led电子显示屏的设计.doc

无线LED显示屏的设计 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 号 11316405 学生姓名 陈登彪 指导教师 胡 雄 杰 起讫日期 2015.2.20 2015.5.20 37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 AbstractLEDpanelsystemsgainsrapiddevelopmentinthedesign,machineandapplicationfromnine-ritesages.ItwentthornfromsinglecolorandtwocolorstoimageLEDpanel.Asahightechnologyproduction,LEDpanelcanrealizerealtimeandsequentialdisplayingtextile,graniticandimages.LEDpanelhasmanyspecialfeaturesuchashighreliability、longlife、highperformance、lowcost、andmoreimportanthighacclimatization.Moreover,withthetechniqueofcolorpAnneperfectincreasingly,LEDpaneliswidelyusedinmanyfields.ThecoretechniqueforaLEDpanelismainlycentralizedonitscontrolled.Themajorityofasynchronousdisplaypanelusethe8orthe16micro-controllers,becausetheprocessingspeed,thesystemconstruction,theaddressingscope,theperipheryconnectionresourcesandonsomanylimits,inrequestdemonstrationmanypictureelements,thedemonstrationcontentframefrequencyhasbeenwithdifficulthigh,inthedynamicdemonstrationeffectcomplexsituation,obtainsthegooddynamicvisualeffect.themethodwasfavorableforthestabilityandefficiencyofthewholesystem.Thesystemwaseasyinmaintenanceandupdating,andenjoyshighperformance/priceratio.Keywords：LED;TransfusionSystem;informationreleasingsystem;single chip目 录目 录3第1章绪论51.1LED显示屏的研究背景及意义51.2LED大屏幕的发展状况与趋势61.2.1LED大屏幕的发展状况61.2.2LED大屏幕的发展趋势61.3LED显示屏的信息发布技术7第二章 LED电子显示屏的介绍82.1 LED显示屏简介82.2LED显示屏的特点82.3LED显示屏的分类93.1 稳压电源的设计方法113.1.1 稳压电源原理113.2 单片机系统及外围电路123.2.1单片机最小系统介绍123.3单片机的选择133.3.1C8051F020与80C51之间的异同点133.3.2相同点143.3.3主要硬件不同点143.4 8051F020单片机介绍153.4.1系统概述153.4.2片内存储器163.4.3可编程数字I/O 和交叉开关173.4.4 12 位模/数转换器183.4.5 8位模/数转换器183.4.6比较器和DAC193.4.7 C8051F020引脚的定义203.5列驱动电路213.5.1 74HC595芯片的简介223.6行驱动电路2336.1 74HC154芯片的简介233.7 LED的汉字显示原理243.7.1显示模块与PC机接口的连接254.1系统程序的设计274.1.1 显示驱动程序274.1.2 系统主程序274.2设计部分原理图介绍29第五章 总结32致 谢33参考文献34第1章绪论1.1LED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，灰度等级为单点4级调灰，产品的成本比较高。2.1990-1995年，这一阶段是LED显示屏迅速发展的时期。全球信息产业高速增长，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。1.2.2LED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。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。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。2.2LED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、3.75mm、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，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330uF/25V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=1/16T0溢出率=1/16f/12(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3.3.1C8051F020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，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11111111B，即默认为数字输入方式。而80C51单片机的IO引脚是固定分配的，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：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、方便的在系统调试。3.4 8051F020单片机介绍3.4.1系统概述C8051F020/1/2/3 器件是完全集成的混合信号系统级MCU 芯片，具有64 个数字I/O 引脚（C8051F020/2）或32 个数字I/O 引脚（C8051F021/3）。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（C8051F020/1）或10 位（C8051F022/3）、100 ksps 的8 通道ADC，带PGA和模拟多路开关（4）真正8 位500 ksps 的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C8051F020/1/2/3 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。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。C8051F020/1/2/3 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I/O 和交叉开关该系列MCU具有标准8051的端口（0、1、2和3）。在F020/2中有4个附加的端口（4、5、6和7），因此共有64个通用端口I/O。这些端口I/O的工作情况与标准8051相似，但有一些改进。每个端口I/O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I/O引脚。与具有标准复用数字I/O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I/O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I/O和所需数字资源的组合。除了5个16位的通用计数器定时器之外，C8051F020 MCU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I/O和外部时钟输入可以通过数字交叉开关连到MCU的端口I/O引脚。C8051F020系列MCU内部有两个增强型全双工UART、SPI总线和SMBus/I2C。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I/O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C8051F020/1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。C8051F022/3有一个片内10位SAR ADC，技术指标和配置选项与C8051F020/1的ADC类似。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C8051F020/2器件，ADC0有其专用的VREF0输入引脚；对于C8051F021/3器件，ADC0与8位的ADC1共享VREFA输入引脚。片内15ppm/C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可用于提供直流偏移），这个放大环节是非常有用的。A/D转换有4种启动方式：软件命令、定时器2溢出、定时器3溢出和外部信号输入。这种灵活性允许用软件事件、外部硬件信号或周期性的定时器溢出信号触发转换。转换结束由一个状态位指示，或者产生中断（如果中断被使能）。在转换完成后，10或12位转换结果数据字被锁存到两个特殊功能寄存器中。这些数据字可以用软件控制为左对齐或右对齐。窗口比较寄存器可被配置为当ADC数据位于一个规定的范围之内或之外时向控制器申请中断。ADC可以用后台方式监视一个关键电压，当转换数据位于规定的窗口之内时才向控制器申请中断。3.4.5 8位模/数转换器C8051F020有一个片内8位SAR ADC（ADC1），带有一个8通道输入多路选择器和可编程增益放大器。该ADC工作在500ksps的最大采样速率时可提供真正的8位精度，INL为1LSB。有8个用于测量的输入端。ADC1完全由CIP-51通过特殊功能寄存器控制。ADC0的电压基准可以在模拟电源电压（AV+）和一个外部VREF引脚之间选择。对于C8051F020/2器件，ADC1有其专用的VREF1输入引脚；对于C8051F021/3器件，ADC1与12/10位的ADC0共享VREFA输入引脚。用户软件可以将ADC1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。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局部放大一个具有较大直流偏移的信号时（在差分方式，DAC可用于提供直流偏移），这个放大环节是非常有用的。PGA增益可以用软件设置为0.5、1、2或4。灵活的转换控制系统允许用软件命令、定时器溢出或外部信号启动ADC1转换。用软件命令可以使ADC1与ADC0同步转换。转换结束由一个状态位指示，或者产生中断（如果中断被使能）。在转换完成后，8位数据字被锁存到一个特殊功能寄存器中。3.4.6比较器和DACC8051F020/1/2/3系列MCU内部有两个12位DAC和两个比较器。MCU与每个比较器和DAC之间的数据和控制接口通过特殊功能寄存器实现。MCU可以将任何一个DAC或比较器置于低功耗关断方式。比较器的回差电压可以用软件编程。每个比较器都能在上升沿、下降沿或在两个边沿都产生中断。这些中断能将MCU从休眠方式唤醒。比较器的输出状态可以用软件查询。可通过设置交叉开关将比较器的输出接到端口I/O引脚。DAC为电压输出方式，有灵活的输出更新机制。这一机制允许用软件写和定时器定时器3及定时器4的溢出信号更新DAC输出。C8051F020/2的DAC之电压基准由专用的VREFD输入引脚提供，而C8051F021/3的DAC之电压基准由器件内部的电压基准提供。DAC在作为比较器的参考电压或为ADC差分输入提供偏移电压时非常有用。3.4.7 C8051F020引脚的定义图 2 C8051F020芯片引脚图单片机C8051F020部分引脚的介绍（1）VDD 37,64,90引脚。数字电源。必须接 +2.7V +3.6V。（2）DGND 38,63,89引脚。数字地，必须接地（3）AV+ 11,14引脚。模拟电源。必须接 +2.7V +3.6V。（4）AGND 10,13引脚。模拟地，必须接地。（5）TMS 1引脚。数字输入 JTAG 测试模式选择，带内部上拉。（6）TCK 2引脚。数字输入 JTAG 测试时钟，带内部上拉。（7）TDI 3引脚。数字输入JTAG 测试数据输入，带内部上拉。TDI 在TCK上升沿被锁存。（8）TDO 4引脚。数字输出带JTAG 测试数据输出，带内部上拉。数据在TCK的下降沿从TDO 引脚输出。TDO 输出是一个三态驱动器。(9) /RST 5引脚。数字I/O 器件复位。内部VDD