Таким образом, ALU может оперировать четырьмя типами информационных объектов: булевыми (1 бит), цифровыми (4 бита), байтными (8 бит) и адресными (16 бит). В ALU выполняется 51 различная операция пересылки или преобразования этих данных. Так как используется 11 режимов адресации (7 для данных и 4 для адресов), то путем комбинирования операции и режима адресации базовое число команд 111 расширяется до 255 из 256 возможных при однобайтном коде операции.

Назначение выводов микроконтроллера 8051.

Обозначения на этом рисунке:

• Uss — потенциал общего провода ("земли");

• Ucc — основное напряжение питания +5 В;

• X1,X2 — выводы для подключения кварцевого резонатора;

• RST — вход общего сброса микроконтроллера;

• PSEN — разрешение внешней памяти программ; выдается только при обращении к внешнему ПЗУ;

• ALE — строб адреса внешней памяти;

• ЕА — отключение внутренней программной память; уровень 0 на этом входе заставляет микроконтроллер выполнять программу только внешнее ПЗУ; игнорируя внутреннее(если последнее имеется);

• P1 — восьми битный квази двунаправленный порт ввода/вывода: каждый разряд порта может быть запрограммирован как на ввод, так и на вывод информации, независимо от состояния других разрядов;

• P2 — восьми битный квази двунаправленный порт, аналогичный Р1; кроме того, выводы этого порта используются для выдачи адресной информации при обращении к внешней памяти программ или данных (если используется 16-битовая адресация последней). Выводы порта используются при программировании 8751 для ввода в микроконтроллер старших разрядов адреса:

• РЗ — восьми битный квази двунаправленный порт, аналогичный. Р1; кроме того, выводы этого порта могут выполнять ряд альтернативных функций, которые используются при работе таймеров, порта последовательного ввода-вывода, контроллера прерываний, и внешней памяти программ и данных;

• P0 — восьми битный двунаправленный порт ввода-вывода информации: при работе с внешними ОЗУ и ПЗУ по линиям порта в режиме временного мультиплексирования выдается адрес внешней памяти, после чего осуществляется передача или прием данных

Организация портов ввода вывода микроконтроллера 8051.

Общие сведения.

Количество портов - 4. Название - P0...P3, они адресуются как регистры специальных функций.

Разрядность - 8 с возможностью побитной адресации разрядов.

Направление обмена информацией через порты - все порты двунаправленные, причем имеется возможность в каждом порту часть разрядов использовать для ввода данных, а часть для вывода.

Альтернативные функции.

Из-за ограниченного количества выводов корпуса ИМС микроконтроллера, большинство выводов используется для выполнения двух функций - в качестве линий портов и для альтернативных функций

Порты P0 и Р2используются при обращении к внешней памяти. При этом на выходах P0 младший байт адреса внешней памяти мультиплексируется с вводимым/выводимым байтом. Выходы Р2 содержат старший байт адреса внешней памяти, если адрес 16-разрядный. При использовании восьмиразрядного адреса портом Р2 можно пользоваться для ввода-выввода информации обычным образом. При обращении к внешней памяти в P0 автоматически заносятся 1 во все биты. Информация в Р2 при этом остается неизменной.

Порт P3 помимо обычного ввода и вывода информации используется для формирования и приема специальных управляющих и информационных сигналов. Разряды порта (все или частично) при этом могут выполнять следующие альтернативные функции:

Альтернативные функции могут быть активированы только в том случае, если в соответствующие биты порта P3 предварительно занесены 1. Неиспользуемые альтернативным образом разряды могут работать как обычно.

1. Особые режимы работы (загрузка, стирание, холостой ход, пониженное энергопотребление). Режим ХХ. Режим ВНП.

Во многих вариантах применения микро-ЭВМ энергопотребление является одним из основных параметров. В этих случаях целесообразно использовать КМОП версии микро-ЭВМ. В них предусмотрены дополнительные возможности снижения энергопотребления, отсутствующие в стандартных n-МОП изделиях. Ранее выпускались и n-МОП версии микро-ЭВМ, имевшие режимы работы с пониженным энергопотреблением. В настоящее время их выпуск почти повсеместно прекращен. Однако время от времени они все же будут попадать в руки радиолюбителей, поэтому трудно гарантировать наличие или отсутствие этих режимов в тех или иных конкретных n-МОП изделиях.

