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无线电电子与电气工程百科全书 来自 INTEL 的 8XC51CB 微控制器。 无线电电子电气工程百科全书
8XC51GB组包括微控制器80C51GB、83C51GB、87C51GB、80C51GB-1、83C51GB-1和87C51GB-1。 截至撰写本文时，它们均采用 68 引脚 PLCC 封装生产，并标有 N 前缀（N80C51GB、N83C51GB 等）。 这些芯片是根据英特尔的 SNMOS III-E 技术制造的。 具有可编程内部ROM的版本在外壳中没有透明窗口，即它们属于一次性可编程版本的类别。 这在一定程度上限制了其消费者的范围，因为在调试过程中不可能通过反复对晶体重新编程进行反复试验来工作，但有必要使用适当的仿真器。 上述控制器中的前三个在 3,5 至 12 MHz 的时钟信号频率下运行，其余的在 3,5 ... 16 MHz 的频率范围内运行。 所有控制器的电源电压均为5V，未生产低压版本。 8хС51GB 组控制器的主要技术特点：
大多数这些特性是整个 MSS51 系列所固有的，因此我们不会详细讨论它们。 对于不熟悉的人，建议您参考[1-3]中发表的有关单片机的文章。 另外，在分析微控制器8xC51Fx、8x151Fx[4]时，详细描述了可编程计数器阵列，因此也仅从其与8xX51Fx中可用的差异的角度来考虑。 我们熟悉的主题是 8xC51GB 的特性，这是 MCS51 系列其他组所没有的。 请注意，80C51GB 和 80C51GB-1 控制器不包含内部程序存储器，83C51GB 和 83C51GB-1 具有容量分别为 8 KB 和 16 KB 的掩膜可编程 ROM，87C51GB 和 87C51GB-1 具有可重编程 ROM，容量为容量分别为 8 和 32 KB。 结论的目的 本集团控制人结论的目的如下：
对于那些已经接触过 MSS51 系列微控制器的人来说，大多数结论都是熟悉的。 新的是 P4、P5 端口的引脚及其替代功能（它们在符号 / 之后给出）、电源引脚（AVrol、AVss）以及与 ADC 相关的信号（COMPREF、ACH0-ACH7、TRIGIN），这些引脚将在在描述相应的设备时考虑。 RO端口与早期微电路的相应端口类似，并且执行相同的功能。 8xC51GB 控制器有两个新端口 - P4 和 P5。 以及R1-RZ。 它们是八位准双向 I/O 端口，具有高内部电阻，以确保切换时输出快速变为逻辑 1。 该电阻器连接到输出级两个时钟周期，以使输出达到指定状态，然后断开。 端口 P1-P5 的输出处于逻辑 1 状态，由于内部电阻的作用，具有高电位，在此状态下可以用作输入。 与RO不同的是，P1-P5端口的输入线配备了施密特触发器。 几乎所有端口引脚都有其他用途（表 1）。 复位时，RH 端口的输出设置为单一状态，其余设置为零。 RESET# 输入 - 重置。 当时钟发生器运行时，该输入上的低电平持续两个机器周期会导致控制器复位。 当 RESET# 输入电压降至 0,3...0,4 V 时，端口引脚设置为初始状态。复位过程持续 60 个机器周期（8 个时钟周期）。 需要注意的是，81xC51GB组微控制器的复位信号极性与MSSXNUMX系列的其他微电路相反。 作者不知道这种倒置的原因。 ALE/PROG# 输入与 MSS51 系列其他控制器的相应输入完全相似。 请注意，在 8xC51GB 中，用户可以禁用 ALE 信号的输出。 通过将位于地址 0EH 的 SFR 寄存器的最低有效位设置为 8。 A1E 信号仅在 MO\/C 或 MO\/X 命令动作时发出，在其他情况下，该输出保持单一电平。 当仅使用内部程序和数据存储器时，ALE 输出处根本不会有信号。 EA#/Vpp 输入用于从内部程序存储器获取命令（如果芯片上有该输入并且该输入连接到一根公共线）。 当对其应用单个级别时，将执行外部程序存储器中的程序。 然而，后者只有在内部程序存储器的保护位被设置之前才可能，这将在下面讨论。 当对 12,75C87GB、51C87GB-51 微电路的内部 ROM 进行编程时，编程电压 Vpp = 1 V 施加到该引脚。 8ХС51GВ 与 MCS51 系列其他产品的区别 因此，让我们列出 8xC51GB 控制器之间最显着的差异。 它们是：
