Контроллеры сімейства МК51

Однокристальные контролери сімейства МК51.

Однокристальные микроконтроллеры — окремий клас микросистем. Повний набір коштів розташований однією кристалі. Сюди крім центрального процесора входять пам’ять, підсистема виводу-введення-висновку, кошти підтримки режиму реального часу (РМ). Інтеграція всіх складових частин микро-ЭВМ однією кристалі внесла обмеження на принципи організації, зажадала нових рішень на розвиток архітектури, не властивих многокристальным компоновкам. У результаті отримано новий колектив микроконтроллеров (МК) з властивими тільки йому принципами побудови архітектури та структурної схемы.

Структурна організація, набір команд і аппаратурно-программные кошти ввода/вывода інформації микроконтроллеров найкраще пристосовані вирішення завдань управління та митного регулювання в приладах, пристроях і системах автоматики, а чи не вирішення завдань обробки даних. Микроконтроллеры є машинами класичного «фон-неймановского «типу, оскільки фізично й логічна роздільність пам’яті програм, тож пам’яті даних виключає можливості модифікації і/або заміни (перевантаження) прикладних програм микроконтроллеров під час роботи, що дуже утрудняє їх використання кронштейна як універсальних коштів обробки данных.

МК51 має у собі: процесор, до складу якої входять 1- байтное АЛУ і схема апаратурною реалізації команд множення і розподілу; стираемое ПЗУ програм ємністю 4 Кбайта, ОЗУ даних ємністю 128 байт; два 16-битных таймера/счетчика; программируемые схеми ввода/вывода (32 лінії); блок дворівневого векторного переривання від п’яти джерел; асинхронний канал дуплексного послідовного ввода/вывода інформації з швидкістю до 375 кбіт/с; генератор, схему синхронізації і управления.

Структурна організація та система команд МК51. Микроконтроллер виконано з урахуванням високого рівня n-МОП технологій і випускається в корпусі БІС, що має 40 зовнішніх висновків. Чотири программируемых порту ввода/вывода МК51 взаємодіє з середовищем в стандарті ТТЛ-схем із трьома станами після виходу. У сучасному виконанні микроконтроллер можуть виконати й у К-МОП виконанні [pic].

Призначення висновків. GND — потенціал землі; EA/VPP — відключення резидентной пам’яті программ/напряжение програмування (21В); VCC — основне напруга харчування +5В; ALE/PROG — строб адреси зовнішньої памяти/для подачі рівня GND при програмуванні; PSEN — дозвіл зовнішньої пам’яті програм; RD — стробирующий сигнал під час читання із зовнішнього пам’яті даних чи устрою ввода/вывода; WR — стробирующий сигнал під час запису на зовнішній пам’ять даних чи устрою ввода/вывода; T0 — вхідний сигнал, опитуваний за командами умовного переходу, як і використовується при програмуванні; Т1 — вхідний сигнал, опитуваний за командами умовного переходу, використовують у ролі входу внутрішнього лічильника зовнішніх подій; INT0, INT1 — сигнал запиту переривання; RST/VPD — сигнал загального сброса/вход харчування при зниженому енергоспоживанні; RXD і TXD — входи послідовного інтерфейсу; XTAL1, XTAL2 — входи підключення кварцевого резонатора; P0, P1, P2, P3 — квазидвунаправленные порти паралельного вводу-виводу (порт P3 несе додаткові функции).

Арифметико-логическое пристрій 8-битное АЛУ може виконувати арифметичні операції складання, вирахування, множення і розподілу; логічні операції, і, чи, який виключає чи, а як і операції зсуву, скидання, инвертирования тощо. У АЛУ є програмно недоступні регістри Т1 і Т2, призначені для тимчасового зберігання операндов, схема десяткової корекції і схема формування ознак. Важливою особливістю АЛУ є його спроможність оперувати як байтами, а й бітами. Окремі програмно доступні біти може бути встановлено, скинули, інвертовані, передані, перевірено й використані логічних операциях.

Резидентная память.

Пам’ять програм, тож пам’ять даних, розміщені на кристалі МК51, фізично і логічно розділені, мають використовувала різні механізми адресації, працюють під керівництвом різних сигналів виконують різні функции.

Пам’ять программ (РПП): має ємність 4 Кбайта і покликана служити для зберігання команд, констант, управляючих слів ініціалізації, таблиць перекодування вхідних і вихідних змінних тощо. РПК має 16-битную шину адреси, якою забезпечується доступ з лічильника команд або з регістру покажчика даних. Останній виконує функції базового регістру при непрямих переходах за програмою чи використовують у командах, оперують з таблицами.

Пам’ять даних (РПД): варта зберігання змінних у процесі виконання прикладної програми, адресується одним байтом і має ємність 128 байт. З іншого боку, до адресне простору РПД прилягають адреси регістрів спеціальних функций.

Пам’ять програм, як і і пам’ять даних, може бути розширена до 64 Кбайт шляхом підключення зовнішніх БИС.