МКОП микро-ЭВМ имеют два режима с пониженным потреблением тока: режим холостого хода (XX) и режим выключенного напряжения питания (ВНП). Последний иногда называют режимом пониженного энергопотребления. По мнению авторов настоящей статьи, это вряд ли корректно, так как режим XX также характеризуется пониженным энергопотреблением в сравнении с обычным режимом работы микро-ЭВМ. дословно второй режим, называемый в англоязычной литературе режимом "Power Down Mode", можно перевести так, как указано выше. Этот перевод корректнее отражает суть режима - в нем допустимо вообще отключить от микро-ЭВМ питающее напряжение, подаваемое на вход Ucc (вывод 40 микро-ЭВМ). для сохранения содержимого внутреннее ОЗУ в этом случае нужно запитать от резервного источника. Резервное питающее напряжение подают через вход RST (вывод 9).

В режиме XX (IDL = 1) генератор микро-ЭВМ работает, тактовые сигналы поступают на систему прерываний, последовательный порт и таймеры/счетчики. Все регистры сохраняют свое содержимое, на выводах всех портов удерживаются логические состояния, которые были на них в момент перехода в режим XX. Однако сигнал генератора синхронизирующий CPU, отключается. В режиме ВНП (PD = 1) генератор останавливается. Прекращается тактирование не только CPU, но и последовательного порта, таймеров/ счетчиков, системы прерываний. Как и в режиме XX, состояние регистров, резидентного ОЗУ и выводов портов остается неизменным.

Режимы XX и ВНП активизируются при установке соответствующих битов в специальном функциональном регистре-регистре управления мощностью PCON. Адрес этого регистра 87Н, его описание приведено в табл.

Отметим следующие особенности этого регистра. Если одновременно установлены в 1 биты IDL и PD, то последний имеет преимущество - микро-ЭВМ переходит в режим ВНП. Содержимое регистра PCON после сброса - 0ХХХ0000.

В n-МОП версиях микроЭВМ регистр PCON содержит, как правило, только SMOD. Остальные четыре бита присутствуют только в КМОП устройствах. Пользовательские программы никогда не должны заносить 1 в незанятые биты (PCON4 - PCON6), так как они могут использоваться в следующих модификациях микроЭВМ. Последнее распространяется на все регистры и на все адреса в области регистров специальных функций, которые не заняты регистрами. Разработчики предполагают использовать их в новых изделиях. Однако для достижения совместимости уже разработанного программного обеспечения с новыми изделиями дополнительные возможности последних будут включаться установкой в 1 битов в соответствующих регистрах. Поэтому пользовательская программа, устанавливающая в 1 неиспользуемые биты, будет нормально работать на микро-ЭВМ, имеющихся в наличии сегодня, но вовсе не обязательно будет работать на новых микро-ЭВМ. несмотря на их полную программную совместимость с семейством 8051.

Режим ХХ.

В этот режим микро-ЭВМ переводится любой командой, устанавливающей в 1 бит PCON.0. Она оказывается последней в цепочке выполняемых команд: в режиме XX выполнение программы приостанавливается ,так как на CPU перестает поступать сигнал тактового генератора. Однако содержимое внутреннего ОЗУ и регистров специальных функций остается неизменным, выводы портов удерживают значения, которые были на них до перехода в режим XX, на таймеры/счетчики, приемопередатчик и на систему прерываний продолжают поступать тактовые сигналы. На выводах ALE и PSEN устанавливаются сигналы единичного уровня.

Состояние выводов портов зависит от типа ОЗУ, с которым микро-ЭВМ обменивалась информацией перед тем как перейти в режим XX. При работе с внутренним ОЗУ на выводах портов присутствуют данные из соответствующих SFR (естественно, если порт в режиме вывода информации). При работе с внешним ОЗУ выводы порта 0 переходят в высокоимпедансное состояние, а на выводах порта 2. сохраняется адресная информация. На выводах портов 1 и 3 присутствуют данные из SFR портов.

