MCS-51 (Раздаточный материал к курсовому проекту)

1ГЛАВА 2 ОДНОКРИСТАЛЬНЫЕ МИКРОЭВМ СЕМЕЙСТВА МК512.1. Общие сведения об однокристальных микроэвм семейства МК51Восьмиразрядные высокопроизводительные однокристальные микроЭВМ(ОМЭВМ) семейства МК51 выполнены по высококачественной n-МОП технологии (серия1816) и k-МОП технологии (серия 1830).Использование ОМЭВМ семейства МК51 по сравнению с МК48 обеспечивает увеличение. объема памяти команд и памяти данных. Новые возможности ввода-вывода ипериферийных устройств расширяют диапазон применения и снижают общие затратысистемы.

В зависимости от условий использования, быстродействие системы увеличивается минимум в два с половиной раза и максимум в десять раз.Семейство МК51 включает пять модификаций ОМЭВМ (имеющих идентичные основные характеристики), основное различие между которыми состоит в реализациипамяти программ и мощности потребления.ОМЭВМ КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51 содержат масочно-программируемое в процессе изготовления кристалла ПЗУ памяти программ емкостью 4096 байт и рассчитанына применение в массовой продукции.

За счет использования внешних микросхем памятиобщий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.ОМЭВМ КМ1816ВЕ751 содержит ППЗУ емкостью 4096 байт со стиранием ультрафиолетовым излучением и удобна на этапе разработки системы при отладке программ, а также при производстве небольшими партиями или при создании систем, требующих в процессе эксплуатации периодической подстройки. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.

ОМЭВМ КР1816ВЕ31 и КР1830ВЕ31 не содержат встроенной памяти программ, однако могут использовать до 64 Кбайт внешней постоянной или перепрограммируемой памяти программ и эффективно использоваться в системах, требующих существеннобольшего по объему (чем 4 Кбайт на кристалле) ПЗУ памяти программ.Каждая из перечисленных выше микросхем является соответственно аналогомБИС 8051, 80С51, 8751, 8031, 80С31 семейства МСЗ-51 фирмы Intel (США).Сравнительные данные микросхем приведены в табл. 2.1.Каждая ОМЭВМ рассматриваемого семейства содержит встроенное ОЗУ памятиданных емкостью 128 байт с возможностью расширения общего объема оперативной памяти данных до 64 Кбайт за счет использования внешних микросхем ЗУПВ.Общий объем памяти ОМЭВМ семейства МК51 может достигать 128 Кбайт: 64Кбайт памяти программ и 64 Кбайт памяти данных.При разработке на базе ОМЭВМ более сложных систем могут быть использованы стандартные ИС с байтовой организацией, например, серии КР580.

В дальнейшемобозначение "МК51" будет общим для всех моделей семейства, за исключением случаев,которые будут оговорены особо.ОМЭВМ содержат все узлы, необходимые для автономной работы:1) центральный восьмиразрядный процессор;2) память программ объемом 4 Кбайт (только КМ1816ВЕ751, КР1816ВЕ51 иКР1830ВЕ51);3) память данных объемом 128 байт;4) четыре восьмиразрядных программируемых канала ввода-вывода;5) два 16-битовых многорежимных таймера/счетчика;6) систему прерываний с пятью векторами и двумя уровнями;7) последовательный интерфейс;8) тактовый генератор.Система команд ОМЭВМ содержит 111 базовых команд с форматом 1, 2, или 3байта.2Таблица 2.1.Микросхемы АналогКР1816ВЕ31КР1816ВЕ51КМ1816ВЕ751КР1830ВЕ31КР1830ВЕ518031АН8051АН8751Н80С31ВН80С51ВНОбъемвнутреннейпамятипрограмм,байт4К4К4КТип паОбъеммяти про- внутреннейграммпамятиданных,байтвнешняя 128ПЗУ128ППЗУ128внешняя 128ПЗУ128Максимальная частотатактовыхсигналов,МГц12,012,012,012,012,0Ток потребления,мА150,0150,0220,018,018,0ОМЭВМ имеет:—32 РОН;—128 определяемых пользователем программно-управляемых флагов;—набор регистров специальных функций.РОН и определяемые пользователем программно-управляемые расположены в адресном пространстве внутреннего ОЗУ данных.

