Архитектура однокристального микроконтроллера

Память программ

В зависимости от модификации, различные типы БИС МК-51 имеют разное распределение внутренней и внешней памяти программ (см.табл. 14.1)), оставляя неизменной максимально допустимую общую емкость в 64 Кбайт. Память программ адресуется с помощью 16-разрядной адресной шины с использованием счетчика команд (program counter -PC), который вырабатывает 16-разрядные адреса. Она имеет байтовую организацию и доступна только для чтения.

Обращение к внутренней или внешней памяти программ происходит автоматически с применением аппаратных средств МК. При этом в зависимости от состояния управляющего входа DEMA микроконтроллера вся память трактуется либо как только внешняя (при DEMA = 0), либо как внутренняя, занимающая младшие адреса адресного пространства, и внешняя, занимающая адреса от старшего адреса внутренней памяти 8000h до максимально допустимого FFFFh. С точки зрения программиста имеется только один массив памяти программ емкостью 64 Кбайт.

По сигналу сброса, поступающему на вход Reset, в микроконтроллере выполняются следующие действия:

1. Устанавливаются в ноль программный счетчик PC и все регистры специальных функций, кроме защелок портов P0-P3, указателя стека SP и регистра SBuf последовательного порта, что приводит к:

   • запрету всех прерываний;
   • остановке работы таймеров-счетчиков и последовательного порта;
   • выбору Банка 0 регистров;
   • началу работы любой программы с адреса 0 (программный счетчик РС = 0).
2. Указатель стека (SP) устанавливается в состояние SP = 07. SP указывает на верхнюю занятую ячейку стека. При обращении к стеку на запись сначала значение SP увеличивается на 1, а затем производится запись во внутреннюю память данных по адресу, хранящемуся в SP. Считывание из стека производится по адресу, хранящемуся в SP, после чего значение SP уменьшается на 1. Таким образом, стек располагается в начальный момент начиная с адреса 8. Его положение в памяти можно переопределить, записав в SP другое число.
3. Защелки всех линий портов P0-P3 устанавливаются в 1, настраивая их на ввод информации.
4. В регистр SBuf последовательного порта и в ОЗУ записываются случайные значения.

Система команд

Микроконтроллер имеет достаточно простую систему из 111 команд, допускающую только следующие режимы адресации:

• прямая к памяти данных (память данных или регистры специальных функций);
• косвенная к памяти данных (допустима только с использованием регистров R0 и R1 рабочего банка регистров);
• прямая к регистрам;
• непосредственная;
• прямая к битам (в битовой памяти или в регистрах специальных функций, адреса которых кратны восьми, то есть заканчиваются на 000b).

Система команд микроконтроллера МК-51 приведена в табл. 14.3.

Спецификой данной системы команд является отсутствие ортогональности, иными словами, операции, которые можно проводить с некоторыми регистрами и режимами адресации, не всегда допустимы с другими регистрами и режимами адресации. Наглядным примером этому служит то, что косвенная адресация возможна с использованием только регистров R0 и R1. Также часть команд можно выполнять только через специальный регистр-аккумулятор. Поэтому при программировании следует обращать особое внимание на то, с какими регистрами и режимами адресации может работать та или иная команда.

Таблица 14.3. Система команд микроконтроллера МК-51

Мнемоника	Режимы адресации	Время выполнения,такт	Действие
Арифметические инструкции
ADD,A,byte	Dir,Ind,Reg,Imm	1	A=A+byte
ADDC A,byte	Dir,Ind,Reg,Imm	1	A=A+byte+C
DA A	Аккумулятор	1	Десятичная коррекция
DEC A	Аккумулятор	1	A=A-1
DEC byte	Dir,Ind,Reg	1	byte=byte-1
DIV AB	Аккумулятор и B	4	A=[A/B],B=mod(A/B)
INC A	Аккумулятор	1	A=A+1
INC byte	Dir,Ind,Reg	1	byte=byte+1
INC DPTR	DPTR	2	DPTR=DPTR+!
MUL AB	Аккумулятор и B	4	B,A=B*A
SUBC A,byte	Dir,Ind,Reg,Imm	1	A=A-byte-C
Логические инструкции
ANL A,byte	Dir,Ind,Reg,Imm	1	A=A&byte
ANL byte,A	Dir	1	byte= byte&A
ANL byte,#data	Dir	2	byte= byte&#data
CLR A	Аккумулятор	1	A=00h
CPL A	Аккумулятор	1	A=^(A)
ORL A,byte	Dir,Ind,Reg,Imm	1	A=A v byte
ORL byte,A	Dir	1	byte=byte v A
ORL byte,#data	Dir	2	byte=byte v # data
RL A	Аккумулятор	1	A=(A)ЦСЛ на 1бит
RLC A	Аккумулятор	1	A=(A)ЦСЛ на 1бит через С
RR A	Аккумулятор	1	A=(A)ЦСП на 1бит
RRC A	Аккумулятор	1	A=(A)ЦСП на 1бит через С
A=(A)ЦСП на 1бит через С	Аккумулятор	1	A(7...4) <=> A(3...0)
XRL A,byte	Dir,Ind,Reg,Imm	1
XRL byte,A	Dir	1
XRL byte,#data	Dir	2
Инструкции передачи данных во внутренней памяти данных
MOV A,src	Dir,Ind,Reg,Imm	1	A=src
MOV dest, A	Dir,Ind,Reg	1	dest=A
MOV dest, src	Dir,Ind,Reg,Imm	1	dest=src
MOV DPTR,#data	Imm	2	DPTR=data
PUSH src	Dir	2	SP=SP+1; @SP=src
POP dest	Dir	2	dest=@SP; SP=SP-1
XCH A,byte	Dir,Ind,Reg	1	A <=> byte
XCHD A,@Ri	Ind	1	A <=> @Ri
Инструкции передачи данных,использующие внешнюю память данных
MOVX A,@Ri		2	A=@Ri
MOVX @Ri,A		2	@Ri=A
MOVX A,@DPTR		2	A=@DPTR
MOVX @DPTR,A		2	@DPTR=A
Инструкции передачи данных, использующие память программ
MOVC A,@A+DPTR		2	A=@(A+DPTR)
MOVC A,@A+PC		2	A=@(A+PC)
Булевы инструкции
ANL C,bit	bit	2	C=C & bit
ANL C,/bit	bit	2	C=C & ^bit
CLR C	Битовый aккумулятор	1	C=0
CLR bit	bit	1	bit=0
CPL C	Битовый aккумулятор	1	C=^C
CPR bit	bit	1	bit=^bit
JC rel		2	Переход,если С=1
JNC rel		2	Переход,если С=0
JB bit,rel	bit	2	Переход,если bit=1