2.1.1 Организация архитектуры к1816ве51.

Микросхема К1816ВЕ51 представляет собой СБИС семейства высокопроизводительных однокристальных микроЭВМ соответственно со встроенной постоянной памятью программ. Она предназначена для использования в системах обработки информации в качестве высокопроизводительных контроллеров и управляющих устройств в изделиях самого широкого применения.

Система команд ОМЭВМ содержит 111 базовых команд с форматом 1, 2, 3 байта. В составе микросхема МК51 имеет:

- 8-ми битовый канал данных с возможностью обработки следующих форматов данных: бит, байт, два байта;

- внутренюю память данных емкостью 128 байт;

- внутренюю память емкостью 8 Кбайт;

- 32 РОН;

- четыре способа адресации данных (прямая побайтовая и побайтная, косвенная, непосредственная, регистровая);

- пять векторов прерывания;

- 2 уровня прерывания;

- четыре 8-ми разрядных программируемых канала ввода/вывода;

- последовательный канал ввода/вывода;

- 128 определяемых пользователем программно управляемых флага;

- два 16-битовых многорежимных таймеров (счетчиков);

- стек с полной глубиной для связи подпрограмм возврата и памяти данных;

- двоичную и десятичную арифметику.

Базовая организация предоставляет встроенные средства расширения своих ресурсов, которые предусматривают либо реализацию вне кристалла всей памяти программ, либо расширение памяти, имеющейся внутри кристалла до 64 Кб. Имеется возможность подключения дополнительной внешней па­мяти данных в 64 Кб. Дальнейшее расширение ресурсов может быть выполнено только с помощью внешних средств.

Микроконтроллер конструктивно выполнен в корпусе, имеющем 40 выводов, как изображено на рисунке 1. Назначение выводов микросхемы приведено в таблице 1.

Рисунок 1 - Расположение и обозначение выводов КМ1816ВЕ51

Таблица 1- Назначение выводов микросхемы КМ1816ВЕ51

Номера контактов	Обозначение англ. – рус.	Назначение	Тип сигнала	Состояние
1	2	3	4	5
1-8	1-8 Р1.0 - Р1.7	Входы-выходы порта Р1	вх/вых	1, 0, z
9	RST/VРD – СБР/АП	Cброс/питание холостого хода	вх	1
10	RхD - ВХПР	Вход приемника	вх	1
11	ТхD - ВЫХПЕР	Выход передатчика	вых	1
12	INT0 – ЗПР 0	Запрос прерывания 0	вх	0
13	INT1 - ЗПР 1	Запрос прерывания 1	вх	0
14	Т0	Вход таймера/счетчика 0	вх	1
15	Т1	Вход таймера/счетчика 1	вх	1
16	WR - ЗП	Сигнал записи во внешнее ОЗУ	вых	0
17	RD - ЧТ	Сигнал чтения внешнего ОЗУ	вых	0
Продолжение таблицы 1
1	2	3	4	5
18-19	Х1, Х2	Подключение внешнего резонатора	1-вх, 2-вых	1
20	VSS – ОБЩ	"Земля" (Общий вывод И.П.)
21-28	P2.0 - P2.7	Входы-выходы порта P2	вх/вых	1, 0, z
29	PSEN - РВПП	Активация внешней памяти программ	вых	0
30	ALE/PROG – САВП/ПРОГ	Строб фиксации адреса внешней памяти	вых	1/0
31	ЕA/ VPP – ОРПП/ДП	Активация внутренней памяти программ / программирование внутренней памяти программ	вх	0/1
32-39	Р0.7 - Р0.0	Входы-выходы порта Р0	вх/вых	1, 0, z
40	VCC - ОСН	Питание + 5В

В архитектуре МК51 и ее модификациях использован стан­дартный для МК принцип независимости сред для хранения программ и данных. Структурную схему МК51 рассмотрим на рисунке 2.

Контроллер состоит из следующих функциональных узлов: - АЛУ (арифметико-логическое устройство); - резидентных памяти программ (РПП) и памяти данных (РПД); - регистров специальных функций (РСФ); - портов параллельного и последовательного ввода-вывода; - таймеров; - системы прерывания.

Архитектура МК51 включает пять типов пространств, четыре из которых являются областями данных:

RSEG Пространство регистров;

DSEG Пространство внутренней памяти данных;

BSEG Битовое пространство данных;

XSEG Пространство внешней памяти;

CSEG Пространство программного кода.

Рисунок 2 – Структурная схема МК51

Однако пространство регистров, за исключением PC, и пространство битов, частично пересекаясь, физически совме­щаются с пространством DSEG, образуя единую внутреннюю среду для хранения данных, имеющую достаточно сложную структуру. Это стандарт­ный для однокристальных МС прием, позволяющий одни и те же физические данные рассматривать с разных позиций. В результате выбирается наиболее удобный для конкретного случая способ интерпретации тех или иных данных, в соответствии с которым и организуется доступ к ним.

АЛУ МК51 реализует достаточно мощную систему команд, включащую команды умножения, деления, вычитания, выполнения операций над битами, команды управления. Большинство команд имеют формат один или два байта и выполняются за один или два машинных цикла длительностью 1 мкс (при тактовой частоте 12 МГц). Память программ и память данных физически и логически разделены. Кроме того, к адресному пространству РПД примыкает адресная область регистров специальных функций, включающая в себя: аккумулятор (АСС), слово состояния программы (PSW), указатель стека (SP), указатель данных (DPTR), порты (Р0 - Р3), регистр приоритетов (IP), регистр маски прерываний (IE), регистр режимов таймеров-счетчиков (TMOD), таймеры-счетчики (Т0, Т1), регистр управления и буфер приемопередатчика (SCON и SBUF) и др. Для побайтового ввода-вывода информации в МК51 могут быть использованы четыре порта (Р0 - Р3). Помимо того, выводы порта Р3 (контакты 10-17) могут быть настроены для реализации альтернативных функций (таблице 1) записью в соответствующие разряды порта логической единицы. В случае применения внешней памяти данных (ВПД) или программ (ВПП) используются выходные буферы портов Р0 и Р2. При этом через порт 0 в режиме мультиплексирования выводится младший байт адреса ВПД или ВПП, а затем осуществляется передача данных. Если разрядность адреса составляет более 8 бит, то через порт Р2 происходит выдача его старших разрядов.

Специальный сброс МК51 осуществляется подачей единицы на вход RST в течение по меньшей мере двух машинных циклов. При этом сбрасывается содержимое счетчика команд и всех регистров специальных функций, в регистр указателя стека записывается число 07Н, а в порты - 0FFH. После снятия сигнала RST запускается программа по адресу 0000H.