Регистры специальных функций (SFR,SPECIAL FUNCION REGISTERS) с указанием их адресов приведены в таблице 2.1а.Таблица 2. 1.аОбозначение* АСС*В* PSWSРDPTRDPLDPH* Р0* Р1* Р2* Р3* IР* IЕТМОD* TCONТН0ТL0ТН1ТЫ* SCONSBUFPCONНаименованиеАккумуляторРегистр ВРегистр состояния программыУказатель стекаУказатель данных. 2 байта:Младший байтСтарший байтПорт 0Порт 1Порт 2Порт 3Регистр приоритетов прерыванийРегистр разрешения прерыванийРегистр режимов таймера/счетчикаРегистр управления таймера/счетчикаТаймер/счетчик 0.

Старший байтТаймер/счетчик 0. Младший байтТаймер/счетчик 1. Старший байтТаймер/счетчик 1. Младший байтУправление последовательным портомБуфер последовательного портаУправление потреблениемАдрес0Е0Н0Г0Н0D0Н81Н82Н83Н80Н90Н0А0Н0В0Н0В8Н0А8Н89Н88Н8СН8АН8DН8ВН98Н99Н87Н* — регистры, допускающие побитовую адресациюНиже кратко описываются функции регистров, приведенных в таблице 2.1 а. Подробно эти регистры рассматриваются в соответствующих разделах настоящего описания.Аккумулятор.

АCC - регистр аккумулятора. Команды, предназначенные для работы с аккумулятором, используют мнемонику "А", например, MOV А, Р2. Мнемоника "АСС' используется,к примеру, при побитовой адресации аккумулятора. Так, символическое имя пятого бита аккумулятора при использовании ассемблера А5М51 будет следующим: АСС. 5. .3Регистр В.

Используется во время операций умножения и деления. Для других инструкций регистр В может рассматриваться как дополнительный сверхоперативный регистр.Регистр состояния программы. Регистр PSW содержит информацию о состояниипрограммы.Указатель стека SР. 8-битовый регистр, содержимое которого инкрементируетсяперед записью данных в стек при выполнении команд PUSH и CALL. При начальномсбросе указатель стека устанавливается в 07Н, а область стека в ОЗУ данных начинается садреса 08Н. При необходимости путем переопределения указателя стека область стекаможет быть расположена в любом месте внутреннего ОЗУ данных микроЭВМ.Указатель данных. Указатель данных (DPTR) состоит из старшего байта (DPH) имладшего байта (DPL). Содержит 16-битовый адрес при обращении к внешней памяти.Может использоваться как 16-битовый регистр или как два независимых восьмибитовыхрегистра.Порт0—ПортЗ.

Регистрами специальных функций Р0, Р1, Р2, РЗ являются регистры-"защелки" соответственно портов Р0, Р1, Р2, РЗ.Буфер последовательного порта. SBUF представляет собой два отдельных регистра: буфер передатчика и буфер приемника. Когда данные записываются в SBUF, онипоступают в буфер передатчика, причем запись байта в SBUF автоматически инициируетего передачу через последовательный порт. Когда данные читаются из SBUF, они выбираются из буфера приемника.Регистры таймера. Регистровые пары (ТН0, ТL0) и (ТН1, TL1) образуют 16битовые счетные регистры соответственно таймера/счетчика 0 и таймера/счетчика 1.Регистры управления. Регистры специальных функций IР, IЕ, ТМOD, ТСОN,SCON и РСОN содержат биты управления и биты состояния системы прерываний, таймеров/счетчиков и последовательного порта.

ОМЭВМ при функционировании обеспечивает:—минимальное время выполнения команд сложения — 1 мкс;—аппаратное умножение и деление с минимальным временем выполнения команд умножения/деления — 4 мксВ ОМЭВМ предусмотрена возможность задания частоты внутреннего генератора спомощью кварца, LС-цепочки или внешнего генератора.Архитектура семейства МК51 несмотря на то, что она основана на архитектуре семейства МК48, все же не является полностью совместимой с ней.

