arq8051

(1)

1 Arquitetura 8051

Microcontroladores 8051

José Carlos Barbosa

(Touca)

UPE – Poli

IFPE

(2)

2 Agenda



Características do Microcontrolador 8051



Arquitetura 8051



Memória interna



Área de RAM



Clock e Reset



Temporização

(3)

MICROCONTROLADORES E SUAS APLICAÇÕES

Microprocessador



É um dispositivo eletrônico capaz de

executar tarefas especificas gravadas em

sua memória de código.



Estes dispositivos podem usar alguns

circuitos para fazer interface com o

mundo real para executar determinada

tarefa.

(4)

MICROCONTROLADORES E SUAS APLICAÇÕES

Arquitetura Simplificada

CPU e seus

elementos

básicos: RAM,

ROM, periféricos

e fonte de

alimentação.

CPU

ROM

RAM

Circuitos de

Interface

O

S

C

I

L

A

D

O

R

E

S

E

T

“BUS” DE ENDEREÇOS

“BUS” de Dados

Controle

Auxiliar

Mundo interior do microprocessador

(Mp)

(5)

MICROCONTROLADORES E SUAS APLICAÇÕES

Arquitetura



Vias de controle de endereço – Serve

para o Mp selecionar qual posição de

memória ou periférico deseja se

comunicar.



Vias de controle auxiliar – permitir que o

Mp acione qual elemento deseja se

comunicar.

Ex: enquanto se comunica com a RAM deixa a ROM

desligada.

(6)

MICROCONTROLADORES E SUAS APLICAÇÕES



Vias I/O –

São as portas que

permitem a comunicação com o

mundo exterior.



CPU – É o “cérebro” do chip e

pode estabelece comunicação com

todas as vias seguindo as diretivas

gravadas na ROM.

(7)

MICROCONTROLADORES E SUAS APLICAÇÕES

Observações



Oscilador – É o “pulso” da CPU que

permite que o microcontrolador

realize suas tarefas de maneira

sincronizada e com velocidade

predefinida.



Reset e Interrupções– São tipo de

interrupções que serão tratada mais

tarde.

(8)

MICROCONTROLADORES E SUAS APLICAÇÕES

Diferença entre microcontrolador e

microprocessador



Microprocessador – Ele é constituído

da CPU (ULA, program counter,

registradores e etc).



Microcontrolador – Contém um Mp,

(9)

9 Características do 8051



8051 Introduzido no mercado pela Intel no início da

década de 80 (1981)



Atualmente produzido por várias companhias em

muitos varientes



É o microcontrolador mais frequente (produção e

utilização) – (40% do mercado)



Microcontrolador de 8 bits

(10)

10 Microcontroladores e Fabricantes

•Atmel

•ARM

•Intel

•8bit

•8XC42

•MCS48

•MCS51

•8xC251

•16bit

•MCS96

•MXS296

•National Semiconductor

•COP8

•Microchip

•12bit instruction PIC

•14bit instruction PIC

•PIC16F84

•16bit instruction PIC

•NEC

•Motorola

•8bit

•68HC05

•68HC08

•68HC11

•16bit

•68HC12

•68HC16

•32bit

•683xx

•Texas Instruments

•TMS370

•MSP430

•Zilog

•Z8

•Z86E02

(11)

11 8051

Part Number

Fabricante

ROM

RAM

Pinos I/O

Timers

Interrupções

Vcc

Package

8051

Intel

4K

128

32

2

6 5v

40 8031

Intel

128

32

2

6 5v

40 8751

Intel

4K

128

32

2

6 5v

40 8052

Intel

8K

256

32

3

8 5v

40 AT89C51

Atmel

4K

128

32

2

6 5v

40 AT89C1051

Atmel

1K

64

15

1

3 3v

20 AT89C2051

Atmel

2K

128

15

2

6 3v

20 DS50008

Dallas

8K

128

32

2

6 3v

40 DS5000T8

Dallas

32K

128

32

2

6 3v

40

(12)

12 Arquitetura 8051 Standard



CPU CISC de 8 bits (8 bit Data bus, 16 bit Address bus)



ULA 8 bits



Registradores 8 bits



4Kbytes de ROM de programa



ROM => 8051



EPROM => 8751



ROMLESS => 8031



FLASH => AT89C51 (Atmel)



256 bytes de SRAM



128 bytes de SFRs



128 bytes de usuário+pilha



64 kbytes de ROM externa



64 kbytes de RAM externa

(13)

13 Arquitetura 8051 Standard



Periféricos embarcados



2 Timers de 16 bits com 4 modos funcionais



4 ports paralelos



1 Canal de comunicação serial



5 fontes de interrupção independentes



2 externas



2 timers



1 canal serial



Set de instruções fortemente voltado para controle



112 instruções básicas



Instruções aritméticas;



Instruções lógicas



Instruções movimentação



Instruções saltos e desvios



Instruções controle interno

(14)

14 Pinagem 8051

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

40

39

38

37

36

35

34

33

32

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21 P1.0

P1.1

P1.2

P1.3

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

RST

(RXD)P3.0

(TXD)P3.1

(T0)P3.4

(T1)P3.5

XTAL2

XTAL1

GND

(INT0)P3.2

(INT1)P3.3

(RD)P3.7

(WR)P3.6

Vcc

P0.0(AD0

)P0.1(AD1)

P0.2(AD2

)P0.3(AD3)

P0.4(AD4)

P0.5(AD5)

P0.6(AD6)

P0.7(AD7)

EA/VPP

ALE/PROG

PSEN

P2.7(A15)

P2.6(A14

)P2.5(A13

)P2.4(A12

)P2.3(A11

)P2.2(A10)

P2.1(A9)

P2.0(A8)

8051

8031

8751

AT89C51

(15)

15 Pinagem 8051

P0.0

P0.1

P0.2

P0.3

P0.4

P0.5

P0.6

P0.7

P2.0

P1.0

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

RST

XTAL1

XTAL2

Vcc

GND

PSEN

EA/VPP

AD0

AD1

AD2

AD3

AD4

AD5

AD6

AD7

A8

A9

A10

A11

A12

A13

A14

A15

RXD

TXD

INT0

INT1

T0

T1

WR

RD

ALE/PRG

PORT 0

PORT 2

PORT 1

PORT 3

(16)

16 CPU

Onchip

RAM

Onchip

ROM for

program

code

4 I/O Ports

Timer 0

Serial

Port

OSC

Interrupt

Control

External interrupts

Timer 1

Timer/Counter

Bus

Control

TxD RxD

P0 P1 P2 P3

Counter

Inputs

Arquitetura Microcontrolador 8051

(17)

17

ACC B IP IE SBUF SCON TH1 TL1 TH0 TL0 TMOD TCON DPH DPL SP BYTE ENDEREÇÁVEL BIT e BYTE ENDEREÇÁVEL BANCO REGISTRADORES DRIVERS R A M D E C O D E R S FR ’s D E C O D E R CY ROTATE CONTROL INTERRUPT CONTROL SERIAL PORT TIMER CONTROL PARITY P CY, AC, OV U LA PROGRAM CONTROL PCH PCL CONTROL PLA CONTROL ENGINE INSTRUCTION DECODER CONTROL OSC & TIMING CIRCUITRY P1 P3 P R O G R A M M E M O R Y A D D R E S S D E C O D E R DRIVERS P2 P0

XTAL1 XTAL2 EA ALE PSEN P1.0 – P1.7 P3.0 – P3.7 P2.0 – P2.7 P0.0 – P0.7 _{RST VCC GND} 4K x 8 EPROM (8751) ROM MASK (8051) ROMLESS (8031) FLASH (AT89C51) AC F0 RS1 RS0 OV P ACC B IP IE SBUF SCON TH1 TL1 TH0 TL0 TMOD TCON DPH DPL SP BYTE ENDEREÇÁVEL BIT e BYTE ENDEREÇÁVEL BANCO REGISTRADORES DRIVERS R A M D E C O D E R S FR ’s D E C O D E R CY ROTATE CONTROL INTERRUPT CONTROL SERIAL PORT TIMER CONTROL PARITY P CY, AC, OV U LA PROGRAM CONTROL PCH PCL CONTROL PLA CONTROL ENGINE INSTRUCTION DECODER CONTROL OSC & TIMING CIRCUITRY P1 P3 P R O G R A M M E M O R Y A D D R E S S D E C O D E R DRIVERS P2 P0

XTAL1 XTAL2 EA ALE PSEN P1.0 – P1.7 P3.0 – P3.7 P2.0 – P2.7 P0.0 – P0.7 _{RST VCC GND} 4K x 8 EPROM (8751) ROM MASK (8051) ROMLESS (8031) FLASH (AT89C51) AC F0 RS1 RS0 OV P

(18)

18 ROM

(19)

19 RAM

Usuário

SFRs

(20)

20 ULA

(21)

21 PORTS

(22)

22 Decodificação e

controle

(23)

23 Program

Counter (PC)

(24)

24 Memória no 8051

Memória de programa

OU

FFFF

0000

FFFF

0000

1000

0FFF

EA = 1

EA = 0

64 K

External

60 K

External

4 K

Internal

0

7

0 Memória de Dados

SFRs

RAM

80 FF

00 7F

E

Direct

Direct , Register,

Reg. Indirect

FFFF

0000

64 K

External

Internal

PSEN

RD

WR

(25)

25 RAM Interna 8051

7F

00

08

10

18

20

30 Scratch Pad Area

RAM

Bit Addressable RAM

Bank 3

Bank 2

Bank 1

Bank 0

_R0

R7

R0

R7

R0

R7

R0

R7

Select Bank

with

PSW.4 , .3 =

RS1, RS0

Bit #00 7F

OR

20.0 2F.7

* = Bit endereçável

Port 0

Stack pointer

Data pointer DPTR

Power Control

timer/counter control

timer/counter Mode

timer 0 Low

timer 1 Low

timer 0 High

timer 1 High

Port 1

Serial Control

Serial Data Buffer

Port 2

Interrupt Enable Ctr 1

* IE

* P2

SBUF

* SCON

* P1

TH1

TH0

TL1

TL0

TMOD

* TCON

PCON

DPH

DPL

SP

* P0

80

81

82

83

87

88

89 8A

8B

8C

8D

90

98 A0

99 A8

* P3

* IP

* PSW

* ACC

* B

F0

FF

E0

D0

B8

B0

SFRs

User & Stack

(26)

26 Registrador PSW (Flags)

CY

AC

F0

RS1

RS0

OV

P

CY

PSW.7

flag de Carry

AC

PSW.6

flag de Auxiliar Carry

F0

PSW.5

Disponível para propósito geral

RS1

PSW.4

bit 1 para seleção de banco de registradores

RS0

PSW.3

bit 0 para seleção de banco de registradores

OV

PSW.2

flag de Overflow

PSW.1

bit definido pelo usuário

P

PSW.0

Flag de Parity )Set/Reset = paridade par/impar

(27)

27 Bancos de Registradores

07

06

05

04

03

02

01

00 R7

R6

R5

R4

R3

R2

R1

R0

0F

08

17

10 1F

18 Bank 3

Bank 2

Bank 1

Bank 0

Quatro bancos de registradores

Cada banco com registradores R0R7

8052

8051

(28)

28 Área de Bit e Byte Endereçável

7F

78 1A

10 0F

08 07 06 05 04 03 02 01 00

27

26

25

24

23

22

21

20 2F

2E

2D

2C

2B

2A

29

28 20h – 2Fh (16 locations X 8bits = 128 bits)

Bit addressing:

mov C, 1Ah

or

mov C, 23h.2

8052

8051

(29)

29 Reset e Clock no 8051

EA/VPP

X1

X2

RST

Vcc

10 uF

8.2 K

30 pF

9

31

(30)

30 Reset e Clock no 8051

0000

DPTR

0007

SP

0000

PSW

0000

B

0000

ACC

0000

PC

Valor

Register

RAM

????

Estado após Reset:

(31)

31 Ciclo de Máquina no 8051

Ex.: Encontrar o ciclo de máquina para:

(a) XTAL = 11.0592 MHz

(b) XTAL = 16 MHz.

Solução:

(a) 11.0592 MHz / 12 = 921.6 kHz;

Ciclo de máquina = 1 / 921.6 kHz = 1.085

µ

s

(b) 16 MHz / 12 = 1.333 MHz;

Ciclo de máquina = 1 / 1.333 MHz = 0.75

µ

s

Ciclo de Máquina = 1/ (f

_ext

/ 12)

8051