Студопедия — ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОЭВМ СЕМЕЙСТВА MCS-51
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОЭВМ СЕМЕЙСТВА MCS-51






Фирма Intel является родоначальницей архитектуры микроконтроллеров семейства MCS-51, которое получило свое название от первого представителя этого семейства - микроконтроллера i 8051, выпущенного в 1980 г. на базе технологии n-МОП. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру большой и длительный успех среди разработчиков микропроцессорных устройств управления. Это подтверждается тем, что, и спустя 30 лет после выпуска первого микроконтроллера i8051, его архитектура остается основой для микроконтроллеров, выпускаемых такими фирмами как Analog Devices, Atmel, Phillips, Dallas Semiconductor и др.

Архитектура семейства MCS-51 в значительной мере предопределяется ее назначением - построение компактных и дешевых цифровых устройств. Все функции микроЭВМ реализуются с помощью единственной микросхемы. В состав семейства MCS-51 входит целый ряд микросхем от самых простых микроконтроллеров, до достаточно сложных. Микроконтроллеры семейства

MCS-51 позволяют выполнять как задачи управления различными устройствами, так и реализовывать отдельные узлы аналоговой схемы. Все микросхемы этого семейства имеют общую систему команд, большинство из них изготавливается в одинаковых корпусах, с совпадающей цоколевкой (нумерация выводов для корпуса). Это позволяет использовать для разработанного устройства микросхемы разных фирм - производителей без переделки принципиальной схемы устройства и программы.

С точки зрения технологии микроконтроллер i8051 являлся для своего времени очень сложным изделием - в кристалле было использовано 128 тыс. транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16-разрядном микропроцессоре i8086. Указанный микроконтроллер остается ядром семейства MCS-51 и по сей день [2,3].

Основными элементами базовой архитектуры семейства (архитектуры микроконтроллера 8051) являются:

- 8-разрядное АЛУ;

- 4 банка регистров, по 8 регистров в каждом;

- внутренняя (резидентная) память программ 4 Кбайт, имеющая тип ROM или EPROM

- внутренняя (резидентная) память данных 128 байт;

- 21 регистр специальных функций;

- булевый процессор;

- два 16-разрядных таймера/счетчика;

- контроллер последовательного порта (УАПП);

- контроллер обработки прерываний с двумя уровнями приоритетов;

- четыре 8-разрядных порта ввода/вывода, два из которых используются в качестве шины адреса/данных для доступа к внешней памяти программ и данных;

- встроенный тактовый генератор.

Затем был выпущен микроконтроллер i8052, который отличался увеличенным объемом резидентной памяти программ

(8 Кбайт) и данных (256 байт), дополнительным третьим таймером и соответственно расширенным контроллером прерываний.

Следующим принципиальным шагом в развитии MCS-51 стал перевод технологии изготовления на КМОП (модификация 8xC51). Это позволило реализовать режимы Idl (холостой ход) и Power Down (пониженное потребление), обеспечивающие резкое снижение энергопотребления кристалла и открывшие дорогу к применению микроконтроллера в энергозависимых приложениях, например, в автономных приборах с батарейным питанием.

И последним важным этапом развития МК 8051 фирмой Intel стал выпуск микроконтроллеров 8xC51FA/FB/FC и 8xC51RA/RB/RC, которые для краткости часто обозначаются как 8xC51Fx и 8xC51Rx. Главной отличительной особенностью этой группы кристаллов является наличие у них специализированного таймера/счетчика - программируемая счетная матрица (РСА). Кроме того, микроконтроллеры 8xC51Rx дополнительно содержат сторожевой таймер (WDT).

В настоящее время семейство микроконтроллеров MCS-51 состоит из десяти подсемейств, имеющих одинаковую базовую структуру, приведенную на рис. 3, и общую систему команд. В состав микроконтроллера входят центральный процессор (ЦП), внутреннее постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), внутреннее оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), набор периферийных устройств: параллельные и последовательные порты ввода-вывода, таймеры, система прерываний. К микроконтроллеру можно подключить внешнюю постоянную память (ВПП), внешнюю оперативную память (ВПД) и внешние периферийные устройства.

Рис. 3. Архитектура однокристальных микро-ЭВМ семейства

МК51 (базовая часть)

 

Подсемейства различаются емкостью внутренних запоминающих устройств, набором расположенных на кристалле периферийных устройств, быстродействием и другими характериcтиками. Это открывает большие возможности при разработке систем, содержащих встроенные микроконтроллеры. В табл. 1 перечислены подсемейства и приведены обозначения типов микроконтроллеров семейства MCS-51 фирмы Intel. Микроконтроллеры одного типа выпускаются в трех исполнениях: без внутреннего ПЗУ (ROM less), с внутренним ПЗУ масочного типа (maskROM) и с внутренним программируемым ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием (EPROM). Для стирания ПЗУ EPROM в корпусе микросхемы существует прозрачное окно. Микроконтроллеры подсемейств 51 и 52 изготавливаются по высококачественной n-МОП (HMOS) технологии, а остальных подсемейств – по комплементарной КМОП (CHMOS) технологии. В странах СНГ выпускаются аналоги микроконтроллеров подсемейств 51 и 51С, выполненные по n-МОП технологии [2]: КР1816ВЕ31 (8031АН), КР1816ВЕ51 (8051АН); по n-МОП технологии с УФ стиранием – КМ1816ВЕ751 (8751Н); по комплементарной КМОП - технологии КР1830ВЕ31 (80С31ВН), КР1830ВЕ51 (80С51ВН). В скобках указаны аналоги фирмы Intel. В табл. 2 приведен перечень всех периферийных устройств, используемых в микроконтроллерах семейства MCS-51 [2].

 

Таблица 1

Подсемейство МК Тип МК Объем памяти
Тип ПЗУ ПЗУ (ROM), Кбайт ОЗУ (RAM), байт
ROM less maskROM EPROM OTPROM
    C51 8031AH*     80C31BH* 8051AH* 8051AHP 80C51BH* 80C51BHP 8751H* 8751BH 87C51*    
  8032AH 8052AH 8752BH    
C52 80C32 80C52 80C54 80C58 87C52 87C54 87C58    
L52   80L52 80L54 80L58 87L52 87L54 87L58    
CRX 80C51RA 83C51RA 83C51RB 83C51RC 87C51RA 87C51RB 87C51RC    
CFX 80C51FA 83C51FA 83C51FB 83C51FC 87C51RA 87C51RB 87C51RC    
LFX 80L51FA 83L51FA 83L51FB 83L51FC 87L51RA 87L51RB 87L51RC    
GB 80C51GB 83C51GB 87C51GB    
  80C152JA 80C152JB 80C152JC 83C152JA     83C152JC   8** 8**  
* - аналог выпускается в СНГ ** - только для 83С152JX

 

Таблица 2

  Подсемейство P AF Т/C(0,1) T/C2 IC SP ESP PCA ADC WDT
51, C51         + +        
        + + +        
C52, L52       + +   +      
CRx       + +   +     +
CFx*, LFx       + +   +      
8xC51FA, x=0;3       + +   +      
GB       + +   +     +
152**         + +        
80C152JB,JD         + +        
* - кроме 80C51FA, 83C51FA ** - кроме 80C152JB

 

P (параллельный порт) - предназначен для приема и выдачи байта данных в параллельном коде. Микроконтроллеры разных подсемейств и типов имеют от 4 до 7 восьмиразрядных портов (P0, P1,…).

AF (альтернативные функции отдельных портов) - В табл. 2 указано суммарное число разрядов параллельных портов, выполняющих альтернативные функции.

IC (система прерываний) - в базовой конфигурации включает 5 источников прерываний: два внешних и три внутренних. Число источников запросов прерываний определяется подсемейством, максимальное число источников прерывания 15 имеет подсемейство GB, из которых 8 внешние.

Т/С(0,1) (таймеры – счетчики) - имеются у микроконтроллеров всех подсемейств и служат для счета времени (таймер) или счета внешних событий (счетчик). При работе последовательного порта (SP, ESP) таймер/счетчик T/C1 используется в качестве генератора синхросигнала, частота которого определяет скорость обмена данными.

T/C2 (усовершенствованный таймер – счетчик) - выполняет ряд дополнительных функций: запоминание текущего состояния; авто перезагрузку с изменением направления счета; генерацию второго синхросигнала для последовательного порта SP или ESP, позволяющую вести прием и передачу данных с разной скоростью; формирование внешнего сигнала программируемой частоты.

SP (последовательный порт) - используется для приема и передачи данных в последовательном коде.

ESP (усовершенствованный последовательный порт) - выполняет автоматическое опознание адреса при работе в простейшей локальной сети и осуществляет автоматический контроль формата принимаемого кадра данных.

PCA (программируемая счетная матрица) – состоит из 16-разрядного таймера - счетчика, состояние которого передается в пять 16-разрядных модулей фиксации - сравнения, управляемых внешними событиями. Появление события на входе любого модуля может фиксировать состояние счетчика, сравнивать его состояние с заданным, осуществлять быстрый вывод кода состояния таймера/счетчика, формировать сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

WDT (сторожевой таймер) - служит для предотвращения зависания микроконтроллера при зацикливании программы и представляет собой 14-разрядный счетчик машинных циклов процессора. При его переполнении микроконтроллер сбрасывается в исходное состояние. Программа должна периодически сбрасывать сторожевой таймер в нулевое состояние, не допуская его переполнения. При сбое в работе микроконтроллера очередной сброс таймера не выполняется, происходит сброс микроконтроллера, и программа начинает выполняться с нулевого адреса.

ADC (аналого-цифровой преобразователь) - имеется только в подсемействе GB. 8-разрядный АЦП обслуживает с помощью коммутатора 8 аналоговых каналов. Результат преобразования аналогового сигнала каждого канала фиксируется в отдельном регистре. Время преобразования для одного канала составляет около

26 мкс при тактовой частоте микроконтроллера 12 мГц.

Перечень устройств, дополняющих работу процессора, позволяет выбрать микроконтроллер, из числа представленных в семействе MCS-51, для решения задач управления любой сложности.

 







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 853. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Психолого-педагогическая характеристика студенческой группы   Характеристика группы составляется по 407 группе очного отделения зооинженерного факультета, бакалавриата по направлению «Биология» РГАУ-МСХА имени К...

Общая и профессиональная культура педагога: сущность, специфика, взаимосвязь Педагогическая культура- часть общечеловеческих культуры, в которой запечатлил духовные и материальные ценности образования и воспитания, осуществляя образовательно-воспитательный процесс...

Устройство рабочих органов мясорубки Независимо от марки мясорубки и её технических характеристик, все они имеют принципиально одинаковые устройства...

Экспертная оценка как метод психологического исследования Экспертная оценка – диагностический метод измерения, с помощью которого качественные особенности психических явлений получают свое числовое выражение в форме количественных оценок...

В теории государства и права выделяют два пути возникновения государства: восточный и западный Восточный путь возникновения государства представляет собой плавный переход, перерастание первобытного общества в государство...

Закон Гука при растяжении и сжатии   Напряжения и деформации при растяжении и сжатии связаны между собой зависимостью, которая называется законом Гука, по имени установившего этот закон английского физика Роберта Гука в 1678 году...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.015 сек.) русская версия | украинская версия