Intel MCS-51 - Intel MCS-51

Intel P8051 микроконтроллер

В Intel MCS-51 (обычно называемый 8051) это одна микросхема микроконтроллер (MCU), разработанная Intel в 1980 году для использования в встроенные системы. Архитектором набора команд Intel MCS-51 был Джон Х. Уортон.[1][2] Оригинальные версии Intel были популярны в 1980-х и начале 1990-х годов и были усовершенствованы. двоичная совместимость деривативы остаются популярными и сегодня. Это пример компьютер со сложной системой команд, и имеет отдельные области памяти для программных инструкций и данных.

Первоначальное семейство Intel MCS-51 было разработано с использованием металл-оксид-полупроводник N-типа (NMOS ) технология, как и его предшественник Intel MCS-48, но в более поздних версиях, обозначенных буквой C в их названии (например, 80C51), используется дополнительный металл – оксид – полупроводник (CMOS ) и потребляют меньше энергии, чем их предшественники NMOS. Это сделало их более подходящими для устройств с батарейным питанием.

Семья была продолжена в 1996 г. 8 бит MCS-151 и 8 /16 /32-битный Семейство бинарных совместимых микроконтроллеров MCS-251.[3] Хотя Intel больше не производит семейства MCS-51, MCS-151 и MCS-251, улучшенные двоичная совместимость деривативы многих производителей остаются популярными и сегодня. Некоторые производные интегрируют цифровой сигнальный процессор (DSP). Помимо этих физических устройств, несколько компаний также предлагают производные MCS-51 в качестве IP ядра для использования в программируемая вентильная матрица (FPGA) или специализированная интегральная схема (ASIC) конструкции.

Важные функции и приложения

i8051 микроархитектура
i8051 распиновка

Архитектура 8051 предоставляет множество функций (центральное процессорное устройство (ЦПУ), оперативная память (ОЗУ), только для чтения памяти (ПЗУ), ввод, вывод (I / O) порты, последовательный порт, прервать контроль таймеры ) в одном пакет:

Одной из особенностей ядра 8051 является включение логический движок обработки, который позволяет немного -уровень логическая логика операции, которые должны выполняться напрямую и эффективно на выбранных внутренних регистры, порты и выберите ОЗУ локации. Еще одна особенность - включение четырех выбор банка наборы рабочих регистров, которые значительно сокращают время, необходимое для выполнения переключатели контекста войти и выйти процедуры обслуживания прерываний. С помощью одной инструкции 8051 может переключать банки регистров, избегая трудоемкой задачи по переносу критических регистров в RAM.

После настройки UART и, если необходимо, таймера, программисту достаточно написать простую процедуру прерывания, чтобы пополнить Отправить регистр сдвига всякий раз, когда последний бит сдвигается UART и / или очищается получить регистр сдвига (скопируйте данные в другое место). Затем основная программа выполняет последовательное чтение и запись, просто считывая и записывая 8-битные данные в стеки.

Производные функции

По состоянию на 2013 год, новые производные все еще разрабатываются многими крупными производителями микросхем и крупными поставщиками компиляторов, такими как IAR Systems, Кейл и Altium Tasking[6] постоянно выпускать обновления.

Микроконтроллеры на базе MCS-51 обычно включают один или два UART, два или три таймера, 128 или 256 байт внутренних данных ОЗУ (16 байт из которых имеют битовую адресацию), до 128 байт Ввод / вывод, От 512 байт до 64 КБ внутренней памяти программ, а иногда и некоторого количества расширенной ОЗУ данных (ERAM), расположенной во внешнем пространстве данных. Внешняя RAM и ROM совместно используют шины данных и адреса. Исходное ядро ​​8051 работало с 12 тактовыми циклами на машинный цикл, при этом большинство инструкций выполнялось за один или два машинных цикла. С 12 МГц тактовая частота Таким образом, 8051 может выполнять 1 миллион одноцикловых инструкций в секунду или 500000 двухтактных инструкций в секунду. В настоящее время широко используются усовершенствованные ядра 8051, которые работают с шестью, четырьмя, двумя или даже одной тактовой частотой за машинный цикл и имеют тактовую частоту до 100 МГц и, таким образом, способны выполнять еще большее количество инструкций в секунду. Все Silicon Labs, некоторые устройства Dallas и несколько устройств Atmel имеют одноцикловые сердечники.

Варианты 8051 могут включать в себя встроенные таймеры сброса с обнаружением обесточивания, встроенные генераторы, самопрограммируемые. прошить ROM программная память, встроенная внешняя RAM, дополнительная внутренняя память программ, загрузчик код в ПЗУ, EEPROM энергонезависимое хранилище данных, I²C, SPI, и USB хост-интерфейсы, МОЧЬ или LIN автобус ZigBee или блютуз радиомодули, ШИМ генераторы аналоговые компараторы, аналого-цифровой и цифро-аналоговые преобразователи, RTC, дополнительные счетчики и таймеры, внутрисхемные отладка возможности, больше источников прерываний, дополнительные режимы энергосбережения, больше / меньше параллельных портов и т. д. Intel выпустила версию с программированием маски, 8052AH-BASIC, с БАЗОВЫЙ интерпретатор в ПЗУ, способный запускать пользовательские программы, загруженные в ОЗУ.

