Intel 8051
Z Wikipedii
Intel 8051 – mikrokontroler stworzony przez firmę Intel w 1980 roku. Zapoczątkował rodzinę mikrokontrolerów MCS-51 (od ang. MicroComputer System) będących udoskonalonymi lub wyspecjalizowanymi mikrokontrolerami o tej samej, ośmiobitowej architekturze i kompatybilnej z pierwowzorem liście rozkazów. Mikrokontrolery należące do rodziny MCS-51 do dziś znajdują szerokie zastosowanie w niemal każdej dziedzinie elektroniki. Produkowane są m.in. przez firmy Dallas Semiconductor, Philips i Atmel.
Mikrokontrolery te są wykonane w zmodyfikowanej architekturze harwardzkiej. Należą do grupy mikrokontrolerów CISC.
Oprócz możliwości programowania mikrokontrolera w asemblerze rodziny MCS-51, istnieje również możliwość programowania w kompilowanych językach wysokiego poziomu – najczęściej wykorzystywany do tego celu jest język C.
Spis treści |
[edytuj] Specyfikacja mikrokontrolera 8051
- ośmiobitowa jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU)
- cztery przełączane banki rejestrów roboczych (4 x R0...R7)
- 4 kB pamięci wewnętrznej ROM (pamięć zewnętrzna ROM do 64 kB)
- 128 B pamięci wewnętrznej RAM (pamięć zewnętrzna RAM do 64 kB)
- zbiór rejestrów specjalnych SFR
- układ generatora sygnału taktującego (czyli zegar procesora)
- cztery ośmiobitowe równoległe porty P0...P3
- jeden port szeregowy (obsługuje zarówno transmisję synchroniczną jak i asynchroniczną)
- dwa liczniki/czasomierze działające w jednym z czterech trybów
- jednobitowy procesor funkcji logicznych
- system przerwań z układem priorytetów
[edytuj] Rejestry specjalne
Obszar pamięci o adresach od 0x80 do 0xFF nazywany jest obszarem rejestrów specjalnych (SFR – Special Function Registers). Rejestry te pozwalają na sterowanie różnymi funkcjami mikrokontrolera. Obszar ten nie jest ciągły (nie wszystkie adresy są zajęte) – umożliwia to ewentualne uzupełnienie obszaru o nowe funkcje.
[edytuj] Układ rejestrów w pamięci
* – adresowane bitowo (adresy podzielne przez 8)
Adres | Symbol | Bit 7 | Bit 6 | Bit 5 | Bit 4 | Bit 3 | Bit 2 | Bit 1 | Bit 0 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0xF0* | B | ||||||||
0xE0* | ACC | ||||||||
0xD0* | PSW | CY | AC | F0 | RS1 | RS0 | OV | - | P |
0xC0* | IP | - | - | - | PS | PT1 | PX1 | PT0 | PX0 |
0xB0* | P3 | /RD | /WR | T1 | T0 | /INT1 | /INT0 | TxD | RxD |
0xA8* | IE | EA | - | - | ES | ET1 | EX1 | ET0 | EX0 |
0xA0* | P2 | ||||||||
0x99 | SBUF | ||||||||
0x98* | SCON | SM0 | SM1 | SM2 | REN | TB8 | RB8 | TI | RI |
0x90* | P1 | ||||||||
0x8D | TH1 | ||||||||
0x8C | TH0 | ||||||||
0x8B | TL1 | ||||||||
0x8A | TL0 | ||||||||
0x89 | TMOD | GATE | C/T | M1 | MO | GATE | C/T | M1 | M0 |
0x88* | TCON | TF1 | TR1 | TF0 | TR0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 |
0x87 | PCON | SMOD | - | - | - | GF1 | GF0 | PD | IDL |
0x83 | DPH | ||||||||
0x82 | DPL | ||||||||
0x81 | SP | ||||||||
0x80* | P0 |
[edytuj] Ważniejsze rejestry specjalne
- ACC – akumulator, jeden z najczęściej wykorzystywanych rejestrów, gdyż obsługuje większość operacji arytmetycznych, logicznych, skoków warunkowych i wiele innych
