Скачать презентацию Лекция 5 ТЕМА 2 Универсальные микроконтроллеры 2 1 Скачать презентацию Лекция 5 ТЕМА 2 Универсальные микроконтроллеры 2 1

ba0d5ad66376b94b0aa2e6668088ea0f.ppt

  • Количество слайдов: 36

Лекция 5 ТЕМА 2 Универсальные микроконтроллеры 2. 1 Семейство Intel MCS-51 Лектор: Люличева И. Лекция 5 ТЕМА 2 Универсальные микроконтроллеры 2. 1 Семейство Intel MCS-51 Лектор: Люличева И. А. 1

Содержание n n n Обзор рынка и областей применения МК Основные элементы базовой архитектуры Содержание n n n Обзор рынка и областей применения МК Основные элементы базовой архитектуры 8051 Карта памяти Блок регистров специальных функций Система команд 2

8 -разрядные МК 3 8 -разрядные МК 3

Области применения 8 разрядных МК 4 Области применения 8 разрядных МК 4

Структурная схема типичного применения МК 5 Структурная схема типичного применения МК 5

1. Семейство Intel MCS-51 n n Однокристальный микроконтроллер 8051 является представителем МК семейства Intel 1. Семейство Intel MCS-51 n n Однокристальный микроконтроллер 8051 является представителем МК семейства Intel MCS-51, которое в настоящее время занимает лидирующую позицию по количеству разновидностей и количеству компаний, которые выпускают его модификации. На сегодняшний день существует больше 200 модификаций микроконтроллеров, которые выпускаются почти 20 компаниями. Основными производителями “клонов” MCS-51 являются фирмы Philips, Siemens, Intel, Atmel, Dallas Semiconductor, Temic Semiconductor, Oki, AMD, Gold Star, Winbond и ряд других. 6

Intel MCS-51 n n Архитектуру 8051 используют в своих разработках ведущие производители электронного оборудования, Intel MCS-51 n n Архитектуру 8051 используют в своих разработках ведущие производители электронного оборудования, создавая MCS- Контролеры (Mixed Signal Microcontroller). Например, Analog Devices, Burr-brown, Texas Instruments и прочие. Разработчиком архитектуры MCS-51 является фирма Intel, которая в 1980 году выпустила микроконтроллер 8051 на базе n-МОП технологии, в кристалле было использовано 128 тысяч транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16 - разрядном микропроцессоре 8086. 7

Intel MCS-51 Основные модификации базовой модели 8051: n-моп технология: n 8031 AH (KP 1816 Intel MCS-51 Основные модификации базовой модели 8051: n-моп технология: n 8031 AH (KP 1816 BE 31) ‑ без резидентной памяти программ; n 8051 АН ( KP 1816 BE 51); n 8751 H (KM 1816 BE 751) – EPROM (с ультрафиолетовым стиранием информации); КМОП технология: n 80 C 31 (KP 1830 BE 31); n 80 C 51 (KP 1830 BE 51); n 87 C 751(KM 1830 BE 751) – EPROM. n 8

Структурная схема МК n n n Основу структурной схемы микроконтроллера образует внутренняя двунаправленная 8 Структурная схема МК n n n Основу структурной схемы микроконтроллера образует внутренняя двунаправленная 8 - разрядная шина, которая связывает между собой основные узлы и устройства микроконтроллера: устройство управления (CU), арифметико-логическое устройство (ALU), резидентную память программ (ПП, RPM), резидентную память данных (ПД, RDM), блок регистров специальных функций, в который входят параллельные порты ввода/вывода, а также программируемые таймеры и последовательный порт. 9

Рисунок 1. Структура ОМК Intel 8051 10 Рисунок 1. Структура ОМК Intel 8051 10

Блоки MCS-51 n n n два 16 -разрядных счетчика-таймера; четыре 8 -разрядных порта ввода/вывода, Блоки MCS-51 n n n два 16 -разрядных счетчика-таймера; четыре 8 -разрядных порта ввода/вывода, каждый бит которых можно настроить на ввод или вывод; контролер последовательного порта; контролер обработки прерываний с пятью источниками запросов, двое из которых внешние; встроенный тактовый генератор; 11

Intel MCS-51 n n 8 -розрядное АЛУ; аппаратная реализация умножения; развитая система команд с Intel MCS-51 n n 8 -розрядное АЛУ; аппаратная реализация умножения; развитая система команд с разделенным обращением к памяти программ и памяти данных; механизм обработки битовых данных, размещенных в резидентном ОЗУ данных и в зоне регистров специальных функциях; 12