Микроконтроллеры на базе MCS-51 адаптированы к экстремальным условиям. Примеры высокотемпературных вариантов - семейство Tekmos TK8H51 для −40 ° C до +250 ° C[7] или Honeywell HT83C51 для −55 ° C до +225 ° С (при эксплуатации до 1 года при +300 ° С).[8] Радиационно стойкий Доступны микроконтроллеры MCS-51 для использования в космических аппаратах; например, из Cobham (ранее Аэрофлекс ) как UT69RH051[9] или из НИИЭТ как 1830ВЭ32 (русский: 1830ВЕ32).[10]

В некоторых инженерных школах микроконтроллер 8051 используется на вводных курсах по микроконтроллерам.[11][12][13][14]

Соглашения о семейных именах

8051 - оригинальное название Intel с 4 КБ ПЗУ и 128 байт ОЗУ. Варианты, начинающиеся с 87, имеют программируемое пользователем ППЗУ, иногда стираемое УФ-излучением. Варианты с C в качестве третьего символа являются своего рода CMOS. 8031 и 8032 - это версии без ПЗУ, с ОЗУ 128 и 256 байт. Последняя цифра может указывать на размер памяти, например 8052 с 8 КБ ПЗУ, 87C54 16 КБ СППЗУ и 87C58 с 32 КБ СППЗУ, все с 256 байтами ОЗУ.

Архитектура памяти

MCS-51 имеет четыре различных типа памяти: внутреннее ОЗУ, регистры специальных функций, память программ и внешняя память данных.

8051 разработан как модифицированный Фон-Нейман Архитектура с изолированной памятью (данные и инструкции); он может выполнять только код, извлеченный из памяти программ, и не имеет инструкций для записи в память программ. Что похоже на Гарвардская Архитектура.

Большинство систем 8051 уважают это различие и поэтому не могут загружать и напрямую выполнять новые программы. Хотя архитектура 8051 уникальна; шины для доступа к обоим типам памяти одинаковы; от процессора покидают только шину данных, адресную шину и шину управления.

Внутренняя RAM

Внутренняя RAM (IRAM) имеет 8-битное адресное пространство с адресами от 0 до 0xFF. Доступ к IRAM от 0x00 до 0x7F можно получить напрямую, используя 8-битный абсолютный адрес, который является частью инструкции. В качестве альтернативы, доступ к IRAM можно получить косвенно: адрес загружается в R0 или R1, а доступ к памяти осуществляется с использованием синтаксиса @ R0 или @ R1.

Исходный 8051 имеет только 128 байт IRAM. 8052 добавил IRAM от 0x80 до 0xFF, что может только быть доступным косвенно; прямой доступ к этому диапазону адресов идет к регистрам специальных функций. Большинство клонов 8051 также имеют полные 256 байтов IRAM.

32 байта из памяти 0x00–0x1F отображают 8 регистров R0 – R7. Одновременно используются восемь байтов; два бита слова состояния программы позволяют выбрать один из четырех возможных банков.

16 байтов (128 битов) в ячейках IRAM 0x20–0x2F имеют битовую адресацию.

Регистры специальных функций

Регистры специальных функций (SFR) расположены в том же адресном пространстве, что и IRAM, по адресам от 0x80 до 0xFF, и доступ к ним осуществляется напрямую с использованием тех же инструкций, что и для нижней половины IRAM. К ним нельзя получить доступ косвенно через @ R0 или @ R1; косвенный доступ к этим адресам будет иметь доступ ко второй половине IRAM.

Шестнадцать из SFR (тех, адреса которых кратны 8) также являются битовыми.

Программная память

Программная память (PMEM, хотя и реже используется, чем IRAM и XRAM) составляет до 64 КБ постоянной памяти, начиная с адреса 0 в отдельном адресном пространстве. Он может быть встроенным или внешним, в зависимости от конкретной модели используемого чипа. Программная память предназначена только для чтения, хотя некоторые варианты 8051 используют встроенную флеш-память и предоставляют метод перепрограммирования памяти в системе или в приложении.

Помимо кода, можно хранить данные только для чтения, такие как таблицы поиска в программной памяти, извлеченной MOVC А,@А+DPTR или MOVC А,@А+ПК инструкции. Адрес вычисляется как сумма 8-битного аккумулятора и 16-битного регистра (PC или DPTR).