- B – dodatkowy rejestr, wykorzystywany w trakcie operacji mnożenia (MUL) i dzielenia (DIV)
- PSW – rejestr stanu programu (Program Status Word), jest to zbiór różnych flag (wskaźników):
- PSW.1=F1 – począwszy od 8052, flaga którą może zdefiniować użytkownik
- PSW.2=OV (Overflow) – przepełnienie, przekroczenie zakresu liczb w kodzie uzupełnienia do 2 (U2)
- PSW.3=RS0 (Register Bank Switch) młodszy bit numeru banku
- PSW.4=RS1 (Register Bank Switch) starszy bit numeru banku
- PSW.5=F0 – flaga ogólnego zastosowania
- PSW.6=AC (Auxiliary Carry) – przeniesienie z młodszej do starszej tetrady (istotne w rozkazach arytmetycznych BCD)
- PSW.7=CY (Carry) – przeniesienie z najstarszego bitu (oznacza np. przekroczenie zakresu przy sumowaniu NKB)
- Porty P0-P3 – wykorzystywane są do komunikacji ze światem zewnętrznym (wszelkimi urządzeniami peryferyjnymi), niektóre mają jeszcze dodatkowe funkcje
- P0 i P2 – mogą zostać wykorzystanie jako wyprowadzenia szyny systemowej mikrokontrolera
- P1 – portu ogólnego zastosowania
- P3 – port posiada wyspecjalizowane linie (w SRF przedstawiane jako bity)
- RD – odczyt pamięci danych
- WR – zapis pamięci danych
- T0,T1 – wejścia timerów zewnętrznych (zliczanie impulsów trybie pracy timerów jako liczniki)
- INT0,INT1 – wejścia zewnętrznych przerwań
- TxD, RxD – wysyłanie (Transmit) i odbieranie (Receive) danych (Data) przy transmisji szeregowej
- Sterowanie przerwań
- IE – zezwolenia dla przerwań (Interrupt Enable)
- EA – ogólne zezwolenie dla przerwań
- ES – zezwolenie dla przerwań od transmisji szeregowej
- ET0, ET1 – zezwolenie dla przerwań od timerów
- EX0, EX1 – zezwolenie dla przerwań zewnętrznych
- IP – priorytety przerwań (Interrupt Priority)
- PS – priorytet dla przerwań od transmisji szeregowej
- PT0, PT1 – priorytet dla przerwań od timerów
- PX0, PX1 – priorytet dla przerwań zewnętrznych
- TCON – tylko młodsze 4 bity
- IE0, IE1 – flagi przerwań zewnętrznych (zgłoszenie zewnętrznego przerwania)
- IT0, IT1 – sposób zewnętrznego przerwania (0 – poziom niski, 1 – opadające zbocze)
- IE – zezwolenia dla przerwań (Interrupt Enable)
- DPTR – 16-bitowy wskaźnik adresu danych
- DPH – starszy bajt wskaźnika
- DPL – młodszy bajt wskaźnika
- SP – wskaźnik stosu (Stack Pointer)
[edytuj] Timery 8051
Sterowanie timerów:
- TMOD – młodsze 4 bity odpowiadają timerowi 0, starsze – timerowi 1
- GATE – bramkowanie, zliczanie impulsów kiedy GATE=0
- C/T – tryb pracy timera (0 – timer wewnętrzny, 1 – licznik impulsów zewnętrznych)
- M0, M1 – ustalają trybu pracy licznika
M0 | M1 | Tryb | |
---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | licznik 13-bitowy |
0 | 1 | 1 | licznik 16-bitowy |
1 | 0 | 2 | licznik 8-bitowy z autoprzeładowaniem |
1 | 1 | 3 | T0 i T1 jako osobne liczniki 8-bitowe |
W trybie 3 działa de facto tylko TLx (młodsze 8 bitów licznika), w momencie wygenerowania sygnału przepełnienia, do TLx ładowana jest wartość THx który w tym trybie pełni funkcje rejestru stałej.
