Cygnal公司的51系列单片机C8051F040是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机，在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制的智能节点所需要的几乎所有模拟和数字外设以及其他功能部件，代表了目前8位单片机控制系统的发展方向。芯片上有1个12位多通道ADC，2个12位DAC，2个电压比较器，1个电压基准，1个32kB的FLASH存储器，与MCS－51指令集完全兼容的高速CIP－51内核，峰值速度可达25MIPS，并且还有硬件实现的UART串行接口和完全支持CAN2.0A和CAN2.0B的CAN控制器。
C8051F040是高度集成的混合信号SoC级微控制器芯片，具有与8051单片机兼容的高速CIP-51微控制器内核，除了标准8051的数字外设部件外，片内还集成了数据采集与控制系统中常用的模拟部件及其它一些数字外设部件。下面对它的基本功能与特性作一介绍：
（1）增强型8051CPU－CIP-51微控制器
C8051F040单片机系统控制器的内核采用CIP-51微控制器，它与MCS-51指令集完全兼容，可以使用标准803x/805x汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，包括5个16位的计数器/定时器、两个全双工UART串行接口、256字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及8个8位宽的I/O端口。
（2）速度提升
CIP-51采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高。在标准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。而对于CIP-51内核，70%的指令的执行时间为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。CIP-51共有111条指令。CIP-51工作在最大系统时钟频率25MHz时，其峰值性能达到25MIPS。下表列出了指令条数与执行
时所需的系统时钟周期数的关系：
表3-1 CIP-51内核指令条数与系统时钟周期数的关系
指令周期数
1
2
2/3
3
3/4
4
4/5
5
8
指令数
26
50
5
16
7
3
1
2
1
（3）功能改进
C8051F040系列MCU对CIP-51内核和外设有几项关键性的改进，提高了整体性能，更易于最终应用。标准8051只有7个中断源，C8051F04x系列MCU通过对内核中断系统的扩展，可向CIP-51提供20个中断源。允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。
MCU可有多达7个复位源：一个片内VDD监视器、一个看门狗定时器、一个时钟丢失检测器、一个由比较器0提供的电压检测器、一个软件强制复位、CNVSTR0输入引脚及/RST引脚。/RST引脚是双向的，可接受外部复位或将内部产生的上电复位信号输出到/RST引脚。除了VDD监视器和复位输入引脚以外，每个复位源都可以由用户用软件禁止。
（4）其他设备
◆控制器局域网（CAN2.0B）控制器，具有32个消息对象，每个消息对象有其自的标识符；
◆全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）；
◆100 ksps的12位ADC，带PGA和8通道模拟多路开关；
◆允许高电压差分放大器输入到12位ADC（60V峰-峰值），增益可编程；
◆500 ksps的8位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；
◆64KB的可在系统编程的FLASH存储器；
◆4352（4K+256）字节的片内RAM；
◆可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口；
◆硬件实现的SPI、SMBus/I2C总线接口；
◆具有6个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列；
◆片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。
（5）可编程数字I/O端口和交叉开关
C8051F040中除具有4个标准的8051端口P0、P1、P2、P3外，还附加了4个端口P4、P5、P6、P7。这64个多功能的I/O端口每个引脚都可以被配置为漏极开路或推挽输出方式，方便用户使用[6]。
另外，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。
