Mikropropesor I8051 - I4051 - I2051

Schéma  vnútornej blokovej štruktúry mikroprocesora I8051 a jej jednoduchších klonov I4051 a I2051 sa líši  len v tom, že jednoduchšie verzie nemajú vyvedené porty paralelné 8 bitové porty  P0 a P2 (používané na exportovanie dátovej a adesnej zbernice pri rozširovaní konfigurácie o externé prvky RAM, ROM a podbných externých zariadení).  

Stručná charekteristika    

Špecialitou mikroprocesora  I8051 je to, že je ho  vnútorná štruktúra je zároveň štruktúrou mikropočítača. Obsahuje vnútorné zbernice Riadiacu, Adresnú a Datovú, obsahuje CPU s ALU (aritmetickou a logickou jednotkou), dve pamäte RAM pre uloženie dát a ROM (EPROM) pre uloženie programu (Harwardská koncepcia), dva pracovné čítače a komunikačný obvod UART pre sériovú komunikačnú linku. Pre paralenlú komunikáciu procesor obsahuje 4 univerzálne obojsmerné vstupno výstupné porty P1,P2,P3 a P4 (verzie I4051 a I2051 len 2 porty P1 a P3). 

Mikropočítač I8051 umožňuje prepojenie vnútorných zberníc cez porty P0,P2 a P3 a ich využitie pre rozšírenie vnútornej konfigurácie o ďaľšie externé prvky. Dajú sa takto doplniť RAM a ROM pamäte, a ďalšie prvky riaditeľné cez zbernice.  Port P0 striedavo slúži na prenos jednak obsahu dátovej zbernice a jednak nižších 8 bitov 16bitovej adresnej zbernice.  Aktuálny obsah adresy v registri P0 strobuje signál ALE (Adress low enable) aktorý a je synchronizovaný s ďaľšími riadiacimi vodičmi PSEN*, RD* a WR* určenými na riadenie externých RAM, ROM, a iných zariadení.  Port P2 trvale slúži na prenos vyšších 8 bitov adresnej zbernice a port P3 prenáša signály riadiacej zbernice RD*, WR* a signálne vodiče ďaľších interných zariadení Radiča prerušení, Čítačov a Sériového kanála.  

Funkcie PINOV

EA - (External Access) Hardwarové nastavenie režimu práce s pamäťovým priestorom a prepínanie do programovacieho režimu u EPROM verzií procesora. Testuje sa jediný raz pri skončení signálu RESET a jeh dynamická zmena počas priebehu práce nie je možná!  Má význam len pre I8051 a ovplyvňuje používanie CODE memory v ktorej sa nachádza programový kód. V prípade že EA = 0 tak sa program vykonáva iba z vonkajšej CODE pamäti. Ak sa EA = 1 potom sa kombinuje vnútorná pamäť pre kód od adresy 0-0FFFH a externá pamäť 1000H-FFFFH. Prekrytá externá pamäť internou pamäťou sa pristupuje cez rozdielne inštrukcie. Signal musí byť bezpečne t.j. jednoznačne ošetrený! Pri procesore s pamätou EPROM sa vstup EA používa na prechod do programovacieho režimu. Vtedy sa na tento vstup privedie Up programovacie napätie (určuje ju výrobca v technickej dokumentácii) a vyvolá sa RESET. Po skončení nulovacieho signálu RESET procesor vstúpi do programovacieho režimu.

UNIVERZÁLNE V/V KANÁLY P0 - P3 sú tvorené špeciálnym zapojením registrov, ktoré umožňuje využívať porty oboma smermi. Špecialita tohto zapojenia umožňuje maskovať vstupy nastavením portov. Aby sme mohli prečítať vstupujúci údaj z pinu daného portu, musíme najprv na port  vyslať logickú "1". Pri reštarte počítača sa tento stav nastavuje automaticky.

ALE - Adress Low Enable - Pretože nižších 8 bitov adresovej zbernice sa musí deliť o port P0 s dátovou zbernicou, rieši sa to v priebehu inštrukčného cyklu tak, že najprv sa na porte objaví adresa a jej prítomnosť signalizuje a súčasne zostupnou hranou strobuje signál ALE. Ten sa využíva na zápis adresy do pomocných externých registrov. Po odovzdaní adresy sognál ALE sa vracia na pôvodnú hodnotu "1" a port P0 je uvolnený pre dátovú zbernicu.  

PSEN*,RD*,WR* - Sú riadiace signály, ktoré sú generované pri vykonávaní inštrukcií MOV,  MOVX a MOVC. Spolu s Adresnou a  Dátovou zbernicou  (Porty P0 a P1) a so signálom ALE sa podielajú s komunikáciou s externou ROM pamäťou (PSEN* - čítanie) a s externou RAM pamäťou (RD*- čítanie, WR*- zápis).

Ovody INT0*, INT1*  Externého prerušenia -  Po prechode z úrovne 1 do úrovne 0 a po povolení prerušenia riadiacimi registrami, vykonajú systémové volanie CALL na systemových adresách  0003H (INT0) a 0013H (INT1), ktoré obslúži prerušenie.   ... Pokračovanie

Registre špeciálnych funkcií

sú umiestnené v časti RAM pamäti adresovanej od adresy 80H do adresy F0H. Do tejto RAM sa mapujú všetky registre procesora. B, ACC, PSW, ...

REGISTRE

Príklady rozšírenia systému

V ďalších článkoch sú uvedené príklady pripojení expanderu 8243, externej pamäti programu 2716 a 2732 a externej pamäti dat 8155 k mikropočítaču 8051. Ďalej je uvedené zapojenie pre poloduplexný sériový prenos a pre obsluhu viac zdrojov prerušenia

Pripojenie expandera 8243:

.
.
.
;VSTUPNÉ DÁTA Z EXPANDERU V/V 8243
;SÚ PRIPOJENÉ K P2.3 - P2.0
;P2.5 - SIGNÁL CS/
;P2.4 - SIGNÁL PROG
;P2.7, P2.6 SÚ VYUŽITÉ AKO VSTUPY
;OBSAH PORTU 2 SA CÍTA DO AKUMULÁTORA Acc
;
VSTUP:   ORL A,#11010000B              ;RIADIACA INFORMÁCIA PRE 8243
                MOV P2,A                           ;JEJ ZÁPIS DO P2
                CLR P2.4                             ;ZOSTUNÁ HRANA SIGNÁLU PROG
                CRL P2,#00001111B            ;NASTAVENIE P2.3 - P2.0 PRE VSTUP
                MOV A,P2                           ;ČÍTANIE VSTUPNÝCH DÁT
                SETW P2.4                          ;NÁVRAT PROG NA LOGICKÚ HODNOTU 1
.
.
.
TABULKA XY str117 a 119


Pripojenie externej pamäti programu 2716:

Technické vybavenie potrebné pre pripojenie externej pamäti programu 2716 (EPROM 2 KB) k mikropočítaču 8031AH je na tomto obrázku:  

OBR 48str 120 
Pre zapamätanie ôsmich nižších bitov adresy je použitý obvod 8282 (osmibitový register s trojstavovými vstupnými budičmi). Vzhľadom na to, že sa časť portu 2 využíva ako adresová zbernica, nie je možné vývody P2.3 až P2.7 (v predchádzajúcom obrázku sú označené hviezdičkou) použiť ako vstupy alebo výstupy.

Pripojenie externej pamäti programu 2732A:

Spôsob pripojenia externej pamäti programu 2732 (EPROM 4 KB) k mikropočítaču 8031AH je znázornený na tomto obrázku:

 OBR 49 str 121 
Zapojenie je obdobou zapojenia paměti 2716 s tým rozdielom, že ďalší potrebný adresový bit (A11) se generuje v bitu P2.3. Vývody P2.4 až P2.7 portu 2 (v predošlom obrázku je označený hviezdičkou) opäť nie je možné použíť ako vstupy alebo výstupy z dôvodov využitia časti portu 2 pre adresovú zbernicu.

Pripojenie externej pamäti dát a expanderu V/V:

Externá pamäť dát s kapacitou 256 B a expander V/V sú realizováné obvodom 8155. Jeho pripojenie k mikropočítaču 8051AH je na tomto obrázku:  

OBR 50 str 122 
Pre funkciu RESET obvodu 8155 môže byť využitá systémová funkcia RESET alebo niektorá linka portov mikropočítača 8051.

 ..
  ..