- TCON – starsze 4 bity
- TF0, TF1 – flaga przepełnienia timera
- TR0, TR1 – flaga pracy timera (0 – stop, 1 – zliczanie)
Timery generują sygnał TFx przy przekroczeniu maksymalnej wartości – odpowiednio 2^13, 2^16, 2^8. jako, ze są to liczniki zliczające w przód, oraz ich inkrementacja następuję co jeden cykl zegarowy w celu kontrolowania odmierzanego przez nie czasu Tx jako wartość początkowa do TH | TL należy wpisać wartość
Tx = (maksimum zakresu w danym trybie-X)*12 *Tsoc
gdzie: maksimum zakresu w trybie 16 bit = 65 536, 8-bitowym = 256, a Tosc = 1/Częstotliwość układu taktującego W trybie 2 należy ta samą wartość wpisać zarówno do rejestrów TH i TL
[edytuj] Inne mikrokontrolery rodziny MCS-51
Oryginalny układ 8051 firmy Intel jest przestarzały i od dawna nieużywany w nowych konstrukcjach. Jednakże na rynku istnieje wiele udoskonalonych wersji tego mikrokontrolera – od prostych klonów kompatybilnych elektrycznie (pin-to-pin) z pierwowzorem, aż po rozbudowane układy, w których rdzeń 8051 stanowi jedynie małą część systemu. Zmiany w stosunku do oryginalnego układu 8051 obejmują przede wszystkim:
- znacznie zmniejszony pobór mocy, szczególnie w tzw. trybach uśpienia
- zwiększoną częstotliwość taktowania
- miniaturyzację obudów, zwiększenie lub zmniejszenie (w wersjach uproszczonych) liczby wyprowadzeń
- udoskonaloną interpretację sygnałów wejścia-wyjścia oraz sygnału reset (umożliwiającą bardziej elastyczne wykorzystanie portów i zwiększającą odporność na zakłócenia)
- powiększoną pamięć kodu, może to być zarówno pamięć stała (ROM), jak i programowalna jednorazowo lub wielokrotnie (EPROM, EEPROM, FLASH)
- dodatkowe elementy służące do zapisywania zawartości tej pamięci w specjalnych programatorach lub w docelowym układzie (In System Programming – ISP)
- zwiększoną pamięć RAM
- dodatkowe rejestry specjalne SFR, związane m.in. z nowymi układami czasowo – licznikowymi, dodatkowymi wskaźnikami adresów, dodatkowymi portami wejścia / wyjścia, w tym np. interfejsami szeregowymi, wejściami przerwań, przetwornikami analogowo – cyfrowymi, zegarami czasu rzeczywistego, układami szyfrującymi itp.
Swój sukces rodzina MCS-51 zawdzięcza m.in. wyjątkowej łatwości rozbudowy, nie wymagającej jakiejkolwiek modyfikacji listy rozkazów. Wiąże się to ze sposobem uwzględniania dodatkowych elementów w przestrzeni adresowej mikrokontrolera – jest w niej wiele niewykorzystanych adresów, ułatwiających dostęp do nowych elementów za pośrednictwem dodatkowych rejestrów specjalnych (SFR).
[edytuj] Zobacz też
[edytuj] Linki zewnętrzne
- http://www.atmel.com/products/8051/ – mikrokontrolery rodziny 8051 firmy Atmel
- http://www.intel.com/design/mcs51/ – mikrokontrolery rodziny 8051 firmy Intel
- http://sdcc.sourceforge.net/ – Small Device C Compiler (SDCC), darmowy kompilator C dla mikrokontrolerów
- http://www.keil.com/c51/ – narzędzia programistyczne, w tym kompilator C dla rodziny 8051 firmy Keil
- http://www.edw.com.pl/index.php?module=ContentExpress&file=index&func=display&ceid=68&meid=20 – Opis 8051 na Elportalu
Intel:
8-bitowe: MCS-48 • MCS-51 • 8xC251
16-bitowe: 80186/80188 • MCS-96 • MXS296
32-bitowe: i386EX • i960
Motorola (Freescale Semiconductor):
8-bitowe: 68HC05 • 68HC08 • 68HC11
16-bitowe: 68HC12 • 68HC16 • DSP56k
32-bitowe: MPC500 • MPC 860 • MPC 8240/MPC 8250 • MPC 8540/MPC 8560 • 683XX
Atmel: Atmel AT89 • Atmel AVR • Atmel ARM • MARC 4 • Atmel AVR32
Texas Instruments: MSP430 • TMS370
Philips: LPC2000 • LPC900 • LPC700