节点 ADC 微控制器 8хС51GB 的 ADC（参见图 1 中的功能图）具有 0 个模拟输入（输出 ASN7-ACN256）、一个外部触发输入 TRIGIN、模拟部分的电源输出 (AVHrol) 和公共线 (AVss)，电隔离来自相应的数字输出，以及参考（示例性）比较电压 COMPREF 的输出。 ADC 包括一个八通道多路复用器、一个 XNUMX 元件电阻阵列、一个比较器、一个采样/保持器件、八个结果寄存器、一个逐次逼近寄存器和一个比较结果寄存器。 事实上，SFR 空间中还有 10 个附加寄存器。 寄存器 AD0-AD7（84Н、94Н、0А4Н、0В4Н、0С4Н、0D4Н、0Е4Н、0F4Н）包含 0 个通道中每个通道的转换结果。 每个寄存器的值在相应通道中的转换完成后更新，从通道 XNUMX 开始。 比较结果寄存器 ACMP (0С7Н) 包含八个标志，反映模拟输入 ASN0-ACN7 处的信号与 COMPREF 输入处的电压进行比较的结果（表 3）。 如果该模拟输入处的输入电压超过 COMPREF，则相应标志设置为 1，否则该标志被清除。 ACOM 寄存器（097H）包含 ADC 中断标志 ALF、ACE 转换使能位、两个通道选择位 ACSO 和 ACS1、AIM 输入模式和 ATM 启动模式位（表 4）。
比较模式 该模式始终处于活动状态，用于将 ACH0-ACN7 输入处的电压与提供给控制器 COMPREF 输入的参考电压进行比较。 每次启动 ADC 时，ASMR 寄存器的每一位状态都会更改为新的状态，从 通道 0，无论设置的通道轮询模式如何。 该模式允许您使用硬件方法快速比较或多或少两个模拟信号的类型，这可以显着减少和简化正在执行的程序。 如果不使用比较模式，则 Vcc 到 Vss 之间的任何电压都可以施加到 COMPREF 输入。 启动模式 ADC 可以由内部和外部源触发。 第一种情况，ACON 寄存器的 ATM 位必须设置为 1。在此模式下，在 ACE 位设置为 1 的下一个周期中，从通道 0 开始转换。转换完成后, 第 1 个通道上设置了 ALF 标志。ADC 使能，将该标志设置为 0 会导致 ADC 矢量中断。 前一个循环完成后，新的循环开始。 将 ACE 位设置为 XNUMX 结束转换， 在外部触发模式下，当 TRIGIN 输入为零电平时，转换开始。 该输入不是边沿锁存，其状态是通过轮询每个机器周期来确定的。 换句话说，要启动转换，TRIGIN 输入处的零电平信号的持续时间必须大于机器周期的持续时间。 循环开始直至完成后，TRIGIN 输入的状态将被忽略，并以与前一情况相同的方式执行转换。 周期完成后，ADC 停止，直到新脉冲到达 TRIGIN 输入或直到由 ACE 位内部触发。
登录模式 将 AIM 位设置为 0 将使 ADC 进入所谓的扫描模式，其中按照 ACH1、ACH7 ..... ACH1 的顺序进行转换。 转换结果分别存放在ADO寄存器中。 AD7.....ADXNUMX。 当 ADC 启动后 AIM 位被设置为 1 时，通道中将执行四次连续的信号转换，转换次数由 ACON 寄存器的 ACS0 和 ACS1 位的状态决定。 所选通道上的这些信号测量结果将写入寄存器 AD0-AD3。 之后是ADC。 与扫描模式一样，轮询通道 ACH4-ACN7。 转换结果记录在AD4-AD7中。 将 ADC 用于更少的通道
