Материал: kniga_mikroprotsessory
ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на появление 16- и 32-разрядных микроконтроллеров и микропроцессоров, наибольшая доля мирового микропроцессорного рынка остается за 8-разрядными МК. Согласно данным компании Semico Research Corp., в 1996 году общий мировой объем продаж микроконтроллеров всех типов составил 11,4 миллиарда долларов, при этом 5,56 миллиарда долларов
(или 48,8%) пришлось на долю 8-разрядных кристаллов, что примерно в 2,5
раза больше объема продаж ближайшего конкурента - 16-разрядных микроконтроллеров (2,1 млрд. долл.). Прогнозы аналитических компаний на период до 2001 года показывают, что лидирующее положение 8-разрядных МК на мировом рынке сохранится.
Среди всех 8-разрядных микроконтроллеров семейство MCS-51 является несомненным чемпионом по количеству компаний, выпускающих его модификации. Важную роль в достижении такой высокой популярности сыграла открытая политика фирмы Intel, родоначальницы этого семейства,
направленная на широкое распространение лицензий на ядро MCS-51 среди большого количества ведущих полупроводниковых компаний мира.
В результате на сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров семейства MCS-51, выпускаемых почти 20-ю компаниями.
Эти модификации включают в себя кристаллы с широчайшим набором периферии: от простых 20-выводных МК с одним таймером и резидентной памятью программ (РПП) объемом 1 Кбайт до сложнейших 100-выводных кристаллов с 10-разрядными АЦП, массивами таймеров/счетчиков,
аппаратными 16-разрядными умножителями и резидентной памятью программ до 64 Кбайт. Каждый год появляются все новые варианты представителей семейства MCS-51, основными направлениями развития которого являются:
увеличение быстродействия (за счет повышения тактовой частоты и (или)
переработки архитектуры), снижение напряжения питания и потребления,
увеличение объема РПП и резидентной памяти данных (РПД), реализация РПП
2
на основе FLASH технологии с возможностью внутрисхемного программирования, введение в состав периферии микроконтроллера сложных устройств: системы управления приводами, CAN и USB интерфейсов и т.п.
Основными производителями модификаций 51-го семейства в мире являются фирмы Philips, Siemens, Intel, Atmel, Dallas, Temic, Oki, AMD, MHS, Winbond, Silicon Systems и ряд других. В таблицах 1,2 приведены наиболее популярные представители процессоров этой серии.
Таблица 1. Микросхемы, производимые зарубежными фирмами
Микроконтроллер |
|
ОЗУ |
|
|
ПЗУ |
|
Таймеры |
|
АЦП |
|||
AT89C1051 |
|
128 байт |
|
1К байт |
|
2 |
|
|
- |
|||
AT89C2051 |
|
128 байт |
|
2К байт |
|
2 |
|
|
- |
|||
I8051 |
|
128 байт |
|
4К байт |
|
2 |
|
|
- |
|||
I8031 |
|
128 байт |
|
- |
|
2 |
|
|
- |
|||
I8Х52 |
|
256 байт |
|
8К байт |
|
3 |
|
|
- |
|||
AT89c52 |
|
256 байт |
|
8К байт |
|
3 |
|
|
- |
|||
AT89с8252 |
|
256 байт |
|
8К байт |
|
3 |
|
|
- |
|||
AT89c55 |
|
256 байт |
|
20К байт |
|
3 |
|
|
- |
|||
I8Х54 |
|
256 байт |
|
16К байт |
|
3 |
|
|
- |
|||
I8Х58 |
|
256 байт |
|
32К байт |
|
3 |
|
|
- |
|||
I8Х51FA |
|
128 байт |
|
8К байт |
|
4 |
|
|
- |
|||
I8Х51FB |
|
256 байт |
|
16К байт |
|
4 |
|
|
- |
|||
I8Х51FC |
|
256 байт |
|
32К байт |
|
4 |
|
|
- |
|||
I8Х51GB |
|
256 байт |
|
8К байт |
|
5 |
|
|
+ |
|||
Таблица 2. Микросхемы российского производства |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Микроконтроллер |
|
ОЗУ |
|
ПЗУ |
ППЗУ |
|
Таймер |
АЦП |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
КР1816ВЕ51 |
|
128 байт |
|
4К байт |
- |
|
- |
|
- |
|||
КР1816ВЕ751 |
|
128 байт |
|
- |
4К байт |
|
- |
|
- |
|||
КР1816ВЕ31 |
|
128 байт |
|
- |
- |
|
- |
|
- |
|||
КР1830ВЕ51 |
|
128 байт |
|
4К байт |
- |
|
- |
|
- |
|||
КР1830ВЕ751 |
|
128 байт |
|
- |
4К байт |
|
- |
|
- |
|||
КР1830ВЕ 31 |
|
128 байт |
|
- |
- |
|
- |
|
- |
|||
Очевидные достоинства микропроцессоров семейства MCS-51 стали
причиной их широкого использования в коммутационной технике [методичка].
3
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССОРАХ СЕМЕЙСТВА MCS-51
Архитектура процессоров семейства MCS-51
Архитектура семейства MCS-51 в значительной мере предопределяется ее назначением - построение компактных и дешевых цифровых устройств. Все функции микро-ЭВМ реализуются с помощью единственной микросхемы.
Микроконтроллеры семейства MCS-51 позволяют выполнять как задачи управления различными устройствами, так и реализовывать отдельные узлы аналоговой схемы. Все микросхемы этого семейства работают с одной и той же системой команд, большинство из них выполняется в одинаковых корпусах с совпадающей цоколевкой. Это позволяет использовать для разработанного устройства микросхемы разных фирм — производителей без переделки принципиальной схемы устройства и программы.
4
Рисунок 1- Структурная схема процессора К1830ВЕ751
На рисунке 1 в качестве примера представлена структурная схема процессора К1830ВЕ751, который состоит из следующих основных функциональных узлов:
блока управления;
арифметико-логического устройства;
блока таймеров/счетчиков;
блока последовательного интерфейса и прерываний;
программного счетчика;
памяти данных и памяти программ.
Двусторонний обмен осуществляется с помощью внутренней 8-
разрядной магистрали данных.
5
По такой схеме построены практически все представители семейства
MCS-51. Различные микросхемы этого семейства различаются только регистрами специального назначения (в том числе и количеством портов).
Система команд всех контроллеров семейства MCS-51 содержит 111 базовых команд с форматом 1, 2 или 3 байта и не изменяется при переходе от одной микросхемы к другой. Это обеспечивает прекрасную переносимость программ с одной микросхемы на другую.
Рассмотрим подробнее назначение каждого блока.
Блок управления и синхронизации (Timing and Control) предназначен для выработки синхронизирующих и управляющих сигналов, обеспечивающих координацию совместной работы блоков ОЭВМ во всех допустимых режимах
ееработы. В состав блока управления входят:
устройство формирования временных интервалов;
логика ввода-вывода;
регистр команд;
регистр управления потреблением электроэнергии;
дешифратор команд, логика управления ЭВМ.
Устройство формирования временных интервалов предназначено для формирования и выдачи внутренних синхросигналов фаз, тактов и циклов.
Количество машинных циклов определяет продолжительность выполнения команд. Практически все команды ОЭВМ выполняются за один или два машинных цикла, кроме команд умножения и деления, продолжительность выполнения которых составляет четыре машинных цикла. Обозначим частоту задающего генератора через Fг. Тогда длительность машинного цикла равна
12/Fг или составляет 12 периодов сигнала задающего генератора.
Логика ввода - вывода предназначена для приема и выдачи сигналов,
обеспечивающих обмен информации с внешними устройствами через порты ввода вывода Р0-Р3.
Регистр команд предназначен для записи и хранения 8-ми разрядного кода операции выполняемой команды. Код операции, с помощью дешифратора
6