Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
«Управление проектами» как самостоятельная дисциплина и сфера профессиональной деятельности складывалась в течение более чем сорока лет. В течение св...полностью>>
'Программа'
«Народная газета» Беларусь, 29.08.2009, Виктор КОРБУТ, Татьяна НЕМЧИНОВА, ВОСТОК — ДЕЛО ТОНКОЕ, НО В КАЗАХСТАНЕ ГОСУДАРСТВО СТРОИТСЯ НА ОСНОВЕ ЧЕТКИХ...полностью>>
'Документ'
деление объема понятия: Попугаи делятся на говорящих и неговорящих.; Умственно отсталые индивиды делятся на дебилов, имбецилов и олигофренов; Треуголь...полностью>>
'Программа'
Ознакомление слушателей с понятиями правоохранительной деятельности, судебной власти, правосудия, судебной системы и судебных инстанций, задачами, ор...полностью>>

Главная > Конспект

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Бояринов А.Е., Дьяков И.А.

АРХИТЕКТУРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА MCS-51

Конспект лекций по курсам

«Микропроцессоры в системах контроля», «Микропроцессорная техника»

«Микропроцессорные средства и системы»

для студентов всех форм обучения специальностей

072000 – Стандартизация и сертификация

210200 – Автоматизация технологических процессов

230104 – Системы автоматизированного проектирования

Тамбов 2005

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. СТРУКТУРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА INTEL 8051 4

1.1. Организация памяти 6

1.2. Арифметико-логическое устройство 8

1.3. Резидентная память программ и данных 9

1.4. Аккумулятор и регистры общего назначения 10

1.5. Регистр слова состояния программы и его флаги 10

1.6. Регистры-указатели 12

1.7. Регистры специальных функций 12

1.8. Устройство управления и синхронизации 13

1.9. Параллельные порты ввода/вывода информации 13

1.10. Таймеры/счетчики 15

1.11. Последовательный порт 19

1.11.1. Регистр SBUF 20

1.11.2. Режимы работы последовательного порта 20

1.11.3. Регистр SCON 21

1.11.4. Скорость приёма/передачи 22

1.12. Система прерываний 24

2. СИСТЕМА КОМАНД МИКРОКОНТРОЛЛЕРА INTEL 8051 28

1.13. Общие сведения 28

1.13.1. Типы команд 29

Приняты следующие обозначения: 29

2.1.2. Типы операндов 30

2.1.3. Способы адресации данных 32

2.1.4. Флаги результата 33

2.1.5. Символическая адресация 34

1.14. Команды передачи данных 35

2.2.1. Структура информационных связей 35

2.2.2. Обращение к аккумулятору 35

2.2.3. Обращение к внешней памяти данных 35

2.2.4. Обращение к памяти программ 36

1.14.1. Обращение к стеку 37

1.15. Арифметические операции 37

1.16. Логические операции 41

Исключающее ИЛИ 43

1.17. Команды передачи управления 44

2.5.1. Длинный переход 44

2.5.2. Абсолютный переход 45

2.5.3. Относительный переход 45

2.5.4. Косвенный переход 46

2.5.5. Условные переходы 46

WAIT: CJNE A, P0, WAIT 46

2.5.6. Подпрограммы 48

1.18. Операции с битами 49

Контрольные вопросы 50

ЛИТЕРАТУРА 52

Приложение СИСТЕМА КОМАНД INTEL 8051 53

ВВЕДЕНИЕ

С 80-х годов 20 века в микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс интегральных схем – однокристальные микроконтроллеры, которые предназначены для встраивания в приборы различного назначения. От класса однокристальных микропроцессоров их отличает наличие внутренней памяти, развитые средства взаимодействия с внешними устройствами.

Широкое распространение получили 8-разрядных однокристальные микроконтроллеры семейства MCS-51. Это семейство образовалось на основе микроконтроллера Intel 8051, получившего большую популярность у разработчиков микропроцессорных систем контроля благодаря удачно спроектированной архитектуры. Архитектура микроконтроллера это совокупность внутренних и внешних программно доступных аппаратных ресурсов и системы команд.

В последствии фирма Intel выпустила около 50 моделей на базе операционного ядра микроконтроллера Intel 8051. Одновременно многие другие фирмы, такие как Atmel, Philips начали производство своих микроконтроллеров разработанных в стандарте MCS-51. Существует также и отечественный аналог микроконтроллера Intel 8051 - микросхема К1816ВЕ51.

1.СТРУКТУРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА INTEL 8051

Микроконтроллер Intel 8051 выполнен на основе высокоуровневой n-МОП технологии. Его основные характеристики следующие:

  • восьмиразрядный центральный процессор, оптимизированный для реализации функций управления;

  • встроенный тактовый генератор (максимальная частота 12 МГц);

  • адресное пространство памяти программ - 64 Кбайт;

  • адресное пространство памяти данных - 64 Кбайт;

  • внутренняя память программ - 4 Кбайт;

  • внутренняя память данных - 128 байт;

  • дополнительные возможности по выполнению операций булевой алгебры (побитовые операции);

  • 32 двунаправленные и индивидуально адресуемые линии ввода/вывода;

  • 2 шестнадцатиразрядных многофункциональных таймера/счетчика;

  • полнодуплексный асинхронный приемопередатчик (последовательный порт);

  • векторная система прерываний с двумя уровнями приоритета и пятью источниками событий.

Рисунок 1 - Структурная схема микроконтроллера Intel 8051

Основу структурной схемы (рис. 1) образует внутренняя двунаправленная 8-разрядная шина, которая связывает между собой основные узлы и устройства микроконтроллера: резидентную память программ (RPM), резидентную память данных (RDM), арифметико-логическое устройство (ALU), блок регистров специальных функций, устройство управления (CU), параллельные порты ввода/вывода (P0-P3), а также программируемые таймеры и последовательный порт.

1.1.Организация памяти

Данный микроконтроллер имеет встроенную (резидентную) и внешнюю память программ и данных. Резидентная память программ (RPM) имеет объем 4 Кбайт, резидентная память данных (RDM) – 128 Байт.

В зависимости от модификации микроконтроллера RPM выполняется в виде масочного ПЗУ, однократно программируемого либо репрограммируемого ПЗУ.

При необходимости пользователь может расширять память программ установкой внешнего ПЗУ. Доступ к внутреннему или внешнему ПЗУ определяется значением сигнала на выводе ЕА (External Access):

EA=VCC (напряжение питания) - доступ к внутреннему ПЗУ;

EA=VSS (потенциал земли) - доступ к внешнему ПЗУ.

Внешняя память программ и данных может составлять по 64 Кбайт и адресоваться с помощью портов P0 и P2. На рис.2 представлена карта памяти Intel 8051.

Рисунок 2 - Организация памяти Intel 8051

Строб чтения внешнего ПЗУ - (Program Store Enable) генерируется при обращении к внешней памяти программ и является неактивным во время обращения к ПЗУ, расположенному на кристалле.

Область нижних адресов памяти программ (рис. 3) используется системой прерываний. Архитектура микросхемы INTEL 8051 обеспечивает поддержку пяти источников прерываний. Адреса, по которым передается управление по прерыванию, называются векторами прерывания.

Рисунок 3 - Карта нижней области программной памяти

1.2.Арифметико-логическое устройство

8-битное арифметико-логическое устройство (ALU) может выполнять арифметические операции сложения, вычитания, умножения и деления; логические операции И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, а также операции циклического сдвига, сброса, инвертирования и т.п. К входам подключены программно-недоступные регистры T1 и T2, предназначенные для временного хранения операндов, схема десятичной коррекции (DCU) и схема формирования признаков результата операции (PSW).

Простейшая операция сложения используется в ALU для инкрементирования содержимого регистров, продвижения регистра-указателя данных (RAR) и автоматического вычисления следующего адреса резидентной памяти программ. Простейшая операция вычитания используется в ALU для декрементирования регистров и сравнения переменных.

Простейшие операции автоматически образуют “тандемы” для выполнения таких операций, как, например, инкрементирование 16-битных регистровых пар. В ALU реализуется механизм каскадного выполнения простейших операций для реализации сложных команд. Так, например, при выполнении одной из команд условной передачи управления по результату сравнения в ALU трижды инкрементируется счётчик команд (PC), дважды производится чтение из RDM, выполняется арифметическое сравнение двух переменных, формируется 16-битный адрес перехода и принимается решение о том, делать или не делать переход по программе. Все перечисленные операции выполняются всего лишь за 2 мкс.

Важной особенностью ALU является его способность оперировать не только байтами, но и битами. Отдельные программно-доступные биты могут быть установлены, сброшены, инвертированы, переданы, проверены и использованы в логических операциях. Эта способность достаточно важна, поскольку для управления объектами часто применяются алгоритмы, содержащие операции над входными и выходными булевыми переменными, реализация которых средствами обычных микропроцессоров сопряжена с определенными трудностями.

Таким образом, ALU может оперировать четырьмя типами информационных объектов: булевыми (1 бит), цифровыми (4 бита), байтными (8 бит) и адресными (16 бит). В ALU выполняется 51 различная операция пересылки или преобразования этих данных. Так как используется 11 режимов адресации (7 для данных и 4 для адресов), то путем комбинирования операции и режима адресации базовое число команд 111 расширяется до 255 из 256 возможных при однобайтном коде операции.

1.3.Резидентная память программ и данных

Резидентные (размещённые на кристалле) память программ (RPM) и память данных (RDM) физически и логически разделены, имеют различные механизмы адресации, работают под управлением различных сигналов и выполняют разные функции.

Память программ RPM имеет емкость 4 Кбайта и предназначена для хранения команд, констант, управляющих слов инициализации, таблиц перекодировки входных и выходных переменных и т.п. Память имеет 16-битную шину адреса, через которую обеспечивается доступ из программного счётчика PC или из регистра-указателя данных (DPTR). DPTR выполняет функции базового регистра при косвенных переходах по программе или используется в операциях с таблицами.

Память данных RDM предназначена для хранения переменных в процессе выполнения прикладной программы, адресуется одним байтом и имеет емкость
128 байт. Кроме того, к её адресному пространству примыкают адреса регистров специальных функций, которые перечислены в табл. 1.

Память программ, так же как и память данных, может быть расширена до
64 Кбайт путем подключения внешних микросхем.

Таблица 1

Блок регистров специальных функций

Символ

Наименование

Адрес

*

A

Аккумулятор

0Е0Н

*

B

Регистр-расширитель аккумулятора

0F0H

*

PSW

Слово состояния программы

0D0H

SP

Регистр-указатель стека

81Н

DPTR

Регистр-указатель данных

(DPH)

83Н

(DPL)

82Н

*

P0

Порт 0

80H

*

P1

Порт 1

90Н

*

P2

Порт 2

0А0Н

*

P3

Порт 3

0В0Н

*

IP

Регистр приоритетов прерываний

0В8Н

*

IE

Регистр маски прерываний

0А8Н

TMOD

Регистр режима таймера/счётчика

89H

*

TCON

Регистр управления/статуса таймера

88Н

TH0

Таймер 0 (старший байт)

8СН

TL0

Таймер 0 (младший байт)

8АН

TH2

Таймер 1 (старший байт)

8DH

TL1

Таймер 1 (младший байт)

8ВН

*

SCON

Регистр управления приёмопередатчиком

98Н

SBUF

Буфер приёмопередатчика

99Н

PCON

Регистр управления мощностью

87H

Примечание. Регистры, имена которых отмечены знаком (*), допускают адресацию отдельных битов.

1.4.Аккумулятор и регистры общего назначения

Аккумулятор (A) является источником операнда и местом фиксации результата при выполнении арифметических, логических операций и ряда операций передачи данных. Кроме того, только с использованием аккумулятора могут быть выполнены операции сдвигов, проверка на нуль, формирование флага паритета и т.п.

В распоряжении пользователя имеется четыре банка по 8 регистров общего назначения R0–R7 (рис. 9). Однако возможно использование регистров только одного из четырёх банков, который выбирается с помощью бит регистра PSW.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Конспект лекций по курсу "Информатика и использование компьютерных технологий в образовании" Для студентов

    Конспект
    Куринин И.Н., Нардюжев В.И., Нардюжев И.В. Конспект лекций по курсу "Использование компьютерных технологий в образовании". М.: Изд-во РУДН, 2006.
  2. Конспект лекций по курсу «основы конструирования, моделирования и проектирования производственных процессов» (4-редакция, исправленная и дополненная)

    Конспект
    Наблюдение, анализ и моделирование являются средствами познания и прогнозирования процессов, явлений и ситуаций во всех сферах объективной действительности.
  3. Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» Организация прерываний

    Конспект
    По образному выражению П. Нортона: «Прерывание – это движущая сила компьютера». В связи с этим, прерывания следует рассматривать не только и не столько как реакцию процессора на аномальные явления, а как естественный процесс, с помощью
  4. Конспект лекций по дисциплине «Информационные системы в экономике»

    Конспект
    Современное общество называют информационным. При этом имеют в виду, что значительная часть общества занята производст­вом, хранением, переработкой и реализацией информации, а также высшей ее формы – знаний.
  5. Конспект лекций по дисциплине «Банковские электронные услуги» Для студентов

    Конспект
    Впервые банковские компьютеры использовались в США в конце 50-х годов. В 1959г. в одном из отделений Bank of America начала работать первая в мире полностью автоматизированная электронная установка для обработки чеков и ведения текущих

Другие похожие документы..