Соколов Ю.П. Микроконтроллеры семейства MCS-51 (2002), страница 3

Для этого выходы всех источниковдолжны иметь третье состояние. Число подключаемых приемников ограничено нагрузочной способностью шины.Для сокращения ширины физического интерфейса (числа контак-ПЗУОЗУ4 Kбайт128 байт16P1P2AP3AFПАРАЛЛЕЛЬНЫЙВВОД/ВЫВОДШАЦП8ШД8 ШАФEAPSENТАЙМЕРЫT1RD WRT0P3.7 P3.6 P3.5 P3.4ЛОГИКАПРЕРЫВАНИЙINT1 INT0P3.3 P3.2АЛЬТЕРНАТИВНЫЕФУНКЦИИРис. 2ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙВВОД/ВЫВОДTxDP3.1ПО РТАRxDP3.0P310тов ИС) линии параллельного порта выполняют альтернативные функции. При обращении к внешней памяти порт P0 выполняет функции совмещенной шины адреса/данных (AD), а P2 – шины старшего байта адреса (A). Все линии порта P3 выполняют альтернативные функцииуправления и специального ввода/вывода (AF).2.1.

Центральный процессорРЕГИСТРКОМАНДУСТРОЙСТВОУПРАВЛЕНИЯИСИНХРОНИЗАЦИИЯдром микроконтроллера является центральный процессор. Онвыполняет две основные функции: управление процессом преобразования (обработки) данных каждой командой и выполнение этого преобразования (обработки). Первую функцию решает блок управления, всостав которого входят: устройство управления и синхронизации, генератор тактовых импульсов, регистр команд и устройство формированияадреса; вторую - операционное устройство (рис.

3).Центральный процессор соединен встроенной системной магистралью (16-разрядная шина адреса ША, 8-разрядная шина данных ШД ишина управления ШУ), физически совмещенной с портами Р0, Р2 и Р3 спамятью и всеми периферийными устройствами (рис. 2).Устройство формирования адреса выдает по шине адреса ША впамять программ (CSEG) адрес очередной команды. Считанный из памяти программ код команды по шине данных ШД записывается в регистр команд. Устройство управления и синхронизации дешифрируеткоманду и выдает по шине управления ШУ сигналы управления всемивнутренними устройствами микроконтроллера, а также управлениевнешними устройствами: сигналы разрешения фиксации младшегобайта адреса_____ ALE (Address Lath Enable), чтения внешней памяти программ PSEN (Programm Store Enable).

При использовании внешней ___памяти данных (XSEG) по___линиям порта Р3 выдаются сигналы записи WR(линия Р3.6) и чтения RD (линия Р3.7).По выделенным линиям ШУ устройство управления получаетоповещающие сигналы о ходе выполнения команды, что позволяетосуществлять ветвление в программе.Под действием внутренних управляющих сигналов устройствоформирования адреXTAL1XTAL2УСТРОЙСТВОса выдает на шину16 ШАФОРМИРОВАНИЯадреса ША адресГЕНЕРАТОРАДРЕСАследующегобайта(команды или дан8 ШДных). ОперационноеALEустройство выбираетRSTОПЕРАЦИОННОЕоперанды, выполняУСТРОЙСТВОет заданную команEAдой операцию надШУPSENоперандами и выдает результат операции на шину данРис.

311ных ШД и признаки (флаги) результата на выделенные линии ШУ.Внешний сигнал рестарта RST (Restart) производитсброс микро__контроллера в исходное состояние, а сигнал EA (External Access)управляет конфигурацией внутренней и внешней памяти программ.2.1.1. Операционное устройствоОперационное устройство выполнено по классической схеме ислужит для обработки 8-разрядных данных (рис. 4).

Оно содержитарифметико-логическое устройство ALU, аккумулятор A, два программно-недоступных регистра временного хранения TMP1 и TMP2, регистрслова состояния программы PSW (Program Status Word) и регистр B.В ALU выполняется операция над двумя операндами, находящимися в регистрах временного хранения TMP1 и TMP2. При выполненииопераций данные интерпретируются как целые числа без знака.8 ШДРезультат операции выдается навнутреннюю шину данных ШД, аABво многих командах он также записывается в аккумулятор A. ВTMP1TMP2командах умножения и деленияроль источника и приемника информации выполняют регистры APSWи B.ALUПри выполнении арифмети8ческих и логических операций вALU вырабатываются признакиРис.

4результата, которые записываются в регистр PSW. Все биты регистра PSW, расположенного в области BSEG регистров специальных функций SFR, программно-доступны.Их можно устанавливать и сбрасывать командами программы.Назначение разрядов регистра PSW дано в таблице 4.Флаг паритета P устанавливается любыми командами, в том числе и командами передачи данных, регистром-приемником которых явТаблица 4.

Регистр PSW (D0H)7654CACF0RS13RS02OV1P0-Назначение разрядов регистра:PSW.0Зарезервирован.PSW.1PФлаг паритета.PSW.2OVФлаг арифметического переполнения ALU.PSW.3RS0 Младший бит номера банка регистров.PSW.4RS1 Старший бит номера банка регистров.PSW.5F0Флаг пользователя общего назначения.PSW.6ACФлаг переноса из младшей тетрады ALU в старшую.PSW.7CФлаг переноса из старшего разряда ALU.12ляется аккумулятор.

Если в разрядах Таблица 5аккумулятора содержится нечетноеRS1 RS0 Адресуемый банкчисло единиц, то P=1. Девятиразрядное слово, составленное из содержи00 RB0 - банк 0мого аккумулятора и бита P, всегда со01 RB1 - банк 1держит четное число единиц (четный10 RB2 - банк 2паритет).11 RB3 - банк 3Битами RS1 и RS0 выбирается вкачестве рабочего один из четырех регистровых банков RBx (x=0...3) (таблица 5).Флаг арифметического переполнения OV=1 устанавливается, если при сложении двух чисел с одинаковыми знаками результат имеетпротивоположный знак.В командах битовой адресации аккумулятором является бит C.2.1.2.