Специальные инструкции перехода и вызова (AJMP и ВЫЗОВ) немного уменьшить размер кода, обращающегося к локальной (в пределах тех же 2 КБ) программной памяти.[15]

Внешняя память данных

Внешняя память данных (XRAM) - это третье адресное пространство, также начинающееся с адреса 0 и обеспечивающее 16-битное адресное пространство. Он также может быть встроенным или внешним; что делает его "внешним", так это то, что к нему нужно обращаться с помощью MOVX (переместить внешнюю) инструкцию. Многие варианты 8051 включают стандартные 256 байтов IRAM плюс несколько килобайт XRAM на чипе.

К первым 256 байтам XRAM можно получить доступ, используя MOVX А,@R0, MOVX А,@R1, MOVX @R0,А, и MOVX @R1,А инструкции. Полные 64 КБ можно получить, используя MOVX А,@DPTR и MOVX @DPTR,А.

Регистры

Единственный регистр в 8051, который не отображается в память, - это 16-битный счетчик программ (ПК). Это указывает адрес следующей инструкции для выполнения. Инструкции относительного перехода предоставляют 8-битное смещение со знаком, которое добавляется к ПК.

Доступ к восьми регистрам общего назначения R0 – R7 можно получить с помощью инструкций на один байт короче других. Они отображаются в IRAM между 0x00 и 0x1F. В любой момент времени используются только восемь байтов из этого диапазона, что определяется двумя битами выбора банка в PSW.

Ниже приведен частичный список регистров 8051, которые отображены в памяти в пространство регистров специальной функции:

Указатель стека, SP (0x81)
Это 8-битный регистр, используемый инструкциями вызова и возврата подпрограмм. Стек растет вверх; SP увеличивается до нажатия и уменьшается после выталкивания значения.
Указатель данных, DP (0x82–83)
Это 16-битный регистр, который используется для доступа к PMEM и XRAM.
Слово состояния программы, PSW (0xD0)
Он содержит важные флаги состояния по номеру бита:
  1. Четность, П. Дает четность (XOR бит) аккумулятора, A.
  2. Определяется пользователем, UD. Может быть прочитан и записан программным обеспечением; аппаратное обеспечение не влияет иным образом.
  3. Флаг переполнения, О.В. Устанавливается, когда добавление приводит к переполнению со знаком.
  4. Регистр выбираем 0, RS0. Младший бит банка регистров. Устанавливается, когда используются банки 0x08 или 0x18.
  5. Зарегистрируйтесь, выберите 1, RS1. Старший бит банка регистров. Устанавливается, когда используются банки 0x10 или 0x18.
  6. Флаг 0, F0. Может быть прочитан и записан программным обеспечением; на оборудование не влияет иным образом.
  7. Вспомогательная переноска, AC. Устанавливается, когда сложение производит перенос с бита 3 на бит 4.
  8. Бит для переноски, C. Часто используется как общий регистр для битовых вычислений или «логический аккумулятор».
Аккумулятор, А (0xE0)
Этот регистр используется в большинстве инструкций.
Регистр B (0xF0)
Это используется как расширение аккумулятора для команд умножения и деления.

256 одиночных битов имеют прямую адресацию. Это 16 ячеек IRAM из 0x20–0x2F и 16 регистров специальных функций 0x80, 0x88, 0x90, ..., 0xF8. К любому биту этих байтов можно получить прямой доступ с помощью множества логических операций и условных переходов.

Обратите внимание, что PSW не содержит общих отрицательный (N), или нулевые (Z) флаги. Для первого наиболее значимый бит аккумулятора может быть адресован напрямую, поскольку это SFR с побитовой адресацией. Для последнего есть явные инструкции для перехода к тому, равен ли аккумулятор нулю. Также существует операция сравнения двух операндов и перехода.

Набор инструкций

Все инструкции имеют длину от 1 до 3 байтов и состоят из начального байта кода операции, за которым следуют до 2 байтов операндов.

​1⁄4 байтов кода операции, Икс0–Икс3, используются для нестандартных кодов операций.

​3⁄4 байтов кода операции, Икс4–ИксF, назначены 16 основным инструкциям ALU с 12 возможными операндами. Наименее значимый грызть кода операции выбирает основной операнд следующим образом:

  • Икс8–ИксF: Прямая регистрация, R0 – R7.
  • Икс6–Икс7: Зарегистрируйте косвенный, @ R0 или @ R1.
  • Икс5: Непосредственно в память, следующий байт указывает расположение IRAM или SFR.
  • Икс4: Немедленно, следующий байт определяет 8-битную константу. Когда операнд является адресатом (INC операнд, DEC операнд) или операция уже включает непосредственный источник (MOV операнд,#данные, CJNE операнд,# данные, смещение), это вместо этого указывает, что используется аккумулятор.

Самый старший полубайт определяет операцию следующим образом. Не все поддерживают все режимы адресации; непосредственный режим, в частности, недоступен, когда записывается основной операнд. Использование мнемоники инструкций пункт назначения, источник порядок операндов.

