- •Мікропроцесорна техніка
- •Мікропроцесорна техніка
- •Вступ....................................................................................5
- •Типові 8- та 16- розрядні мікропроцесори
- •5. Організація взаємодії мп з зовнішнім
- •1 Основні терміни. Структура та функціонування мікропроцесорної системи
- •2. Представлення чисел і елементи двійкової арифметики в цифрових пристроях
- •2.1 Позиційні системи числення
- •Шістнадцяткова система
- •Двійкова арифметика
- •Форми представлення чисел
- •3 Загальна характеристика та класифікація мп. Родини та комплекти мп.
- •Огляд мікропроцесорів відомих фірм-виробників
- •4 Типові 8- та 16- розрядні мікропроцесори для побудови мпс
- •4.1 Восьмирозрядний мікропроцесор 8080а
- •4.1.1 Архітектура і режими роботи мікропроцесора Архітектура мікропроцесора к580вм80а
- •4.1.2 Проектування центрального процесора
- •4.1.3 Система команд мп
- •4.2.1 Загальна характеристика ,архітектура та функціонування мікропроцесор
- •Архітектура мікропроцесора
- •Адресування пам'яті і організація вводу-виводу
- •Режими адресації
- •4.2.2 Система команд мікропроцесора вм86
- •5. Організація взаємодії мп з зовнішнім середовищем.
- •5.1 Інтерфейс
- •5.2 Порти вводу-виводу
- •5.3 Організація взаємодії елементів мпс
- •5.4 Типові методи вводу-виводу інформації в мпс
- •5.5 Інтерфейс з пзп
- •Інтерфейс з озп
- •Інтерфейс портів вводу/виводу
- •5.8 Загальні засади синтезу дешифраторів зовнішніх пристроїв
- •6 Пам’ять мікропроцесорних пристроїв
- •6.1 Основні характеристики і класифікація запам’ятовуючих
- •6.2 Надоперативні і оперативні запам’ятовуючі пристрої
- •6.3 Постійні запам’ятовуючі пристрої
- •Запам’ятовуючі пристрої з послідовним доступом
- •6.4 Організація модулів пам'яті мпс
- •7. Інтерфейсні віс для проектування мпс
- •7.1 Програмований адаптер паралельного інтерфейсу
- •7.2 Програмований зв’язковий адаптер
- •7.3 Програмований інтервальний таймер
- •8 Однокристальні мікроЕом
- •8.1.1 Мікроконтролер мк 51
- •Арифметико-логічний пристрій
- •Доступ до зовнішньої і резидентної пам’яті
- •Типи операндів та способи адресації
- •Команди логічних операцій
- •Команди операцій з бітами
- •Команди передачі керування
- •8.1.2 Родина мк52
- •8.1.3 Перспективна розробка фірми analog devices
- •8.2 Мікроконтролери фірми microchip
- •Основи програмування на мові Асемблера
- •Формат бланка асемблерної програми
- •9.2 Директиви асемблера
- •9.3 Макрокоманди
- •10 Загальні засади і особливості програмування та відлагодження мікропроцесорних пристроїв
- •10.1.2 Етапи проектування мпс
- •10.2.1 Системи програмування
- •10.2.2 Засоби трансляції і компіляції
- •10.2.3 Засоби редагування зв’язків і компоновки
- •10.3 Засоби відлагодження мікропроцесорних систем
- •Засоби для контролю та відлагодження аз мпс
- •10.3.1 Засоби відлагодження мікропроцесорних програм
- •10.3.2 Засоби комплексного відлагодження мпс
- •11.Когутяк м.І.Мікропроцесорний комплект к580 і його використання в керуванні.Навчальний посібник.- Івано-Франківськ ,2000.-96с.
