Состав семейства MCS-51

 Доступ к  внешней памяти программ осуществляется в двух случаях:

при действии сигнала EA=0 независимо от адреса обращения,

в любом случае, если программный счетчик (РС) содержит число большее, чем максимальная ячейка внутренней памяти программ. 

Распределение памяти программ микроконтроллера КР1830ВЕ51 представлено ниже: 
 

Для чтения памяти программ используются команды  

MOVC A, A+@DPTR и MOVC A, A+@PC 

Рисунок 2. Адресное пространство памяти программ. 

Для других микроконтроллеров  этого семейства изменяется только объем внутренней памяти программ и количество доступных векторов прерываний программы. 

Ниже приведены  адреса векторов прерываний и соответствующие  им аппаратурные источники прерываний программы:

Вектор прерывания 

Флаги, вызывающие прерывание 

Источник прерывания 

0000Н 

- 

Рестарт (сброс) контроллера RESET 

0003Н 

IE0 

внешнее прерывание INT0 

000bН 

TF0 

Таймер 0 

0013Н 

IE1 

внешнее прерывание INT1 

001bН 

TF1 

Таймер 1 

0023Н 

RI, TI 

Последовательный  порт 

002bН 

TF2, EXF2 

Таймер 2 

0033Н 

CF, CCFn(n=0:4) 

Набор программируемых  счётчиков (РСА) 

003bН 

AIF 

Аналого-цифровой преобразователь 

0043Н 

CF1,C1CCFn(n=1:4) 

Набор программируемых  счётчиков (РСА1) 

004bН 

SEPIF 

Последовательный  порт SEP 

0053Н 

IE2 

внешнее прерывание INT2 

005bН 

IE3 

внешнее прерывание INT3 

0063Н 

IE4 

внешнее прерывание INT4 

006bН 

IE5 

внешнее прерывание INT5 

0073Н 

IE6 

внешнее прерывание INT6 
 

Примечание: вектора  прерывания, выделенные:

жирным подчеркнутым текстом- присутствуют во всех микросхемах  семейства;

жирным текстом- отсутствуют в микросхемах 8051,8031, КР1816ВЕ31, КР1816ВЕ51, КР1816ВЕ751 КР1830ВЕ31, КР1830ВЕ51, КР1830ВЕ751;

обычным текстом- присутствуют только в микросхемах 8Х51FA, FB, FC и GB

курсивом- присутствуют только в микросхеме 8Х51GB 

Внешняя память данных микроконтроллеров MCS-51 

Внешняя память данных предназначена для временного хранения информации, используемой в  процессе выполнения программы. Эта  память физически должна быть подключена к микросхеме микроконтроллера при  помощи схемы, изображенной на рисунке 1. Максимальный объем этой памяти определяется регистром DPTR и составляет 64 Кбайта. Точно также как и в случае внешней памяти программ, объем внешней памяти данных может быть увеличен за счет использования портов P1 и P3 до 1 Гбайта. Внешняя память данных для своей работы требует использование портов P0, P2 и P3. Это приводит к увеличению габаритов устройства, увеличению уровня помех и, в конечном итоге, увеличения стоимости устройства в целом. Поэтому в современных устройствах внешняя память не используется. Однако, в некоторых микроконтроллерах (например 87с550 фирмы DALLAS) команды обращения к внешней памяти используются для работы с дополнительной внутренней памятью большого объема. 

Для обращения  к внешней памяти данных используются команды  

MOVX A, @DPTR (команда чтения) и 

MOVX @DPTR, A (команда  записи)

Иногда для  того, чтобы сохранить порт P2  в качестве порта общего использования, для обращения к памяти данных используются команды  

MOVX A, @R0 или MOVX A, @R0 (команды чтения) 

MOVX@R0, A MOVX@R0, A (команды записи) 

Рисунок 3. Адресное пространство внешней памяти данных. 

Отметим, что  в качестве внешней памяти данных могут быть использованы как микросхемы ОЗУ так и микросхемы ПЗУ. 

