2.1.2 Набор регистров мк51

Набор программно-доступных регист­ров процессора ВЕ51 приведен на рисунке 3. Архитектура относится к классу аккумуляторных с переключае­мыми банками рабочих регистров. Поэтому центральным регист­ром набора считается 8-разрядный аккумулятор А, выполняющий обычные функции основного арифметического регистра.

Рисунок 3 - Набор регист­ров МК51

В МК ВЕ51 предусмотрено четыре банка по восемь рабочих регистров

R0 - R7 в каждом, переключаемых полем RS слова состояния программы. Регистры выполняют общецелевые функции промежуточного хранения данных. По аналогии с ВЕ48 два регистра R0 и R1 каждого банка реализуют также функции 8-разрядных указателей данных.

Использование наборов рабочих регистров позволяет сущест­венно уменьшить длительность переключения контекстов ЦП, что очень важно для МС реального времени. Следует также отметить, что в ВЕ51 отсутствует ряд ограничений, накладываемых на обработку подпрограмм и процедур обслуживания прерываний.

При сбросе МК все регистры устанавливаются в исходное состояние. Программный счетчик PC принимает значение 0000Н, аккумулятор А - 00Н; В - 00Н, PSW - 00Н, SP - 07H и DPTR - 0000Н. Сброс PC обеспечивает передачу управления по стартовому адресу 0000Н, а установка SP в состояние 07Н поддерживает совместимость со стеком ВЕ48. Сброс PSW реализует выбор нулевого регистрового банка RB0.

Регистр В служит расширением аккумулятора А, необходимым для осуществления операций умножения и деления, причем он является как источником, так и приемником операндов. Во всех других операциях регистр В выполняет функции, определяемые пользователем.

Регистр слова состояния программы кроме флажков, входящих в PSW МК51:

PSW.7 CY Перенос из старшего разряда АЛУ;

PSW.6 АС Дополнительный перенос из младшей тетрады АЛУ;

PSW.5 F0 Флажок пользователя общего назначения включает также флажки;

PSW.2 OV Признак арифметического переполнения результата PSW.1;

Р Признак четности.

Сюда же входит двухразрядное поле RS (Registers Select) выбора одного из четырех возможных банков рабочих регистров. Флажки признаков результата CY, АС и OV, как правило, отражают состояние последней арифметической операции, флажок Р - четность содержимого А. Флажок переноса CY является аккумулятором булевого процессора. Функциональное назначение флажка F0 определяется пользователем в конкретной ситуации.

2.1.3 Организация памяти мк51

Пространство внутренней памяти DSEG имеет общий объем 256 байт. Однако организация МК51 предусматривает реализацию только первой его половины (128 байт). Все банки рабочих регистров, а также системный стек в МК ВЕ51 располагаются во внутренней памяти данных и могут рассматриваться как обычные ячейки памяти. Существуют два способа адресации памяти данных МК: прямой и косвенный через регистры R0, R1 выбранного в данный момент одного из банков RB0 - RB3. При прямой адресации доступна только младшая половина адресного пространства внутренней памяти данных (128 байт), при косвенной обеспечивается доступ к любой ее ячейке (256 байт). Введение прямой адресации значительно расширило возможности обработки данных МК, в частности появились средства прямого доступа в соседние регистровые банки и стек системы, интерпретируемые как обычные ячейки памяти. Карты адресов от­дельных бит представлены на рисунке 4.

Микроконтроллер BE51 имеет мощную и развитую подсистему ввода-вывода (ВВ) и средства поддержки режима реального времени. Для их управления в МК предусмотрен ряд регистров, которые разме­щаются во второй половине прямо адресуемого пространства, образующей пространство специальных регистров (128 байт). Сюда же включены порты и основные регистры ЦП.

а) б)

а) – карта адресуемых бит в резидентной памяти данных; б) – карта адресуемых бит в блоке регистров специальных функций

Рисунок 4 - Карты адресов от­дельных бит МК BE51

Центральный процессор МК51 содержит специальную логику, предназначенную для выполнения нескольких однобитовых опера­ций, булев или одноразрядный процессор для вычисления буле­вых выражений. В основу булева процессора положен стандартный аккумуляторный принцип организации. В данном случае роль аккумулятора выполняет флажок переноса CY. Для хранения булевых данных в архитектуре ВЕ51 предусмот­рено специальное одноразрядное линейно упорядоченное про­странство BSEG объемом 256 байт, которое физически совмещено с байтовым пространством данных DSEG. При этом одна часть пространства BSEG попадает на обычные ячейки памяти DSEG и может рассматриваться как область общего назначения. Обычно она используется для хранения булевых переменных. Другая часть пространства BSEG попадает на ячейки памяти, совмещенные с регистрами МК, что обеспечивает независимый доступ к их отдельным разрядам. В булевом пространстве определена только прямая адресация bit. В МК ВЕ51 имеется возможность совмещения внешней части CSEG с пространством XSEG. Такое совмещение поможет распространить на область CSEG операции и способы доступа к XSEG, в частности станет осуществимой операция записи, что может быть использовано при загрузке программ из внешней памяти.

2.1.4 Порты ввода-вывода

Подсистема ввода-вывода (ВВ) МК ВЕ51 размещается непосредственно на кристалле. Для ВВ данных и управления процессом их передачи в состав МК введен ряд портов данных и регистров управления/состояния, совокупность которых образует набор специальных регистров (рисунок 5).

Рисунок 5 - Специальные регистры МК BE51

Физическая система ВВ микроконтроллера ВЕ51 состоит из четырех двунаправленных 8-разрядных портов Р0 - РЗ. Все порты ВВ отображены в пространстве внутренней памяти DSEG по адресам 80Н, 90Н, ОАОН, ОВОН и ничем не отличаются от обычных ячеек памяти.

Каждый из портов содержит фиксатор и буфер. Фиксатор представляет собой 8-ми разрядный регистр, имеющий байтовую и битовую адресацию для установки (сброса) разрядов с помощью программного обеспечения. Физические адреса фиксаторов Р0, Р1, Р2, Р3 составляют для:

Р0 - 80Н, при битовой адресации 80Н-87Н;

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

P2 - A0H, при битовой адресации А0Н-А7Н;

P3 - B0H, при битовой адресации В0Н-В7Н.

Порты Р1, Р2, Р3 в установившемся состоянии имеют внутреннее сопротивление, обеспечивающее ток нагрузки в диапазоне от 800 мкА до 80 мА при входном напряжении от 0,45 В до 2,4 В.

При переключении входной информации на порт с низкого уровня на

высокий на время, равное одному состоянию (2 периода), подключается форсирующий транзистор, уменьшающий внутреннее сопротивление буфера, в результате чего уменьшается длительность фронта и задержка выходного сигнала.

Порт Р0 отличается от остальных отсутствием внутреннего сопротивления.

Расширение пространства ВВ может быть выполнено за счет области XSEG или другими средствами с помощью самих портов Р0 - РЗ и SBUF.