- •13. Когутяк м. І.Однокристальні мікроЕом.Родина мк51 .Навчальний посібник.- Івано-Франківськ ,2000.-56с
8 Однокристальні мікроЕом
За останні роки бурхливий розвиток в мікроелектроніці одержав напрямок, зв’язаний з випуском однокристальних мікроЕОМ (їх ще називають мікроконтролери), які призначені для “інтелектуалізації” обладнання різного характеру. Однокристальні мікроконтролери (МК) представляють собою прилади, конструктивно виконані у вигляді ВІС, на якій розміщенні: мікропроцесор, пам’ять програм і даних, а також програмовані інтерфейсні схеми для зв’язку із зовнішнім середовищем. Використання мікроконтролерів в АСК забезпечує дуже високу ефективність при низький вартості, тому вони є тією новою елементною базою,на якій грунтуються сучасні системи керування. Зараз дві третини світового ринку мікропроцесорних засобів складають саме однокристальні мікроконтролери.
Передові позиції на ринку мікроконтролерів займають такі фірми-
виробники :Intel,AMD,ANALOG DEVICES,Microchip.
8.1 Загальна характеристика МК фірми Intel
Фірмою Intel розроблені родини мікроконтролерів 8048,8051і 8052(далі МК48,51,52),які мають спільну архітектуру, практично сумісні системи команд.
Тому коротка інформація, що містить основні характеристики мікро-ЕОМ розглянутих родин, розроблених фірмою Intel ,які випускаються десятком найбільших західних фірм-виробників мікросхем (див, табл.8.1 і 8.2), дасть можливість користувачу зорієнтуватися в номенклатурі виробів, пропонованих дилерами і ринковими продавцями .Всі мікро-ЕОМ, вказані в табл.8.1, виготовляються за технологією HMOS (швидкодіючі структури n-МОП), містять один таймер/лічильник, мають 27 ліній вводу-виведення даних. Тактова частота – 11 Мгц. Каналів аналогового введення і захисту пам'яті програм ці мікро-ЕОМ не мають.Зазначені в табл.8.2 вироби групи 80C51FA-80C51FC містять програмовані матриці лічильника (ПМЛ), 80C51GB-87C51GB – восьмиканальні восьмибітні АЦП з двома ПМЛ і шістьма портами вводу-виведення, 80С1520А-83С1520А – багаторежимні послідовні порти, 80C51SLAH-83C51SLAH – чотирьох канальні восьмибітні АЦП; 80C51SL-BG - 83C51SL-BG і 87C51SLAH являють собою контролери клавіатури; 80C51SLAL-87C51SLAL розраховані на роботу зі зниженою напругою живлення. Мікро-ЕОМ групи 8031АН-8752 виготовляються за технологією HMOS, інші – за технологією CHMOS (швидкодіючі структури КМОП).Мікросхеми груп 8031АН–8751ВН, 80С31ВН–8751 і 80C152JA - 87C51SLAL містять два таймери/лічильника, всі інші – три; вироби груп 80С51GB–87C51GB мають вісім каналів аналогового вводу інформації, 80C51SL-BG–87C51SLAL – чотири, інші таких каналів не мають. Кількість ліній вводу-виведення 80C152JA і 83C152JA–40, 80C152JB–56, 80C51GB – 87C51FB–48, 80C51SL-BG–87C51SLAL - 87, у всіх інших – 32.
