Структурная схема микроконтроллера 1830ВЕ51

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 12Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

Микроконтроллер МК51 содержит все необходимые узлы для автономной работы:

1. Восьмиразрядный процессор;

2. Память программ объемом 4 Кбайт;

3. Память данных объемом 128 байт;

4. Четыре порта ввода/вывода;

5. Два 16-разрядных многорежимных таймера/счетчика;

6. Схемы обработки прерываний с пятью векторами и двумя уровнями;

7. Последовательный интерфейс;

8. Тактовый генератор.

Система команд МК51 содержит 111 базовых команд. Команда имеет 1, 2 и 3 байтовый формат.

Микроконтроллер конструктивно выполнен в корпусе с 40 внешними выводами, которые совместимы с элементами ТТЛ. Назначение выводов микроконтроллера МК51 показано на рис. 1.1, а его структурная схема приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.1. Назначение выводов МК51

Рис. 1.2. Структурная схема МК51

В состав МК51 входят следующие функциональные узлы:

1. Блок управления (CU);

2. Арифметико-логический блок (ALU);

3. Резидентная память данных (RDM);

4. Резидентная память программ (RPM);

5. Счетчик команд (PC) и регистр указателя данных (DPTR);

6. Регистр указателя стека (SP);

7. Два 16-ти разрядных таймера/счетчика (Timer 0, Timer 1);

8. Блок последовательного интерфейса и прерываний.

Обмен информацией между функциональными узлами осуществляется с помощью внутренней 8-разрядной двунаправленной шины данных. Для связи с внешними компонентами МПС используется четыре двунаправленных 8-разрядных порта Р0…Р3.

Блок управления

Блок управления предназначен для выработки синхронизирующих и управляющих сигналов. В состав БУ входят:

1. Устройство выработки временных интервалов;

2. Логика ввода/вывода;

3. Регистр команд;

4. Регистр управления энергопотреблением;

5. Дешифратор команд;

6. ПЛМ и логика управления микро-ЭВМ.

Устройство выработки временных интервалов предназначено для формирования внутренних синхросигналов, которые определяют продолжительность выполнения команд. Практически все команды выполняются за 1 или 2 машинных цикла, кроме команд умножения и деления (время выполнения последних составляет 4 машинных цикла). Машинный цикл включает в себя шесть состояний S1…S6, каждый из которых состоит из двух фаз Р1 и Р2. Длительность каждой фазы равна периоду следования синхроимпульсов, который задается частотой кварцевого резонатора, подключаемого к выводам XTAL1 и XTAL2 МК51, или резонансной частотой LC контура, или внешним генератором. Схема подключения элементов к МК51 показаны на рис. 1.3.

Cв=10 пФ

Рис. 1.3. Схема подключения цепей синхронизации к МК51

Все машинные циклы МК51 одинаковые и состоят из 12 периодов сигнала XTAL. Машинный цикл состоит из шести состояний S1…S6, каждый из которых включает в себя две фазы P1 и P2 (рис. 1.4). Длительность фазы равна периоду следования внешнего тактового сигнала.

Рис. 1.4. Диаграмма формирования машинных циклов МК51

Дважды за машинный цикл формируется сигнал ALE, который используется в качестве стробирующего импульса, для записи младшей части адреса внешней памяти.

Логика ввода/вывода предназначена для приема и выдачи сигналов, обеспечивающих обмен информацией МК51 с внешними устройствами через порты ввода/вывода Р0…Р3.

Регистр команд предназначен для записи и хранения кода текущей команды. Команда с помощью дешифратора команд преобразовывается в 24-разрядный код управления ПЛМ. Последняя вырабатывает набор микроопераций в соответствии с микропрограммой выполняемой команды.

Регистр команд программно недоступен.

Регистр управления энергопотреблением (PCON) предназначен для управления последовательным портом и режимами энергопотребления МК51. В табл. 1.1 приведено обозначение разрядов PCON.

Таблица 1.1

Примечание: биты отмеченные звездочкой присутствуют только в МК51 серии 1830.

Все биты регистра PCON доступны по записи и чтению.

Бит SMOD управляет скоростью передачи через последовательный порт (при установке его в «1» скорость передачи удваивается).

Бит PD при установке его в «1» переводит МК51 в режим микропотребления.

Бит IDL равный «1» устанавливает режим холостого хода.

Биты GF0 и GF1 – флаги общего назначения.

Арифметико-логический блок

Восьмиразрядный АЛБ предназначен для выполнения арифметических операций: сложение, вычитание, умножение и деление; логических операций: И, ИЛИ, исключающие ИЛИ, циклического сдвига, сброса, инвертирования и т.д. АЛБ включает в себя следующие функциональные узлы:

1. Восьмиразрядное ALU, которое позволяет выполнять арифметические и логические операции над 4 типами данных: булевскими (1 бит), цифровыми (4 бита), байтовыми (8 бит) и адресными (16 бит);

2. Аккумулятор – восьмиразрядный параллельный регистр, предназначенный для хранения одного из операндов АЛУ, приема результата арифметико-логической операции, ряда операций передачи данных. Кроме этого, операции сдвигов, проверка их на ноль, формирование флага паритета, выполняются только над содержимым Аккумулятора;

3. Регистр В – восьмиразрядный параллельный регистр, предназначенный для хранения второго операнда при выполнении операции умножения и деления. В остальных случаях может использоваться как любой другой программно доступный регистр;

4. Два восьмиразрядных, программно-недоступных, регистра временного хранения операндов Т1 и Т2;

5. Схема десятичной коррекции DCU;

6. Регистр признаков (PSW) – предназначен для хранения признаков (флагов), вырабатываемых АЛУ при выполнении многих операций. В табл.1.2 приведено мнемоническое имя, назначение и способ установки разрядов регистра PSW.

Таблица 1.2

Флаг переполнения OV устанавливается, если возник перенос в знаковый разряд, а из знакового разряда перенос отсутствует (индикатор переполнения разрядной сетки) при выполнении операций сложение/вычитание. При выполнении операции деления флаг OV аппаратно сбрасывается, а в случае деления на ноль устанавливается. При выполнении операции умножения флаг OV аппаратно устанавливается, если результат больше 255.

Флаг Р является дополнением содержимого Аккумулятора до четности в девятиразрядном слове состоящем из восьми разрядов Аккумулятора и бита P, число один всегда четное. Если в Аккумуляторе все разряды установлены в ноль, то Р=0. Этот бит программно доступен только по чтению.

Организация памяти программ

Память программ МК51 может иметь емкость до 64 Кбайт (рис. 1.5) и предназначена для хранения команд, констант, управляющих слов инициализации, различных таблиц и т.п.

Рис. 1.5. Адресное пространство памяти программ

Обращение к RPM всегда осуществляется с помощью 16-ти разрядного адреса, который формируется счетчиком команд (PC) или регистром указателем данных (DPTR). Последний выполняет функции базового регистра при косвенных переходах по программе или используется в командах, оперирующих с таблицами.

Современные микроконтроллеры содержат на своем кристалле электрически стираемую резидентную память программ (EEPROM), емкость которой составляет 4 Кбайт. При этом емкость внешней памяти может достигать 60 Кбайт. Выбор памяти программ (резидентной или внешней) осуществляется с помощью входа EA. При подаче на этот вход логической 1 (EA=1) разрешена работа с обоими типами памяти. Если же на вход DEMA подан низкий уровень напряжения (EA=0), то разрешена работа только с внешней памятью программ. Для разрешения считывания байта из внешней памяти программ и ввода его в МК51 используется сигнал на выходе , который формируется дважды в течение каждого машинного цикла.

Резидентная память данных

Резидентная память данных состоит из двух областей: 128 байт оперативной памяти (ОЗУ) с адресами 00-7FH и области регистров специальных функций, занимающих адреса с 80Н по 0FFH. Распределение адресного пространства RDM показано на рис. 1.6. Младшие 32 байта ОЗУ данных сгруппированы в 4 банка (Банк 0...Банк 3). Команды программы могут обращаться к регистрам, используя их символические имена R0...R7. При этом в регистре PSW должны быть установлены биты RS0 и RS1, определяющие, к какому банку данных производится обращение. Такой механизм адресации позволяет экономить память программ.

Следующие 16 байт ОЗУ допускают обращение к ним как в побайтном режиме, так и в побитном. Эта область ОЗУ используется МК51 при выполнении операций над битами. Каждый бит имеет свой адрес.

Обращение к RDM всегда осуществляется с использованием 8-разрядного адреса. При включении питания содержимое ОЗУ будет иметь случайный характер.

Регистры специальных функций также имеют свои адреса, приведенные в табл. 1.3, а некоторые из них допускают побитовую адресацию.

Рис. 1.6. Карта адресов RDM

Таблица 1.3. Адреса регистров специальных функций

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры