Однокристальные микроЭВМ семейства МК51

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Общие сведения об однокристальных микроЭВМ семейства МК51 и их структура

Восьмиразрядные высокопроизводительные однокристальные микроЭВМ (ОМЭВМ) семейства МК51 выполнены по высококачественной n-МОП технологий (серия 1816) и КМОП технологии (серия 1830).

Использование ОМЭВМ семейства МК51 по сравнению с МК48 обеспечивает увеличение объема памяти команд и памяти данных.

Новые возможности ввода-вывода и периферийных устройств расширяют диапазон применения и снижают общие затраты системы. 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 реализации памяти программ и мощности потребления.

ОМЭВМ КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51 содержат масочно-программируемое в процессе изготовления кристалла ПЗУ памяти программ емкостью 4096 байт и рассчитаны на применение в массовой продукции. За счет использования внешних микросхем памяти общий 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 КР183ОВЕ31 не содержат встроенной памяти программ, однако могут использовать до 64 Кбайт внешней постоянной или перепрограммируемой памяти программ и эффективно использоваться в системах, требующих существенно большего по объему (чем 4 Кбайт на кристалле) ПЗУ памяти программ.

Каждая из перечисленных выше микросхем является соответственно аналогом БИС 8051, 80С51, 8751, 8031, 80С31 семейства MCS-51 фирмы Intel (США). Сравнительные данные микросхем приведены в табл. 2.1.

Каждая ОМЭВМ рассматриваемого семейства содержит встроенное ОЗУ памяти данных 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: 64 Кбайт 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 дальнейшем обозначение «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 и КР1830ВЕ51);

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 III базовых команд с форматом 1, 2, или 3 байта.

Таблица 1.

Микросхемы

Аналог

Объем

Тип

Объем

Максималь-

Ток

внутрен-

памяти

внут-

ная частота

потреб-

ней па-

про-

ренней

следования

ления,

мяти про-

грамм

памяти

тактовых

грамм,

данных,

сигналов,

байт

байт

МГц

мА

КР1816ВЕ31

8031АН

-

внешн.

128

12,0

150,0

КР1816ВЕ51

8051АН

ПЗУ

128

12,0

150,0

КМ1816ВЕ751

8751Н

ППЗУ

128

12,0

220,0

КР1830ВЕ31

80С31ВН

-

внешн.

128

12,0

18,0

КР1830ВЕ51

80С51ВН

ПЗУ

128

12,0

18,0

ОМЭВМ имеет:

-- 32 POH;

-- 128 определяемых пользователем программно-управляемых флагов;

-- набор регистров специальных функций.

POH и определяемые пользователем программно-управляемые флаги расположены в адресном пространстве внутреннего ОЗУ данных. Регистры специальных функций (SFR, SPECIAL FUNCTION REGISTERS) с указанием их адресов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Обозначение

Наименование

Адрес

* АСС

Аккумулятор

0Е0Н

* В

Регистр В

0F0H

* PSW

Регистр состояния программы

0D0H

SP

Указатель стека

81Н

DPTR

Указатель данных. 2 байта:

DPL

Младший байт

82Н

DPH

Старший байт

83Н

* Р0

Порт 0

80Н

* Р1

Порт 1

90Н

* Р2

Порт 2

0А0Н

* РЗ

Порт 3

0В0Н

* IP

Регистр приоритетов прерываний

0В8Н

* IE

Регистр разрешения прерываний

0А8Н

TMOD

Регистр режимов таймера/счетчика

89Н

* TCON

Регистр управления таймера/счетчика

88Н

TH0

Таймер/счетчик 0. Старший байт

8СН

TL0

Таймер/счетчик 0. Младший байт

8АН

TH1

Таймер/счетчик 1. Старший байт

8DH

TL1

Таймер/счетчик 1. Младший байт

8ВН

* SCON

Управление последовательным портом

98Н

SBUF

Буфер последовательного порта

99Н

PCON

Управление потреблением

87Н

* -- регистры, допускающие побитовую адресацию.

Ниже кратко описываются функции регистров, приведенных в таблице 1. Подробно эти регистры рассматриваются в соответствующих разделах настоящего описания.

Аккумулятор. АСС -- 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 ASM51 будет следующим: АСС. 5.

Регистр 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 состоянии программы.

Указатель стека SP. 8-битовый регистр, содержимое которого инкрементируется перед записью данных в стек при выполнении команд PUSH и CALL.

При начальном сбросе указатель стека устанавливается в 07Н, а область стека в ОЗУ данных начинается с адреса 08Н.

При необходимости путем переопределения указателя стека область стека может быть расположена в любом месте внутреннего ОЗУ данных микроЭВМ.

Указатель данных. Указатель данных (DPTR) -состоит из старшего байта (DPH) и младшего байта (DPL). Содержит 16-битовый адрес при обращении к внешней памяти. Может использоваться как 16-битовый регистр или как два независимых восьмибитовых регистра.

