学模型。随着单片机的不断发展，市场上出现了很多高速、高性能的新型单片机，基于标准8051 内核的单片机正面临着退出市场的境地。 C8051F系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与 8051 兼容的 CIP-51 微控制器内核，采用流水线结构，单周期指令运行速度是 8051 的 12 倍，全指令集运行速度是原来的 9.5 倍。熟悉 NCS-51系列单片机的工程技术人员可以

30、很容易地掌握 C8051F的应用技术并能进行软件的移植。3.3.2 相同点C8051F020 单片机与80C51 系列单片机的指令系统完全一样。掌握80C51 单片机的人可以很容易地接受C8051F020的应用技术并能完成相应软件的移植。3.3.3 主要硬件不同点(1) 运行速度C8051F020的指令运行速度是一般80C51系列单片机的 10 倍以上。因为其 CIP-51 中采用了流水线处理结构，已经没有了机器周期时序，指令执行的最小时序单位为系统时钟，大部分指令只要12 个系统周期即可完成。又由于其时钟系统比80C51的更加完善，有多个时钟源，且时钟源可编程，时钟频率范围为025 MHz，

31、当 CIP-5l 工作在最大系统时钟频率25 MHz时，它的峰值速度可以达到25 MIs，C8051F020已进入了 8 位高速单片机行列。(2)IO 端口的配置方式C8051F020拥有 8 个 8 位的 IO 端口，大量减少了外部连线和器件扩展， 有利于提高可靠性和抗干扰能力。其中低4 个 IO 端口除可作为一般的通用 I O 端口外，还可作为其他功能模块的输入或输出引脚，它是通过交叉开关配置寄存器 XBR0、 XBR1、 XBR2(各位名称及格式如表1 所示 ) 选择并控制的，它们控制优先权译码选择开关电路如图1 所示，可将片内的计数器定时器、 串行 总线、硬件中断、比较器输出及其它的数

32、字信号配置为在端口IO 引脚出现，这样用户可以根据自己的特定需要选择所需的数字资源和通用IO 口。数字交叉开关是一个比较大的数字开关网路，这在所有 80C51系列单片机上是一个空白。另外P1MDIN用于选择 P1 的输入方式是模拟输入还是数字输入，复位值为即占用引脚多， 配置又不够灵活。(3) 内部功能C8051F020内部带有数据采集所需的 ADC和 DAC，其中 ADC有两个，一个是 8 路 12 位逐次逼近型 ADC，可编程转换速率，最大为 100 kSs 可通过多通道选择器配置为单端输入或差分输入。内有可编程增益放大器PGA用于将输入的信号放大， 提高 AD的转换精度。可编程增益为：

33、0.5 、1、2、 4、 8 或 16，复位时默认值为1。另一个是 8 路 8 位 ADC，可编程转换速率最大为 500 kSs ，其可编程放大增益为0.5 、1、2、4，复位时默认值为 0.5 。有 2 个 12 位的 DAC，用于将 12 位的数字量转换为电压量，可产生连续变化的波形，两路信号可同步输出。(4) 外部接口C8051F020 外设还增添了三个串行口。可同时与外界进行串行数据通信，SMBus兼容于 I2C 串行扩展总线； SPI 串行扩展接口； 两个增强型 UART 串口。C8051F020具有基于 JTAG接口的在系统调试功能， 片内的调试电路通过 JTAG接口可提供高速、方

34、便的在系统调试。3.4 8051F020 单片机介绍3.4.1 系统概述C8051F020123 器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有 64个数字 IO 引脚（ C8051F0202）或 32 个数字 IO 引脚（ C8051F0213）。下面列出了一些主要特性；（ 1）高速、流水线结构的 8051 兼容的 CIP-51 内核（可达 25MIPS）（ 2）全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）（ 3）真正 12 位（ C8051F0201）或 10 位（ C8051F0223）、 100 ksps的 8 通道 ADC，带 PGA和模拟多路开关（ 4）真正 8 位 500 ksps 的

35、 ADC，带 PGA 和 8 通道模拟多路开关（5）两个 12 位 DAC，具有可编程数据更新方式（6）64K 字节可在系统编程的FLASH 存储器（7）4352（4096+256）字节的片内RAM（8）可寻址 64K 字节地址空间的外部数据存储器接口（9）硬件实现的 SPI、SMBus I2C 和两个 UART串行接口（10）5 个通用的 16 位定时器（11）具有 5 个捕捉比较模块的可编程计数器定时器阵列（12）片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器具有片内VDD 监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F020123是真正能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件使