Назначение выводов МК 51 n n n RST - Сигнал общего сброса XTAL 1. Назначение выводов МК 51 n n n RST - Сигнал общего сброса XTAL 1. XTAL 2 - Выводы для подключения кварцевого резонатора. Ucc, Vcc( GND) – питание и земля. PSEN - Разрешение внешней памяти программ. ALE - Выходной сигнал строба адреса (для ОЗУ – памяти данных). Остальные (Р 0 -Р 3, ЕА) детально – в методичке к ЛБ 1 и немного позднее. 13

Память MCS-51 Внутренняя память МК состоит из n четырех банков регистров по 8 регистров Память MCS-51 Внутренняя память МК состоит из n четырех банков регистров по 8 регистров в каждом; n резидентной памяти программ 4 Кх8; n резидентная памяти данных (ОЗУ) 128 байт (00 -7 fh), которая обеспечивает гибкое управление его ресурсами за разделена на 3 на зоны - регистров, битов и свободную зону; n пространство регистров специальных функций 128 байт (80 h-ffh); 14

Память MCS-51 МК 8051 имеет Гарвардскую архитектуру. Поэтому его резидентные память программ (ПП) и Память MCS-51 МК 8051 имеет Гарвардскую архитектуру. Поэтому его резидентные память программ (ПП) и память данных (ПД), физически и логически разделены, имеют разные механизмы адресации, работают под управлением разных сигналов и выполняют разные функции. 15

Резидентная память данных 16 Резидентная память данных 16

РЕЗИДЕНТНАЯ ПАМЯТЬ ПРОГРАММ 8051 Внутренняя (резидентная) память программ имеет емкость 4 Кбайт и предназначена РЕЗИДЕНТНАЯ ПАМЯТЬ ПРОГРАММ 8051 Внутренняя (резидентная) память программ имеет емкость 4 Кбайт и предназначена для хранения команд, констант, управляющих слов инициализации, таблиц перекодировки и т. п. n Резидентная память программ имеет 12 - битную шину адреса, управление которой выполняется счетчиком команд (PC), а также регистром указателем данных (DPTR). Последний выполняет функции базового регистра при косвенной адресации, или используется в командах работы с таблицами. 17

Вектор прерываний и ПП n Система прерываний включает 5 источников прерываний с фиксированными векторами, Вектор прерываний и ПП n Система прерываний включает 5 источников прерываний с фиксированными векторами, из которых 2 внешних (входы INT 0, INT 1) и 3 внутренних (таймеры 0 и 1, последовательный порт) источника. 0030 0023 001 В 0013 000 B 0003 0000 Free memory SINT Т 1 Int 1 T 0 Int 0 Reset 18

Внешняя память n n n При необходимости пользователь может расширять память программ установкой внешнего Внешняя память n n n При необходимости пользователь может расширять память программ установкой внешнего ПЗУ. Доступ к внутреннему или внешнему ПЗУ определяется значением сигнала на выводе ЕА (External Access): EA = Ucc (напряжение питания) – доступ к внутреннему ПЗУ; EA = 0 (потенциал земли) – доступ к внешнему ПЗУ. Внешняя память программ и данных может составлять по 64 Кбайт и адресоваться с помощью портов P 0 и P 2. 19

Подключение внешней памяти программ 20 Подключение внешней памяти программ 20

Блок регистров специальных функций n n n Регистры специальных функций - это дополнительные устройства, Блок регистров специальных функций n n n Регистры специальных функций - это дополнительные устройства, которые отображаются в адресное пространство внутренней памяти данных. В различных х51 -совместимых микроконтроллерах состав дополнительных устройств различается. Микроконтроллеры различаются между собой количеством параллельных портов, последовательных портов, таймеров. Регистры специальных функций (для более современного семейства x 51) с указанием их адресов в адресном пространстве SFR внутреннего ОЗУ приведены на следующем слайде. 21

Блок регистров специальных функций (совр. Аналог 8051) 22 Блок регистров специальных функций (совр. Аналог 8051) 22

Альтернативные функции порта Р 3 23 Альтернативные функции порта Р 3 23

Система команд универсальных микропроцессоров n n n Система команд любого процессора характеризуется форматами команд, Система команд универсальных микропроцессоров n n n Система команд любого процессора характеризуется форматами команд, группами команд (знать обязательно!) и видами адресации. Форматы команд зависят от архитектуры МП, вида адресации, а также от разрядности конкретного МП. 24

