Статья: Микроконтроллеров семейства МК51

Кроме указанных в таблице резидентной памяти программ и данных (РПП и РПД) микроконтроллер содержит на кристалле:

· 8-разрядный центральный процессор (в АЛУ реализуются сложение, вычитание, умножение и деление);

· четыре программируемых 8-разрядных порта ввода/вы-вода (Р0-Р3);

· два 16-битовых многорежимных таймера/счетчика;

· систему прерываний с пятью векторами и двумя уровнями;

· последовательный интерфейс;

· тактовый генератор;

· битовый процессор.

За счет подключения внешних БИС память программ может быть расширена до 64 Кб, память данных — на 64 Кб.

Многие выводы микросхем допускают многофункциональ­ное использование (на рис. 2.1 показаны альтернативные функ­ции порта Р3).

Выводы BQ1 и BQ2 служат для подключения кварцевого резонатора, вывод RST — для организации сброса МК. Вывод VPP (выбор памяти программ) для блокировки резидентной памяти программ заземляется. При подключении внешней памяти через порт Р0 передаются данные и младший байт адреса (А0-А7), через порт Р2 — старший байт адреса (А8-А15). Для реализации альтернативных функций порта Р3 в соответствующие линии порта необходимо вывести единицы.

Блок управления и синхронизации предназначен для выработки синхронизирующих и управляющих сигналов, обеспечивающих координацию совместной работы блоков МК51 во всех допустимых режимах работы. В состав блока управления входят: устройство формирования временных интервалов, логика ввода-вывода, регистр команд, регистр управления потреблением электроэнергии, дешифратор команд, логика управления МК.

Устройство формирования временных интервалов предназначено для формирования и выдачи внутренних синхросигналов фаз, тактов и циклов. Количество машинных циклов определяет продолжительность выполнения команд. Практически все команды ОЭВМ выполняются за один или два машинных цикла, кроме команд умножения и деления, продолжительность выполнения которых составляет четыре машинных цикла. Обозначим частоту задающего генератора через Fг. Тогда длительность машинного цикла равна 12/Fг или составляет 12 периодов сигнала задающего генератора. Логика ввода-вывода предназначена для приема и выдачи сигналов, обеспечивающих обмен информации с внешними устройствами через порты ввода-вывода Р0-Р3.

Регистр команд предназначен для записи и хранения 8-ми разрядного кода операции выполняемой команды. Код операции с помощью дешифратора команд и логики управления МК преобразуется в микропрограмму выполнения команды.

Регистр управления потреблением (PCON) позволяет останавливать работу микроконтроллера для уменьшения потребления электроэнергии и уменьшения уровня помех от микроконтроллера.

Арифметико-логическое устройство (ALU) представляет собой параллельное восьмиразрядное устройство, обеспечивающее выполнение арифметических и логических операций. АЛУ состоит из:регистров временного хранения TMP1 и TMP2, ПЗУ констант, сумматора, дополнительного регистра (регистра В), аккумулятора (ACC), регистра состояния программ (PSW).

Регистр B— восьмиразрядный регистр, используемый во время операций умножения и деления. Для других инструкций он может рассматриваться как дополнительный сверхоперативный регистр.

Аккумулятор— восьмиразрядный регистр, предназначенный для приема и хранения результата, полученного при выполнении арифметико-логических операций или операций сдвига.

Счетчик команд (Program Counter) предназначен для формирования текущего 16-разрядного адреса внутренней памяти программ и 8/16-разрядного адреса внешней памяти программ. В состав счетчика команд входят 16-разрядные буфер РС, регистр РС и схема инкремента (увеличения содержимого на 1).

Память данныхпредназначена для временного хранения информации, используемой в процессе выполнения программы.

Порты P0, P1, P2, P3 являются двунаправленными портами ввода-вывода и предназначены для обеспечения обмена информацией МК с внешними устройствами, образуя 32 линии ввода-вывода.

Регистр состояния программы (PSW) предназначен для хранения информации о состоянии АЛУ при выполнении программы. В него заносится результат в виде признаков (флагов).

Слово состояния программы PSW включает в себя четыре флага: С — перенос, АС — вспомогательный перенос, OV — переполнение и Р — паритет.

Флаг OV устанавливается, если результат операции сложения/вычитания не укладывается в семи битах и старший бит результата не может интерпретироваться как знаковый. При выполнении операции деления флаг OV сбрасывается, а в случае деления на нуль — устанавливается. При умножении флаг OV устанавливается, если результат больше 255.

Флаг Р равен 0, если число единиц аккумулятора четное.

Память программпредназначена для хранения программ и представляет собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Регистр указателя данных (DPTR) предназначен для хранения 16-разрядного адреса внешней памяти данных.

Указатель стека (SP) представляет собой восьмиразрядный регистр, предназначенный для организации особой области памяти данных (стека), в которой можно временно сохранить содержимое любой ячейки памяти. Прежде всего стек предназначен для сохранения адреса возврата при вызове подпрограмм.

Стек — специально организованная область ОЗУ, предназначенная для временного хранения данных или адресов. Число, записанное в стек последним, извлекается из него первым. Указатель стека SP хранит адрес последней ячейки стека, в которой записана информация. При вызове подпрограммы в стеке автоматически сохраняется адрес возврата в основную программу. Как правило, в начале каждой подпрограммы сохраняют в стеке содержимое всех задействованных при ее выполнении регистров, а в конце подпрограммы восстанавливают их из стека.

Символические обозначения программно доступных битов некоторых регистров приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Сигнал сброса обнуляет содержимое регистров PC, ACC, B, PSW, DPTR, TMOD, TCON, T/C0, T/C1, IE, IP и SCON, в регистре PCON сбрасывается только старший бит, в регистр SP загружается код 07Н, а в порты Р0-Р3 загружаются коды 0FFH (настраивая их на ввод). Сигнал сброса не воздействует на содержимое ячеек РПД.