Организация связи МК с внешней средой и временем. Порты ввода-вывода. Типовая схема двунаправленного порта ввода-вывода.

Каждый МК имеет некоторое количество линий ввода/вывода, которые объединены в многоразрядные (чаще 8-разрядные) параллельные порты ввода/вывода. В памяти МК каждому порту ввода/вывода соответствует свой адрес регистра данных. Обращение к регистру данных порта ввода/вывода производится теми же командами, что и обращение к памяти данных. Кроме того, во многих МК отдельные разряды портов могут быть опрошены или установлены командами битового процессора.

В зависимости от реализуемых функций различают следующие типы параллельных портов:

• однонаправленные порты, предназначенные только для ввода или только для вывода информации;
• двунаправленные порты, направление передачи которых (ввод или вывод) определяется в процессе инициализации МК;
• порты с альтернативной функцией (мультиплексированные порты). Отдельные линии этих портов используются совместно со встроенными периферийными устройствами МК, такими как таймеры, АЦП, контроллеры последовательных интерфейсов;
• порты с программно управляемой схемотехникой входного/выходного буфера.

Порты выполняют роль устройств временного согласования функционирования МК и объекта управления, которые в общем случае работают асинхронно. Различают три типа алгоритмов обмена информацией между МК и внешним устройством через параллельные порты ввода/вывода:

• режим простого программного ввода/вывода;
• режим ввода/вывода со стробированием;
• режим ввода/вывода с полным набором сигналов подтверждения обмена.

Типичная схема двунаправленного порта ввода/вывода МК приведена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Типовая схема двунаправленного порта ввода/вывода МК.

Триггер управления разрешает вывод данных на внешний вывод. В современных МК, как правило, обеспечивается индивидуальный доступ к триггерам данных и управления, что позволяет использовать каждую линию независимо в режимеввода или вывода.

Необходимо обратить особое внимание на то, что при вводе данных считывается значение сигнала, поступающее на внешний вывод, а не содержимое триггера данных. Если к внешнему выводу МК подключены выходы других устройств, то они могут установить свой уровень выходного сигнала, который и будет считан вместо ожидаемого значения триггера данных.

Другим распространенным вариантом схемотехнической организации порта ввода/вывода является вывод с "открытым истоком", называемый еще "квазидвунаправленным". Такая организация вывода позволяет создавать шины с объединением устройств по схеме "монтажное И".

Микроконтроллер 8051, его место в современном производстве микроконтроллеров. Базовая архитектура процессора. Назначение основных регистров. Регистры специальных функций. Регистр флагов.

Несмотря на непрерывное развитие и появление все новых и новых 16- и 32-разрядных МК, наибольшая доля мирового микропроцессорного рынка остается за 8-разрядными устройствами. В 2002 году общий мировой объем продаж МК всех типов составил $ 15,4 млрд., при этом 48,6% пришлось на долю 8-разрядных кристаллов. Это в 2,5 раза больше объема продаж ближайших конкурентов: 16-разрядных МК ($ 2,1 млрд.) и DSP ($ 2,4 млрд.). За последние пять лет лидирующее положение 8-разрядных МК на мировом рынке сохраняется.

Первые МК 8051 были выпущены Intel в 1980 г.

МК 8051 представляет сбой законченное устройство с большим объемом встроенной памяти программ и данных, портами ввода/вывода и возможностью подключения внешней памяти. Типовые характеристики:

- тактовая частота 24 МГц;

- командный цикл 12 тактов;

- объем памяти программ 4 Кб;

- объем памяти данных 128 байт;

- число линий ввода/вывода – 32;

- два 8/16-разрядных таймера;

- множество внутренних и внешних источников прерываний;

- программируемый последовательный порт;

- интерфейс с внешней памятью объемом до 128 Кб.

МК 8051 имеет Гарвардскую архитектуру, то есть память программ и память данных являются самостоятельными и независимыми друг от друга устройствами.

Регистры специальных функций управляют работой блоков, входящих в микроконтроллер. Регистры-защелки SFR параллельных портов P0...P3 - служат для ввода-вывода информации.

Две регистровые пары с именами TH0, TL0иTH1, TL1 представляют собой регистры, двух программно-управляемых 16-битных таймеров-счетчиков. Режимы таймеров-счетчиков задаются с использованием регистра TMOD, а управление ими осуществляется с помощью регистра TCON. Для управления режимами энергопотребления МК используется регистр PCON. Регистры IP и IE управляют работой системы прерываний МК, регистры SBUF и SCON — работой приемопередатчика последовательного порта. Регистр-указатель стека SP в МК рассматриваемого семейства — восьмибитный.

Перечень флагов, их символические имена и условия формирования приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Регистр флагов Intel 8051

23 Микроконтроллер 8051: организация памяти программ и памяти данных. Способы адресации. Устройство управления и синхронизации.

Данный микроконтроллер имеет встроенную (резидентную) и внешнюю память программ и дан­ных. Резидентная память программ (RPM) имеет объем 4 Кбайт, резидентная память данных (RDM) — 128 байт. Внешняя память программ и данных может составлять по 64 Кбайт и адресоваться с помощью пор­тов РО и Р2.

непосредственная адресация не требует обращения к регистрам или памяти данных. При непосредственной адресации на обработку поступает операнд, который является частью команды. Значение непосредственного операнда обозначается символом #.

addA, #77 - добавить 77 к содержимому аккумулятора, где 77 - десятичное число.

Прямая адресация отличается от регистровой тем, что можно получить доступ к любому байту в первых 256 ячейках памяти, указав 8-разрядный адрес. mov A, 020h

Косвенно-регистровая адресация осуществляется с помощью регистров R0 или R1 текущего банка. В этом случае содержимое регистра R0 или R1 используется как 8-разрядный адрес для обращения к первым 256 байтам памяти данных: Orl A, @ R0

Регистр DPTR используется в качестве 16-разрядного индексного регистра. При этом можно указать смещение, которое добавляется к содержимому DPTR для формирования адреса операнда.

Такой способ адресации, который называется косвенно-регистровая со смещением, удобно использовать для доступа к отдельным элементам в структурах данных.