Реферат: Однокристальные микроЭВМ семейства МК51
Общие сведения об однокристальных микроЭВМ семействаМК51 и их структура
Восьмиразрядные высокопроизводительные однокристальные микроЭВМ (ОМЭВМ) семействаМК51 выполнены по высококачественной n-МОП технологий (серия1816) и КМОП технологии (серия1830).
Использование ОМЭВМ семействаМК51 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.
СемействоМК51 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 емкостью4096 байт и рассчитаны на применение в массовой продукции. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до64 Кбайт.
ОМЭВМ КМ1816ВЕ751 содержит ППЗУ емкостью4096 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 до64 Кбайт.
ОМЭВМ КР1816ВЕ31 и КР183ОВЕ31 не содержат встроенной памяти программ, однако могут использовать до64 Кбайт внешней постоянной или перепрограммируемой памяти программ и эффективно использоваться в системах, требующих существенно большего по объему (чем4 Кбайт на кристалле) ПЗУ памяти программ.
Каждая из перечисленных выше микросхем является соответственно аналогом БИС8051, 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 емкостью128 байт с возможностью расширения общего объема оперативной памяти данных до64 Кбайт за счет использования внешних микросхем ЗУПВ.
Общий объем памяти ОМЭВМ семействаМК51 может достигать128 Кбайт:64 Кбайт памяти программ и64 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 объемом4 Кбайт (толькоКМ1816ВЕ751, КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51);
3) память данных объемом128 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 форматом1, 2, или3 байта.
Таблица1.
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:
— 32POH;
— 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.
Таблица2
--PAGE_BREAK--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 портовР0, 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 вSBUF автоматически инициирует его передачу через последовательный порт. Когда данные читаются изSBUF, они выбираются из буфера приемника.
Регистры таймера. Регистровые пары (TH0.TL0) и (THI.TLI) образуют 16-битовые счетные регистры соответственно таймера/счетчикаи таймера/счетчика1.
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 семействаМК51 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 семействаМК51 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 семействаМК51 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 типа2123.40-6 с прозрачной для ультрафиолетового излучения крышкой. Остальные рассматриваемые в данном описании ОМЭВМ семействаМК51 конструктивно выполнены в пластмассовых корпусах типа 2123.40-2.
Условное графическое обозначение микросхем показано на рис. 1, назначение выводов приведено в табл.2.
продолжение--PAGE_BREAK--
ОМЭВМсостоит 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
Таблица2.2
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
Тавернье К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения: Пер. с фр. -М: ДМКПресс, 2008. — 272 с.: ил. (Серия «Справочник»).
Борзенко А.Е. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ТОО фирма «Компьютер Пресс», 2006. – 344с.: ил.
Цифровые интегральные микросхемы: Справ./М. И. Богданович, И.Н. Грель, В.А. Прохоренко, В.В. Шалимо.–Мн.: Беларусь, 2001. – 493 с.: ил.
ДСТУ 3008-95. Документация. Отчеты в сфере науки и техники. Структура и правила оформления.
Охрана труда в вычислительных центрах. Ю.Г. Собаров и др. – М.: Машиностроение, 2000. – 192с.