Микроэлектроника и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.

Использование микрозлектронных средств в изделиях производственного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мошности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть сроки морального старения изделий, но и придает им принципиально новые потребительские качества (расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.).

За последние годы в микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском однокристальных микроконтроллеров, которые предназначены для интеллектуализации оборудования различного назначения. Однокристальные (однокорпусные) микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде БИС и включающие в себя все составные части голой микроэвм: микропроцессор, память профамм и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости (во многих применениях система может состоять только из одной БИС микроконтроллера), что микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы для построения управляющих и/или регулирующих систем. К настоящему времени более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств составляют именно однокристальные микроконтроллеры.

Отечественная микрозлектронная промышленность освоила широкомасштабный выпуск однокристальных микроконтроллеров, по существу представляющих собой особый класс вычислительной техники. К этому классу можно отнести: 4-битные микроконтроллеры серий 1814, 1820, 1829 и 1013; 8-битные микроконтроллеры серии 1816; микроконтроллеры сигнальные (аналоговые микропроцессоры) серии 1813.

- 3 -

Часто в публикациях микроконтроллеры называют однокристальными микроэвм. По нашему мнению, для этих приборов в большей степени подходит название МИКРОКОНТЮЛЛЕР, так как незначительная емкость памяти, физическое и логическое разделение памяти программ (ПЗУ) и памяти данных (ОЗУ), упрошенная и ориентированная на задачи управления система команд, примитивные методы адресации команд и данных, а также специфическая организация ввода/вывода информации предопределяют область их использования в качестве специализированных вычислителей, включенных в контур управления объектом или процессом. Структурная организация, набор команд и аппаратурно-программные средства ввода/вывода информации микроконтроллеров лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики, а не для решения задач обработки данных. Микроконтроллеры не являются машинами классического фон-неймановского типа, так как физическая и логическая разделенность памяти программ и памяти данных исключает возможность модификации и/или замены (перегрузки) прикладных программ микроконтроллеров во время работы, что силыю затрудняет их использование в качестве универсальных средств обработки данных. Исходя из этих соображений, мы полагаем, что для всех приборов, отличающихся перечисленными признаками, наиболее точным является наименование МИКЮКОНТРОЛЛЕР (МК).

В данной книге в качестве базовых выбраны однокристальные микроконтроллеры, принадлежащие серии 1816. Ко времени написания книги в состав этой серии входят два типа микроконтроллеров: КМ1816ВЕ48 и КМ1816ВЕ51, обозначаемые далее для краткости МК48 и МК51 соответственно.

Предлагаемая вниманию читателей книга является первым книжным изданием на русском языке, в котором систематически излагаются вопросы проектирования цифровых устройств и систем на основе однокристальных 8-би1Ных микроконтроллеров. В книге дается описание структурной организации и систем команд МК48 и МК51: приводятся многочисленные примеры программ, реализующих типовые процедуры управления объектами; излагается формализованная методика разработки цифровых устройств на основе микроконтроллеров и рассматриваются примеры процесса прое1стирования. Основное внимание в книге уделено обобщению опыта разработки цифровых усгройств на микроконтроллерах и формализованной методике, регпаментируюшей последовательность действий при разработке прикладного программного обеспечения на самом сложном и сяабоформализуемом зтапе работы - от постановки задачи к исходной программе .

Авторы выражают глубокую признательность рецензенту книги профессору И.И. Шагурину и научному редактору профессору АД. Иванникову за ценные советы и замечания, которые в большой ;тепени способствовали улучшению материала.

Авторы будут благодарны всем читателям, которые сочтут возможным прислать свои замечания и пожелания по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат. Авторы --4--.

Список сокращений, символических имен и аббревиатур

ВХПР

ВЫХПЕР

ОЗУ ОРПП

Порт BUS

ПРОГ

РВПП

РРТС

РУПП

РУСТ

САВП

УАПП

1. Русская нотация

- гфифметическо-логическое устройство

- большая интегральная схема

- выбор корпуса (см. СЕ, анш.)

- внешняя память данных

- внешняя память программ

- вход приемника У/ШП (см. RXD)

- выход передатчика УАПП (см. TXD1

- управляющий сигнал записи (см. WR)

- запрос прерывания (см. INT)

- код операции (поле в теле команды)

- микроконтролперы серии 1816: KMlgl6BE4g и КМ1816ВЕ51 Для краткости: МК48 и МК51

- оперативное запоминах gt;щее устройство (см. RAM) управляющий сигнал отключения резидентной памяте программ см. ЕА, анш J

- порт-расшнрнтель МК48 (См. ПВЛ)

- память программ

управляющий сигнал для программирования РПП (см. PROG)

- регистр адреса (см. RAR)

- БИС расширителя ввода/вывода

управляющий сипсал разрешения внеишей памяти программ

(см. PSEN) *

регистр команд (см. 1R)

регистр маски прерываний (см. IE)

регистр приоритетов (см. IP)

резидентная память данных

резидентная память программ

регистр режима таймера/счетчика (см. TMOD)

регистры специальных функций (PSW, TMOD. TCON SCON

PCON. IE. IP)

регистр-указатель данных (см. DPTR)

регистр управления мощностью (см. PCONJ

регистр управления последовательного порта (см. SCON)

регистр-указатель стека (см. SP)

регистр управления/состояния таймера (см. TCON)

управляющий сигнал crpotta адреса внешней памяти (см. ALE)

управляющий сигнал сбросе (см. RST)

счетчик команд (см. РС, англ.)

слово состояния программы (см. PSW)

стробирующий сигнал (см. STB)

таймер/счетчик событий (см. TCNT)

универсальный асинхронный приемопередатчик (поетедоватепы ный порт MKS1)

ЧТ - управляющий сигнал чтения (см. RD)

ШАГ - управляющий сигнал пошагового (покомандного) режима работы

(см. SS)

2. Английская нотация

А - регистр-аккумулятор

АС - вспомогательный перенос (Auxiliary Carry flag in PSW)

ACC - символическое нмя регистра A

ad - прямой 8-битный адрес байта РПД (0-12 7), порта или РСФ

add - прямой 8-битный адрес назначения

ads - прямой 8-битный адрес источника

adll - прямой 11- amp;1тныи адрес передачи управления

adl6 - прямой 16- amp;1тный адрес Передачи управления

ad 16h - старший байт прямого 16- amp;1тного адреса

adiei - младший байт прямого 16-битного адреса

ALE - Address Latch Enable (см. САВП)

В - регистр-расширитель аккумулятора

ВЬ - обобщенное имя amp;1та в аккумуляторе (6 = 0-7) МК 48

ЬЬЬ - 3-битное поле в КОП (МК48), специфицирующее бит аккуму-

лятора

bit - прямой 8-битньт адрес бита (MKS1)

BS - переключатель банка регистров в МК48 (Bank Switch)

BUS - порт-расширитель МК48

С - флаг переноса

СЕ (CS) - Chip Enable (Chip Select) (см. ВК, рус.)

CLK - синхросигнал (Clock)

СД - управляющий бит выбора режима таймера/счетчика (Timer от

Counter selector in TMOD) X = 0 -i- 7 (см. Порт BUS)

DPH - Data Pointer High (старший байт РУД)

DPL - Data Pointer Low (младший байт РУД)

DPTR - Data Pointer (см. РУД)

EA - управляющий бит снятия блокировки всех прерываний (Enable

All eontiol bit in IE)

EA/VPP - External Address/Voltage Power Programming (см. ОРПП)

EPROM - Erasable Programmable Read Only Memory (см. РПП)

ES - управляющий бит разрешения прерывания от УАПП (Enable

Serial port control bit in IE) ET - управляющий бит разрешения прерывания от таймера (Enable

Timer control bit in IE) EX - управляющий бит разрешения внешнего прерывания (Enable

External interrupt control bit in IE) FO.Fl - флаги, специфицируемые пользователем

GATE - бит управления блокировкой Т/С (Gating control bit in TMOD)

GFO, GFl - флаги пользователя (General Flags in PCON) в MKS1 i - бит в КОП, определяющий регистр косвенного адреса: i = 0,1

(RO, RI)

IDL - управляющий бит холостого хода (Idle mode in PCON)

IE - 1) Interrupt Enable register (см. РМП)

2) флаг внешнего прерывания, установлеяный по стду с сигнала ЗПР (Interrupt Edge Пав in TCON)

IP INT IR IT

MO, Ml

ov p

PCON PD Pp PP

PROG PS

PSEN

PX.Y

RI Ri Rn rrr

RST/VPD

SCON

SMO.SMl.

SMOD

SXPY

SP SS STB

Interrupt Iriority control register (см. РПП)

Interrupt (cm. ЗПР)

Instruction Register (см. РК, рус.)

управляющий бит выбора типа (уровень/спаа) сигнала ЗПР (Interrupt Туре control bit in TCON)

управляющие биты выбора режима работы Т/С (Operating Mode in TMOD)

флаг переполнения (Overflow flag in PSW) флаг паритета (Parity flag in PSW) Program Counter (см. (Ж, рус) Power Control register (см. РУМ)

ftft управления мощностыо потребления (Power Done in PCON) обобщенное нмя порта ввода/вывода в MK4g (р = 1,2 или 4-7) 2-битное поле в коде операции, определяющее порт МК48: 00-Р4: 01-Р5,Р1; 10-Р6,Р2; 11 - Р7 Programming EPROM (см. ИТОГ)

управляющий бит приоритета УАПП (Serial port Priority control bit in IP)

Program Store Enable (см. РВПП) Program Status Word (см. ССП)

управляющий бит приоритета таймера (Timer Priority control bit in IP)

управляющий бит приоритета внешнего прерьгаания (External

interrupt Priority control bit in IP)

символическое имя бита Y порта X; Y = О -г 7

дпяМК48:Х = 1,2,BUS

дляМК51:Х = 0. 1,2,3

Random Access Memory (см. ОЗУ)

RAM Address Register (см. PA, рус.)

девятый (bit 8) принятый бит (Receive Bit 8 in SCON)

Read (см. ЧТ)

8-битный относительный адрес передачи управления (-127 4-+128) BMKSI

управляющий бит разрешения приема в УАПП (Receiver Enable control bit in SCON)

флаг прерьшання от приемника (Received Interrupt flag in SCON) обобщенное имя регистра косвенного адреса (RO или R1) обобщенное имя рабочего регистра (п= О-г 7) 3-битное поле в коде операции, определяющее регистр общего назначения (R0-R7)

управляющий бит выбора банка регистров (Register bank Select in PSW) Reset (cm. СБР)

Reset/Voltage Power Done (см. СБР) Receive Data pin (см. ВХПР)

состояние устройства управления MKS 1, n = 1 -гб (State) Serial port Control/status register (см. РУПП)

управл1п0щие биты режима работы УАПП (Serial port Mode control bits in SCON)

управляющий бит двойной скорости передачи (Double Baud rate in PCON)

пояснения на временных диаграммах н схемах, привязывающие сигналы к состояниям S устройства управления и фазам Р синхросигналов (X = 1 6; Y = 1,2) для МК51 Stack Pointer (см. РУС) Single Step (см. ШАГ) Strobe (см. СТБ)