ГенераторСинхронизация работы микроконтроллеров семейства MCS-51может осуществляться как от внутреннего, так и от внешнего тактовогогенератора. На рис. 5 приведена схема внутреннего тактового генератора для подсемейств МК, выполненных по КМОП технологии. В подсемействах МК, выполненных по n-МОП технологии, отсутствует управление режимами пониженного энергопотребления. Внутренний генератор тактовых сигналов построен по классической схеме кварцевого генератора на ЛЭ DD1. Для работы генератора необходимо подключить квыводам XTAL1 и XTAL2 внешние элементы: кварцевый резонатор ZQ1и конденсаторы C1=C2=30 пФ.

При использовании внешней синхронизации выход внешнего генератора подключается к выводу XTAL1, а вывод XTAL2 остается свободным.Режимы пониженного энергопотребленияМикроконтроллеры, выполненные по КМОП технологии, могутбыть переведены в энергосберегающие режимы работы – режим холостого хода и режим микропотребления. Переход в энергосберегающиережимы работы осуществляется установкой бит IDL (Idle) или PD(Power Down) регистра PCON,ZQ1расположенного в области регистров специальных функций SFR.C1C2К системеПри установке PD=1 и IDL=1 препрерываний,имущество имеет бит PD. Дейст- XTAL1 R1 XTAL2 таймерамfosc последовательномувие этих бит показано на рис.

5.портуОбозначение разрядов реDD1 DD2гистра PCON для микропроцес- PCON11 fosc К ЦПсоров, выполненных по КМОПPDтехнологии, приведено в таблиIDLце 6. При n-МОП технологии режимы пониженного энергопоРис. 5требления не поддерживаются.13Таблица 6. Регистр PCON (87H)7654SMOD-3GF12GF01PD0IDLНазначение разрядов регистра:PCON.0 IDLБит установки режима холостого хода (IDL=1).PCON.1PDБит установки режима микропотребления (PD=1).PCON.2GF0Флаг общего назначения.PCON.3GF1Флаг общего назначения.PCON.4Зарезервирован.PCON.5Зарезервирован.PCON.6Зарезервирован.PCON.7SMOD Бит удвоения скорости приема/передачи последовательного канала в режимах 1, 2 и 3.Регистр PCON содержит только один бит SMOD.Биты общего назначения GFx (General purpose flag, x=0,1) используются по усмотрению программиста.Режим холостого хода выполняется по команде в программе,устанавливающей бит IDL=1. В этом режиме блокируется центральныйпроцессор, а периферийные устройства продолжают работать (рис.5).Содержимое программного счетчика РС и данных в областях RSEG иDSEG сохраняются.

Ток потребления уменьшается в четыре раза.Выйти из режима холостого хода можно активизацией разрешенного прерывания или аппаратным сбросом по входу RST. После исполнения команды RETI в программе обслуживания прерывания или подачи сигнала RST устанавливается бит IDL=0 и следующей будет выполнена команда, адрес которой сохранен в РС.Режим микропотребления осуществляется программно установкой бита PD=1. Работа внутреннего тактового генератора блокируется,что приводит к прекращению работы всех узлов МК. Содержимое внутреннего ОЗУ данных сохраняется.В этом режиме напряжение питания МК можно снизить до 2 В. Токпотребления падает до 10-15 мкА.

Перед выходом из режима напряжение питания должно быть восстановлено до номинального значения.Единственной возможностью выхода из режима микропотребления является аппаратный сброс по входу RST. В этом случае программный счетчик РС обнуляется и программа выполняться сначала.2.1.3. Устройство управления и синхронизацииУстройство управления и синхронизации представляет собойцифровой автомат, формирующий сигналы для управления всемивнутренними и внешними узлами микроконтроллера. Внешние сигналыуправления имеют следующее назначение:14ALE_____PSEN___RD___WR__EARSTРазрешение фиксации младшего байта адреса во внешнемрегистре (Address Lath Enable).Чтение из внешней памяти программ CSEG (Programm StoreEnable).Чтение из внешней памяти данных XSEG.Запись во внешнюю память данных XSEG.Конфигурирование памяти программ (External Access).Внешний сигнал сброса (RST=1) микроконтроллера в исходное состояние (Restart).Управляющий автомат синхронизируется тактовыми импульсамигенератора.

Он имеет 6 состояний (S1...S6), образующих машинныйцикл (рис. 6,а). Каждое из состояний автомата содержит две фазы (Р1 иР2). Обычно в фазе Р1 выполняется операция в АЛУ, а в фазе Р2 межрегистровый обмен данными.Машинный цикл имеет фиксированную длительность, равную 12периодам частоты (fOSC ) внутреннего или внешнего генератора и служит, в основном, для целей внутреннего микропрограммного управления.

При описании последовательности сигналов или событий фазам вМАШИННЫЙ ЦИКЛS1S2S3S4МАШИННЫЙ ЦИКЛS5S6S1S2S3S4S5S6P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2XTAL1а) Тактовые импульсы, состояния и машинные циклыALE_____PSENP0P2A7-A0КОМАНДАA7-A0A15-A8КОМАНДАA7-A0A15-A8КОМАНДАA15-A8A7-A0A15-A8б) Чтение из CSEGALE___WRP2A15-A8P0ДАННЫЕ из МКA15-A8A7-A0ДАННЫЕ из МКA15-A8A7-A0в) Запись в XSEG___RDP0ДАННЫЕ в МКA7-A0г) Чтение из XSEGРис.