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, они поступают в буфер передатчика, причем запись байта в SBUF автоматически инициирует его передачу через последовательный порт. Когда данные читаются из SBUF, они выбираются из буфера приемника.

Регистры таймера. Регистровые пары (TH0. TL0) и (THI. TLI) образуют 16-битовые счетные регистры соответственно таймера/счетчика 0 и таймера/счетчика 1.

Регистры управления. Регистры специальных функций IP, IE, TMOD, TCON, SCON и PCON 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 мкс.

В ОМЭВМ предусмотрена возможность задания частоты внутреннего генератора с помощью кварца, LC-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 адресное пространство 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 реализации логического процессора.

Важнейшей и отличительной чертой архитектуры семейства МК51 является то, что АЛУ может наряду с выполнением операций над 8-разрядными типами данных манипулировать одноразрядными данными. Отдельные программно-доступные биты могут быть установлены, сброшены или заменены их дополнением, могут пересылаться, проверяться и 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 сути предполагают наличие входных и выходных булевых переменных, которые сложно реализовать при помощи стандартных микропроцессоров.

Все эти свойства в целом называются булевым процессором семейства МК51.

Благодаря такому мощному АЛУ набор инструкций микроЭВМ семейства МК51 одинаково хорошо подходит как для применений управления в реальном масштабе времени, так и для алгоритмов с большим объемом данных.

Микросхемы семейства КМ1816ВЕ751 конструктивно выполнены в металлокерамическом корпусе типа 2123. 40−6 с прозрачной для ультрафиолетового излучения крышкой. Остальные рассматриваемые в данном описании ОМЭВМ семейства МК51 конструктивно выполнены в пластмассовых корпусах типа 2123. 40−2.

Условное графическое обозначение микросхем показано на рис. 1, назначение выводов приведено в табл. 2.

ОМЭВМ состоит из следующих основных функциональных узлов: блока управления, арифметико-логического устройства, блока таймеров/счетчиков, блока последовательного интерфейса и прерываний, программного счетчика, памяти данных и памяти программ.

Двусторонний обмен информацией между функциональными блоками осуществляется с помощью внутренней 8-разрядной магистрали данных.

Рис .1. Условное графическое обозначение

Таблица 2. 2

N вывода

Обозн.

Назначение

Тип

1−8

P1. 0-P1. 7

8-разрядный двунаправленный порт Р1. Вход адреса А0-А7 при проверке внутреннего ПЗУ (РПЗУ).

вход/ выход

9

RST

Сигнал общего сброса. Вывод резервного питания ОЗУ от внешнего источника (для 1816)

вход

10−17

P3. 0-P3. 7

8-разрядный двунаправленный порт P3 с дополнительными функциями:

вход/ выход

P3. 0

Последовательные данные приемника — RxD

вход

P3. 1

Последовательные данные передатчика — TxD

выход

P3. 2

Вход внешнего прерывания 0- INТ0

вход

P3. 3

Вход внешнего прерывания 1- INTI

вход

P3. 4

Вход таймера/счетчика 0: — Т0

вход

P3. 5

Вход таймера/счетчика 1: — Т1

вход

P3. 6

Выход стробирующего сигнала при

выход

записи во внешнюю память данных: — WR

P3. 7

Выход стробирующего сигнала при чтении из внешней памяти данных — RD

выход

18 19

BQ2 BQI

Выводы для подключения кварцевого резонатора.

выход вход

20

0 В

Общий вывод

21−28

P2. 0-P2. 7

8-разрядный двунаправленный порт Р2. Выход адреса А8-А15 в режиме работы с внешней памятью. В режиме проверки внутреннего ПЗУ выводы Р2.0 — Р2.6 используются как вход адреса А8-А14. Вывод Р2.7 -разрешение чтения ПЗУ: — Е

вход/ выход

29

PME

Разрешение программной памяти

выход

30

ALE

Выходной сигнал разрешения фиксации адреса. При программировании РПЗУ сигнал: — PROG

вход/ выход

Литература

1 Тавернье К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения: Пер. с фр. -М: ДМКПресс, 2008. — 272 с.: ил. (Серия «Справочник»).

2 Борзенко А. Е. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: ТОО фирма «Компьютер Пресс», 2006. — 344с.: ил.

3 Цифровые интегральные микросхемы: Справ. /М. И. Богданович, И. Н. Грель, В. А. Прохоренко, В. В. Шалимо. -Мн.: Беларусь, 2001. — 493 с.: ил.

4 ДСТУ 3008−95. Документация. Отчеты в сфере науки и техники. Структура и правила оформления.

5 Охрана труда в вычислительных центрах. Ю. Г. Собаров и др. — М.: Машиностроение, 2000. — 192с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой