Общие сведения об однокристальных микроЭВМ семейства МК51 и ихструктура
Восьмиразрядные высокопроизводительныеоднокристальные микроЭВМ (ОМЭВМ) семейства МК51 выполнены по высококачественнойn-МОП технологий (серия 1816) и КМОП технологии (серия 1830).
Использование ОМЭВМсемейства МК51 по сравнению с МК48 обеспечивает увеличение объема памяти команди памяти данных.
Новые возможностиввода-вывода и периферийных устройств расширяют диапазон применения и снижаютобщие затраты системы. В зависимости от условий использования, быстродействиесистемы увеличивается минимум в два с половиной раза и максимум в десять раз.
Семейство МК51 включаетпять модификаций ОМЭВМ (имеющих идентичные основные характеристики), основное различие между которыми состоит вреализации памяти программ и мощности потребления.
ОМЭВМ КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51 содержат масочно-программируемое в процессе изготовлениякристалла ПЗУ памяти программ емкостью 4096 байт и рассчитанына применение в массовой продукции. За счет использования внешних микросхемпамяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.
ОМЭВМ КМ1816ВЕ751содержит ППЗУ емкостью 4096 байт со стираниемультрафиолетовым излучением и удобна на этапе разработки системы при отладкепрограмм, а также при производстве небольшими партиями или при создании систем,требующих в процессе эксплуатации периодической подстройки.
За счет использованиявнешних микросхем памяти общий объем памятипрограмм может быть расширен до 64 Кбайт.
ОМЭВМ КР1816ВЕ31 иКР183ОВЕ31 не содержат встроенной памяти программ, однако могут использовать до64 Кбайт внешней постоянной или перепрограммируемойпамяти программ и эффективно использоваться в системах, требующих существеннобольшего по объему (чем 4 Кбайт на кристалле) ПЗУ памяти программ.
Каждая из перечисленныхвыше микросхем является соответственно аналогом БИС 8051, 80С51, 8751, 8031,80С31 семейства MCS-51 фирмы Intel (США). Сравнительные данныемикросхем приведены в табл. 2.1.
Каждая ОМЭВМрассматриваемого семейства содержит встроенное ОЗУ памяти данных емкостью 128байт с возможностью расширения общего объема оперативной памяти данных до 64Кбайт за счет использования внешних микросхем ЗУПВ.
Общий объем памяти ОМЭВМсемейства МК51 может достигать 128 Кбайт: 64 Кбайт памяти программ и 64 Кбайтпамяти данных.
При разработке на базеОМЭВМ 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 исключениемслучаев, которые будут оговорены особо.
ОМЭВМ содержат все узлы,необходимые для автономной работы:
1) центральный восьмиразрядныйпроцессор;
2) память программ объемом 4 Кбайт(только КМ1816ВЕ751, КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51);
3) память данных объемом 128 байт;
4) четыре восьмиразрядныхпрограммируемых канала ввода-вывода;
5) два 16-битовых многорежимныхтаймера/счетчика;
6) систему прерываний с пятью векторамии двумя уровнями;
7) последовательный интерфейс;
8) тактовый генератор.
Система команд ОМЭВМ содержитIII базовых команд с форматом 1, 2, или3 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 пользователемпрограммно-управляемых флагов;
— набор регистров специальных функций.
POH и определяемые пользователемпрограммно-управляемые флаги расположены в адресном пространстве внутреннегоОЗУ данных. Регистры специальных функций (SFR, SPECIAL FUNCTIONREGISTERS) с указанием их адресов приведены втаблице 2.
Таблица 2Обозначение 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 описываютсяфункции регистров, приведенных в таблице 1. Подробно эти регистрырассматриваются 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. Используетсяво время операций умножения и деления. Для других инструкций регистр В можетрассматриваться как дополнительный сверхоперативный регистр.
Регистр состоянияпрограммы. Регистр PSW содержит информацию о состояниипрограммы.
Указатель стека SP. 8-битовый регистр, содержимоекоторого инкрементируется перед записью данных в стек при выполнении команд PUSH и CALL.
