Минобрнауки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Институт кибернетики, информатики и связи

Кафедра Кибернетических систем

Методические указания по изучению микроконтроллеров kp18i6be51 (мк-51)

для студентов направления бакалавриата 220400 – «Управление в технических системах», а также для студентов очного и заочного обучения специальности 220201 – «Управление и информатика в технических системах»

Тюмень

ТюмГНГУ

2011

Утверждено редакционно-издательским советом Тюменского государственного нефтегазового университета

Составитель: д.т.н., зав. каф. Кибернетических систем Кузяков О.Н.

Редактор: Бородина В.К.

Методические указания содержат информацию для подготовки и выполнения лабораторных и практических работ.

В них рассматриваются основные сведения о программируемых 8-разрядных микроконтроллерах, содержится лабораторный практикум на 3 лабораторные работы, приводятся примеры заданий для написания некоторых типовых программ.

Методические указания могут быть также полезны студентам младших курсов при оформлении ими лабораторных работ.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» , 2011

Содержание

1 Характеристика отечественных 8-разрядных микроконтроллеров 4

1.1 Структура микроконтроллера KP18I6BE51 5

1.2 Система команд МК-51 5

2 Программно-логическая модель МК-51 и работа с ней 9

2.1 Способы отображения информации 10

2.2 Работа с памятью данных ОЭВМ 10

2.3 Работа с памятью программ ОЭВМ 11

2.4 Редактирование внутренних ресурсов ОЭВМ 11

2.5 Просмотр результатов трассировки выполнения программы 12

2.6 Чтение - запись загружаемых файлов 12

3 Лабораторный практикум 14

3.1 Лабораторная работа №1 14

3.2 Лабораторная работа №2 15

3.4 Лабораторная работа №3 16

4 Примеры заданий 18

Список использованных источников 22

Приложение 23

1. Характеристика отечественных 8-разрядных микроконтроллеров

Семейство однокристальных 8-разрядных микроконтроллеров (МК) серий 1816 1830 включает ряд моделей, модификации которых варьируются в зависимости от объема и характера вычислительных ресурсов (памяти программ и данных, тактовой частоты).

Их недостатком является небольшой температурным диапазон эксплуатации (-10 - +70 С) , в то время как зарубежные фирмы Intel, Siemens производят модификации контроллеров, рассчитанные на применение в диапазонах: 0 - +70 С, -40 - +85 С, - 40 - +110 С и по особому закону -40 - +125С [5].

Семейство отечественных микроконтроллеров МК51 включает 6 модификаций серий КР1816, KP1830, KР1835, отличающихся по реализации резидентной памяти программ и мощности потреблении. Ниже приводятся основные модели из указанного семейства микроконтроллеров.

Таблица 1.1 - Семейство МК51

Модель	Аналог	Объем резидентной памяти программ, Кбайт	Объем резидентной памяти данных, байт	Тактовая частота, MГц	Ток потреб-ления, мА
KP1816ВЕ31	8031АН		128	12	150
KP18I6BЕ51	8051АН	4К	128	12	150
KМ1816ВЕ751	875IAH	4К	128	12	220
KР1830ВЕ31	80C3IBH		128	12	18
KP1830BE51	80С51ВН	4К	128	12	18
KР1835BE51	80С51BU	4К	128	12	18

Из таблицы 1.1 видно, что наиболее экономичными являются большие интегральные схемы (БИС) серии КР1830 при одинаковых значениях основных технических характеристик.

КМ1816ВЕ751 в отличии от KP1816BЕ51 содержит внутреннее ППЗУ емкостью 4 Кбайт с ультрафиолетовым стиранием.

Следует отметить, что у всех моделей MK-51 за счет использования внешней памяти, емкость памяти программ и данных может быть расширена до 64 Кбайт.

Приведем так же некоторые особенности моделей KM1830ВЕ751 и КМ1830ВЕ753 (аналог 8753Н фирмы AMD). Последняя, отличается наличием перепрограммируемого запоминающего устройства (ППЗУ) с ультрафиолетовым стиранием на 8 Кбайт.

