美國Cygnal公司專門從事混合信號系統芯片(SoC)單片機的設計與制造。公司更新了原51單片機結構，設計了具有自主產權的CIP-51內核，運行速度高達每秒25MIPS。現已設計并為市場提供了29個品種的C8051F系列SoC單片機，預計今年年內還將完成20多個新的SoC單片機的設計。
C8051F系列是集成的混合信號系統芯片SoC單片機，具有與MCS-51內核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標準8051的數字外設部件之外，片內還集成了數據采集和控制系統中常用的模擬部件和其它數字外設及功能部件(參見圖1)。
C8051F系列是真正能獨立工作的SoC。CPU有效地管理模擬和數字外設，可以關閉單個或全部外設以節省功耗。FLASH存儲器還具有在線重新編程的能力，即可用作程序存儲器又可用于非易失性數據存儲。應用程序可以使用MOVC和MOVX指令對FLASH進行讀或改寫。
C8051F系統工作電壓為2.7V~3.6V，典型值為3V。I/O、RST、JTAG引腳均允許5V電壓輸入。


CPU的獨特之處
與標準8051完全兼容
C8051F系列單片機采用CIP－51內核，與MCS－51指令系統全兼容，可用標準的ASM－51、Keil　C高級語言開發編譯C8051F系列單片機的程序。
高速指令處理能力
標準的8051一個機器周期要占用12個系統時鐘周期，執行一條指令最少要一個機器周期。C8051F系列單片機指令處理采用流水線結構，機器周期由標準的12個系統時鐘周期降為1個系統時鐘周期，指令處理能力比MCS－51大大提高。
CIP-51內核70% 的指令執行是在一個或兩個系統時鐘周期內完成的，只有四條指令的執行需4個以上時鐘周期。CIP-51指令與MCS－51指令系統全兼容，共有111條指令。
增加了中斷源
標準的8051只有7個中斷源。C8051F系列單片機擴展了中斷處理，這對于實時多任務系統的處理是很重要的。擴展的中斷處理向CIP-51提供22個中斷源，允許大量的模擬和數字外設中斷。一個中斷處理需要較少的CPU干預，卻有更高的執行效率。
增加了復位源
標準的8051只有外部引腳復位。C8051F系列單片機增加了7種復位源，使系統的可靠性大大提高。每個復位源都可以由用戶用軟件禁止。復位源包括：片內電源監視、WDT(看門狗定時器)、時鐘丟失檢測器、比較器0輸出電平檢測、軟件強制復位、CNVSTR(AD轉換啟動)、外部引腳RST復位(可雙向復位)。
提供內部時鐘源
標準的8051只有外部時鐘。C8051F系列單片機有內部獨立的時鐘源(C8051F300/F302提供的內部時鐘誤差在2%以內)，在系統復位時默認內部時鐘。如果需要可接外部時鐘，并可在程序運行時實現內、外部時鐘的切換，外部時鐘可以是晶體、RC、C或外部時鐘。以上的功能在低功耗應用系統中非常有用。

存儲器
數據存儲器
CIP-51具有標準8051的程序和數據地址配置。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個通用工作寄存器區，接下來的16B既可以按B尋址也可以按位尋址。
程序存儲器
C8051F系列單片機程序存儲器為8K~64KB的Flash存儲器，該存儲器可按512B為一扇區編程，可以在線編程，且不需片外提供編程電壓。

可編程數字I/O和交叉開關
C8051F 系列單片機具有標準的8051 I/O口，除P0、P1、P2、P3之外還有更多的擴展的8位I/O口。每個端口I/O引腳都可以設置為推挽或漏極開路輸出。
最為獨特的是增加了(C8051F2XX除外)數字交叉開關。它可將內部數字系統資源定向到P0、P1和P2端口I/O引腳。定時器，串行總線，外部中斷源，AD輸入轉換，比較器輸出，都可通過設置開關控制寄存器定向到P0、P1、P2的I/O口。

可編程計數器陣列
除了通用計數器/定時器之外，C8051F00x/01x/02x還有一個片內可編程計數器/定時器陣列(PCA)。PCA包括一個專用的16位計數器/定時器，5個可編程的捕捉/比較模塊。時間基準可以是下面的六個時鐘源之一：系統時鐘/12、系統時鐘/4、定時器0溢出、外部時鐘輸入(ECI)、系統時鐘和外部振蕩源頻率/8。

模數/數模轉換器
ADC
C8051F系列內部都有一個ADC子系統(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的最大采樣速率時可提供真正的8位、10位或12位精度。
除了12位的ADC子系統ADC0之外，C8051F02x還有一個8位ADC子系統，即ADC1，它有一個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置為0.5、1、2或4。ADC1也有靈活的轉換控制機制，允許用軟件命令、定時器溢出或外部信號輸入啟動ADC1轉換；用軟件可以使ADC1與ADC0同步轉換。
DAC
C8051F系列內有兩路12位DAC，2個電壓比較器。CPU通過SFRS控制數模轉換和比較器。CPU可以將任何一個DAC置于低功耗關斷方式。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器2、定時器3及定時器4的溢出信號更新DAC輸出。

全速的在線調試
C8051F系列單片機設計有片內調試電路與JTAG口，可以實現非插入式片上全速調試。Cygnal提供基于Windows集成的在線開發調試環境，包括IDE軟件與串口適配器EC2、調試目標板，可實現存貯器和寄存器校驗和修改；設置斷點、觀察點、堆棧；程序可單步運行、全速運行、停止等。在調試時所有的數字和模擬外設都能正常工作，實時反映真實情況。IDE調試環境可做Keil　C源程序級別的調試。