Соколов Ю.П. Микроконтроллеры семейства MCS-51 (2002), страница 4

6ДАННЫЕ в МКA7-A015машинном цикле присваиваются номера с S1P1 по S6P2 (рис. 6,а).Цикл выполнения каждой команды состоит из одного, двух и четырехмашинных циклов.По срезу ALE передаваемый через порт Р0 младший байт адресафиксируется во внешнем регистре. Старший байт адреса передаетсячерез порт Р2.За один машинный цикл осуществляется два обращения к CSEG.Считываемая из CSEG информация поступает в _____устройство управления.

Чтение производится по фронту импульса PSEN (фаза S1P1 иS4P1) (рис. 6,б). Первый байт команды записывается в регистр команди дешифрируется устройством управления. Устройство управленияформирует на шине управления последовательность управляющихсигналов, необходимую для выполнения команды.Если команда однобайтовая, то второй считанный байт игнорируется. Он будет повторно считан в следующем машинном цикле. Второйбайт двухбайтовых команд, а также второй и последующие байты трехи четырехбайтовых команд записываются либо в устройство формирования адреса, либо в программно-недоступные регистры устройствауправления или операционного устройства.Цикл обращения к внешнему CSEG автоматически инициируетсявсякий раз при выходе адреса за пределы адресного пространства__внутреннего ПЗУ, а также при отключении внутреннего ПЗУ (EA=0).Цикл обращения к внешней памяти данных (XSEG) инициируетсякомандой MOVX.

При записи в XSEG данные___сохраняются истиннымиво время действия низкого уровня сигнала WR (рис. 6,в). Данные изXSEG считываютсяв аккумулятор операционного устройства по фронту___импульса RD (фаза S3P2) (рис. 6,г).2.1.4. Устройство формирования адресаУстройство формирования адреса предназначено для формирования текущего 16-разрядного адреса памяти программ (CSEG) и адреса внешней памяти данных (XSEG). В состав устройства входят16-разрядные буфер BUF, регистр указателя данных DPTR, регистр PC,схема инкремента INC PC, адресный регистр Addr RG и 8-разрядныйуказатель стека SP (рис. 7).Буфер BUF осуществляет связь между 16-разрядной внутреннейшиной ШВ и 8-разрядной шиной данных ШД, обеспечивая запись, хранение и коммутацию данных.Регистр указателя данных16 ШАINC PCPCAddr RGDPTR служит для хранения16-разрядного адреса внешнейШВ16памяти данных.

Он состоит издвух 8-разрядных регистров DPHDPTRBUFSPи DPL, расположенных в области8 ШДрегистров специальных функцийSFR. Регистры DPH и DPL проРис. 7граммно доступны и могут исполь-16зоваться в качестве двух независимых РОН, если нет необходимости вхранении 16-разрядного адреса внешней памяти.Регистр PC адресует память программ и содержит текущий16-разрядный адрес байта команды.Схема инкремента INC PC увеличивает текущее значение16-разрядного адреса памяти программ на единицу.Регистр адреса памяти Addr RG предназначен для хранения ивыдачи на внутреннюю шину адреса ША прямого 16-разрядного адресапамяти программ или 8/16-разрядного адреса внешней памяти данныхУказатель стека SP хранит текущий 8-разрядный адрес вершиныстека, расположенного во внутреннем ОЗУ (DSEG). Перед записьюбайта информации в стек содержимое SP увеличивается на единицу ипо этому адресу производится запись.

При чтении из стека информациячитается по адресу, хранимому в SP, и после чтения содержимое SPуменьшается на единицу.2.2. Организация памятиМикроконтроллеры семейства MCS-51 выполнены по Гарвардскойархитектуре, в которой, в отличие Принстонской архитектуры фон Неймана, используется принцип независимости сред для хранения программ и данных. Всего имеются 5 типов пространств памяти, из которых4 являются областями памяти данных [3]:DSEG (Data Segment) – пространство внутренней памяти данных,RSEG (Register Segment)– пространство регистров,BSEG (Bite Segment) – пространство битовой памяти данных,XSEG (eXternal Segment) – пространство внешней памяти данных,CSEG (Code Segment) – пространство программного кода.2.2.1. Память данныхFF807FВЕРХНЯЯОБЛАСТЬDSEGРЕГИСТРЫСПЕЦИАЛЬНЫХФУНКЦИЙ128 байт128 байтТОЛЬКОКОСВЕННАЯАДРЕСАЦИЯТОЛЬКОПРЯМАЯАДРЕСАЦИЯНИЖНЯЯОБЛАСТЬDSEG128 байт00ПРЯМАЯИ КОСВЕННАЯАДРЕСАЦИЯРис.

8Внутренняя память данных DSEG располагается вовнутреннем ОЗУ и может иметьобъем 128 или 256 байт. В типовой конфигурации DSEG имеетобъем 128 байт и располагаетсяв нижней области данных, занимающей адресное пространство00h…7Fh. В этой области DSEGможно использовать прямую икосвенную адресацию операндов. Область памяти с адресами80h…FFh занимают регистрыспециальных функций SFR (Special Function Registers).

В нейразрешенатолькопрямаяадресация (рис. 8).17При объеме в 256 байт имеется как нижняя, так и верхняя области данных. Адресные пространства верхнего DSEG и регистров специальных функций SFR совпадают и для их различия использованы разные способы адресации. Обращение к верхней области DSEG осуществляется только командами косвенной адресации, а к регистрам специальных функций – прямой. Карта памяти нижней области DSEG приведена на рис. 10,а.Пространство регистров RSEG содержит 32 регистра, сгруппированных в 4 регистровых банка (Register Banks) RB0...RB3 по 8 регистров (R0...R7) в каждом (рис.