У МК51 передбачені чотири банку з вісім робочих регістрів R0… R7; банк вибирається полем RS в слові стану програми. Вони виконують общецелевые функції проміжного зберігання даних. За аналогією з МК48 R0 і R1 кожного банку реалізують також функцію 8-разрядных покажчиків даних. З допомогою набору робочих регістрів істотно зменшується тривалість перемикання контекстів ЦП, що дуже важливо задля микроконтроллеров реального часу. У МС51 відсутня обмеження, накладываемые на процедури обслуговування переривань, властиві МК48.

Пам’ять програм (64 Кбайт) — однорідна лінійна область, реалізована як внутрішніми, і зовнішніми засобами. Для сумісності з МК48 передбачено ряд команд, що дозволяють розглядати пам’ять як набору 2-Кбайтных банків. Подібно архітектурі МК48 все банки робочих регістрів, і навіть системний стік розміщуються у внутрішньої пам’яті даних. Визначено два способу адресації пам’яті: прямий (direct) і непрямий (@Ri, де i=0…1). З допомогою прямий адресації доступна лише молодша адресного простору внутрішньої пам’яті даних (128 байт), тоді як непряма забезпечує доступом до будь-який її осередки з діапазону 256 байт. Запровадження прямий адресації розширило можливості однокристальных микроконтроллеров по обробки даних. Зокрема, з’явилися кошти доступу до робітників регістрам і системному стеку, интерпретируемым як звичайні осередки памяти.

[pic].

Микроконтроллер МК51 має розвинену підсистему вводу-виводу і кошти управління режимом реального часу. Для їх управління у микроконтроллере передбачено ряд регістрів, розміщених в окремо прямо адресуемом просторі спеціальних регістрів (128 байт). Сюди включені і пояснюються деякі регістри ЦП. Простір спеціальних регістрів разом із молодшою частиною адресного простору внутрішньої пам’яті даних утворюють прямо адресуемую область. У цьому спочатку розміщається молодша половина простору внутрішньої пам’яті даних, та був простір спеціальних регистров.

Блок регістрів спеціальних функцій |Символ |Найменування |Адреса | |ACC |Акумулятор |0E0H | |B |Регистр-расширитель |0F0H | | |акумулятора | |.

|PSW |Слово стану |0D0H | | |програми | | |SP |Регистр-указатель стека|81H | |DPRT |Регистр-указатель |83H | | |даних (DPH) | | | |(DPL) |82H | |P0 |Порт 0 |80H | |P1 |Порт 1 |90H | |P2 |Порт 2 |0A0H | |P3 |Порт 3 |0B0H | |IP |Регістр пріоритетів |0B8H | |IE |Регістр маски |0A8H | | |переривань | | |TMOD |Регістр режиму |89H | | |таймера/счетчика | | |TCON |Регістр |88H | | |управления/статуса | | | |таймера | | |TH0 |Таймер 0 (старший байт)|8CH | |TL0 |Таймер 0 (молодший байт)|8AH | |TH1 |Таймер 1 (старший байт)|8DH | |TL1 |Таймер 1 (молодший байт)|8BH | |SCON |Регістр управління |98H | | |приемопередатчиком | | |SBUF |Буфер приемопередатчика|99H | |PCON |Регістр управління |87H | | |потужністю | |.

Формат слова стану програми (PSW) |Символ |Позиція |Ім'я і значення | |З |PSW.7 |Прапор перенесення. Встановлюється | | | |і аппаратурными засобами чи | | | |програмою і під час | | | |арифметичних і логічних | | | |операцій | |AC |PSW.6 |Прапор допоміжного перенесення.| | | |Встановлюється і | | | |лише аппаратурными засобами| | | |і під час команд складання | | | |і вирахування і сигналізує про | | | |перенесення чи заеме в бите 3 | |F0 |PSW.5 |Прапор 0. Можливо встановлено, | | | |скинуто чи перевірений програмою| | | |як прапор специфицируемый | | | |користувачем | |RS1 |PSW.4 |Вибір банку регістрів. | |RS0 |PSW.3 |Встановлюється і | | | |скидається апаратно при | | | |виконанні арифметичних | | | |операцій | |OV |PSW.2 |Прапор переповнення. | | | |Встановлюється і | | | |апаратно і під час | | | |арифметичних операцій | |- |PSW.1 |Не використовується | |P |PSW.0 |Прапор паритету. Встановлюється | | | |і апаратно в | | | |кожному циклі команди, і | | | |фіксує нечетное/четное число| | | |одиничних біт в акумуляторі, | | | |тобто. виконує контроль по | | | |парності (PSW.0) |.

Центральний процесор МК51 містить спеціальну логіку до виконання низки однобітних операцій, у яких роль акумулятора реалізує прапорець перенесення СУ. Для зберігання булевых даних в архітектурі МК51 передбачено окреме прямо адресуемое простір BSEG (256 біт), яке фізично сполучено з прямо адресуемой частиною внутрішньої пам’яті даних, і областю спеціальних регістрів. Hапример, акумулятор A, доступний елемент реєстрової пам’яті, то, можливо прямо адресовано як і елемент простору спеціальних регістрів (адресу 0E0h), як і область бітов з адресами 0E0h…0E7h. У цьому бітовий адресу 0E0h належить до молодшого розряду аккумулятора.