Внутренняя память данных микроконтроллеров MCS-51 

Несмотря на то, что это самое маленькое адресное пространство из рассматриваемых, оно устроено наиболее сложным образом. Распределение памяти данных микроконтроллеров серии MCS-51 приведено на рисунке 4.

Рисунок 4. Адресное пространство внутренней памяти данных. 

Внутреннее ОЗУ  данных предназначено для временного хранения информации, используемой в  процессе выполнения программы, и занимает 128 младших байт, с адресами от 000h до 07Fh для микроконтроллеров 8051, 8031, КР1816ВЕ31, КР1816ВЕ51, КР1816ВЕ751 КР1830ВЕ31, КР1830ВЕ51, КР1830ВЕ751 или 256 восьмиразрядных ячеек, с адресами от 000h до 0FFh для всех остальных микроконтроллеров семейства. 

Регистры специальных  функций занимают адреса внутренней памяти данных с 080h по 0FFh. Так как  адреса регистров специальных функций совпадают со старшими адресами внутреннего ОЗУ данных, то имеются особенности при использовании этих адресов внутренней памяти данных. 

Система команд микроконтроллера позволяет обращаться к ячейкам внутренней памяти данных при помощи прямой и косвенно-регистровой адресации. При обращении к ячейкам памяти с адресами 0-127 использование любого из этих видов адресации будет производить выборку одной и той же ячейки памяти. При обращении к ячейкам ОЗУ с адресами 128-256 следует воспользоваться косвенно-регистровой адресацией. Учитывая, что работа со стеком ведётся при помощи косвенной адресации, то имеет смысл размещать в этой области памяти стек. Если же требуется обратиться к регистрам специальных функций, то нужно использовать прямую адресацию. Например:

   MOV A, 80h   ;Скопировать сигналы с внешних  ножек порта P0 в аккумулятор

  

   MOV R0, #80h ;Скопировать  в аккумулятор содержимое

   MOV A, @R0   ;ячейки внутреннего ОЗУ  с  адресом 80h 

Регистры общего назначения позволяют писать самые  эффективные программы. У микроконтроллеров семейства MCS-51 программирующему инженеру доступны восемь регистров. Более того, в этом семействе микроконтроллеров есть целых четыре набора (банка) регистров с именами RB0 - RB3. Банк регистров состоит из восьми восьмиразрядных регистров с именами R0, R1, …, R7.  Несколько банков регистров служат для организации независимой работы нескольких параллельно выполняемых программ. Переключение банков регистров производится при помощи двух особых бит регистра слова состояния программы PSW (RS0 и RS1). Если организация нескольких параллельных потоков обработки данных не нужна, то можно пользоваться только нулевым банком регистров, включающимся автоматически после включения питания и сброса микроконтроллера, остальные ячейки памяти использовать как обычное ОЗУ. 

Все четыре банка  регистров объединены с 32 младшими байтами внутреннего ОЗУ данных (см. рисунок 4). Так как физически  регистры и ячейки внутреннего ОЗУ  объединены, то команды программы  могут обращаться к регистрам, используя  их имена R0-R7 ( регистровая адресация):

   MOV A, R0   ;Скопировать содержимое регистра R0 в аккумулятор

   MOV R7, A   ;Скопировать содержимое регистра R7 в аккумулятор 

или используя  их адрес во внутренней памяти данных ( прямая байтовая адресация):

   MOV A, 0   ;Скопировать содержимое нулевой ячейки ОЗУ в аккумулятор

   MOV 7, A   ;Скопировать содержимое аккумулятора  в седьмую ячейку ОЗУ 

Следующие после  банков регистров внутреннего ОЗУ  данных 16 ячеек памяти (адреса 20Н-2FH) образуют область памяти, к которой возможна как байтовая, так и битовая адресация. В этих ячейках располагаются 128 программных флагов (битовых ячеек памяти). Обращение к отдельным битам этих ячеек возможно по их битовым адресам. Например команды:

   SETB 15      ;Запомнить в 15 флаге логическую единицу

   JB 15, Metka ;Если  в 15 флаге записана логическая  единица, то перейти на метку 

обращаются к 15 флагу, расположенному в старшем  бите байтовой ячейки памяти 21h. Использование  однобитовых ячеек памяти позволяет  сократить необходимый для работы программы объём памяти данных, так как для хранения битовых переменных выделяется один бит в памяти данных, а не машинное слово, как это делается в универсальных микропроцессорах (компьютерах). 