9,б). Все регистры выполняют общецелевые функции промежуточного хранения данных, а два регистра R0 и R1каждого банка еще и функцию 8-разрядного указателя данных в командах косвенной адресации.70 RB015870РегистровыеRB1R0PCRB2R0R1банки переключаютсяDPHDPLDPTRRB3R0R2R1полем RS слова соBAR0R1R3R2стоянияпрограммыR1PSWR4R3R2R2PSW.ФизическиR3SPR5R4R3R4RSEG расположен вR6R5R7R6R5R4области DSEG с адаR7R6R5ресами00h...1FhR7R6б(рис. 10,а).

Такое соR7Рис.9вмещение позволяетдвояко интерпретировать содержимое ячейки, что дает возможность программисту выбратьнаиболее подходящий вариант для уменьшения объема и повышенияскорости исполнения программы.В состав регистровой памяти входят также следующие программно-доступные регистры (рис. 9,а):16-разрядный счетчик команд (Program Counter). Содержит адрес ячейки CSEG, подлежащей чтению.DPTR 16-разрядный указатель данных (Data Pointer). Состоит из двух8-разрядных регистров, содержащих старший (High) DPH имладший (Low) DPL байты.A Аккумулятор.B Регистр общего назначения.

Используется также в командахумножения и деления.PSW Регистр состояния программы (Program Status Word). Содержитпризнаки, формируемые аккумулятором.SP Указатель стека (Stack Pointer). Содержит адрес вершины стека.Все эти регистры, кроме PC, расположены в области регистровспециальных функций SFR (рис. 10,б, таблица 7). Регистр PC находитсяв центральном процессоре.Пространство битов BSEG предназначено для хранения булевых данных.

Оно имеет объем в 256 бит и разделено на две области поPC180123456789ABCDEF0R00 R10 R20 R30 R40 R50 R60 R70 R01 R11 R21 R31 R41 R51 R61 R711R02 R12 R22 R32 R42 R52 R62 R72 R03 R13 R23 R33 R43 R53 R63 R73200-07 08-0F 10-17 18-1F 20-27 28-2F 30-37 38-3F 40-47 48-4F 50-57 58-5F 60-67 68-6F 70-77 78-7F34567а01P0SP23DPL DPH4567880-87990-97AP2IEA0-A7A8-AFBP3IPB0-B7B8-BFC0-C7C8-CFCDAPCON TCON TMOD TL08P1988-8FBTL1CDEFTH0 TH1SCON SBUF98-9FPSWD0-D7D8-DFACCEE0-E7FF0-F7E8-EFBF8-FFбРис.

10128 бит каждая. Одна область BSEG с адресами 00h...7Fh физическисовмещена с шестнадцатью ячейками памяти DSEG, имеющими адреса20h...2Fh, и является областью общего назначения (рис. 10,а). Другаяобласть с адресами 80h..FFh физически совмещена с областью регистров специальных функций SFR, что обеспечивает доступ к отдельнымразрядам регистров (рис. 10,б). В битовом пространстве определенатолько прямая адресация bit и действует свой набор команд, опреде-19ляемых битовым процессором.

Роль аккумулятора битового процессора выполняет бит C регистра PSW.Пространство внешней памяти данных XSEG может иметь объем 64 Кбайт и реализуется внешними средствами (рис. 12). Связь сXSEG поддерживается единственной командой MOVX, имеющей дватипа адресации: косвенную регистровую по DPTR и страничную с номерами страниц в порту P2 и смещением в R0, R1. Это позволяет рассматривать организацию внешней памяти как область с линейной илисо страничной структурой адресации. Адресное пространство памятиданных внешнего XSEG и внутреннего DSEG не связаны между собой.2.2.2.

Регистры специальных функцийОбласть регистров специальных функций SFR содержит регистры, обслуживающие порты, таймеры/счетчики, систему прерываний иэнергосбережения. Здесь также находится аккумулятор A и регистр B,служащий расширением аккумулятора в командах умножения и деления. В других командах регистр В выполняет общецелевые функции.Список регистров специальных функций с адресами для типовой конфигурации микроконтроллеров семейства MCS-51 приведен в таблице 7, а карта памяти представлена на рис.

10,б.Таблица 7ABPSWSPDPTRDPLDPHP0P1P2P3IPIETMODTCONTH0TL0TH1TL1SCONSBUFPCONE0hF0hD0H81h82h83h80h90hA0hB0hB8hA8h89h88h8Ch8Ah8Dh8Bh98h99h87hАккумуляторРегистр ВСлово состояния программыУказатель стекаУказатель данныхМладший байт DPTRСтарший байт DPTRПорт Р0Порт Р1Порт Р2Порт Р3Управление приоритетом прерыванийУправление разрешением прерыванийРежимы таймеров/счетчиковУправление таймерами/счетчикамиСтарший байт ТС0Младший байт ТС0Старший байт ТС1Младший байт ТС1Управление последовательным портомБуфер данных последовательного портаУправление режимами энергосбережения20При включении микроконтроллера или аппаратном сбросе(RST=1) в указатель стека SP записывается значение 07h (для обеспечения совместимости с семейством MCS-48), триггеры всех разрядовпараллельных портов устанавливаются в состояние 1, переводя вселинии в режим «Чтение».

Все используемые разряды остальных регистров устанавливаются в состояние 0, а состояние неиспользуемых(зарезервированных) разрядов и регистра SBUF не определено.2.2.3. Память программПрограммный счетчик может адресовать память программ CSEGс адресным пространством 64 Кбайт. Часть этой памяти (в базовойконфигурации 4 Кбайт) размещено во внутреннем ПЗУ и образует внутреннюю память программ. Оставшаяся часть может быть реализованавнешними средствами и называется внешней памятью программ. Конфигурирование____ памяти программ осуществляется управлением по входу EA.