Размещенные у сфері спеціальних регістрів чотири 8-разрядных псевдодвунаправленных порту виводу-введення-висновку суміщені з бітовим простором, що забезпечує доступом до окремим їх розрядам незалежно друг від друга.

Послідовний интерфейс.

У складі МК1 запроваджено двобічний периферійний зв’язковою адаптер, який то, можливо запрограмований до роботи на одному з чотирьох основних режимов:

0 синхронний послідовний ВР зі швидкістю OSC/12;

1 асинхронний з 10-битовым кадром і перемінної швидкістю передачи;

2 асинхронний з 11-битовым кадром і фіксованою швидкістю передачі OSC/32 чи OSC/64;

3 асинхронний з 11-битовым кадром і перемінної швидкістю передачи.

Через універсальний асинхронний приемопередатчик (УАПП) здійснюється прийом, передача інформації, представленої послідовним кодом, у його дуплексном режимі обміну. До складу УАПП входять приймає і передає сдвигающие регістри, і навіть спеціальний буферний регістр (SBUF) прийомопередавача. Запис байта в буфер призводить до автоматичної перепису байта в сдвигающий регістр і ініціює початок передачі байта. Наявність буферного регістру приймача дозволяє поєднувати операцію читання раніше прийнятого байта з прийомом чергового байта. Якщо на момент закінчення прийому байта попередній байт ні лічений з SBUF, він буде потерян.

Управління режимом роботи УАПП здійснюється через спеціальний регістр із символічним ім'ям SCON. Цей регістр містить як управляючі біти, що визначають режим роботи послідовного порту, а й дев’ятий біт прийнятих чи переданих даних (RB8 і TB8) і біти переривання прийомопередавача (RI і TI).

Таймер/счетчик.

Два программируемых 16-битных таймера/счетчика (Т/С0 і Т/С1) можуть бути використані ролі таймерів чи лічильників зовнішніх подій. При роботі у ролі таймера вміст Т/С инкрементируется у кожному машинному циклі. Працюючи як лічильника вміст Т/С инкрементируется під впливом переходу із 1 в 0 зовнішнього вхідного сигналу, подаваного на відповідний (Т0, Т1) висновок МК51. Оскільки розпізнавання переходу потрібно два машинних циклу, то максимальна частота підрахунку вхідних сигналів дорівнює 1/24 частоти резонатора. На тривалість періоду вхідних сигналів обмежень згори немає. Для гарантованого прочитання вхідного рахованого сигналу він має утримувати значення 1 як мінімум протягом одного машинного цикла.

Регістр режиму роботи таймера/счетчика (TMOD) |Символ |Позиція |Ім'я і значення | |GATE |TMOD.7 |Управління блокуванням. | | |для T/C1 | | | |TMOD.3 | | | |для T/C0 | | |C/T |TMOD.6 |Биток вибору режиму таймера чи | | |для T/C1 |лічильника подій. | | |TMOD.2 | | | |для T/C0 | | |M1 |TMOD.5 |Біти вибору режиму роботи | | |для T/C1 | | | |TMOD.1 | | | |для T/C0 | | |M0 |TMOD.4 | | | |для T/C1 | | | |TMOD.0 | | | |для T/C0 | |.

Структурна схема роботи T/C0 (T/C1).

[pic].

Режими 0 і 1.

(режим 0 для.

совместимости.

з МК48 13-ти.

разрядный).

Режим 2.

Режим 3.

Система прерываний.

Зовнішні переривання INT0 і INT1 виникають або рівнем, або перепадом сигналу з 1 в 0 на входах МК51 залежно від значень управляючих біт IT0 і IT1 в регістрі TCON.

Переривання виникають чи скасовані програмою, бо всі розглянуті вище прапори переривань программно-доступны і може бути установлены/сброшены програмою, з тим самим результатом, коли б вони були установлены/сброшены аппаратурными средствами.

У блоці регістрів спеціальних функцій є дві регістру, виділені на управління режимом переривань і середнім рівнями пріоритету. Їх символічні імена IE і IP соответственно.

1. Проектування цифрових пристроїв на однокристальных микроконтроллерах / В. В. Сташин, А. В. Урусов, О. Х. Мологонцева. — М.:Энергоатомиздат, 1990. — 224 с.

2. Кобылинский А. В., Липовецький Г. П. Однокристальные микроЭВМ серії МК1816 // Мікропроцесорні кошти й системи. 1986. № 1. С. 10.

3. МикроЭВМ: У 8 кн.: посібник / Під. ред. Л. Н. Преснухина. Кн. 7. Навчальні стенди / Ю.І. Волков, В. Л. Горбунов, Д.І. Панфілов, С. Г. Шаронин. — М.: Высш. шк., 1988. — 224 з.: ил.