使用少于八个通道的 ADC 有多种选择。 如果转换时间并不重要，那么您可以简单地在第七个通道中等待转换完成后的中断，并仅从选定的通道中读取结果。 如果在选定通道中完成转换后立即获取结果很重要，英特尔建议使用计时器及其中断来计算所需的时间间隔。 另一种推荐的方法是定期轮询相应结果寄存器的状态。 它的变化给出了已发生新转换的信息（但是，此方法仅适用于测量电压不恒定的情况）。 使用通道选择模式不会减少转换时间，而只会增加每个周期所选通道的测量次数。 微功耗模式下的 ADC 8xC51GB 控制器的 ADC 包含一个电路，该电路将 XX 和 MP 模式下节点的功耗限制为漏电流值。 为了使该电路正常工作，必须将 Use 电位施加到微控制器的 AVioi 引脚上。 在 ADC 处于低功耗模式期间，电源电压可降至 2,5V。 可编程计数器阵列 8xC51GB 微控制器包含一个可编程计数器阵列 (PCA)，与 8xC51Fx [4] 中使用的类似。 然而，8xC51GB 还有第二个类似的阵列 - PCA1。 与RSA的区别如下：
8хС51GB 微控制器支持 15 个中断向量（表 6）。 其中下面的五个与 MSS51 系列所有控制器中可用的类似，第六个用于第三个定时器/计数器（仅从 MSS52 系列的晶体开始出现），第七个仅在 8xC51FX、8x151FX 和8xC51GB，支持可编程计数器矩阵（PCA）。 后者还具有来自五个外部输入 (INT2 - INT6) 的中断。 第二个矩阵由可编程计数器、ADC 和扩展串行端口组成。
在MSS51系列的所有控制器中，每个中断都可以通过将IE寄存器中的相应位设置为低电平来禁用，当然，对于8xC51GB也是如此。 然而，由于它包含两倍的中断源，因此使用额外的 IEA 寄存器来启用/禁用它们（表 7）。 与前一种情况一样，将该位设置为 1 会启用相应的中断，重置为 0 会禁用它。 寄存器地址IEA-0A7H。 请注意，所有中断，包括表中描述的中断。 通过将寄存器 IE 的最高有效位 EA (IE.7) 设置为 0，可以同时禁用 7。
每个中断都可以有自己的优先级（从级别 0 - 最低，到级别 3 - 最高）。 优先级由 IP、IPH 和 IPA、IPHA 寄存器对中的位状态决定。 其中第一个与早期控制器中的相同，并在考虑组 8xC51Fx 时详细描述。 第二对（寄存器地址分别为 0V8H 和 0V6H）仅在 8xC51GB 中可用，并提供仅在这些控制器中的中断。 在表中。 图8以表格形式示出了寄存器的位和中断之间的对应关系以及它们所确定的级别。 9-优先级与寄存器对IP、IPH和IPA、IPHA中的位的状态之间的对应关系。
低优先级中断只能被更高（但不相等）优先级的事件中断。 因此，具有最高优先级的中断不能被中断。 如果处理器同时接收到两个或多个具有相同优先级的中断请求，则处理它们的顺序由特殊的中断标志轮询序列确定。 对于 8xС51GB 控制器，它看起来像这样：
0xC1GB 微控制器的外部中断 I NT8 和 INT51 完全对应于 MSS51 系列所有微电路的类似中断，并且根据 TCON 寄存器的 ITO 和 IT1 位的状态，可以固定电平和与 1 的差值。至 0。 外部引脚 INT2 和 INTZ 可以响应信号的正沿和负沿。 该微电路有一个包含 IT0 和 ITZ 位的 EXICON 寄存器 (6С2Н)，它们确定引脚 P5.2 (INT2) 和 P5.3 (INTТЗ) 处信号的有效沿。 当 ITn 位设置为 0 时，中断在下降沿启动，当 ITn = 1 时，中断在上升沿启动。 外部事件 INT4 - INT6 仅固定在输出 P5.4(INT4) - P5.6(INT6) 的上升沿上。 所有外部中断都会生成相应的硬件可设置标志。 对于 INTO 事件，INT1 是 TCON 寄存器的位 1E0 和 IE1。 IE2-IE6 标志位于 EXICON 寄存器中。 当处理器切换到相应的中断处理例程时，它们由硬件复位。 在机器周期内，外部中断引脚仅被轮询一次。 因此，为了注册一个中断，其有效电平的持续时间必须超过一个机器周期（12个时钟周期）的持续时间。 EXICON 寄存器位的用途如表所示。 10.