36、能禁止和配置。 FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051 固件。片内 JTAG 调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU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。在使用 JTAG 调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。3.4.2 片内存储器CIP-51 有标准的8051 程序和数据地址配置。它包括256 字节的数据 RAM，其中高 128 字节为双映射。 用间接寻址访问通用 RAM的高 128 字节，用直接寻址访问 128 字节的 SFR地址空间

37、。数据 RAM的低 128 字节可用直接或间接寻址方式访问。前 32 个字节为 4 个通用寄存器区，接下来的 16 字节既可以按字节寻址也可以按位寻址。C8051F020123 中的 CIP-51 还另有位于外部数据存储器地址空间的4K 字节的RAM块和一个可用于访问外部数据存储器的外部存储器接口（ EMIF）。这个片内的 4K 字节 RAM块可以在整个64K 外部数据存储器地址空间中被寻址（以4K 为边界重叠）。外部数据存储器地址空间可以只映射到片内存储器、只映射到片外存储器、或两者的组合（4K 以下的地址指向片内， 4K 以上的地址指向EMIF）。EMIF 可以被配置为地址数据线复用方式或

38、非复用方式。MCU的程序存储器包含64K 字节的 FLASH。该存储器以 512 字节为一个扇区， 可以在系统编程， 且不需特别的外部编程电压。从 0xFE00 到 0xFFFF 的 512 字节被保留，由工厂使用。还有一个位于地址 0x10000 - 0x1007F 的 128 字节的扇区，该扇区可作为一个小的软件常数表使用。3.4.3 可编程数字 IO 和交叉开关该系列 MCU具有标准 8051 的端口（ 0、 1、 2 和 3）。在 F0202 中有 4 个附加的端口（ 4、5、 6 和 7），因此共有 64 个通用端口 IO。这些端口 IO 的工作情况与标准 8051 相似，但有一些改

39、进。每个端口 IO 引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。在标准8051 中固定的“弱上拉”可以被总体禁止，这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。可能最独特的改进是引入了数字交叉开关。这是一个大的数字开关网络，允许将内部数字系统资源映射到 P0、 P1、 P2 和 P3 的端口 IO 引脚。与具有标准复用数字IO的微控制器不同，这种结构可支持所有的功能组合。可通过设置交叉开关控制寄存器将片内的计数器定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数字信号配置为出现在端口IO引脚。这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用端口IO 和所需数字资源的组合。除了 5

40、个 16 位的通用计数器定时器之外，C8051F020MCU系列还有一个片内可编程计数器定时器阵列（PCA）。 PCA包括一个专用的16 位计数器定时器时间基准和 5 个可编程的捕捉比较模块。时间基准的时钟可以是下面的六个时钟源之一：系统时钟 12、系统时钟 4、定时器 0 溢出、外部时钟输入（ ECI）、系统时钟和外部振荡源频率 8。每个捕捉比较模块都有六种工作方式：边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、频率输出、8 位脉冲宽度调制器和16 位脉冲宽度调制器。 PCA捕捉比较模块的IO 和外部时钟输入可以通过数字交叉开关连到MCU的端口 IO 引脚。C8051F020系列 MCU内部有两个增强

41、型全双工 UART、SPI 总线和 SMBusI2C。每种串行总线都完全用硬件实现，都能向 CIP-51 产生中断，因此需要很少的 CPU干预。这些串行总线不“共享”定时器、中断或端口 IO 等资源，所以可以使用任何一个或全部同时使用。3.4.4 12位模数转换器C8051F0201有一个片内 12 位 SAR ADC（ADC0），一个 9 通道输入多路选择开关和可编程增益放大器。该ADC工作在 100ksps 的最大采样速率时可提供真正的 12 位精度， INL 为 1LSB。C8051F0223有一个片内 10 位 SARADC，技术指标和配置选项与 C8051F0201的 ADC类似。

42、DC0的电压基准可以在 DAC0输出和一个外部 VREF引脚之间选择。对于 C8051F0202器件，ADC0有其专用的 VREF0输入引脚；对于 C8051F0213器件， ADC0与 8 位的ADC1共享 VREFA输入引脚。片内 15ppmC 的电压基准可通过 VREF输出引脚为其它系统部件或片内 ADC产生基准电压。ADC完全由 CIP-51 通过特殊功能寄存器控制。 有一个输入通道被连到内部温度传感器，其它 8 个通道接外部输入。 8 个外部输入通道的每一对都可被配置为两个单端输入或一个差分输入。系统控制器可以将ADC置于关断状态以节省功耗。可编程增益放大器接在模拟多路选择器之后， 增益可以用软件设置， 从 0.5 到 16 以 2 的整数次幂递增。当不同 ADC输入通道之间输入的电压信号范围差距较大或需要放大一个具有较大直流偏移的信号时（在差分方式， DAC可