При начальном сбросеуказатель стека устанавливается в 07Н, а область стека в ОЗУ данных начинаетсяс адреса 08Н.
При необходимости путемпереопределения указателя стека область стека может быть расположена в любомместе внутреннего ОЗУ данных микроЭВМ.
Указатель данных.Указатель данных (DPTR) -состоит изстаршего байта (DPH) и младшегобайта (DPL). Содержит 16-битовый адрес приобращении к внешней памяти. Может использоваться как 16-битовый регистр или какдва независимых восьмибитовых регистра.
Порт0—ПортЗ. Регистрамиспециальных функций Р0, Р1, Р2, РЗ являются регистры-«защелки»соответственно портов Р0, Р1, Р2, РЗ.
Буфер последовательногопорта. SBUF представляет собой два отдельныхрегистра: буфер передатчика и буфер приемника. Когда данные записываются в SBUF,они поступают в буфер передатчика, причем запись байта в SBUF автоматическиинициирует 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 счетныерегистры 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 системыпрерываний, таймеров/счетчиков и последовательного порта.
ОМЭВМ прифункционировании обеспечивает: — минимальное время выполнения команд сложения —1 мкс: — аппаратное умножение и деление с минимальным временем выполнениякоманд умножения/деления — 4 мкс.
В ОМЭВМ предусмотренавозможность задания частоты внутреннего генератора с помощью кварца, LC-цепочкиили внешнего генератора.
Архитектура семействаМК51 несмотря на то, что она основана на архитектуре семейства МК48, все же неявляется полностью совместимой с ней. В новом семействе имеется ряд новыхрежимов адресации, дополнительные инструкции, расширенное адресное пространствои ряд других аппаратных отличий.
Расширенная системакоманд обеспечивает побайтовую и побитовую адресацию, двоичную идвоично-десятичную арифметику, индикацию переполнения и определениячетности/нечетности, возможность реализации логического процессора.
Важнейшей и отличительнойчертой архитектуры семейства МК51 является то, что АЛУ может наряду свыполнением операций над 8-разрядными типами данных манипулироватьодноразрядными данными. Отдельные программно-доступные биты могут бытьустановлены, сброшены или заменены их дополнением, могут пересылаться,проверяться и использоваться в логических вычислениях.
Тогда как поддержкапростых типов данных (при существующей тенденции к увеличению длины слова)может с первого взгляда показаться шагом назад, это качество делает микроЭВМсемейства МК51 особенно удобными для применений, в которых используютсяконтроллеры. Алгоритмы работы последних по своей сути предполагают наличиевходных и выходных булевых переменных, которые сложно реализовать при помощистандартных микропроцессоров.
Все эти свойства в целомназываются булевым процессором семейства МК51.
Благодаря такому мощномуАЛУ набор инструкций микроЭВМ семейства МК51 одинаково хорошо подходит как дляприменений управления в реальном масштабе времени, так и для алгоритмов сбольшим объемом данных.
Микросхемы семейства КМ1816ВЕ751конструктивно выполнены в металлокерамическом корпусе типа 2123.40-6 спрозрачной для ультрафиолетового излучения крышкой. Остальные рассматриваемые вданном описании ОМЭВМ семейства МК51 конструктивно выполнены в пластмассовыхкорпусах типа 2123.40-2.
Условное графическоеобозначение микросхем показано на рис. 1, назначение выводов приведено в табл.2.
ОМЭВМ состоит изследующих основных функциональных узлов: блока управления,арифметико-логического устройства, блока таймеров/счетчиков, блокапоследовательного интерфейса и прерываний, программного счетчика, памяти данныхи памяти программ.
Двусторонний обменинформацией между функциональными блоками осуществляется с помощью внутренней8-разрядной магистрали данных.
/>
Рис .1. Условноеграфическое обозначение
Таблица 2.2N 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. Отчетыв сфере науки и техники. Структура и правила оформления.
5 Охрана труда ввычислительных центрах. Ю.Г. Собаров и др. – М.: Машиностроение, 2000. – 192с.