高级串口 增强型串行端口 (SEP) 具有实现 1C 总线的硬件，4.1C 总线是串行通信的事实标准。 SEP允许在四种不同的模式下运行，具有三种不同的时钟源。 为了满足他的需要，涉及微电路的两个输出：P4.0 - 数据输入/输出和PXNUMX - 输出时钟信号。 发送或接收的数据包由八个数据位组成。 在这种情况下，使用八个SEP操作周期。 在没有接收或发送信息的情况下，时钟信号和数据无效。 三个 SFR 寄存器被分配给 SEP：SEPCON (0D7H)、SEPDAT (0E7H) 和 SEPSTAT (0F7H)。 它们只能逐字节寻址。 SEPCON 和 SEPSTAT 寄存器中的位分配如表所示。 分别为11和12。
上图。 图 2 显示了 SEP 操作模式的显着特征 - 时钟信号的有效电平以及用于接收或发送的边沿。 由表可知如下。 如图 11 所示，SEP 操作模式由位于 SEPCON 寄存器中的 CLKPOL 和 CLKPH 位的状态决定。
要接收或发送字节，用户必须选择端口操作模式（CLKPOL 和 CLKPH 位）、波特率（SEPS1 和 SEPS0）并将 SEPE 位设置为 1。在字节加载到端口后，传输过程立即开始。 SEPDATA 寄存器。 当 SEPDATA 寄存器为空并且没有传输时，通过将 SEPREN 位设置为 1 来启动接收。 接收到八位后，SEPREN 由硬件复位。 接收或发送完成会导致 SEPIF 位设置为 1。 其重置只能通过软件进行。 如果用户在发送或接收时尝试写入（或读取）SEPDATA 寄存器，则会设置相应的错误位。 当在字节传输期间尝试这样做时，SEPFWR 标志被设置，而 SEPFRD 在接收期间被设置。 没有与设置这些位相关的中断，因此用户必须独立控制它们的状态。 当然，重置这些标志只能通过编程来完成。 硬件定时器 硬件看门狗定时器 (HWDT) 在溢出时会重置微控制器，这是防止系统挂起（程序循环）的一种方法。 PCA模块4的定时器/计数器也可以配置为执行类似的功能，但这样的使用限制了用户的能力，因此8xC51GB中出现了不需要使用PCA的独立WDT。 硬件看门狗由每个机器周期递增的 14 位计数器和 SFR 寄存器 WDTRST (0A6H) 组成。 定时器始终处于活动状态，并在时钟运行时不断递增计数器。无法停止定时器。 如果用户程序没有向 WDTRST 写入任何信息，则每 16 个机器周期，HWDT 会生成一个 RESET 信号，该信号将复位微控制器。 这将重置计数器。 为了阻止 HWDT 的操作，间隔至少 384 个机器旋风的用户程序必须顺序地将两个字节输入 WDTRST 寄存器 - 16EH 和 383A01H。 请注意，在 WDTRST 中您只能写入信息，无法读取其内容。 不建议使用定时器/计数器之一的中断服务例程来执行看门狗定时器的上述重启，因为即使主程序挂起也可以处理中断。 放置看门狗复位命令的最佳位置是在重复周期小于 HWDT 触发时间的循环代码中。
