Однокристальные микроЭВМ семейства МК51
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
|
4К
|
ПЗУ
|
128
|
12,0
|
150,0
|
КМ1816ВЕ751
|
8751Н
|
4К
|
128
|
12,0
|
220,0
|
КР1830ВЕ31
|
80С31ВН
|
-
|
внешн.
|
128
|
12,0
|
18,0
|
КР1830ВЕ51
|
80С51ВН
|
4К
|
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
|
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
|
|
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.