Таблиця 8.1 – Однокристальні мікро-ЕОМ, родини MCS – 48,
розроблені фірмою Intel
|
Мікро – ЕОМ |
Пам’ять програм (Кбайт) |
Об’єм внутрішньої ОЗП, байт |
Корпус |
|
8048АН 8035АНL 8049AH 8039AHL 8050AH 8040AHL 8748H 8749H |
ПЗП (1) Зовнішня ПЗП (2) Зовнішня ПЗП (4) Зовнішня УФ ПЗП (1) УФ ПЗП (2) |
64 64 128 128 256 256 64 128 |
P P N, P N, P D, N, P D, P D, P D, N, P |
Таблиця 8.2– Однокристальні мікро-ЕОМ, родини MCS – 51- 52,розроблені фірмою Intel
|
Мікро – ЕОМ |
Пам’ять програм (Кбайт) |
Об’єм ОЗП, байт |
Число ліній вводу-виводу |
Тактова частота, МГц |
Захист |
Корпус |
|
8031AH 8051AH 8751H 8751BH |
Зовнішня ПЗП (4) УФ ПЗП (4) УФ ПЗП (4) |
128 128 128 128 |
32 32 32 32 |
12 12 12 12 |
- P L1 L2 |
D, N D, N, P D N, P |
|
8032AH 8052AH 8752BH |
Зовнішня ПЗП (8) УФ ПЗП (8) |
256 256 256 |
32 32 32 |
12 12 12 |
- ні L2 |
D, N, P D, N, P D, N, P |
|
80C31BH 80C51BH 87C51 |
Зовнішня ПЗП (4) УФ ПЗП (4) |
128 128 128 |
32 32 32 |
12, 16 12, 16 12, 16, 20 , 24 |
- P L3 |
D, N, P, S D, N, P, S D, N, P, S |
|
80C32 80C52 87C52 80C54 87C54 80C58 87C58 |
Зовнішня ПЗП (8) УФ ПЗП (8) ПЗП (16) УФ ПЗП (16) ПЗП (32) УФ ПЗП (32) |
256 256 256 256 256 256 256 |
32 32 32 32 32 32 32 |
12, 16, 20 , 24 12, 16, 20 , 24 12, 16, 20 , 24 12, 16, 20 , 24 12, 16, 20 , 24 12, 16, 20 , 24 12, 16, 20 , 24 |
- L1 L3 L1 L3 L1 L3
|
N, P, S N, P, S D, N, P, S N, P, S D, N, P N, P, S D, N, P, S |
|
80C51FA 83C51FA 87C51FA 83C51FB 87C51FB 83C51FC 87C51FC |
Зовнішня ПЗП (8) УФ ПЗП (8) ПЗП (16) УФ ПЗП (16) ПЗП (32) УФ ПЗП (32) |
256 256 256 256 256 256 256 |
32 32 32 32 32 32 32 |
12, 16 12, 16 12, 16, 20 , 24 12, 16, 20 , 24 12, 16, 20 , 24 12, 16, 20 , 24 12, 16, 20 , 24 |
- L1 L3 L1 L3 L1 L3
|
N, P, S N, P, S D, N, P, S N, P, S D, N, P, S N, P, S D, N, P, S |
|
80C51GB 83C51GB 87C51GB |
Зовнішня ПЗП (8) УФ ПЗП (8) |
256 256 256 |
48 48 48 |
12, 16 12, 16 12, 16 |
- L1 L3 |
N1 N1 N1 |
|
80C152JA 80C152JB 83C152JA |
Зовнішня Зовнішня ПЗП (8) |
256 256 256 |
40 56 40 |
16,5 16,5 16,5 |
- - ні |
P1, N1 N1 P1, N1 |
|
80C51SL-BG 81C51SL-BG 83C51SL-BG 80C51SLAH 81C51SLAH 83C51SLAH 87C51SLAH 80C51SLAL 81C51SLAL 83C51SLAL 87C51SLAL |
Зовнішня ПЗП (8) ПЗП (8) Зовнішня ПЗП (8) ПЗП (8) УФ ПЗП (8) Зовнішня ПЗП (8) ПЗП (8) УФ ПЗП (8) |
256 256 256 256 256 256 256 256 256 256 256 |
87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 |
16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 |
- ні ні - ні ні ні - ні ні ні |
Ku Ku Ku Ku Ku Ku Ku Sb Sb Sb Sb |
В табл. 8.1 і 8.2 прийняті наступні наступні умовні позначення: D – керамічний корпус DIP з 40 виводами; Ku – корпус зі 100 планарними виводами на чотири сторони; N і N1 – корпуси відповідно з 44 і 68 планарними виводами; Р і Р1 – пластмасові корпуси DIP відповідно із 40 і 48 виводами S і Sb – з 44 і 100 виводами на чотири сторони. Тактова частота 24 і –24 Мгц для внутрішніх операцій. Цифра після букви L в графі «Захист» - число біт захисту, буква Р – звичайний захист.
