01_Cтруктурная_организация_микроконтроллеров_семейства_MCS51_Vved (Лекция)

ЛИТЕРАТУРА ПО ДИСЦИПЛИНЕ1. А.В. Боборыкин, Г.П. Липовецкий и др. Справочник. Однокристальные микроЭВМ. М.: МИКАП, 1994. – 400 с.2. В.В. Сташин, А.В. Урусов и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 224 с.3. М. Предко. Руководство по микроконтроллерам. Том 1. Москва.: ПОСТМАРКЕТ,2001. – 416 с.4. А.Г. Горюнов, С.Н.

Ливенцов. Архитектура микроконтроллера INTEL 8051. [Электронный ресурс]. URL: portal.tpu.ru›Кафедры›ФТИ›books_eafu1/Tab/MCS51.pdf –10.02.2014.5. С.А. Гурьянов. Микроконтроллер INTEL8051: Курс лекций / ФГБОУ «Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого», Великий Новгород,2012 г. – 89 с.6. Ю.С.

Магда. Микроконтроллеры серии 8051: практический подход. – М.: ДМКПресс, 2008. – 228 с.7. В.Б. Бродин, Шагурин И.И. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование,интерфейс. – М.: Издательство Эком, 1999. – 400 с.: илл.8. www.8052.com9. www.silabs.com C8051F41x.pdf, Data Sheets C8051F410/1/2/3, Silicon Labs.10. Macro Assembler and Utilities for 8051 and Variants/ User’s Guide 07. 2000 – KeilSoftware, Inc.ВВЕДЕНИЕВ1.

ТерминологияМикропроцессор – большая интегральная схема (БИС), способная выполнять функциицентрального процессора.Обязательными компонентами микропроцессора (МП) являются арифметико-логическоеустройство (АЛУ) и блок управления. Они характеризуются скоростью, длиной слова(внешней и внутренней), архитектурой, набором команд. Эффективность микропроцессора определяется сочетанием этих характеристик, а не только временем цикла. Архитектура процессора определяет необходимые регистры, стеки, систему адресации и средстваввода-вывода, а также типы обрабатываемых процессором данных. Типы данных представляют собой базовые информационные объекты, манипулирование которыми обеспечивается системой команд: обычно это бит, полубайт (четыре бита), байт, слово (16 бит)или двойное слово (32 бита).В настоящее время в микроэлектронике одно из доминирующих направлений связано свыпуском однокристальных микроконтроллеров, которые обеспечивают «интеллектуализацию» различных устройств и систем.

Поскольку подавляющее большинство микроконтроллеров являются однокристальными, то далее будет использоваться термин «микроконтроллер».Микроконтроллер (МК) – БИС, в состав которой входят все необходимые для построения микропроцессорной системы функциональные узлы: процессор, память программ ипамять данных, программируемые интерфейсные узлы для связи с внешней средой ивспомогательные узлы для эффективной работы микропроцессорной системы.1В2.

Роль микроконтроллеров в современных интеллектуальных средствах измеренийПрименение МК для реализации вычислительно-измерительных устройств и систем обеспечивает следующее:1. Улучшение взаимодействия человек-машина (пользовательского интерфейса).2. Увеличение числа функций на одну денежную единицу.Использование МК в вычислительно-измерительных устройствах и системах позволяет обеспечить исключительно высокие технические характеристики при стольнизкой стоимости (во многих применениях устройство или система может состоятьтолько из одного МК), что микроконтроллерам пока нет разумной альтернативнойэлементной базы для построения таких устройств и систем.3.

Упрощение конструкции устройства или системы.4. Упрощение реализации интерфейса.5. Использование «любой» математической обработки.В3. Особенности проектирования микропроцессорных устройств. Место разработки программного обеспечения в разработке всего устройства в целомМикроконтроллерные устройства (МКУ) имеют двойственную основу: аппаратные средства (АС) и программные средства (ПС).Проектирование МКУ существенно отличается от традиционного проектирования ЭВМ иэлектронного оборудования. Отличие заключается в определении практического взаимодействия между АС и ПС и их последующей интеграции в едином устройстве для выполнения заданных функций.Наличие ПС в составе МКУ может приводить к необходимости их сопровождения в процессе эксплуатации МКУ.

Причины те же, что вызывают необходимость сопровождениялюбых ПС: в программах, как правило, остаются ошибки, не выявленные в процессе тестирования; в процессе производства и эксплуатации возникает необходимость внесенияизменений в ПС и их дальнейшего совершенствования; многие изменения аппаратнойчасти МКУ могут вызывать необходимость изменения ПС.Процесс проектирования МКУ содержит ряд специфических этапов, обусловленных наличием как аппаратных, так и программных средств.

Оптимальное комплексирование иинтегрирование АС и ПС в единой системе для выполнения общей задачи МКУ являетсяосновной особенностью и проблемой процесса его проектирования.В4. Краткие сведения о средствах разработки, тестирования иотладки программного обеспеченияИсходную программу, которая представляется в виде одного или нескольких текстовыхфайлов, необходимо преобразовать в двоичную форму, которая соответствует содержимому программной памяти МК. Этот процесс преобразования автоматизирован и выполняется с помощью специальных программных средств. Основу этих средств составляют: ассемблер (компилятора); редактор связей/компоновщик.К основным средствам тестирования и отладки относятся симуляторы и внутрисхемныеэмуляторы.

Симулятор – это программа, имитирующая работу целевого МК на персональном компьютере. При этом тестирование и отладка программ производится в нереальном времени. Внутрисхемный эмулятор – это аппаратно-программное средство, позволяющее вести тестирование и отладку программы в реальном времени. Обычно все сред2ства тестирования и отладки позволяют в диалоговом режиме наблюдать и редактироватьзначения всех ресурсов. Осуществлять выполнение программ по шагам, до курсора, непрерывно, до точек останова.В современных МК средства отладки непосредственно входят в состав МК.Современные средства разработки программ, обозначаемые в англоязычной литературеаббревиатурой IDE (IDE сокр. от Integrated Development Environment интегрированнаясреда разработки), объединяют как минимум:Менеджер проекта (программное средство для управления проектами).Редактор исходного кода (текста).Ассемблер.Редактор связей/компоновщик.Программный отладчик (симулятор) на уровне исходного кода.1.

CТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВСЕМЕЙСТВА MCS-51 (80C51)1.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. УГО. НАЗНАЧЕНИЕ ВЫВОДОВОбщая характеристикаХарактеристика ядра 8-битовый микропроцессор; встроенный тактовый генератор; максимум 32 линии ввода-вывода; Булевский процессор; совместимость с ТТЛ и КМОП логическими уровнями;Память 64 КБ адресное пространство внешней памяти программ; 64 КБ адресное пространство внешней памяти данных; 128-байтовое внутреннее ОЗУ;Периферия два 16-битовых программируемых счетчика-таймера; программируемый последовательный порт, работающий в режиме UART или сдвигового регистра;Система прерываний 5 источников прерываний; два уровня приоритета;Управление энергопотреблением: холостой режим (Idle Mode); режим микропотребления (Power Down Mode)3Структурная схема классического микроконтроллера 51-ого семейства AT89C51 фирмыAtmel:4Структура современного микроконтроллера 51-ого семейства C8051F410 фирмы SiliconLaboratories с развитой периферией:5Условное графическое обозначение и назначение выводов типового микроконтроллера 51ого семейства:DD112345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.791819311011121314151617P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.73938373635343332RSTALE30BQ2BQ1PSEN29P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.72122232425262728+5V400V20SCMEAP30/RXD1/TXD2/INT03/INT14/T05/T16/WR7/RD80C51Пример УГО микроконтроллера семейства80С516Назначение выводов представлено в табл.

1.1.№ вывода1–8ОбозначениеP1.0 – P1.79RST10 – 17P3.0 – P3.7181920BQ2BQ10V21 – 28P2.0 – P2.72930PSENALE31EA32 – 39P0.7 – P0.040+5V (Vcc)НазначениеТаблица 1.1. Назначение выводов 80С51Тип8-разрядный двунаправленный порт P1. Имеет внутреннюю подпитку от источника +5 В. Если записать все «1» – на выходе высокийуровень; только при этом можно использовать порт для ввода.Альтернативные функции:Младший байт адреса (A0 – A7) при программировании РПЗУ,ЭРПЗУ (PROM, EPROM)Вывод для сброса МК.

Высокий уровень на этом выводе сбрасываетв исходное состояние микроконтроллер. Если запущен генератор,требуется 2 машинных цикла; 19 – для сброса портов. Имеет внутреннюю подпитку.8-разрядный двунаправленный порт P3. Имеет внутреннюю подпитку от источника +5 В. Если записать все «1» – на выходе высокийуровень; только при этом можно использовать порт для ввода.Альтернативные функции:RXD – вход приемника последовательных данных;TXD – выход передатчика последовательных данных;INT0 – вход внешнего прерывания 0;INT1 – вход внешнего прерывания 1;T0 – вход счетчика-таймера 0;T1– вход счетчика-таймера 1;WR – выход стробирующего импульса при записи во внешнюю память данных;RD – выход стробирующего импульса при чтении из внешней память данных;Выводы для подключения кварцевого резонатораВывод для подключения к шине нулевого потенциала (общий вывод)8-разрядный двунаправленный порт P1 с внутренней подпиткой отисточника +5 В.

Если записать все «1» – на выходе высокий уровень; только в этом случае порт можно использовать для ввода.Альтернативные функции:Старший адресный байт (A8 – A15) при доступе к внешней памяти.Кроме того, используется при программировании и проверке внутренней памяти программ.Строб чтения из внешней памяти программ (Program Store Enable)Строб фиксации младшего байта адреса при доступе к внешней памяти.Альтернативные функции:При программировании РПЗУ – сигнал PROGExternal Access Enable.