В новом семействе имеется ряд новых режимов адресации, дополнительные инструкции, расширенное адресноепространство и ряд других аппаратных отличий. Расширенная система команд обеспечивает побайтовую и побитовую адресацию, двоичную и Двоично-десятичную арифметику,индикацию переполнения и определения четности/нечетности, возможность реализациилогического процессора.Важнейшей и отличительной чертой архитектуры семейства МК51 является то, чтоАЛУ может наряду с выполнением операций над 8-разрядными типами данных манипулировать одноразрядными данными. Отдельные программно-доступные биты могут бытьустановлены, сброшены или заменены их дополнением, могут пересылаться, проверятьсяи использоваться в логических вычислениях.

Тогда как поддержка простых типов данных(при существующей тенденции к увеличению Длины слова) может с первого взгляда показаться шагом назад, это качество делает микроЭВМ семейства МК51 особенно удобными для применений, в которых используются контроллеры. Алгоритмы работы последних по своей предполагают наличие входных и выходных булевых переменных,которые cложно реализовать при помощи стандартных микропроцессоров.

Все эти свойства в целом называются булевым процессором семейства МК51. Благодаря такомумощному АЛУ набор инструкций микроЭВМ семейства МК51 одинаково хорошо подходит как для применений управления в реальном масштабе времени, так и для алгоритмов сбольшим объемом данных.Рис. 2.1а. Конструктивное исполнение микроконтроллера КМ1816ВЕ7514Рис. 2.1б. Конструктивное исполнение микроконтроллера КМ1816ВЕ51, КМ1816ВЕ31, КМ1830ВЕ51, КМ1830ВЕ31562.2. Структурная организация ОМЭВММикросхемы семейства КМ1816ВЕ751 конструктивно выполнены металлокерамическом корпусе типа 2123.40-6 с прозрачной для ультрафиолетового излучения крышкой(рис. 2.1 а). Остальные рассматриваемые в данном описании ОМЭВМ семейства МК51конструктивно выполнены в пластмассовых корпусах типа 2123.40-2 (рис.

2.16). Условноеграфическое обозначение микросхем показано на рис. 2.1в, назначение выводов приведено в табл. 2.2.ОМЭВМ, структурная схема которой представлена на рис. 2.2а и рис. 2.2б состоитиз следующих основных функциональных узлов: блока управления арифметикологического устройства, блока таймеров/счетчиков, блока последовательного интерфейсаи прерываний, программного счетчика, памяти данных и памяти программ. Двусторонний обмен информацией между функциональными блоками осуществляется с помощьювнутренней 8 - разрядной магистрали данных.Рис.

2.1в. Условное графическое обозначениеРис. 2.2а. Функциональная схема микроконтроллера.7Рис. 2.2б. Структурная схема микроконтроллера.89Таблица 2.2N выводаОбозначение Назначение1-8Р1.0-Р1.78-разрядныи двунаправленный порт Р1.Вход адреса А0-А7 при проверке внутреннего ПЗУ (РПЗУ)9RSTСигнал общего сброса. Вывод резервного питания ОЗУ от внешнего источника (для 1816)10-17Р3.0-Р3.78-разрядный двунаправленный порт P3Р3.0с дополнительными функциями:Последовательные данные приемника RхDР3.1Последовательные данные передатчика- ТхDР3.2Вход внешнего прерывания 0- INТ0РЗ.ЗВход внешнего прерывания 1-INT1Р3.4Вход таймера/счетчика 0: - Т0РЗ.ЗВход таймера/счетчика 1: - Т1Р3.6Выход стробирующего сигнала при записи во внешнюю память данных: - WRР3.7Выход стробирующего сигнала причтении из внешней памяти данных - RD18BQ2Выводы для подключения кварцевого19ВQ1резонатора.200ВОбщий вывод21-28Р2.0-Р2.78-разрядный двунаправленный порт Р2.Выход адреса А8-А15 в режиме работыс внешней памятью.