Структура мк семейства х51
Среди МК, предназначенных для управления промышленным оборудованием, широко известно семейство восьмиразрядных контроллеров MCS-51/151/251, разработанных фирмой Intel. В последнее время Intel сосредоточила усилия на разработке сложных микропроцессоров для компьютеров и уступила сектор рынка простых МК другим фирмам и теперь многие производители выпускают аналоги этого семейства или совместимые с ним МК: Philips 89C51/52; Infineon C500; Philips 8051XA; Atmel АТ89 с флэш-памятью программ (см., например, /1/). В отечественной номенклатуре это К1830ВЕ51 (ранее K1816BE51). Изучению МК этого семейства и посвящена данная лабораторная работа.
МК данного семейства имеют два встроенных таймера-счётчика, последовательный порт, четыре 8-битных параллельных порта (рис. 4.7). На схеме обозначено: ГИМ – главная информационная магистраль; МА – магистраль адресов; РПП – резидентная память программ; РПД – резидентная память данных; СК – счетчик команд; РУД – регистр-указатель данных; РА – регистр адреса; РУС – регистр-указатель стека; РОН – регистры общего назначения; АЛУ – арифметико-логическое устройство; РСП – регистр, содержащий слово состояния процессора; А – аккумулятор; В – регистр-расширитель аккумулятора; Р1-Р4 – восьмиразрядные порты ввода-вывода.
В состав процессора, помимо перечисленных устройств, входят система синхронизации СС, таймеры Т, регистры специальных функций СР. Подробно структура и назначение узлов МК описаны в /1-3/.
П
омимо
данной модели выпускается также
модификация МК без внутреннего ПЗУ
программ, которая обозначается 1830ВЕ31.
Она предполагает подключение внешнего
ПЗУ емкостью до 64 кбайт. Внутренняя
(резидентная) масочно-программируемая
или репрограммируемая память программ
микросхемы 1830ВЕ51 (4 кбайт) также может
быть расширена подключением внешнего
ЗУ. Внутреннее ОЗУ данных емкостью
128 байт можно дополнить внешним ОЗУ
объёмом до 64 кбайт. Для подключения
внешнего ПЗУ и ОЗУ используются выводы
порта 0, адресные сигналы задаются портом
и портом 2.
МК серии 1830, как и его прототип, относится к CISK-процессорам с Гарвардской архитектурой. АЛУ микропроцессора может оперировать четырьмя типами информационных объектов: булевыми (1 бит), цифровыми (4 бита), байтовыми (8 бит) и адресными (16 бит). АЛУ способно выполнять 51 различную операцию пересылки или преобразования данных. Поскольку используется 11 режимов адресации (7 для данных и 4 для адресов), то путем комбинирования "операция / режим адресации" базовое число команд 111 расширяется до 255 из 256 возможных при однобайтном коде операции.
Классификация и полный список команд данного МК приведены в файле PETPO_W.doc (см. текущий каталог), а также в /1, 4/. Они изучаются в курсе «Программирование РТС». Ниже будут приведены фрагменты программ, включающие минимум команд с простейшими способами адресации.
Описание системы средств отладки ретро
Для отладки программ необходим эмулятор МК ВЕ51, имеющий ОЗУ программ, доступное для изменений (т.е. внешнее), интерфейс для связи с персональной ЭВМ и средства управления процессом. В данной работе программно-аппаратная поддержка отладки выполняется интегрированной средой РЕТРО. Она включает в себя турбо-ассемблер и программно-аппаратный отладчик, позволяющий отлаживать программы непосредственно в устройстве пользователя. Отладчик выполняет трассировку по исходному тексту программы в точках останова и в пошаговом режиме. Диалоговые окна позволяют наблюдать и изменять значения ячеек памяти с использованием мнемоник исходного текста.
Система PETPO позволяет отлаживать программы объемом до 32 Кбайт. Программа пользователя может использовать всю внутреннюю память данных, а также до 16 Кбайт внешнего ОЗУ. Адресное пространство программы пользователя – 8000h...FFFFh. Адресное пространство внешней памяти данных – 0000h...3FFFh. Адреса 4000h…7FFFh используются для интерфейса с управляющей ЭВМ.
Электрическая схема аппаратной части (отладочной платы) приведена на рис. 4.8. Плата содержит микроконтроллер 1830BE51 (DD3), регистр адреса К555ИР22 (DD4), схему RAM 32k 62256 (DD6), выполняющую роль внешней памяти программ, а также
Рис.
4.8
схемы интерфейса для связи с управляющей ЭВМ, включающей микросхемы К555ЛА3 (DD1, DD2) и К555ЛА8 (DD6). Сигналы, необходимые для расширения памяти, а также для подключения устройств пользователя, выведены на контактные площадки платы.
Схема соединений жгута, связывающего отладчик с ПК, приведена на рис. 4.9.
Рис. 4.9
Отладочная плата поставляется в минимальном варианте с памятью программ размером 8 кбайт. Через переходник (40-DIP) плата подключается вместо микросхемы МК51 в устройство пользователя. Микросхема ПЗУ пользователя при этом должна быть отключена.
Связь управляющей ЭВМ с отладочной платой осуществляется через параллельный порт принтера. При поставке системы задано использование порта LPT1. Номер используемого порта можно изменить в меню Options.
При работе МК-системы с внешней памятью порты Р0 и Р2 используются для организации обмена информацией через общую шину и не могут работать как порты общего назначения. Поэтому в системе PETPO в окне отладчика "PROCESSOR STATUS" состояние этих портов не выводится.
На программу пользователя налагаются следующие ограничения:
- нельзя использовать флаг F0 в слове состояния процессора PSW;
- векторы прерываний должны располагаться по адресам 8003H…8023H, при этом перед передачей управления подпрограмме обработки прерывания проходит 6 дополнительных машинных циклов.
Система PETPO задействует бит WR (P3.6) для организации обмена с внешней памятью. Этот бит постоянно должен быть установлен. Пользователь не должен очищать этот бит, но может использовать его для обращения к внешней памяти данных по команде MOVX. При переходе в пошаговый режим система сбрасывает бит INT0 (P3.2). Для нормального функционирования пошагового режима пользователь не должен изменять состояния бита INT0. При выходе из пошагового режима PETPO устанавливает бит INT0 и освобождает его для использования пользователем. Все остальные биты порта 3, а также порт 1 остаются в распоряжении пользователя.
Программа РЕТРО предназначена для набора, редактирования, компиляции, запуска на выполнение и отладки управляющих программ для микропроцессоров типа К1830ВЕ51, АТ89С51 или аналогичных. Кроме того, программа предоставляет дополнительно набор возможностей для отладки программ и просмотра содержимого внутренних регистров микропроцессора во время выполнения программы. Этого можно добиться, вводя так называемые «точки останова» - Break, можно также использовать выполнение программы в пошаговом режиме с контролем состояния регистров микропроцессора.