Микросхемы имеют особенности:

- специальный режим эксплуатации;

- дополнительные средства защиты памяти программ, расположенной на кристалле два бита защиты памяти и шифровальную таблицу;

- алгоритм программирования укороченными импульсами.

Общие сведения об однокристальных МК семейства МК51

Восьмиразрядные высокопроизводительные однокристальные микроконтроллеры семейства МК51 выполнены по высококачественной n-МОП технологии (серия 1816) и КМОП технологии (серия 1830).

Использование МК семейства МК51 по сравнению с МК48 обеспечивает увеличение объема памяти команд и памяти данных. Новые возможности ввода-вывода и периферийных устройств расширяют диапазон применения и снижают общие затраты системы. В зависимости от условий использования, быстродействие системы увеличивается минимум в два с половиной раза и максимум в десять раз.

МК КМ1816ВЕ751 содержит ППЗУ емкостью 4096 байт со стиранием ультрафиолетовым излучением, и удобен на этапе разработки системы при отладке программ, а также при производстве небольшими партиями или при создании систем, требующих в процессе эксплуатации периодической подстройки. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.

МК КР1816ВЕ31 и КР1830ВЕ31 не содержат встроенной памяти программ, однако, могут использовать до 64 Кбайт внешней постоянной или перепрограммируемой памяти программ и эффективно использоваться в системах, требующих существенно большего по объему (чем 4 Кбайт на кристалле) ПЗУ памяти программ.

Каждая МК рассматриваемого семейства содержит встроенное ОЗУ памяти данных емкостью 128 байт с возможностью расширения общего объема оперативной памяти данных до 64 Кбайт за счет использования внешних микросхем ЗУПВ.

Общий объем памяти МК семейства МК51 может достигать 128 Кбайт: 64 Кбайт - память программ и 64 Кбайт - память данных.

При разработке на базе МК более сложных систем могут быть использованы стандартные ИС с байтовой организацией, например, серии КР580.

МК содержат все узлы, необходимые для автономной работы:

- центральный восьмиразрядный процессор;

- память программ объемом 4 Кбайт (только КМ1816ВЕ751, КР1816ВЕ51 и КР1830ВЕ51);

- память данных объемом 128 байт;

- четыре восьмиразрядных программируемых канала ввода-вывода порты P0, P1, P2, P3;

- два 16-битовых многорежимных таймера/счетчика;

- система прерываний с пятью векторами и двумя уровнями;

- последовательный интерфейс;

- тактовый генератор.

Система прерываний и блок последовательного интерфейса объединены в один блок ПИП.

Память программ предназначена для хранения программ и имеет отдельное от памяти данных адресное пространство объемом до 64 Кбайт, причем, для микросхем КР1816ВЕ51, КМ1816ВЕ751 и для КР1830ВЕ51 часть памяти программ с адресами 0000Н -0FFFH расположена на кристалле МК. Память программ, расположенная на кристалле, состоит из 12-разрядного дешифратора и ПЗУ емкостью 4К*8 бит для микросхем КР1816ВЕ51, КР1830ВЕ51 или ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием емкостью 4К*8 бит для КМ1816ВЕ751. Запись программ в ПЗУ происходит во время изготовления кристаллов.

Если на вывод МК DEMA подано напряжение питания Vcci то обращение к внешней памяти программ происходит автоматически при выработке счетчиком команд адреса, превышающего 0FFFH. Если адрес находится в пределах 0000Н -0FFFH, обращение происходит к памяти программ, расположенной на кристалле (внутренней памяти программ).

Если на вывод DEMA подан "0", внутренняя память программ отключается и начиная с адреса 0000Н все обращения выполняются к внешней памяти программ.

Если МК не имеет внутренней памяти программ, ее вывод DEMA должен быть подключен к шине с напряжением ноль вольт.

Чтение из внешней памяти программ стробируется сигналом РМЕ. При работе с внутренней памятью программ сигнал РМЕ не формируется. МК не имеют инструкций и аппаратных средств для программной записи в память программ.