В битовой области  сосредоточено только 128 флагов. Оставшиеся адреса в битовом пространстве используются для битовой адресации в области регистров специальных функций. Наиболее яркий пример использования битовой адресации в области регистров специальных функций - это обращение к отдельным ножкам параллельных портов:

   CPL 92h      ;Проинвертировать второй бит  порта P1 

Оставшаяся область  памяти используется как обычное  ОЗУ без особенностей. Хотя, надо отметить, что в современных микроконтроллерах  эту память следует рассматривать  как встроенные 256 регистров сверхоперативного ОЗУ. Основной памятью постепенно становится внутренняя память, доступная при помощи команд MOVX @DPTR, A 

Регистры специальных  функций. 

Регистры специальных  функций - это дополнительные устройства, которые отображаются в адресное пространство внутренней памяти данных. В различных микроконтроллерах состав дополнительных устройств различается. Микроконтроллеры различаются между собой количеством параллельных портов, последовательных портов, таймеров. Некоторые из регистров специальных функций с указанием их адресов в адресном пространстве SFR внутреннего ОЗУ приведены на рисунке 5:

Рисунок 5. Адресное пространство регистров специальных  функций.  

Примечание: регистры, выделенные:

жирным подчеркнутым текстом- присутствуют во всех микросхемах семейства;

жирным текстом- отсутствуют в микросхемах 8051,8031, КР1816ВЕ31, КР1816ВЕ51, КР1816ВЕ751 КР1830ВЕ31, КР1830ВЕ51, КР1830ВЕ751;

обычным текстом- присутствуют только в микросхемах 8Х51FA, FB, FC и GB

курсивом- присутствуют только в микросхеме 8Х51GB 

Устройство  таймеров микроконтроллеров MCS-51 

В базовых моделях  семейства имеются два программируемых 16-битных таймера/счетчика (T/C0 и T/C1), которые  могут быть использованы как в  качестве таймеров, так и в качестве счетчиков внешних событий. Каждый из них состоит из двух 8-битных регистров TH0 (старший байт) и TH0 (младший байт) для таймера 0 или TH1 (старший байт) и TH1 (младший байт) для таймера 1. 

В режиме таймера  содержимое соответствующего таймера/счетчика инкрементируется в каждом машинном цикле, т.е. через каждые 12 периодов колебаний кварцевого резонатора. 

В режиме счетчика содержимое соответствующего таймера/счетчика инкрементируется под воздействием перехода из 1 в 0 внешнего входного сигнала, подаваемого на вывод микроконтроллера T0 или T1. Так как на распознавание периода требуются два машинных цикла, максимальная частота подсчета входных сигналов равна 1/24 частоты резонатора. На длительность периода входных сигналов ограничений сверху нет. Для гарантированного прочтения входной сигнал должен удерживать значение 1, как минимум, в течение одного машинного цикла микро-ЭВМ. 

Схемы управления таймерами идентичны. Таймер 0 и Таймер 1 могут работать в четырех режимах  работы:

режим 0: 13-битный таймер

режим 1: 16-битный таймер

режим 2: 8-битный автоперезагружаемый таймер

режим 3: Таймер 0 как 2 раздельных 8-битных таймера. 

Кроме того, Таймер 1 можно использовать для задания  скорости передачи (baud rate) последовательного  порта. 

Для переключения режимов работы таймеров используются биты M0 и M1 регистра специальной функции TMOD. Название образовано от сокращения двух английских слов: T(timer)- таймер и mode - режим. Имена и расположение битов приведено на рисунке 1: