Соколов Ю.П. Микроконтроллеры семейства MCS-51 (2002)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИРЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯЮ. П. СОКОЛОВALERSTP0ADXTAL2XTAL1МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ СЕМЕЙСТВА MCS-51АРХИТЕКТУРА, ПРОГРАММИРОВАНИЕ, ОТЛАДКАПЗУОЗУ4 Kбайт128 байтP1P3AFПАРАЛЛЕЛЬНЫЙВВОД/ВЫВОДША16P2AЦП8ШД8ШАФEAPSENRD WRP3.7 P3.6ТАЙМЕРЫЛОГИКАПРЕРЫВАНИЙT1T0P3.5 P3.4INT1 INT0P3.3 P3.2АЛЬТЕРНАТ ИВНЫЕФУНКЦИИРязань 2002ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙВВОД/ВЫВОДTxDP3.1ПОРТАRxDP3.0P32УДК 681.58:681.32Микроконтроллеры семейства MCS-51: Архитектура, программирование, отладка: Учеб. пособие / Ю. П.

Соколов, Рязан. гос. радиотехн. акад. Рязань, 2002. 72 с. ISBN-5-7722-0200-6.Рассматриваются архитектура микропроцессоров семействаMCS-51, работа типовых периферийных устройств, вопросы проектирования, программирования и отладки микропроцессорных систем.Предназначено студентам дневного и вечернего факультетов специальностей 2007, 2010, 2012, 2015, 2016.Табл. 23.

Ил. 37. Библиогр. 10 назв.Микроконтроллеры, микропроцессоры, микропроцессорные системы, встроенный микропроцессор, семейство MCS-51, программирование микроконтроллеров, отладка микроконтроллеровПечатается по решению редакционно-издательского совета Рязанской государственной радиотехнической академии.Рецензент: кафедра радиотехнических систем Рязанскойгосударственной радиотехнической академии (зав. кафедройВ. И. Кошелев)С о к о л о в Юрий ПавловичМикроконтроллеры семейства MCS-51:Архитектура, программирование, отладкаРедактор И.

П. ПерехрестКорректор Н. А. ОрловаЛицензия № 020446 от 04.03.97.Подписано в печать. Формат бумаги 60×841/16.Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 4,5.Уч.-изд. л. 4,5. Тираж 75 экз. Заказ.Рязанская государственная радиотехническая академия.390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.Редакционно-издательский центр РГРТА.ISBN-5-7722-0200-6.©Рязанская государственнаярадиотехническая академия,2002.3ВведениеМикроконтроллеры (или однокристальные микроЭВМ) представляют отдельный класс микропроцессорных систем (МПС), составныечасти которых (центральный процессор, память, подсистемы вводавывода, средства поддержки режима реального времени) размещенына одном кристалле. Они ориентированы на применение в качествевстраиваемых в изделие недорогих управляющих МПС реального времени, рабочая программа которых расположена во внутреннем ПЗУ.Современные микроконтроллеры обладают такими вычислительными ресурсами и возможностями управления в режиме реальноговремени, для получения которых раньше необходимы были более дорогие многокристальные компоновки.Периодом становления архитектуры 8-разрядных микроконтроллеров считают 1977-1979 гг., когда появились первые приборы этогокласса: 8048 фирмы Intel, 3870 фирмы Mostek и 9940 фирмы TexasInstrument Inc и микроконтроллеры семейства HC05 фирмы Motorola.В течение четырех лет, начиная с 1976 г., фирмой Intel было разработано семейство однокристальных 8-разрядных микроконтроллеровMCS-48, получивших широкое распространение.

В состав семействавошли 12 микроконтроллеров с единой базовой архитектурой, но функционально различными возможностями, реализованными непосредственно на кристалле.В 1980 г. фирмой Intel было разработано новое семейство однокристальных 8-разрядных микроконтроллеров MCS-51, базовым представителем которого является прибор 8051. Новое семейство обеспечивает совместимость с архитектурой MCS-48, но обладает более обширным адресным пространством памяти программ и данных, усовершенствованными средствами ввода-вывода и поддержкой режима реального времени.

