Однокристальные микроЭВМ семейства МК51
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 | ППЗУ | 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 | | 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.
|