0у: INC операнд
Увеличивает указанный операнд. Немедленный режим (код операции 0x04) определяет аккумулятор, INC А.
1у: DEC операнд
Уменьшить указанный операнд. Немедленный режим (код операции 0x14) определяет аккумулятор, DEC А.
2у: ДОБАВИТЬ А,операнд
Добавьте операнд в аккумулятор A. Код операции 0x23 (RL А, "повернуть влево", но на самом деле сдвиг влево ) можно рассматривать как ДОБАВИТЬ А,А.
3у: ADDC А,операнд
Добавьте в аккумулятор операнд плюс бит C. Код операции 0x33 (RLC А, повернуть влево через перенос) можно рассматривать как ADDC А,А.
4у: ORL А,операнд
Логическое ИЛИ - операнд в аккумуляторе. Две формы назначения этой операции в памяти, ORL адрес,#данные и ORL адрес,А, задаются кодами операций 0x43 и 0x42.
5у: ANL А,операнд
Логическое И операнд в аккумуляторе. Две формы назначения этой операции в памяти, ANL адрес,#данные и ANL адрес,А, задаются кодами операций 0x53 и 0x52.
6у: XRL А,операнд
Логическое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ операнд в аккумуляторе. Две формы назначения этой операции в памяти, XRL адрес,#данные и XRL адрес,А, задаются кодами операций 0x63 и 0x62.
7у: MOV операнд,#данные
Сразу перейти к операнду. Немедленный режим (код операции 0x74) определяет аккумулятор, MOV А,#данные.
8у: MOV адрес,операнд
Переместите значение в регистр IRAM или SFR. Немедленный режим (код операции 0x84) не используется для этой операции, так как он дублирует код операции 0x75.
9у: SUBB А,операнд
Вычтите операнд из аккумулятора. Эта операция заимствует, а вычитания нет без одолжить.
Ау: MOV операнд,адрес
Переместите значение из регистра IRAM или SFR. Немедленный режим (код операции 0xA4) не используется, так как немедленные служат только источниками. Прямой режим памяти (код операции 0xA5) не используется, так как дублирует 0x85.
Bу: CJNE операнд,# данные, смещение
Сравнить операнд к немедленному #данные, и перейти к ПК + смещение если не равны. Немедленный режим и режим прямого доступа к памяти (коды операций 0xB4 и 0xB5) сравнивают операнд с аккумулятором, CJNE А,операнд,смещение. Обратите внимание, что нет инструкции сравнения и перехода при равенстве, CJE.
Cу: XCH А,операнд
Поменяйте местами аккумулятор и операнд. Немедленный режим (код операции 0xC4) не используется для этой операции.
Dу: DJNZ операнд,смещение
Уменьшите операнд и перейдите к ПК + смещение если результат ненулевой. Непосредственный режим (код операции 0xD4) и косвенный регистровый режим (0xD6, 0xD7) не используются.
Eу: MOV А,операнд
Перенести операнд в аккумулятор. Непосредственный режим для этой операции не используется (код операции 0xE4), так как дублирует код операции 0x74.
Fу: MOV операнд,А
Переместить аккумулятор в операнд. Немедленный режим (код операции 0xF4) не используется, так как он не будет иметь никакого эффекта.

Только ДОБАВИТЬ, ADDC, и SUBB инструкции устанавливают флаги PSW. В INC, DEC, а логических инструкций нет. В CJNE инструкция изменяет только бит C на заимствование, полученное из операнд1 − операнд2.

Нерегулярные команды содержат 64 кода операции, имеющих более ограниченные режимы адресации, плюс несколько кодов операции, извлеченных из неприменимых режимов в обычных командах.

8051/8052 нестандартные инструкции
Код операцииИкс0Икс1Икс2Икс3Икс4
0уNOP
  • AJMP адрес11,
  • ВЫЗОВ адрес11
LJMP адрес16RR А (повернуть вправо)INC А
1уJBC немного,смещение (переход, если бит установлен с clear)LCALL адрес16RRC А (повернуть вправо через перенос)DEC А
2уJB немного,смещение (переход, если установлен бит)RETRL А (повернуть налево)ДОБАВИТЬ А,#данные
3уJNB немного,смещение (прыгать, если бит очищен)РЕТИRLC А (повернуть влево через перенос)ADDC А,#данные
4уJC смещение (прыгать, если нести набор)ORL адрес,АORL адрес,#данныеORL А,#данные
5уJNC смещение (прыгать, если несёт ясно)ANL адрес,АANL адрес,#данныеANL А,#данные
6уJZ смещение (прыгать, если ноль)XRL адрес,АXRL адрес,#данныеXRL А,#данные
7уJNZ смещение (прыгать, если не ноль)ORL C,немногоJMP @А+DPTRMOV А,#данные
8уSJMP смещение (короткий прыжок)ANL C,немногоMOVC А,@А+ПКDIV AB
9уMOV DPTR,# data16MOV немного,CMOVC А,@А+DPTRSUBB А,#данные
АуORL C,/немногоMOV C,немногоINC DPTRMUL AB
BуANL C,/немногоCPL немногоCPL CCJNE А,# данные, смещение
CуОТ СЕБЯ адресCLR немногоCLR CСВОП А
DуПоп адресSETB немногоSETB CDA А (десятичная корректировка)
EуMOVX А,@DPTRMOVX А,@R0MOVX А,@R1CLR А
FуMOVX @DPTR,АMOVX @R0,АMOVX @R1,АCPL А
A5
Неиспользованный
B5
CJNE А,адрес,смещение
D6–7
XCHD А,@R0–1 обменять младший полубайт операндов.

В SJMP (короткий переход) код операции принимает байт-операнд относительного смещения со знаком и передает туда управление относительно адреса следующей инструкции. В AJMP/ВЫЗОВ коды операций объединяют три наиболее значимых бита байта кода операции со следующим байтом, чтобы указать 11-битное место назначения, которое используется для замены 11 нижних битов регистра PC (верхние 5 битов регистра PC остаются нетронутыми). Для больших адресов LJMP и LCALL инструкции позволяют использовать 16-битный адресат.

Одна из причин популярности 8051 - диапазон операций с отдельными битами. Биты всегда указываются по абсолютным адресам; не существует косвенной регистровой или индексированной адресации. Инструкции, которые работают с отдельными битами:

  • SETB немного, CLR немного, CPL немного: Установить, сбросить или дополнить указанный бит
  • JB немного,смещение: Переход, если установлен бит
  • JNB немного,смещение: Перейти, если бит сброшен
  • JBC немного,смещение: Переход, если бит установлен, и сброс бита
  • MOV C,немного, MOV немного,C: Переместить указанный бит в бит переноса или наоборот.
  • ORL C,немного, ORL C,/немного: Или бит (или его дополнение) к биту переноса
  • ANL C,немного, ANL C,/немного: И бит (или его дополнение) к биту переноса

Битовый операнд записывается в виде адрес. номер. Поскольку флаг переноса - это бит 7 слова состояния программы с битовой адресацией, SETB C, CLR C и CPL C инструкции являются более короткими эквивалентами SETB PSW.7, CLR PSW.7 и CPL PSW.7.

Хотя для большинства инструкций требуется, чтобы один операнд был аккумулятором или непосредственной константой, код операции 0x85 выполняет MOV непосредственно между двумя внутренними ячейками RAM.

Программирование

Есть разные язык программирования высокого уровня компиляторы для 8051. Несколько C Для 8051 доступны компиляторы, большинство из которых позволяют программисту указывать, где каждая переменная должна храниться в его шести типах памяти, и предоставляют доступ к конкретным аппаратным функциям 8051, таким как несколько банков регистров и инструкции по управлению битами. Есть много коммерческих компиляторов C.[16] Компилятор C для малых устройств (SDCC) - популярный компилятор C.[17]Другие языки высокого уровня, такие как C ++, Четвертый,[18][19][20][21]БАЗОВЫЙ, Object Pascal, Паскаль, PL / M и Модула-2 доступны для 8051, но менее широко используются[нужна цитата ] чем C и сборка.

Поскольку IRAM, XRAM и PMEM (только для чтения) имеют адрес 0, компиляторы C для архитектуры 8051 предоставляют специфичные для компилятора прагмы или другие расширения, чтобы указать, где должен храниться конкретный фрагмент данных (например, константы в PMEM или переменные, требующие быстрого доступа в IRAM). Поскольку данные могут находиться в одном из трех пространств памяти, обычно предоставляется механизм, позволяющий определить, к какой памяти относится указатель, либо путем ограничения типа указателя на включение пространства памяти, либо путем сохранения метаданных с указателем.

Связанные процессоры

Микроконтроллеры Intel 8031
Микроконтроллер Intel D87C51

Intel прекратила выпуск своей линейки продуктов MCS-51 в марте 2007 года;[22][23] однако существует множество улучшенных продуктов 8051 или интеллектуальная собственность кремния регулярно добавляются от других поставщиков.

Предшественник 8051, модель 8048, использовался в клавиатуре первого IBM PC, где он преобразовал нажатия клавиш в последовательный поток данных, который отправляется на основной блок компьютера. Intel 8049 выполнял аналогичную роль в Sinclair QL. 8048 и производные до сих пор используются для базовых моделей клавиатур.

В 8031 была уменьшенной версией оригинального 8051, не имевшей внутренней памяти программ (только для чтения памяти, ПЗУ). Чтобы использовать этот чип, необходимо было добавить внешнее ПЗУ, содержащее программу, которую 8031 ​​будет извлекать и выполнять. Микросхема 8051 может быть продана как 8031 ​​без ПЗУ, поскольку внутренняя ПЗУ 8051 отключена нормальным состоянием вывода EA в конструкции на основе 8031. Продавец может продать 8051 как 8031 ​​по любому количеству причин, таких как неправильный код в ПЗУ 8051 или просто переизбыток 8051 и недостаточное количество 8031.

В 8052 была улучшенной версией оригинального 8051, которая имела 256 байт внутренней RAM вместо 128 байт, 8 КБ ROM вместо 4 КБ и третий 16-битный таймер. Большинство современных 8051-совместимых микроконтроллеров включают эти функции.

В 8032 имел те же функции, что и 8052, за исключением отсутствия внутренней памяти программ ПЗУ.

В 8751 был 8051 с 4 КБ EPROM вместо 4 КБ ROM. Они были идентичны, за исключением энергонезависимой памяти. Эта деталь была доступна в керамическом корпусе с прозрачным кварц окно над кубиком так УФ-излучение можно использовать для стирания EPROM. Связанные части: 8752 имел 8 КБ EPROM, 8754 имел 16 КБ EPROM, 8758 имел 32 КБ EPROM.

В 80C537 (Без ПЗУ) и 80C517 (8 КБ ROM) CMOS версии, предназначенные для автомобильная промышленность. Улучшения в основном включают новые и улучшенные периферийные устройства. 80C5x7 имеет отказоустойчивые механизмы, средства обработки аналоговых сигналов, расширенные возможности таймера и 32-битную арифметическую периферию. Другие функции включают:

  • 256 байт встроенной оперативной памяти
  • 256 напрямую адресуемых бит
  • Внешняя память программ и данных с возможностью расширения до 64 КБ
  • 8-битный аналого-цифровой преобразователь с 12 мультиплексированными входами
  • Арифметическая периферия может выполнять операции умножения 16 × 16 → 32-бит, 32/16 → 16-битное деление, 32-битный сдвиг и 32-битные операции нормализации
  • Восемь указателей данных вместо одного для косвенной адресации программ и внешней памяти данных
  • Расширенные возможности сторожевого пса
  • Девять портов ввода / вывода
  • Два полнодуплексных последовательных интерфейса с индивидуальными генераторами скорости передачи
  • Четыре системы прерывания уровня приоритета, 14 векторов прерывания
  • Три режима энергосбережения

Производные поставщики

Процессоры, совместимые с MCS-51, выпускают более 20 независимых производителей.[нужна цитата ]

Другие ИС или IP, совместимые с MCS-51, были разработаны Аналоговые устройства,[24]интеграл Минске,[25]Кристалл Киев,[26] иНИИЭТ Воронеж.[10]

Использование в качестве интеллектуальной собственности

Сегодня 8051 все еще доступны в виде отдельных частей, но в основном они используются как интеллектуальная собственность кремния ядра.[27] Доступен в исходном коде на языке описания оборудования (например, VHDL или Verilog ) или FPGA список соединений форм, эти ядра обычно интегрируются во встроенные системы, в продукты от USB-накопители к стиральным машинам к сложной беспроводной связи системы на чипе. Разработчики используют кремниевые IP-ядра 8051 из-за меньшего размера и меньшей мощности по сравнению с 32-битными процессорами, такими как ARM Cortex-M серии, MIPS и BA22.[нужна цитата ]

Современные ядра 8051 быстрее, чем предыдущие упакованные версии. Усовершенствования конструкции повысили производительность 8051 при сохранении совместимости с исходным набором команд MCS 51. Исходный Intel 8051 работал с 12 тактовыми циклами на машинный цикл, и большинство инструкций выполнялись за один или два машинных цикла. Типичная максимальная тактовая частота 12 МГц означала, что эти старые 8051 могли выполнять один миллион однократных инструкций или 500000 двухтактных инструкций в секунду. Напротив, улучшенные кремниевые IP-ядра 8051 теперь работают с одним тактовым циклом за машинный цикл и имеют тактовые частоты до 450 МГц. Это означает, что процессор, совместимый с 8051, теперь может выполнять 450 миллионов инструкций в секунду.

Микроконтроллеры на базе 8051

Кремниевая технология хранения 89V54RD2
  • ВВЕРХУ: серии MC94F, MC95F, MC96F
  • Атмель: AT89C51, AT89S51, AT83C5134
  • Infineon: XC800
  • Maxim Integrated: серия DS89C4 (DS89C420, DS89C430, DS89C440, DS89C450)
  • Mentor Graphics: M8051ew
  • Megawin: серии 74, 82, 84, 86, 87 и 89
  • NXP: серии NXP700 и NXP900
  • Siemens SAB 80532-N
  • Кремниевые лаборатории: C8051 серии и серии EFM8
  • Технология хранения кремния: FlashFlex51 MCU (SST89E52RD2, SST89E54RD2, SST89E58RD2, SST89E516RD2SST89V52RD2, SST89V54RD2, SST89V58RD2, SST89V516RD2)[28]
  • STC Micro: STC89C51RC, STC90C51RC, STC90C58AD, STC10F08XE, STC11F60XE, STC12C5410AD, STC12C5202AD, STC12C5A60S2, STC12C5628AD, STC15F100, STC15F204EA, STC15F2K60S2, STC15F4K60S2, STC15F101W, STC15F408AD, STC15W104, STC15W408S, STC15W201S, STC15W408AS, STC15W1K16S и серии STC15W4K56S4[29]
  • Семейства RF SoC Texas Instruments CC111x, CC24xx и CC25xx
  • WCH: CH551, CH552, CH554, CH546, CH547, CH548, CH558, CH559