Дальнейшее развитие получили система команд испособы доступа к отдельным элементам данных. В состав системывведены команды умножения и деления, реализован однобитовый (булев) процессор. В настоящее время семейство развивается и содержитболее 50 микроконтроллеров с различными физическими возможностями. Архитектура семейства MCS-51 была определена столь удачно,что она и в настоящее время является стандартом на мировом рынке 8разрядных микроконтроллеров.Ряд известных фирм производят микроконтроллеры, совместимые по архитектуре и системе команд с MCS-51. Процессорное ядроMCS-51 послужило основой для создания многочисленных специализированных микроконтроллеров, в том числе и предназначенных дляуправления бытовой РЭА.Появление 16- и 32-разрядных микроконтроллеров и цифровыхсигнальных процессоров, значительно превосходящих 8-разрядные попроизводительности, не вытеснило их.

Более того, по количеству модификаций 8-разрядные микроконтроллеры значительно превосходят4все остальные группы. Главная причина кроется в том, что основнаяобласть применения 8-разрядных микроконтроллеров – устройства интеллектуального управления промышленной автоматики и бытовой аппаратуры. Специфика алгоритмов управления этих устройств не требует выполнения расчетов высокой точности в жестких условиях реального времени. Основная доля операций управления состоит в преобразовании логической информации, и 8-разрядные микроконтроллеры с успехом реализуют эти задачи.Другой причиной являются процессы глобальной информатизации.

Объединение в информационные сети простых устройств управления на микроконтроллерах (уличное освещение, кассовые аппараты,сигнализация и т. п.) приводит к существенному расширению областиприменения 8-разрядных микроконтроллеров. Еще одна причина состоит в том, что низкая цена 8-разрядных микроконтроллеров способствует их применению в цифровых устройствах вместо ИС средней интеграции, придавая им новые качества.Микроконтроллеры семейств MCS-51 фирмы Intel и HC05 фирмыMotorola рекомендованы типовой программой для изучения студентамирадиотехнических специальностей.Цель данного пособия – дать студентам радиотехнических специальностей основные сведения по архитектуре, функционированию иприменению микроконтроллеров семейства MCS-51.Учебное пособие включает в себя три главы и приложения.

В первой главе даны архитектура и структура семейства MCS-51, состав иназначение встраиваемых периферийных устройств. Во второй главерассматривается архитектура базового микроконтроллера, содержащего общие для всего семейства MCS-51 встраиваемые периферийныеустройства.

Рассмотрены работа периферийных устройств и особенности системы команд. Система команд и основные электрические характеристики двух подсемейств, аналоги которых выпускаются в странахСНГ, приведены в приложении. В третьей главе рассмотрены этапыпроектирования МПС и средства для разработки программного обеспечения и отладки микропроцессорной системы. В приложении приведеноописание эмулятора EMU-51, разработанного для учебных целей накафедре радиотехнических систем РГРТА.51. Архитектура и состав микроконтроллеровсемейства MCS-51В настоящее время семейство микроконтроллеров MCS-51 состоит из десяти подсемейств, имеющих одинаковую базовую структуру,приведенную на рис.

1, и общую систему команд.В состав микроконтроллера входят процессор (CPU), внутреннеепостоянное запоминающее устройство (IROM), внутреннее оперативноезапоминающее устройство (IRAM), набор периферийных устройств. Кмикроконтроллеру можно подключить внешMKнюю постоянную память (EROM), внешнююоперативную память (ERAM) и внешние периCPUферийные устройства.Периферийные устройства предназначеIROMIRAMны для приема и выдачи данных в параллельном и последовательном коде, приема и выдачи событий, ввода и вывода аналоговых сигнаПЕРИФЕРИЙНЫЕлов, контроля правильности работы микроконУСТРОЙСТВАтроллера и обслуживания запросов прерывания.

Подсемейства различаются емкостьювнутренних запоминающих устройств, наборомEROMERAMрасположенных на кристалле периферийныхустройств, быстродействием и другими характеристиками. Это открывает большие возможРис. 1ности при разработке систем, содержащихвстроенные микроконтроллеры. В таблице 1 перечислены подсемейства и приведены обозначения типов микроконтроллеров семействаMCS-51 фирмы Intel. Микроконтроллеры одного типа выпускаются втрех исполнениях: без внутреннего ПЗУ (ROM less), с внутренним ПЗУмасочного типа (maskROM) и с внутренним программируемым ПЗУ сультрафиолетовым стиранием (EPROM).