Курсовая работа: Розробка термореле

Через обмежену кількість виводів корпусу мікросхеми мікроконтролера більшість виводів використовуються для виконання двох функцій - як лінії портів і для альтернативних функцій.

Система команд МК містить 111 базових команд з форматом 1, 2, або 3 байти. Всі команди виконуються за один або два машинні цикли (відповідно 1 або 2 мкс при тактовій частоті 12 Мгц), виключення – команди множення і ділення, які виконуються за чотири машинні цикли (4 мкс). МК сімейства і8051 використовують пряму, безпосередню, непряму і неявну, адресацію даних.

Як операнди команд МК сімейства і8051 можуть використовувати окремі біти, чотирьохбітові цифри, байти і двобайтові слова.

Набір команд сімейства і8051 має декілька особливостей, пов'язаних з типовими функціями виконуваними мікроконтролерами - управлінням, для якого типовою є операція з однорозрядними двійковими сигналами, велике число операцій введення/висновку і розгалужень програми.

Найбільш істотна особливість системи команд даних МК – це можливість адресації окремих біт в резидентній пам'яті даних. Крім того, як наголошувалося, деякі регістри блоку регістрів спеціальних функцій також допускають адресацію окремих біт.

Мікроконтролери сімейства 8051 є мікропроцесорними пристроями з архітектурою CISC зі стандартним набором команд, характерних для даної архітектури. Система команд 8051-сумісних пристроїв включає 111 основних команд розміром від одного до трьох байт, але більша частина цих команд – одно- або двобайтовими.

Систему команд сімейства і8051 можна підрозділити за функціональною ознакою на п'ять груп:

– пересилки даних;

– арифметичних операцій;

– логічних операцій;

– операцій над бітами;

– передачі управління.

Склад операндів включає в себе операнди чотирьох типів: біти, нібли (4 розряду), байти і 16-бітові слова. Час виконання команд становить 1, 2 або 4 машинних цикли. При тактовій частоті 12 МГц тривалість машинного циклу складає 1 мкс, при цьому 64 команди виконуються за 1 мкс, 45 команд - за 2 мкс і 2 команди (множення і ділення) - за 4 мкс.

Мікроконтролер має 128 програмно-керованих прапорів користувача. Є також можливість адресації окремих бітів блоку регістрів спеціальних функцій і портів. Для адресації бітів використовується пряма 8-бітна адреса. Непряма адресація бітів неможлива.

У і8051 передбачена можливість задання частоти внутрішнього генератора за допомогою кварцу, LС-ланцюжка або зовнішнього генератора. Максимальна частота проходження імпульсів синхронізації - 12 МГц.

Архітектура сімейства і8051 має ряд нових режимів адресації, додаткові інструкції, розширений адресний простір і ряд інших апаратних особливостей. Розширена система команд забезпечує побайтову і побітового адресацію, двійкову і двійково-десятковий арифметику, індикацію переповнення та визначення парності/непарності, можливість реалізації логічного процесора.

Мікроконтролери 8051 оперують двома типами пам'яті : пам'яттю програм і пам'яттю даних. Пам'ять даних може бути реалізована як комбінація розміщеного на кристалі (резидентного або on-chip) статичного ОЗП і зовнішніх мікросхем пам'яті. Для простих апаратно-програмних конфігурацій із застосуванням 8051 буває досить резидентною пам'яті самого мікроконтролера.

Програмний код розміщується в пам'яті програм, яка фізично може бути реалізована у вигляді одноразово програмованого пристрою (EPROM), перепрограмованого пристрою (EEPROM) або флеш-пам'яті. Якщо для запису програм використовується EPROM або EEPROM, то програмний код зазвичай розташовується в зовнішньому по відношенню до мікроконтролера пристрої. У переважній більшості сучасних мікроконтролерів 8051 пам'ять програм розташовується у флеш-пам'яті, що знаходиться, так само як і резидентна пам'ять даних, на одному кристалі.

Пам'ять програм і пам'ять даних фізично і логічно розділені, мають різні механізми адресації, працюють під управлінням різних сигналів і виконують різні функції.

Пам'ять програм може мати максимальний об'єм, рівний 64 Кб, що обумовлено використанням 16-розрядної шини адреси. У багатьох випадках місткість пам'яті програм, розміщених на кристалі 8051, обмежена 4, 8 або 16 Кб. У пам'ять програм окрім команд можуть записуватися константи, управляючі слова ініціалізації, таблиці перекодування вхідних і вихідних змінних і тому подібне. Доступ до вмісту пам'яті програм здійснюється за допомогою 16-бітової шини адреси. Сама адреса формується за допомогою або програмного лічильника (PC), або регістра-покажчика даних (DPTR). DPTR виконує функції базового регістру при непрямих переходах по програмі або використовується в операціях з таблицями.

Для доступу до даних, розміщених у внутрішньому ОЗП, використовується однобайтна адреса. Архітектура внутрішньої пам'яті даних 8051 дозволяє звертатися до окремих біт даних в спеціально виділеній області внутрішнього ОЗП, починаючи з адреси 0x20 і закінчуючи 0x2F (див. рис. 1.2). Таким чином, у вказаному діапазоні адрес можна звертатися до 128-бітових змінних за допомогою команд бітових операцій SETB і CLR. Бітові змінні нумеруються, починаючи з 0x0 і закінчуючи 0x7F. Це не означає, що не можна звертатися до цих елементів пам'яті, як до байтів при звичайних операціях з пам’яттю.

У внутрішньому ОЗП мікроконтролера 8051 виділено 4 банки регістрів загального призначення. При включенні мікроконтролера банком за умовчанням стає банк 0 (див. рис1.2). При цьому регістру R0 відповідає адреса 0x00, регістру R1 - адреса 0x01, нарешті, регістру R7 при використанні банку 0 відповідає адреса 0x07. Якщо банком за умовчанням стає, наприклад, банк 1, то регістру R0 відповідатиме адреса 0x08, регістру R1 - адреса 0x09 і регістру R7 - адреса 0x0F. До адресного простору внутрішнього ОЗП починаючи з адреси 0x80 примикають і адреси регістрів спеціальних функцій.

Рисунок 1.2 – Розподілення внутрішньої пам’яті 8051

Регістри спеціальних функцій (Special Function Registers, SFR) призначені для керування ходом обчислювальних операцій, а також відповідають за ініціалізацію, налаштування і управління портами вводу / виводу, таймерами, послідовним портом. Крім того, регістри спеціальних функцій містять інформацію про пріоритети переривань, а також біти управління роздільною здатністю переривань. Регістри спеціальних функцій із зазначенням їх призначення перераховані в таблиці. 1.1.

Таблиця 1.1 – Призначення регістрів спеціальних функцій

Позначення	Описання	Адреса
A	Акумулятор	0E0H
B	Регістр-розширювач акумулятора	0F0H
PSW	Слово стану програми	0D0H
SP	Регістр-покажчик стеку	81H
DPTR	Регістр-покажчик даних (DPH)	83H
	(DPL)	82H
P0	Порт 0	80H
P1	Порт 1	90H
P2	Порт 2	0A0H
P3	Порт 3	0B0H
IP	Регістр пріоритетів переривань	0B8H
IE	Регістр маски переривань	0A8H
TMOD	Регістр режиму таймера/лічильника	89H
TCON	Регістр управління/статусу таймера	88H
TH0	Таймер 0 (старший байт)	8CH
TL0	Таймер 0 (молодший байт)	8AH
TH1	Таймер 1 (старший байт)	8DH
TL1	Таймер 1 (молодший байт)	8BH
SCON	Регістр управління прийомопередавачем	98H
SBUF	Буфер прийомопередавача	99H
PCON	Регістр управління потужністю	87H

Робота мікроконтролера 8051 в системах реального часу була б неможлива без обробки подій, що генеруються зовнішніми пристроями, і установки тимчасових залежностей між подіями в системі.

Класичний мікроконтролер 8051 має 5 джерел переривань: два зовнішніх переривання, ініційованих сигналами на входах, - INT0 (вивод P3.2) і INT1 (вивод P3.3); два переривання таймерів - 0 і 1; переривання послідовного порту. Послідовність виконання двох і більше переривань , що надійшли одночасно, визначається їхнім пріоритету.

Багато вбудованих систем в якості пристрою відображення інформації використовують рідкокристалічні дисплеї (Liquid Crystal Display, LCD). Найбільш часто використовують дисплеї формату 16 × 2 і 20 × 2, які дозволяють вивести максимум по 16 і 20 символів у будь-який з двох рядків. Більшість рідкокристалічних індикаторів, що випускаються в даний час, включає крім самої матриці стандартний інтерфейс управління, заснований на застосуванні контролера, сумісного з HD44780, який є стандартом де-факто для даного класу пристроїв відображення інформації. Типове позначення LCD на схемах показано на рис. 1.3.