Устройство управления и синхронизации

Микроконтроллер 8051, его место в современном производстве микроконтроллеров. Базовая архитектура процессора. Назначение основных регистров. Регистры специальных функций. Регистр флагов.

Организация связи МК с внешней средой и временем. Порты ввода-вывода. Типовая схема двунаправленного порта ввода-вывода.

Каждый МК имеет некоторое количество линий ввода/вывода, которые объединены в многоразрядные (чаще 8-разрядные) параллельные порты ввода/вывода. В памяти МК каждому порту ввода/вывода соответствует свой адрес регистра данных. Обращение к регистру данных порта ввода/вывода производится теми же командами, что и обращение к памяти данных. Кроме того, во многих МК отдельные разряды портов могут быть опрошены или установлены командами битового процессора.

В зависимости от реализуемых функций различают следующие типы параллельных портов:

• однонаправленные порты, предназначенные только для ввода или только для вывода информации;
• двунаправленные порты, направление передачи которых (ввод или вывод) определяется в процессе инициализации МК;
• порты с альтернативной функцией (мультиплексированные порты). Отдельные линии этих портов используются совместно со встроенными периферийными устройствами МК, такими как таймеры, АЦП, контроллеры последовательных интерфейсов;
• порты с программно управляемой схемотехникой входного/выходного буфера.

Порты выполняют роль устройств временного согласования функционирования МК и объекта управления, которые в общем случае работают асинхронно. Различают три типа алгоритмов обмена информацией между МК и внешним устройством через параллельные порты ввода/вывода:

• режим простого программного ввода/вывода;
• режим ввода/вывода со стробированием;
• режим ввода/вывода с полным набором сигналов подтверждения обмена.

Типичная схема двунаправленного порта ввода/вывода МК приведена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Типовая схема двунаправленного порта ввода/вывода МК.

Триггер управления разрешает вывод данных на внешний вывод. В современных МК, как правило, обеспечивается индивидуальный доступ к триггерам данных и управления, что позволяет использовать каждую линию независимо в режиме ввода или вывода.

Необходимо обратить особое внимание на то, что при вводе данных считывается значение сигнала, поступающее на внешний вывод, а не содержимое триггера данных. Если к внешнему выводу МК подключены выходы других устройств, то они могут установить свой уровень выходного сигнала, который и будет считан вместо ожидаемого значения триггера данных.

Другим распространенным вариантом схемотехнической организации порта ввода/вывода является вывод с "открытым истоком", называемый еще "квазидвунаправленным". Такая организация вывода позволяет создавать шины с объединением устройств по схеме "монтажное И".

Несмотря на непрерывное развитие и появление все новых и новых 16- и 32-разрядных МК, наибольшая доля мирового микропроцессорного рынка остается за 8-разрядными устройствами. В 2002 году общий мировой объем продаж МК всех типов составил $ 15,4 млрд., при этом 48,6% пришлось на долю 8-разрядных кристаллов. Это в 2,5 раза больше объема продаж ближайших конкурентов: 16-разрядных МК ($ 2,1 млрд.) и DSP ($ 2,4 млрд.). За последние пять лет лидирующее положение 8-разрядных МК на мировом рынке сохраняется.

Первые МК 8051 были выпущены Intel в 1980 г.

МК 8051 представляет сбой законченное устройство с большим объемом встроенной памяти программ и данных, портами ввода/вывода и возможностью подключения внешней памяти. Типовые характеристики:

- тактовая частота 24 МГц;

- командный цикл 12 тактов;

- объем памяти программ 4 Кб;

- объем памяти данных 128 байт;

- число линий ввода/вывода – 32;

- два 8/16-разрядных таймера;

- множество внутренних и внешних источников прерываний;

- программируемый последовательный порт;

- интерфейс с внешней памятью объемом до 128 Кб.

МК 8051 имеет Гарвардскую архитектуру, то есть память программ и память данных являются самостоятельными и независимыми друг от друга устройствами.

Регистры специальных функций управляют работой блоков, входящих в микроконтроллер. Регистры-защелки SFR параллельных портов P0...P3 - служат для ввода-вывода информации.

Две регистровые пары с именами TH0, TL0 и TH1, TL1 представляют собой регистры, двух программно-управляемых 16-битных таймеров-счетчиков. Режимы таймеров-счетчиков задаются с использованием регистра TMOD, а управление ими осуществляется с помощью регистра TCON. Для управления режимами энергопотребления МК используется регистр PCON. Регистры IP и IE управляют работой системы прерываний МК, регистры SBUF и SCON — работой приемопередатчика последовательного порта. Регистр-указатель стека SP в МК рассматриваемого семейства — восьмибитный.

Перечень флагов, их символические имена и условия формирования приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Регистр флагов Intel 8051

Символ	Позиция	Имя и назначение
P	PSW.0	Флаг приоритета. Устанавливается и сбрасывается аппаратурно в каждом цикле команды и фиксирует нечетное/четное число единичных бит в аккумуляторе
-	PSW.1	Не используется
OV	PSW.2	Флаг переполнения. Устанавливается и сбрасывается аппаратурно при выполнении арифметических операций
RS0 - RS1	PSW.3 - PSW.4	Биты выбора используемого банка регистров. Могут быть изменены программным путем
F0	PSW.5	Флаг пользователя. Может быть установлен, сброшен или проверен программой пользователя
АС	PSW.6	Флаг вспомогательного переноса. Устанавливается и сбрасывается только аппаратными средствами при выполнении команд сложения и вычитания и сигнализирует о переносе или заеме в бите 3 аккумулятора
C	PSW.7	Флаг переноса. Устанавливается и сбрасывается как аппаратурно, так и программным путем

23 Микроконтроллер 8051: организация памяти программ и памяти данных. Способы адресации. Устройство управления и синхронизации.

Данный микроконтроллер имеет встроенную (резидентную) и внешнюю память программ и дан­ных. Резидентная память программ (RPM) имеет объем 4 Кбайт, резидентная память данных (RDM) — 128 байт. Внешняя память программ и данных может составлять по 64 Кбайт и адресоваться с помощью пор­тов РО и Р2.

непосредственная адресация не требует обращения к регистрам или памяти данных. При непосредственной адресации на обработку поступает операнд, который является частью команды. Значение непосредственного операнда обозначается символом #.

addA, #77 - добавить 77 к содержимому аккумулятора, где 77 - десятичное число.

Прямая адресация отличается от регистровой тем, что можно получить доступ к любому байту в первых 256 ячейках памяти, указав 8-разрядный адрес. mov A, 020h

Косвенно-регистровая адресация осуществляется с помощью регистров R0 или R1 текущего банка. В этом случае содержимое регистра R0 или R1 используется как 8-разрядный адрес для обращения к первым 256 байтам памяти данных: Orl A, @ R0

Регистр DPTR используется в качестве 16-разрядного индексного регистра. При этом можно указать смещение, которое добавляется к содержимому DPTR для формирования адреса операнда.

Такой способ адресации, который называется косвенно-регистровая со смещением, удобно использовать для доступа к отдельным элементам в структурах данных.

Кварцевый резонатор, подключаемый к внешним выводам микроконтроллера, управляет работой внутреннего генератора, который в свою очередь формирует сигналы синхронизации.

Устройство управления CU (см рисунок 2.1) на основе сигналов синхронизации формирует машинный цикл фиксированной длительности, равной 12 периодам резонатора. Большинство команд микроконтроллера выполняется за один машинный цикл.

Дата добавления: 2014-01-07