Характеристика системы команд МК 8051 n n n n n Группы команд МК Передачи Характеристика системы команд МК 8051 n n n n n Группы команд МК Передачи данных Арифметические Логические Передачи управления Работы с битами Форматы команд 1, 2, 3 байта Виды адресации (10 видов!) 25

Форматы команд n n n Самые короткие команды (с косвенной адресацией или прямой к Форматы команд n n n Самые короткие команды (с косвенной адресацией или прямой к аккумулятору) занимают 1 байт. Примеры 1 б команд NOP, INC A, RR A, MOV A, @Ro Гораздо больше 2 х байтных команд, при этом 1 б – код операции, а второй или 8 битный адрес или 8 битные данные, но есть и экзотические команды – AJMP addr 11 бит, сколько остается на код? 5 бит!! 26

Форматы команд 27 Форматы команд 27

Форматы команд Примеры 3 х байтных команд LJMP ad 16; - длинный 2 -байта Форматы команд Примеры 3 х байтных команд LJMP ad 16; - длинный 2 -байта адрес перехода. CJNE R 1, #10, rel; - КОП, 8 бит данных, 8 бит адреса перехода. n 28

Форматы команд 29 Форматы команд 29

Виды адресации n n n Неявная RR A, DAA – 10 -тичн. Коррекция А Виды адресации n n n Неявная RR A, DAA – 10 -тичн. Коррекция А CLR C – сброс бита переноса (11000011). Прямая к байтам КОП addr 8 Пример MOV R 0, 40 h; ADD R 1, R 2 Прямая к битам КОП bit 8 Пример SETB P 0. 0, ORL R 0. 0, C Непосредственная КОП data 8 Пример MOV R 0, #40 h; ADD R 1, #40 h Косвенная содержит один байт! - КОП Пример MOV @R 0, A; MOVX @DPTR, #5 Стековая PUSH R 0, ACALL, RET 30

Группы команд 1. Передачи данных MOV op 1, {#10; Rn; @Ri; Pi} MOVX A, Группы команд 1. Передачи данных MOV op 1, {#10; Rn; @Ri; Pi} MOVX A, @DPTR; XCH op 1, op 2; PUSH op 1, POP op 1. SWAP A – обмен тетрадами. 2. Арифметические команды: INC ор; DEC ор; ADD op 1, {#10; Rn; @Ri; Pi} SUB op 1, op 2; MUL AB; DIV AB; 3. Логических команды и сдвиги: ANL op 1, op 2; ORL op 1, op 2; XRL op 1, op 2; RL A, RR A, RLC A, RRC A циклические сдвиги влево и вправо и через перенос. 31

Группы команд 4. Команды передачи управления: n AJMP ad 11; LJMP ad 16; SJMP Группы команд 4. Команды передачи управления: n AJMP ad 11; LJMP ad 16; SJMP rel(+-шаг 7); n JZ/JNZ rel; JС/JNС rel; n JB/JNB rel; DJNZ R 1, rel; n CJNE A, P 0, rel; n CJNE R 1, #10, rel; CZNE r 1, #0111011 b, rel; n ACALL ad 11; LCALL ad 16, RETI 32

Группы команд 5. Команды работы с битами – все что можно делать с битом: Группы команд 5. Команды работы с битами – все что можно делать с битом: n CLR bit, SETB bit; Обнулить или установить n CPL bit; инвертировать n ANL C, bit; ORL C, bit; XRL C, bit; логич. опер n MOV C, bit, MOV bit, C; операции пересылки n Ну и передачи управления по биту JB/JNB. 33

Пример задержки из двух вложенных циклов n n Mov R 1, 20 h; Прямая Пример задержки из двух вложенных циклов n n Mov R 1, 20 h; Прямая адр. длина задержки хранится по адресу 20 Н M 0: Mov R 2, #FFh Djnz R 2, $; переход на себя Djnz R 1, M 0 34

Формирование коротких импульсов в порту Р 0 n n n n Mov R 1, Формирование коротких импульсов в порту Р 0 n n n n Mov R 1, #50 IMP 0: Setb P 0. 0 NOP CLR P 0. 0 NOP Djnz R 1, IMP 0 35

Вопросы для самоконтроля n n n Что такое МК, какие блоки в него входят? Вопросы для самоконтроля n n n Что такое МК, какие блоки в него входят? Какие фирмы выпускают аналоги 8051? Поясните структуру блока регистров спец. Функций МК 8051. Перечислите группы команд МК 8051. Приведите по 2 примера 1, 2 и 3 байтных команд. Приведите алгоритм программы задержки из двух циклов. 36