Електроний посібник з
дисципліни "Мікропроцесорні системи"
 
Дипломный проект
                                2.1. Структура й функціональні можливості базової моделі МCS-51 (МК51)

  Незважаючи на велику різноманітність мікроконтролерів різних виробників, обчислювальне ядро МК51 у всіх контролерів однакове. МК51 містить 8-розрядний мікропроцесор, генератор тактових імпульсів, схеми керування й синхронізації, внутрішню пам'ять програм і внутрішню пам'ять даних, два таймери, паралельні порти вводу/виводу, контролер переривання. Мікросхема живиться від одного  джерела  напругою  +5В,  потужністю  до 1,5 Вт, допускає експлуатацію в діапазоні температур від -40 до +100°С. Загальними характеристиками для всієї сім’ї МК51 є:
- 32  двонаправлені  лінії  вводу/виводу,  зображені  у  вигляді  чотири-,8-розрядних портів;
- два 16-розрядних таймери-лічильники;
- контролер переривання;
- 16-розрядний лічильник команд (РС);
- 16-розрядний покажчик даних ДРTR;
- синхронно-асинхронний приймач-передавач послідовного порту зі змінюваною швидкістю передачі;
- генератор тактових імпульсів (ГТІ);
- усі вхідні й вихідні сигнали узгоджуються ТТЛ рівнем.
МК51 випускається в корпусі DIP-40. Принципову схему МК51 наведено на рис. 2.1, а призначення виводів - в табл. 2.1.
Рис. 2.1. Принципова схема мікроконтролера МК51
  Внутрішню структуру МК51 наведено на рис. 2.2. Основні функціональні вузли МК51 об'єднано двонапрямленою 8-розрядною магістраллю. Усі операції виконуються в АЛП, яке являє собою 8-розрядний пристрій паралельного типу, що виконує всі арифметичні операції (+, -, *, :), логічні (AND, OR, NOT, XOR), зрушення, скидання, установку бітів. Найважливішою особливістю АЛП є можливість роботи із бітами, що адресуються прямо в ОЗП й РСФ. АЛП оперує із чотирма видами інформації:
-1 біт, -4 біта (тетрада), -8 бітів (тайм), -16 бітів (адреса).
Більшість команд МК51 виконуються з використанням акумулятора - регістру з бітовою адресацією, що забезпечує значне спрощення аналізу даних з бітовою структурою інформації. При використанні акумулятора передбачено два види адресації:
- регістрову, код адреси розміщений в коді операції команди (як <A>);
- пряму, при цьому вказується пряма адреса акумулятора (ЕОН) або символьне чи «АСС» в адресній частині команди.
Регістр PSW є регістром ознак або регістром стану програми. У ньому формуються ознаки результатів, що виконуються в АЛП. Регістр PSW забезпечує керування вибором робочого банку регістрів, допускає побітову адресацію з використанням символічних імен PSW.3, PSW.4.

  Вказівний регістр DРTR має двобайтову структуру і є базовим при звертанні до зовнішньої пам'яті. Якщо зовнішня пам'ять відсутня, DРTR можна використовувати як регістр загального призначення.
  Функціональну структуру зв'язків наведено на рис. 2.3, з якої видно, що всі периферійні пристрої взаємодіють із мікропроцесором через контролер переривань шляхом формування сигналу - запит на переривання (два сигнали від Таймерів Т0, Т1, два сигнали від зовнішнього середовища контролера INT0, INT1) і один сигнал від буфера послідовного обміну ( RI U TI ).
  Призначення окремих розрядів регістру PSW наведено в табл. 2.2.
  Роботу мікроконтролера розділено на машинні цикли, а машинні цикли -на машинні такти (рис. 2.4).
Кварцовий резонатор підключається до зовнішніх виводів Х1 і Х2 МК51 (рис. 2.5, а) і визначає частоту коливань внутрішнього генератора, який формує всі сигнали керування й синхронізації. При подачі напруги живлення в системі завжди формується сигнал скидання (RST) (рис. 2.5, б) і після цього робота мікроконтролера поділяється на машинні цикли, а машинні цикли - на такти (рис. 2.4).
Рис. 2.3. Функціональна структура зв'язків внутрішніх вузлів МК51
  Машинні цикли мають фіксовану тривалість, яка дорівнює 12 періодам коливань резонатора або шести станам первинного керуючого автомата (S1-S6). Кожний стан керуючого автомата містить дві фази (P1, P2) сигналів резонатора. У фазі Р1, як правило, виконуються операції в АЛП, а у фазі Р2 - межрегістрові пересилання інформації. Увесь машинний цикл складається з 12 фаз, починаючи з фази S1P1 і закінчуючи фазою S6P2 (рис. 2.4). Усі заштриховані сигнали, наведені на рис. 2.4, є внутрішніми й недоступні користувачеві для спостереження.
  Спостережуваними є сигнали резонатора й сигнал строба адреси зовнішньої пам'яті (САВП), який формується двічі за один машинний цикл (S1P2-S2P1 і S4P2-S5P1). Цей сигнал використовується для керування процесом пересилання інформації між МК51 і зовнішньою пам'яттю.
Рис. 2.4. Основні машинні цикли роботи МК51
Рис. 2.5. Схеми підключення кварцових
резонаторів до МК51