Контролери Intel mcs-51
Однокристальний мікроконтролер (ОМК) 8051 є представником сімейства Intel MCS-51, що у даний час займає лідуючу позицію за кількістю різновидів і кількості компаній, що випускають його модифікації. На сьогоднішній день існує понад 200 модифікацій мікроконтролерів,
що випускаються майже 20 компаніями. Основними виробниками клонів MCS-51 є фірми Philips, Siemens, Intel, Atmel, Dallas Semiconductor, Temic Semiconductor, Oki, AMD, Gold Star, Winbond і ряд інших.
Архітектуру 8051 використовують у своїх розробках провідні виробники електронного устаткування, створюючи MSC-контролери (Mixed Signal Microcontroller). Наприклад: Analog Devices, Burr-Brown, Texas Instruments й інші.
Родоначальником архітектури MCS-51 є фірма Intel, що у 1980 році випустила мікроконтролер 8051 на базі HMOS-технології. З погляду технології 8051 був для свого часу досить складним виробом - у кристалі було використано 128 тисяч транзисторів, що в 4 рази перевищувало кількість транзисторів у 16-розрядному мікропроцесорі 8086.
Основними елементами базової архітектури є:
8-розрядий АЛП на основі акумуляторної архітектури;
апаратна реалізація множення;
віконна адресація чотирьох банків регістрів по 8 байт у кожному;
резидентний ОЗП даних 128 байт, що забезпечує гнучке керування його ресурсами за рахунок поділу на зони регістрів, бітів і вільної зони;
простір регістрів спеціальних функцій 128 байт;
механізм обробки бітових даних, розташованих у резидентному ОЗП даних і в зоні регістрів спеціальних функцій;
резидентна пам'ять програм 4Кх8, виконана на ОТР чи ЕРRОМ;
розвинута система команд із роздільним звертанням до пам'яті програм і даних;
два шестнадцятирозрядних лічильники-таймери;
контролер послідовного порту;
чотири 8-розрядних паралельних порти введення/виводу, кожен біт яких можна настроїти на введення чи на вивід;
контролер обробки переривань з п'ятьма джерелами запитів, два з яких зовнішні;
убудований тактовий генератор.
ОМК може працювати в режимах мікроконтролера і мікропроцесора. У режимі мікропроцесора можливе приєднання зовнішньої пам'яті програм до 64КБ і даних до 64КБ.
Напруга живлення 5В. Струм споживання 18 мА (Кмоп-технологія), 150…200 мА (n-Моп-технологія). Максимальна тактова частота 12 МГц, що забезпечує час виконання основних команд за 1…2 мкс; тільки множення і ділення виконується за 4 мкс.
Основні модифікації базової моделі 8051: n-моп технологія:
8031AH (KP1816BE31) - без резидентної пам'яті програм; 8051АН ( KP1816BE51) – ОТР;
8751H (KM1816BE751) – EPROM (з ультрафіолетовим стиранням інформації);
КМОП технологія: 80C31 (KP1830BE31);
80C51 (KP1830BE51);
87C571(KM1830BE75).
Інші модифікації будуть розглянуті нижче.
3.1 Структурна організація Intel 8051
Архітектура ОМК припускає логічний і структурний поділ пам'яті команд і пам'яті даних. Такий поділ є ознакою гарвардської архітектури. Основною перевагою гарвардської архітектури є роздільні магістралі для звертання до пам'яті програм і пам'яті даних, що підвищує швидкодії. Однак у 8051 роздільними є тільки внутрішні шини адреси команд і даних, а дані і команди передаються загальною шиною.
Застосування гарвардського принципу в 8051 дозволяє мати різну організацію пам'яті команд і даних, більш ефективно використовувати формати команд, що розрізняються при звертанні до команд і даних використовуваними способами адресації. Остання обставина призводить до скорочення розміру пам'яті, необхідного для збереження програм.
При роботі з зовнішніми пристроями (пам'яттю, периферійними БІС) звертання до пам'яті програм і даних виконується за загальною магістраллю. Однак у процесі звертання до зовнішніх пристроїв формуються різні сигнали для керування пам'ятю програм і даних, що спрощує їхню апаратну реалізацію і збільшує обсяг сумарного адресного простору.
Основу структурної схеми ОМК (рис. 3.1) утворить внутрішня двонапрямна 8-бітна шина даних, що зв'язує між собою всі основні вузли і пристрої: резидентну пам'ять, центральний процесор, що складається з
АЛП, акумулятора АСС, регістра-розширювача акумулятора В, слова стану процесора PSW і пристрою керування, порти введення/виводу.
Рисунок 3.1 – Структурна схема Intel 8051