На теренах країн СНД випускаються аналоги МК розроблені фірмою
Intel ,які увійшли в МПК серії К1816,1830,1835,1850 (табл.8.3). Орієнтація однокристальних мікроЕОМ на переважне використання в системах керування відобразилося на структурі та функціональних характеристиках окремих елементів. Так, наприклад, процесорний пристрій за ефективністю обчислювальних операцій та спосабими адресації поступається 8-розрядному МП 8080, одначе, він реалізує низку логічних операцій на окремими бітами акумулятора і портів вводу-виводу, що суттєво підвищує його ефективність при виконанні алгоритмів керування.
Таблиця 8.3 – Однокристальні мікро-ЕОМ, які виробляються в
країнах СНД
|
Мікро – ЕОМ |
Аналог |
Пам’ять програм (Кбайт) |
Об’єм ОЗП, байт |
Тактова частота, МГц |
Струм спожи-вання, мА |
|
КР1816ВЕ35 КМ1816ВЕ48 КР1816ВЕ39 КР1816ВЕ49 КР1830ВЕ35 КР1830ВЕ48 КР (КА)1835ВЕ39 КР (КА)1835ВЕ49 К (КР)1850ВЕ35 К (КР)1850ВЕ48 К (КР)1850ВЕ39 К (КР)1850ВЕ40 К (КР)1850ВЕ50 К (КР)1850ВЕС35 К (КР)1850ВЕС48 К (КР)1850ВЕС39 К (КР)1850ВЕС40 К (КР)1850ВЕС50 |
8035 8748 8039 8049 80С35 80С48 80С39 80С49 8035 8048 8039 8040 8050 80С35 80С48 80С39 80С40 80С50 |
Зовнішня УФ ПЗП (1) Зовнішня ПЗП (2) Зовнішня ПЗП (1) Зовнішня ПЗП (2) Зовнішня ПЗП (1) Зовнішня Зовнішня ПЗП (4) Зовнішня ПЗП (1) Зовнішня Зовнішня ПЗП (1) |
64 64 128 128 64 64 128 128 64 64 128 256 256 64 64 128 256 256 |
6 6 11 11 6 6 8 8 6 6 6 6 6 11 11 11 11 11 |
135 135 110 110 8 8 8 8 - - - - - 55 55 55 55 55 |
|
КР1816ВЕ31 КР1816ВЕ51 КР1816ВЕ751 КР1830ВЕ31 КР1830ВЕ51 КР1835ВЕ31 КР1835ВЕ51 ЭКР1830ВЕ31М ЭКР1830ВЕ51М К (КР)1850ВЕ651 К (КР)1850ВЕ631 К (КР)1850ВЕ31 КМ1830ВЕ751 КМ1830ВЕ753 |
8031АН 8051АН 8751Н 80С31ВН 80С51ВН 80С31 80С51 83С51FB 8031 87С51 87С53 |
Зовнішня ПЗП (4) УФ ПЗП (4) Зовнішня ПЗП (4) Зовнішня ПЗП (4) Зовнішня ПЗП (16) ПЗП (32) Зовнішня Зовнішня УФ ПЗП (4) УФ ПЗП (8) |
128 128 128 128 128 128 128 256 256 128 128 128 128 128 |
12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 |
150 150 220 18 18 - - - - 600 600 600 - - |
Наявність трьох 8-розрядних портів вводу-виводу Р0, Р1, Р2 в МК розв’язує проблему розширення як пам’яті програм, так і пам’яті даних, а також забезпечує можливість обміну інформацією з периферією.
З точки зору архітектурних особливостей регістри загального призначення (РЗП), опосередкована адресація програмне переривання та асинхронний ввід-вивід, сторінкова адресація пам’яті не представляє принципово нових архітектурних рішень. Конструктивною особливістю МК є принцип зведення до мінімуму кількості розосереджених по кристалу регістрів, реалізація якого покликала за собою утворення 8-рівневого стеку і регістрів загального призначення на загальному адресному просторі ОЗП як надоперативної пам’яті.
Далі детально розглянемо структуру, функціональні можливості, систему команд та основи програмування МК 51.