Вывести микро-ЭВМ из режима XX можно двумя способами. Так, вызов любого из прерываний приведет к аппаратному стиранию бита PCON.0, прекращающему XX. Прерывание будет обслужено, и очередной после RETI выполняемой командой будет та, которая следует за командой, приведшей к переходу микро-ЭВМ в режим XX. флаги GF0 и GF1 могут использоваться для индикации того, произошло ли прерывание во время нормальной работы или во время XX. Например, команда, запускающая этот режим, может также устанавливать один или оба флага. Когда XX прекращен прерыванием, сервисная программа прерывания может проверять состояние флагов.

Другой способ прекращения XX - с помощью аппаратного сброса. Поскольку синхрогенератор продолжает работать, аппаратный сброс должен поддерживаться в активном состоянии, только в течение двух машинных циклов (24 периодов колебаний).

Сигнал сброса стирает бит PCON.0. В этот момент CPU возобновляет выполнение программы с самого начала. Как показано на рис. 14, перед началом отработки алгоритма внутреннего запуска могут иметь место два или три машинных цикла выполнения программы. Встроенное в микросхему устройство в это время препятствует доступу к внутреннему ОЗУ, но доступ к выводам порта не ограничен. Чтобы исключить возможность появления неопределенных выходных сигналов на выводах порта, команда, следующая за вызывающей XX, не должна быть командой, записывающей информацию в SFR порта или во внешнее ОЗУ данных. Напомним, что после аппаратного сброса содержимое SFR переопределяется.

Режим ВНП.

Команда, устанавливающая в 1 бит PCON.1, переводит микро-ЭВМ в режим ВНП. В нем генератор микро-ЭВМ, как отмечалось, останавливается, прекращает функционирование не только CPU, но и таймеры/счетчики, приемопередатчик, система прерываний. При наличии основного или резервного источника питающего напряжения встроенное ОЗУ и регистры SFR сохраняют свое содержимое. Состояние портов не отличается от состояния при переходе в режим XX (см. выше). Однако в отличие от режима XX на выводах ALE и PSEN устанавливаются сигналы с нулевым уровнем.

Единственный способ выйти из этого режима - аппаратный сброс. Он переопределяет содержимое всех SFR, но не меняет содержимого встроенного ОЗУ.

В рассматриваемом режиме напряжение питания Ucc может снижаться вплоть до 2 В. Следует, однако, позаботиться, чтобы снижалось оно не раньше перехода микроЭВМ в режиме ВНП и восстанавливалось до прежнего значения прежде, чем она выйдет из этого режима. Сигнал сброса, возвращающий микро-ЭВМ в обычный режим, не должен подаваться раньше, чем Ucc достигнет своего рабочего значения, и должен поддерживаться в активном состоянии достаточно долго, чтобы генератор успел запуститься и его колебания стабилизировались (обычно - не менее 10 мс).

Режим загрузки.

Для загрузки прошивки в ПЗУ микроконтроллера необходимы программатор с соответствующим программным обеспечением и файл прошивки в HEX-формате (последовательность двоичных данных, записанная в шестнадцатеричной системе счисления).

Существуют несколько методов загрузки ПЗУ:

• параллельное программирование

• внутрисхемное программирование (в более поздних модификациях, например 8052)

При параллельном программировании используется параллельный программатор, информация загружается в память микроконтроллера через параллельный порт Р0.

Особенность внутрисхемного программирования в том, что его можно осуществлять, не вынимая микроконтроллер из устройства. Программирование осуществляется через последовательный интерфейс SPI. Данные поступают через Р1.5 (MOSI), тактовые сигналы – Р1.7 (SCK), выходные данные (при верификации записанных данных) – P1.6(MISO).

Режим стирания.

Стирание данных, записанных в ПЗУ, может осуществляться несколькими методами:

• при помощи программатора и соответствующий прошивки (со всеми единицами)

• в модификациях микроконтроллера с ультрафиолетовым стиранием – содержимое можно стереть при помощи ультрафиолетового излучения. Для предотвращения стирания данных под действием солнечного света память закрывается экраном, непроницаемым для УФ излучения.

1. Организация памяти. Работа с внешней памятью. Память программ (ПЗУ). Память данных (ОЗУ). Регистры специальных функций. Регистр флагов (PSW).

Память программ (ПЗУ).