4.2 Однокристальные микроконтроллеры семейства mcs-251

4.2.1 Общая характеристика семейства mcs-251

В 1995 г. фирма Intel начала выпуск однокристальных микроконтроллеров семейства MCS-251. Микроконтроллеры нового семейства программно и аппаратно совместимы с микроконтроллерами семейства MCS-51. Вместе с тем, микроконтроллеры нового семейства имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с микроконтроллерами семейства MCS-51:

- расширенная система команд, позволяющая выполнять арифметические, логические и пересылочные операции с данными в формате “байт”, “слово” (два байта), “двойное слово” (четыре байта);

- расширенное адресное пространство памяти, содержащее 16М адресов;

- процессор микроконтроллеров нового семейства имеет в своем составе регистровое запоминающее устройство. Любой регистр этого устройства, пара регистров и четверка регистров могут использоваться в качестве источника операнда и приемника результата, что существенно расширяет возможности программиста при разработке программ;

- машинный цикл в микроконтроллерах нового семейства содержит два такта вместо двенадцати тактов у микроконтроллеров семейства MCS-51, что позволяет существенно сократить время выполнения программы при той же тактовой частоте;

- микроконтроллеры нового семейства изготавливаются по КМДП технологии и имеют полностью статическую структуру, что позволяет им работать при значениях тактовой частоты от 0 Гц.

В настоящее время нашли широкое применение микроконтроллеры подсемейства SX, в состав которого входят микроконтроллеры четырех типов - SA, SB, SP, SQ.

4.2.2 Структура микроконтроллера

Структура микроконтроллеров семейства MCS-251 аналогична структуре микроконтроллеров семейства MCS-51..

В состав микроконтроллеров входят процессор (CPU), внутреннее постоянное запоминающее устройство (IROM), внутреннее оперативное запоминающее устройство (IRAM) и набор периферийных устройств. К микроконтроллеру может быть подключена внешняя память. При отсутствии у микроконтроллера IROM (модификация ROMless) подключение внешней памяти обязательно.

Процессор содержит: арифметико-логическое устройство (ALU), регистровое оперативное запоминающее устройство (RRAM), двадцатичетырехразрядный счетчик команд (PC), двадцатичетырехразрядный регистр-указатель данных, состоящий из трех восьмиразрядных регистров (DPXL, DPH, DPL), шестнадцатиразрядный регистр-указатель стека, состоящий из двух восьмиразрядных регистров (SPH, SPL), генератор тактового сигнала (OSC) и другие узлы, обеспечивающие выполнение операций и ход программы.

В состав ALU входят восьмиразрядный регистр-аккумулятор (ACC), восьмиразрядный вспомогательный регистр (B) и два восьмиразрядных регистра слова состояния программы (PSW, PSW1).

RRAM используется для хранения данных. В RRAM находятся 54 восьмиразрядных регистра общего назначения. Обращение к RRAM может производиться для чтения или записи байта (B), слова (W) или двойного слова (D).

Генератор тактового сигнала (OSC) вырабатывает последовательность тактовых импульсов, которая определяет порядок работы всех устройств микроконтроллера. Микроконтроллеры подсемейства SX могут работать при тактовой частоте от 0Гц до 16мгц. Обращение к IROM выполняется за два такта, обращение к внешней памяти выполняется за два или за 4 такта. Обращение к периферийным устройствам выполняется за 12 тактов.

IROM предназначено для хранения команд программы и констант. IROM может содержать до 64К восьмиразрядных ячеек. У микроконтроллеров подсемейства SX IROM содержит 8К восьмиразрядных ячеек.

IRAM предназначено для хранения данных. У микроконтроллеров подсемейства SX IRAM содержит 512 восьмиразрядных ячеек..

У микроконтроллеров подсемейства SX имеются следующие периферийные устройства:

• четыре параллельных восьмиразрядных порта (P0, P1, P2, P3);

• усовершенствованный последовательный порт (SP);

• три таймера-счетчика (T/C0, T/C1, T/C2);

• программируемая счетная матрица (PCA);

• сторожевой таймер (WDT);

• контроллер прерываний (IC).

По составу периферийных устройств и их характеристикам микроконтроллеры подсемейства SX идентичны микроконтроллерам типов 87C51FA, 8XC51FB и 8XC51FC. Дополнительным периферийным устройством в микроконтроллерах подсемейства SX является аппаратный сторожевой таймер.