将 8xC51GB 置于微功耗模式会停止内部时钟和 HWDT。 与所有前代产品一样，可以通过两种方式将控制器从微功耗模式中移除：通过重置或调用外部中断（在 8xC51GB 切换到指定模式之前启用）。 在第一种情况下，HWDT 被复位，在第二种情况下，在时钟发生器启动时，HWDT 计数器的内容将继续增加。 但由于时钟发生器的稳定启动需要大约二十个周期的时间，因此建议使控制器脱离微功耗模式的外部中断脉冲的持续时间不少于比提到的时间。 仅当外部中断信号电平变为 1、产生频率稳定后，中断处理程序才会开始执行。 同时，HWDT计数器开始递增，即当中断信号为零电平时，HWDT不工作。 在 XX 模式下，控制器时钟发生器未被禁用。 结果，HWDT计数器的内容不断增加，为了防止复位，需要使用定时器中断，它将退出该模式，复位看门狗定时器计数器，并返回到Idle模式。 以下代码片段使用 T/CO 中断定期重置 HWDT。 确实，如上所述，使用此类中断并不是重置计数器的最佳位置，最好将此类过程构建到程序的定期执行部分中 - 轮询键盘或显示信息。 因此，上述片段应被视为演示示例，而不是应在不进行任何更改的程序中使用的子例程。 时钟故障检测 振荡器故障检测 (OFD) 电路旨在在振荡器频率低于规格限制时重置微控制器。 如果复位后时钟频率没有改变（或者更确切地说，没有增加到可接受的值），控制器将保持在该状态。 请注意，超过设定限制的频率不会导致其重置。 OFD 电路始终在复位后或控制器退出微需求模式时开启。 要禁用它，请依次将 0E1H 和 01EH 写入 OSCR 寄存器（0A5H）。 特别是在切换到微消耗模式之前必须完成此操作，因为其中时钟发生器被关闭。 只有通过外部中断复位或退出微耗模式才能让电路重新工作。 OFD 电路的状态可以通过读取 OSCR 寄存器来确定。 如果OSCR=0FFH，则启用故障检测，如果OSCR=0FEH，则禁用故障检测， 结论 至此，我们已经回顾了由英特尔开发和制造的 MCS51 系列八位微控制器的特性。 结果证明它们非常成功，以至于其中许多的复制（经过一些技术改进）一直延续到今天。 对这些控制器的稳定需求是由以下事实决定的：数十万开发人员已经习惯了它们，开发了大量软件，并获得了一系列调试和交叉工具。 在许多情况下，新的开发不需要用全新的东西替换微控制器，因此在已经熟悉并提供支持工具的东西上进行它更方便，而不是花费精力和金钱切换到不同的东西元素基础。 因此，英特尔定期改进其控制器，以扩大其使用所解决的任务范围。 此外，与原始开发无关的公司也加入了这一改进。 因此，如今，与该系列兼容的微控制器由飞利浦、西门子、达拉斯半导体、Atmel、OKI 和一些不太知名的制造商生产，其中包括一些前苏联的企业。 所有控制器都具有相同的命令集和基本架构，通常在“引脚排列”方面兼容，并且具有相似的编程算法。 然而，附加寄存器和硬件组存在显着差异。 因此，Dallas Semiconductor 的微控制器有两个 DPTR 寄存器和切换它们的机制，Philips 产品有容量更大的 ADC，Siemens 控制器通常在芯片上有外部存储器，由 MOVX 命令寻址，等等。 文学
作者：A.Frunze，莫斯科
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