При обращениях к внешней памяти программ всегда формируется 16-разрядный адрес, младший байт которого выдается через порт Р0, а старший - через порт Р2. При этом байт адреса, выдаваемый через порт Р0, должен быть зафиксирован во внешнем регистре по спаду сигнала ALE, т. к. в дальнейшем линии порта Р0 используются в качестве шины данных, по которой байт из внешней памяти программ вводится в МК.

Функциональная схема включения МК МК51 с внешним ППЗУ программ.

Порт Р0 работает как мультиплексированная шина адрес/данные: выдает младший байт счетчика команд, а затем переходит в высокоимпедансное состояние и ожидает прихода байта из ППЗУ программ. Когда младший байт адреса находится на выходах порта Р0, сигнал ALE защелкивает его в адресном регистре RG. Старший байт адреса находится на выходах порта Р2 в течение всего времени обращения к ППЗУ. Сигнал РМЕ разрешает выборку байта из ППЗУ, после чего выбранный байт поступает на порт Р0 МК51 и вводится в МК.

Память данных предназначена для приема, хранения и выдачи информации, используемой в процессе выполнения программы. Память данных, расположенная на кристалле МК, состоит из регистра адреса ОЗУ, дешифратора, ОЗУ и указателя стека.

Регистр адреса ОЗУ предназначен для приема и хранения адреса выбираемой с помощью дешифратора ячейки памяти, которая может содержать как бит, так и байт информации.

ОЗУ представляет собой 128 восьмиразрядных регистров, предназначенных для приема, хранения и выдачи различной информации.

Указатель стека представляет собой восьмиразрядный регистр, предназначенный для приема и хранения адреса ячейки стека, к которой было последнее обращение. При выполнении команд LCALL, ACALL содержимое указателя стека увеличивается на 2. При выполнении команд RET, RETI содержимое указателя стека уменьшается на 2. При выполнении команды PUSH direct содержимое указателя стека увеличивается на 1. При выполнении команды POP direct содержимое указателя стека уменьшается на 1. После сброса в указателе стека устанавливается адрес 07Н, что соответствует началу стека с адресом 08Н.

В МК предусмотрена возможность расширения памяти данных путем подключения внешних устройств емкостью до 64 Кбайт. При этом обращение к внешней памяти данных возможно только с помощью команд MOVX.

Команды MOVX ©Ri,A и MOVX A,@Ri формируют восьмиразрядный адрес, выдаваемый через порт Р0. Команды MOVX @DPTR,A и MOVX @A,DPTR формируют 16-разрядный адрес, младший байт которого выдается через порт Р0, а старший - через порт Р2.

Байт адреса, выдаваемый через порт Р0, должен быть зафиксирован во внешнем регистре по спаду сигнала ALE, т. к. в дальнейшем линии порта Р0 используются как шина данных, через которую байт данных принимается из памяти при чтении или выдается в память данных при записи. При этом чтение стробируется сигналом МК RD, а запись - сигналом WR. При работе с внутренней памятью данных сигналы RD и WR не формируются.

Порты P0, P1, P2, P3 являются двунаправленными портами ввода-вывода и предназначены для обеспечения обмена информацией МК с внешними устройствами, образуя 32 линии ввода-вывода. Каждый из портов содержит фиксатор-защелку, который представляет собой восьмиразрядный регистр, имеющий байтовую и битовую адресацию для установки (сброса) разрядов с помощью программного обеспечения.

Физические адреса фиксаторов P0, P1, P2, P3 составляют для:

P0 - 80Н, при битовой адресации 80Н -87Н;

P1 - 90Н, при битовой адресации 90Н -97Н;

P2 - А0Н, при битовой адресации А0Н - А7Н;

P3 - В0Н, при битовой адресации В0Н - В7Н.

Помимо работы в качестве обычных портов ввода/вывода линии портов Р0 - РЗ могут выполнять ряд дополнительных функций, описанных ниже.