Варианты цифрового сигнального процессора (DSP)

Несколько вариантов с дополнительной 16-битной цифровой сигнальный процессор (DSP) (например, для MP3 или Vorbis кодирование / декодирование) со скоростью до 675 миллионов инструкций в секунду (MIPS)[30] и интегрированный USB 2.0 интерфейс[31] или как интеллектуальная собственность[32] существует.

Улучшенный 8-битный микроконтроллер с двоичной совместимостью: семейство MCS-151

В 1996 году Intel анонсировала семейство MCS-151, вариант, работающий до 6 раз быстрее,[3] это полностью бинарный и Набор инструкций совместим с 8051. В отличие от 8051 MCS-151 - это конвейерный ЦП с 16-битной внутренней кодовой шиной и 6-кратной скоростью. Семейство MCS-151 также было прекращено Intel, но широко доступно в бинарно-совместимых и частично улучшенных вариантах.

8/16/32-битный микроконтроллер с двоичной совместимостью: семейство MCS-251

Микроконтроллер 80251 8/16/32 бит с 16 МБ (24 бит ) адресного пространства и в 6 раз более быстрого цикла команд были представлены Intel в 1996 году.[3][33] Он может работать как 8-битный 8051, имеет 24-битный линейная адресация, 8-битный ALU, 8-битные инструкции, 16-битные инструкции, ограниченный набор 32-битных инструкций, 16 8-битных регистров, 16 16-битных регистров (8 16-битных регистров, которые не разделяют пространство с какими-либо 8-битных регистров и 8 16-битных регистров, которые содержат 2 8-битных регистра на 16-битный регистр) и 10 32-битных регистров (2 выделенных 32-битных регистра и 8 32-битных регистров, которые содержат 2 16-битных регистра). битовые регистры на 32-битный регистр).[34]

Имеет расширенные инструкции[35] - см. Также руководство программиста[36] - и более поздние варианты с более высокими характеристиками,[37] также доступен как интеллектуальная собственность (IP).[38] Это 3-х ступенчатый конвейерный. Семейство MCS-251 также было прекращено Intel, но оно широко доступно в бинарно-совместимых и частично улучшенных вариантах от многих производителей.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Джон Уортон: Знакомство с семейством однокристальных микрокомпьютеров Intel MCS-51, Примечание по применению AP-69, май 1980 г., Intel Corporation.
  2. ^ Панель устной истории микропроцессора Intel 8051 (PDF), Музей истории компьютеров, 16 сентября 2008 г., архивировано из оригинал (PDF) 25 февраля 2012 г., получено 17 ноября, 2018
  3. ^ а б c «Микроконтроллеры Intel MCS® 151 и MCS® 251». datasheets.chipdb.org.
  4. ^ Джон Уортон: Использование возможностей логической обработки Intel MCS-51 В архиве 2016-03-03 в Wayback Machine Примечание по применению AP-70, май 1980 г., Intel Corporation.
  5. ^ «Учебное пособие по 8051: прерывания». Архивировано из оригинал на 2012-12-28. Получено 2012-12-21.
  6. ^ «ЗАДАЧА». www.tasking.com.
  7. ^ «Микроконтроллер TK80H51 250ºC». Tekmos Inc. Архивировано с оригинал 20 августа 2017 г.. Получено 23 августа 2017.
  8. ^ «ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ МИКРОКОНТРОЛЛЕР 83C51» (PDF). Honeywell. Получено 23 августа 2017.
  9. ^ «Микроконтроллеры и микропроцессоры». Cobham Semiconductor Solutions. Получено 23 августа 2017.
  10. ^ а б «Микроконтроллеры» [Микроконтроллеры] (на русском языке). Воронеж: ОАО "НИИЭТ". Архивировано из оригинал 22 августа 2017 г.. Получено 22 августа 2017.
  11. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2017-08-22. Получено 2017-08-22.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  12. ^ https://www.youtube.com/watch?v=H9sDn89EvD8
  13. ^ "ELEC2700 - Компьютерная инженерия 2 - Университет Ньюкасла - Учебники | Zookal.com". www.zookal.com.
  14. ^ http://s3.amazonaws.com/f01.justanswer.com/88willy/2012-06-29_065532_assignment_03.pdf
  15. ^ ACALL - это 2-байтовая инструкция вызова подпрограммы, она может обращаться к местоположениям в тех же 2 КБ сегмент памяти. Абсолютный адрес памяти формируется старшими 5 битами ПК и 11 битами, определенными инструкцией.
  16. ^ Хан-Вэй Хуанг.«Проектирование встроенных систем с C8051».п. 238.
  17. ^ Левин А. Р. У. Эдвардс.«Итак, вы хотите быть встроенным инженером: руководство по встроенной инженерии, от консультирования до корпоративной лестницы».2006.p. 51.
  18. ^ Брэдфорд Дж. Родригес."CamelForth / 8051".
  19. ^ Брэд Родригес."Движение вперед, часть 7: CamelForth для 8051".
  20. ^ «Разработка 8051 SwiftX Forth». В архиве 2015-09-24 на Wayback Machine
  21. ^ "Кросс-компиляторы MPE VFX Forth 7".
  22. ^ Гэнссл, Джек (29 мая 2006 г.). «Intel отказывается от производства, MCS-51 прекращается».
  23. ^ "Линейки микроконтроллеров MCS 51, MCS 251 и MCS 96, продуктовые линейки процессоров Intel 186, Intel386 и Intel486, а также 32-битный RISC-процессор i960, PCN 106013-01, прекращение выпуска продукта, причина пересмотра: добавить ключевую информацию о вехах и пересмотреть Описание изменений" (PDF). Intel. 2006-05-02.
  24. ^ http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADUC832.pdf
  25. ^ "Микроконтроллеры и супервизоры питания Серии 1880; 1881; 1842; 588; 1345; 5518АП1ТБМ" [Микроконтроллеры и контроллеры питания серии 1880; 1881; 1842; 588; 1345; 5518AP1TBM] (на русском языке). Минск: ОАО "Интеграл". Получено 6 января 2017.
  26. ^ "Однокристальные микро-эвм" [Однокристальные микрокомпьютеры]. Киев: Кристалл. Архивировано из оригинал 30 мая 2012 г.. Получено 5 января 2017.
  27. ^ Хуссаини (20 августа 2019 г.). «Почему мы должны использовать 8051? Разве он не слишком старый?». Технобайт. Получено 20 августа 2019.
  28. ^ datasheetq.com. "89V54RD2 Datasheet PDF Скачать - Silicon Storage Technology". www.datasheetq.com. Получено 2020-01-18.
  29. ^ "Микроконтроллер STC --- STCmicro Technology Co, .Ltd". www.stcmicro.com. Получено 2017-02-19.
  30. ^ «TI поставляет новый недорогой, высокопроизводительный аудио DSP для дома и автомобиля с 8051». Архивировано из оригинал на 2016-11-13. Получено 2013-05-06.
  31. ^ "Atmel AT85C51SND3 Audio DSP Data Sheet с USB 2.0" (PDF).
  32. ^ Salim, A.J .; Осман, М .; Али, М.А.Мохд (5 октября 2006 г.). «Интеграция 8051 с DSP в Xilinx FPGA». 2006 Международная конференция IEEE по полупроводниковой электронике. С. 562–566. Дои:10.1109 / SMELEC.2006.380694. ISBN  0-7803-9730-4. S2CID  21616742 - через IEEE Xplore.
  33. ^ Микроконтроллер 8051 Кеннет Джей Айала Книги Google
  34. ^ http://datasheets.chipdb.org/Intel/MCS51/DATASHTS/27262001.PDF
  35. ^ "Архитектура Temic TSC80251" (PDF).
  36. ^ "Руководство программиста Atmel TSC80251" (PDF).
  37. ^ DQ80251 32-битный микроконтроллер DCD
  38. ^ R80251XC 32-битный микроконтроллер Evatronix[мертвая ссылка ]

дальнейшее чтение

Книги
  • Мазиди; МакКинли; Мазиди (2012). Микроконтроллер 8051: системный подход. 648 стр. ISBN  978-0-13-508044-3.
  • Шульц, Томас (2008). C и 8051 (4-е изд.). 464 стр. ISBN  978-0-9783995-0-4.
  • Штайнер, Крейг (2005). Микроконтроллер 8051/8052: архитектура, язык ассемблера и аппаратное обеспечение. 348 с. ISBN  978-1-58112-459-0.
  • Калькутт; Коуэн; Парчизаде (2000). Микроконтроллеры 8051: оборудование, программное обеспечение и приложения. 329 с. ISBN  978-0-340-67707-0.
  • Аксельсон, Ян (1994). Книга идей микроконтроллера: схемы, программы и приложения с микроконтроллером 8052-BASIC. 277 с. ISBN  978-0-9650819-0-0.
  • Пейн, Уильям (19 декабря 1990 г.) [1990]. Встроенный контроллер FORTH для семейства 8051 (твердый переплет). Бостон: Academic Press. 528 с. ISBN  978-0-12-547570-9.
Intel

внешние ссылки

СМИ, связанные с MCS-51 в Wikimedia Commons