Mikrokontrolery C51.pdf

1.1 MIKROKONTROLER 8051

1.1.1 Informacje ogólne

Ukad 8051 jest jednoukadowym, 8 – bitowym mikrokontrolerem o rozbudowanych

zasobach wewntrznych, tj.: programowalne ukady czasowo – licznikowe, ukad transmisji

szeregowej, ukad przerwa#, wewntrzna pami$ programu i danych. 16 – bitowa szyna adresowa

pozwala na do&czenie zewntrznych pamici danych o pojemno’ci 64kB i pamici programu

równie+ o pojemno’ci 64kB.

W zwi&zku z multipleksowaniem szyny adresowej A0 – A7 i szyny danych, mikrokontroler

musi generowa$ dodatkowy sygna steruj&cy zewntrznym buforem zatrzaskowym – ALE. Sygna

ten jest generowany podczas pobierania ka+dego sowa rozkazu dwukrotnie w ka+dym cyklu

maszynowym. Wyj&tek stanowi& rozkazy MOVX oraz MOVC przy dostpie do zewntrznej pamici

programu realizuj&cy dostp do pamici zewntrznej. Instrukcja ta jest jednobajtowa, wykonywana w

dwóch cyklach maszynowych. W pierwszym cyklu nastpuje odczyt kodu instrukcji (pierwszy

sygna ALE) oraz ustawienie adresu +&danej komórki pamici (drugi sygna ALE). W drugim cyklu

maszynowym nastpuje odczyt/ zapis szyny danych – nie mo+e wówczas wyst&pi$ sygna ALE, gdy+

zniszczyby on wcze’niej ustawiony adres komórki pamici.

Czas trwania cyklu maszynowego wynosi 12 taktów zegara, co dla czstotliwo’ci rezonatora

równej 12MHz daje czas 1

s. Czas wykonywania instrukcji wynosi jeden, dwa lub cztery cykle

maszynowe, w zale+no’ci od instrukcji.

P0.0 – P0.7

P2.0 – P2.7

PORT 0

Vcc

GND

PORT LATCH

RAM

ROM

PROGRAM

ADDRESS

BUFFER

STACK

POINTER

ACCUMULATOR

INCREMENTER

TMP 2

TMP 1

ALU

INTRRUPT,

SERIAL

PORT,

TIMER

PROGRAM

COUNTUNER

/PSEN

ALE

PSW

DPTR

/EA

RST

PORT LATCH

OSC

PORT 1

PORT LATCH

PORT 3

XTAL1

XTAL2

P1.0 – P1.7

P3.0 – P3.7

Rys. 1.1 Schemat blokowy mikrokontrolera 8051

1.1.2 Jednostka arytmetyczno – logiczna

Z jednostk& arytmetyczno – logiczn& wspópracuj& dwa rejestry bloku rejestrów specjalnych:

akumulator (ACC) – E0h i rejestr B – F0h. Akumulator najcz’ciej zawiera jeden z operandów i

zapisywany jest w nim wynik operacji, rejestr B jest natomiast wykorzystywany przy operacjach

mno+enia i dzielenia.

Jednostka arytmetyczno – logiczna mo+e wykonywa$ nastpuj&ce operacje za argumentach

o’miobitowych: dodawanie, dodawanie z przeniesieniem, odejmowanie z po+yczk&, inkrementacja,

dekrementacja, mno+enie w naturalnym kodzie binarnym daj&ce 16 – bitowy wynik, dzielenie w

naturalnym kodzie binarnym daj&ce 8 – bitowy wynik i 8 bitow& reszt, iloczyn logiczny, suma

logiczna, suma modulo 2, zerowanie i negacja akumulatora.

Jednostka arytmetyczno – logiczna mo+e wykonywa$ operacje logiczne równie+ na

pojedynczych bitach. Dla tych operacji akumulatorem jest bit przeniesienia C – D7h sowa stanu

PSW – D0h. Rejestr specjalny PSW bezpo’rednio wspópracuje z jednostk& arytmetyczno – logiczn&.

Jego zawarto’$ opisuje cechy wyniku ostatnio wykonywanej operacji.

Tab. 1.1 Bity rejestru specjalnego PSW

Nr bitu Bit 7

Bit 6

Bit 5

Bit 4

Bit 3

Bit 2

Bit 1

Bit 0

Symbol

RS1

RS0

Adres

D7h

D6h

D5h

D4h

D3h

D2h

D1h

D0h

P – znacznik parzysto’ci

OV – znacznik przepenienia dla dodawania i odejmowania w kodzie U2

RS0 i RS1 – bity wyboru bloku rejestrów roboczych

F0 – znacznik uniwersalny (do dowolnego wykorzystania)

AC – znacznik przeniesienia poówkowego

C – znacznik przeniesienia

1.1.3 Pami() danych i pami() programu

Mikrokontroler 8051 posiada obszar 4kB pamici programu ROM programowanej mask& i

256 bajtow& przestrze# adresow& pamici RAM. Wewntrzna pamici danych RAM podzielona

jest na dwa bloki:

- dolna pami$ RAM zawieraj&ca obszar czterech banków pamici, obszar bitów

adresowanych bezpo’rednio i ci&gy obszar pamici RAM tzw. obszar u+ytkownika oraz

- górna pami$ RAM zawieraj&ca obszar rejestrów specjalnych.

W obszarze zarezerwowanym dla czterech banków pamici umieszczany jest stos programu.

Mo+e on by$ umieszczony w dowolnym miejscu, przez zapis odpowiedniego adresu do rejestru SP o

adresie 81h, bd&cego wskaGnikiem stosu. Wykonanie resetu mikrokontrolera ustawia warto’$

pocz&tkow& wskaGnika stosu SP równ& 07h. SP nale+y do bloku rejestrów specjalnych, a jego

zawarto’$ wskazuje na ostatnie zajte sowo stosu. WskaGnik stosu jest inkrementowany przed

ka+dym zapisem na stos poleceniem: PUSH A

i dekrementowany po ka+dym odczycie poleceniem POP A.

Oprócz pamici wewntrznej danych mo+liwe jest do&czenie do mikrokontrolera zewntrznej

pamici danych o pojemno’ci do 64kB. Poniewa+ mikrokontroler nie posiada osobnych rozkazów do

dostpu do urz&dze# wej’cia – wyj’cia, to w obszarze adresowym 64kB zewntrznej pamici danych

mog& by$ równie+ umieszczane rejestry do&czanych do systemu urz&dze# wej’cia – wyj’cia.

Pami$ programu przechowuje kody operacji przeznaczonych do wykonania przez

mikroprocesor, mo+e tak+e su+y$ do przechowywania staych u+ywanych w programie. Pami$

programu adresowana jest przez 16-bitowy licznik rozkazów (PC). Mikrokontroler 8051 mo+e tak+e

korzysta$ z zewntrznej pamici programu o pojemno’ci do 64kB. To, z której z tych pamici

pobierane s& rozkazy zale+y od stanu wyprowadzenia /EA. W przypadku korzystania tylko z

wewntrznej pamici programu, wyprowadzenie /EA musi by$ ustawione w stan wysoki, przez

po&czenie tego wyprowadzenia z zasilaniem ukadu (przed rozpoczciem pracy ukadu). Je’li

pojemno’$ wewntrznej pamici programu jest niewystarczaj&ca, cz’$ programu mo+e by$

umieszczona w pamici zewntrznej. Wówczas dopóki warto’$ licznika rozkazów nie przekracza

rozmiaru wewntrznej pamici programu, rozkazy pobierane s& z pamici wewntrznej.

Przekroczenie przez licznik rozkazów warto’ci 0FFFH powoduje pobieranie rozkazów z zewntrznej

pamici programu. Je’li mikrokontroler ma korzysta$ wy&cznie z zewntrznej pamici programu,

wyprowadzenie /EA musi by$ ustawione w stan niski, przez zwarcie tego wyprowadzenia z mas&

ukadu.

PC zawiera adres aktualnego rozkazu przeznaczonego do wykonania. Rozkaz ten jest

pobierany z pamici do rejestru rozkazów (istnieje mo+liwo’$ odczytu warto’ci tego rejestru, ale nie

jest on dostpny dla zapisu). Na podstawie zawarto’ci rejestru rozkazów, dekoder rozkazów steruje

wyborem Gróda argumentu, miejsca umieszczenia wyniku, funkcjami jednostki arytmetyczno –

logicznej itp. – w ten sposób mikroprocesor wykonuje zadan& operacj. Je+eli nie jest wykonywany

rozkaz skoku, to zawarto’$ licznika rozkazów jest inkrementowana po odczycie ka+dego bajtu z

pamici programu. Reset mikrokontrolera powoduje ustawienie licznika rozkazów w stan 0000h.

FFFFh

Zewn2trzna

Pami2=

Programu

1000h

0FFFh

FFh

Dost2pne

tylko przez

adresowanie

po7rednie

Dost2pne

przez

adresowanie

bezpo7rednie

(SFR)

23h

1Bh

80h

13h

7Fh

Dost2pne

przez

adresowanie

po7rednie i

bezpo7rednie

0Bh

03h

00h

/RD /WR

/PSEN

Rys. 1.2 Mapy pamici mikrokontrolera 8051 a) pamici danych, b) pamici programu

1.1.4 Blok rejestrów specjalnych

Blok rejestrów specjalnych (SFR) znajduje si w obszarze pamici danych mikrokontrolera o

adresach 128 – 240 (80h – F0h). Obszar rejestrów SFR mikrokontrolera '51 jest wykorzystywany

dwojako – z jednej strony umieszczone s& w nim wszystkie (za wyj&tkiem licznika rozkazów i

czterech banków rejestrów R0 – R7) rejestry steruj&ce prac& mikrokontrolera lub wykorzystywane

bezpo’rednio przy wykonywaniu programu; z drugiej za’ strony rejestry SFR stanowi& rodzaj

interfejsu pomidzy mikroprocesorem a ukadami peryferyjnymi umieszczonymi wewn&trz

mikrokontrolera. Wszystkie operacje sterowania wewntrznymi ukadami peryferyjnymi oraz

przesyania danych midzy nimi a CPU, odbywaj& si wa’nie za po’rednictwem rejestrów SFR.

Dostp do ka+dego z tych rejestrów mo+liwy jest wy&cznie w trybie adresowania rejestrowego.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: