Структурная схема микроконтроллера 1830ВЕ51

Микроконтроллеры серии 1830ВЕ51

Особенностью построения современных технических систем является автоматизация процессов контроля их состояния и управления их состоянием с помощью контроллеров (устройств управления).

Для уменьшения аппаратных затрат при построении контроллеров и снижения их стоимости применяются однокристальные микроконтроллеры (серий 1816, 1830).

Микросхемы серии 1816 выполнены по n-МОП технологии, 1830 – по КМОП, поэтому они имеют низкое энергопотребление.

Различают два типа семейства 8-разрядных микроконтроллеров МК 48 и МК51. В настоящее время широко используются микроконтроллеры семейства МК51.

В пределах каждого семейства микросхемы имеют одинаковые структурную организацию, систему команд, разводку выводов и, таким образом полностью совместимы.

Микросхемы семейства МК51 по сравнению с МК48 имеют более сложную структурную организацию, больший объем памяти, быстродействие, последовательный интерфейс (для ввода и вывода данных в последовательной форме), расширенную систему команд (включающей команды по выполнению таких операций, как вычитание, умножение, деление и др.), большим числом портов для обмена данными с другими устройствами.

Восьмиразрядные микро-ЭВМ семейства МК51 выполнены по n-МОП технологии (серия 1816) или по КМОП технологии (серия 1830) и предназначены для построения на их основе высокопроизводительных котроллеров, включаемых в контур управления объектом или процессом

В состав семейства входит пять модификаций, имеющих одинаковые основные характеристики и различающиеся объемом встроенной памяти и мощности потребления. Микросхемы серии 1816 имеют мощность потребления приблизительно на порядок больше, чем серии 1830. Микро ЭВМ КР18ХХВЕ51 содержит на своем кристалле масочное ПЗУ емкостью 4096 байта, и рассчитана на применение в массовой продукции. ИС КР18ХХВЕ31 не содержит встроенной памяти программ, а ИС КМ 1816 ВЕ751 содержит РППЗУ с ультрафиолетовым стиранием емкостью 4096 байт и особенно эффективны на этапе разработки системы при отладке программ. Все перечисленные микросхемы являются аналогами БИС 8051, 80С51, 8031, 80С31 и 8751 семейства MCS фирмы Intel (США).

Структурная схема микроконтроллера 1830ВЕ51

Микроконтроллер МК51 содержит все необходимые узлы для автономной работы:

1. Восьмиразрядный процессор;

2. Память программ объемом 4 Кбайт;

3. Память данных объемом 128 байт;

4. Четыре порта ввода/вывода;

5. Два 16-разрядных многорежимных таймера/счетчика;

6. Схемы обработки прерываний с пятью векторами и двумя уровнями;

7. Последовательный интерфейс;

8. Тактовый генератор.

Система команд МК51 содержит 111 базовых команд. Команда имеет 1, 2 и 3 байтовый формат.

Микроконтроллер конструктивно выполнен в корпусе с 40 внешними выводами, которые совместимы с элементами ТТЛ. Назначение выводов микроконтроллера МК51 показано на рис. 1.1, а его структурная схема приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.1. Назначение выводов МК51

Рис. 1.2. Структурная схема МК51

В состав МК51 входят следующие функциональные узлы:

1. Блок управления (CU);

2. Арифметико-логический блок (ALU);

3. Резидентная память данных (RDM);

4. Резидентная память программ (RPM);

5. Счетчик команд (PC) и регистр указателя данных (DPTR);

6. Регистр указателя стека (SP);

7. Два 16-ти разрядных таймера/счетчика (Timer 0, Timer 1);

8. Блок последовательного интерфейса и прерываний.

Обмен информацией между функциональными узлами осуществляется с помощью внутренней 8-разрядной двунаправленной шины данных. Для связи с внешними компонентами МПС используется четыре двунаправленных 8-разрядных порта Р0…Р3.

Блок управления

Блок управления предназначен для выработки синхронизирующих и управляющих сигналов. В состав БУ входят:

1. Устройство выработки временных интервалов;

2. Логика ввода/вывода;

3. Регистр команд;

4. Регистр управления энергопотреблением;

5. Дешифратор команд;

6. ПЛМ и логика управления микро-ЭВМ.

Устройство выработки временных интервалов предназначено для формирования внутренних синхросигналов, которые определяют продолжительность выполнения команд. Практически все команды выполняются за 1 или 2 машинных цикла, кроме команд умножения и деления (время выполнения последних составляет 4 машинных цикла). Машинный цикл включает в себя шесть состояний S1…S6, каждый из которых состоит из двух фаз Р1 и Р2. Длительность каждой фазы равна периоду следования синхроимпульсов, который задается частотой кварцевого резонатора, подключаемого к выводам XTAL1 и XTAL2 МК51, или резонансной частотой LC контура, или внешним генератором. Схема подключения элементов к МК51 показаны на рис. 1.3.

Cв=10 пФ

Рис. 1.3. Схема подключения цепей синхронизации к МК51

Все машинные циклы МК51 одинаковые и состоят из 12 периодов сигнала XTAL. Машинный цикл состоит из шести состояний S1…S6, каждый из которых включает в себя две фазы P1 и P2 (рис. 1.4). Длительность фазы равна периоду следования внешнего тактового сигнала.

Рис. 1.4. Диаграмма формирования машинных циклов МК51

Дважды за машинный цикл формируется сигнал ALE, который используется в качестве стробирующего импульса, для записи младшей части адреса внешней памяти.

Логика ввода/вывода предназначена для приема и выдачи сигналов, обеспечивающих обмен информацией МК51 с внешними устройствами через порты ввода/вывода Р0…Р3.

Регистр команд предназначен для записи и хранения кода текущей команды. Команда с помощью дешифратора команд преобразовывается в 24-разрядный код управления ПЛМ. Последняя вырабатывает набор микроопераций в соответствии с микропрограммой выполняемой команды.

Регистр команд программно недоступен.

Регистр управления энергопотреблением (PCON) предназначен для управления последовательным портом и режимами энергопотребления МК51. В табл. 1.1 приведено обозначение разрядов PCON.

Таблица 1.1

Примечание: биты отмеченные звездочкой присутствуют только в МК51 серии 1830.

Все биты регистра PCON доступны по записи и чтению.

Бит SMOD управляет скоростью передачи через последовательный порт (при установке его в «1» скорость передачи удваивается).

Бит PD при установке его в «1» переводит МК51 в режим микропотребления.

Бит IDL равный «1» устанавливает режим холостого хода.

Биты GF0 и GF1 – флаги общего назначения.