2.3. Программная модель микроконтроллеров семейства Intel 8051

Программная модель включает ресурсы микроконтроллера, которые доступны программисту при создании программ. Прежде всего, к ней относятся ресурсы резидентной памяти микроконтроллера и программный счетчик PC.

Чаще всего программист использует регистры специальных функций, управляющие работой микроконтроллера, и регистры общего назначения, расположенные в адресном пространстве резидентной памяти данных. На рисунке 4 приведена программная модель базовой модели микроконтроллера семейства Intel 8051.

Регистр аккумулятор А (Accumulator) является источником операнда и местом фиксации результата при выполнении арифметических, логических операций и операций передачи данных. Кроме того, только с использованием аккумулятора могут быть выполнены операции сдвигов, проверка на ноль, формирование флага паритета и т.п.

Регистр В (Multiplication Register) – расширитель аккумулятора, используется в сочетании с аккумулятором при выполнении операций умножения и деления для хранения второго входного операнда и размещения возвращаемых восьми битов результата. В других операциях регистр B является обычным регистром общего назначения.

Регистр слова состояния PSW (Program Status Word) предназначен для фиксации признаков операций (флагов), формирующихся при выполнении команд. Все биты регистра программно доступны для записи и чтения.

Регистры-защелки параллельных портов P0-P3 (Port Latch) предназначены для обмена информацией микроконтроллера с внешними устройствами. Помимо параллельного ввода/вывода указанные порты могут выполнять ряд дополнительных функций. Все биты регистров программно доступны.

Регистр-указатель стека SP (Stack Pointer) может адресовать любую область внутренней памяти данных. В процессе инициализации микроконтроллера после сигнала сброса в SP заносится код 07Н. Это означает, что первый элемент стека будет располагаться в ячейке памяти с адресом 08Н.

Регистр-указатель данных DPTR (Data Pointer) предназначен для хранения шестнадцатиразрядного адреса внешней памяти при косвенной адресации. Он состоит из двух восьмиразрядных регистров DPH (Data Pointer High Byte) и DPL (Data Pointer Low Byte), которые также могут использоваться как независимые регистры общего назначения.

Регистровые пары THn (Timer/Counter n High Byte) и TLn (Timer/Counter n Low Byte) являются регистрами старшего и младшего байтов программно-управляемых таймеров/счетчиков T/Cn микроконтроллера. Эти регистры могут быть программно прочитаны или загружены как при выключенных, так и при работающих таймерах/счетчиках.

Режимы работы таймеров-счетчиков выбираются при помощи регистра TMOD (Timer/Counter Mode Control Register), а управление осуществляется с помощью регистра TCON (Timer/Counter Control Register). Все биты этих регистров программно доступны для записи и чтения.

Регистр разрешения прерываний IE (Interrupt Enable Register) используется для разрешения/запрещения прерываний от соответствующих источников. Все биты регистра программно доступны.

Регистр приоритетов прерываний IP (Interrupt Priority Control Register) используется для изменения уровня приоритета прерывания для каждого из источников. Установка логической единицы в заданном разряде регистра IP назначает для соответствующего источника прерывания высокий уровень приоритета, а установка логического нуля – низкий.

Регистр управления последовательным портом SCON (Serial Port Control Register) предназначен для управления последовательным интерфейсом UART. Этот регистр содержит управляющие биты, определяющие режим работы последовательного порта, биты принимаемых/передаваемых данных и биты прерывания приемопередатчика.

Регистр буфера приемопередатчика SBUF (Serial Data Buffer) обеспечивает программный доступ к регистрам передатчика и приемника последовательного порта. Передача данных начинается любой командой микроконтроллера, использующей SBUF в качестве регистра назначения. Запись байта в регистр приводит к автоматической инициализации передачи.

Регистр управления режимами энергопотребления Pcon (Power Control Register) позволяет выбрать один из двух режимов пониженного энергопотребления. В режиме холостого хода idle тактовый генератор работает, внутренние узлы микроконтроллера блокируются, программа не исполняется, но при этом сохраняется содержимое всех регистров и внутреннего ОЗУ. Выход из режима возможен по прерыванию или аппаратному сбросу. В режиме power down задающий генератор выключается, работа всех узлов микроконтроллера блокируется, сохраняется только содержимое озу, единственный выход – аппаратный сброс.

Рисунок 4 - Программная модель базового микроконтроллера семейства Intel 8051

В таблице П1.1 Приложения 1 приведен перечень регистров специальных функций базового микроконтроллера семейства Intel 8051, их назначение, адреса и начальное состояние, устанавливаемое при сбросе. Многие регистры специальных функций имеют побитовую адресацию с возможностью программного опроса, установки или сброса битов.

Микроконтроллеры семейства Intel 8051, отличающиеся по архитектуре от базовой модели, содержат дополнительные регистры специальных функций. Так, например, таймер/счетчик T/C2 добавляет в программную модель микроконтроллера 6 регистров специальных функций, а массив программируемых счетчиков PCA – 19 и т.д. Назначение и адреса таких регистров приведены в таблице П1.2