Der Mikrocontroller 8051 ist ein einfacher Mikrocontroller, der für die Technologie eingebetteter Systeme entwickelt wurde. Intel hat diesen Controller in den 1980er Jahren entwickelt. Er wurde mit einer Harvard-Architektur geliefert. Für seine Entwicklung wurde die NMOS-Technologie verwendet. Diese Technologie arbeitet mit mehr Leistung. Deshalb wurde er mit CMOS-Technologie neu entwickelt. Der Buchstabe C wurde in den späteren Versionen eingeführt. Der 8051 ist zum Beispiel ein 8-Bit-Controller.
Die aktualisierten Versionen dieses Mikrocontrollers arbeiten mit einem geringeren Stromverbrauch als die älteren Versionen. Dieser Controller verfügt über zwei Speicherplätze der Größe 64kx8 und zwei Busse für Dateneinheiten und Programme. Außerdem verfügt er über 8-Bit-Akkumulatoreinheiten und eine 8-Bit-Verarbeitungseinheit. Lesen Sie weiter, um die komplette Architektur dieses Controllers zu verstehen.
In diesem Artikel
Teil 1. Das Blockdiagramm des 8051 Mikrocontrollers verstehen
Das Blockdiagramm des 8051-Mikrocontrollers verdeutlicht die interne Funktionsweise der logischen Operationen und der Speichersegmentierung. Alle Komponenten sind in einem einzigen Chip untergebracht. Im Folgenden finden Sie eine Liste der Komponenten des 8051-Controllers. Schauen wir uns das mal an.
1. Central Processing Unit (CPU)
Diese Komponente steuert jeden einzelnen Vorgang des Controllers, weshalb sie gemeinhin als das Gehirn des Controllers bezeichnet wird. Die eingebauten Elemente der CPU sind folgende:
- ALU: Das ist die Kurzform von Arithmetic Logic Unit. Dieses Element führt alle mathematischen Operationen aus, wie Division, Multiplikation, Subtraktion und Addition. Darüber hinaus kann sie auch logische Operationen durchführen, einschließlich NAND, NOT, AND, XOR und OR.
- Programmzähler: Eine 16-Bit-Datenadresse wird im Programmzähler gespeichert. Außerdem wird der Programmablauf überwacht.
- Stack Pointer: Es handelt sich im Grunde um ein variables Element, das die Adresse einer anderen Variablen speichert. Er kann Adressen von bis zu 8 Bit speichern, an denen die Daten zuletzt gespeichert wurden.
- Akkumulator: Dies ist ein 8-Bit-Register. Er führt die automatische Speicherung aller mathematischen Operationen innerhalb des Controllers durch.
- Register: Diese sind allgemein als Speichereinheiten bekannt. Die Register, die im 8051 Mikrocontroller hauptsächlich verwendet werden, sind Allzweckregister. Dieser Controller besteht aus insgesamt 34 Allzweckregistern. Zwei der Register - A und B - befassen sich mit dem mathematischen Kern des Controllers, während die anderen 32 Register Teil des internen RAMs sind.
- Timing und Steuerung: Er führt interne Operationen mit der Datenflusskontrolle und der Taktsignalfrequenz des 8051-Mikrocontrollers durch.
2. Oszillator-Schaltung
Diese Komponente des 8051 Mikrocontrollers generiert Taktimpulse, um die Operationen des Controllers durchzuführen. Daher wird sie auch als Taktgeber bezeichnet. Die Oszillatorschaltung besteht aus einem Frequenzresonator und einer Vielzahl von elektrischen Komponenten. Der Frequenzresonator bestimmt die Frequenz des Taktes und die Funktionsgeschwindigkeit.
3. ROM & RAM
Wie alle Mikrocontroller verfügt auch der 8051 über einen bestimmten Speicher zum Speichern von Programmiercode und Daten. Dieser Speicher wird oft als Speicherchip bezeichnet. Im Allgemeinen wird der Speicher in zwei Typen unterteilt: RAM und ROM, wie unten beschrieben.
- RAM: Dies ist die Kurzform von Random Access Memory. Er ist für die Speicherung von Daten zuständig, weshalb er auch als Chip-Datenspeicher bezeichnet wird.
- ROM: Das Wort „ROM“ steht für Schreibgeschützter Speicher (Schreibgeschützt Memory). Seine Hauptaufgabe ist es, die Programmanweisungen zu speichern. ROM kann das Programm lesen, wenn ein Controller in Betrieb ist oder seine Funktionen ausführt.
4. Timer & Zähler
Zwei 16-Bit (oder 2-Byte) Timer und Zähler sind mit einem 8051 Mikrocontroller ausgestattet. Die Zähler sind weiter in ein 8-Bit-Register unterteilt. Sie werden zur Berechnung der Anzahl von Ereignissen verwendet, z.B. zur Impulszählung, Frequenzmessung, Impulsbreitenmessung und mehr. Darüber hinaus werden auch Timer und Zähler verwendet, um den Zeitraum zu bestimmen.
5. Unterbrechungslogik-Schaltkreis
Diese Logikschaltung erkennt Unterbrechungen in einem 8051-Mikrocontroller. ER besteht aus Unterbrechungsprioritätsregistern, Unterbrechungsaktivierungsregistern und mehreren anderen Elementen.
6. Serielle und parallele E/A-Anschlüsse
Der 8051-Controller verfügt über 4 E/A-Ports zur Verbindung mit externen Geräten. Da ein Controller zur Steuerung verschiedener Maschinenoperationen verwendet wird, sind E/A-Ports zur Übertragung der Daten erforderlich.
Teil 2. Pin Diagramm
Wie Sie auf dem Bild unten sehen können, gibt es insgesamt 40 Pins für den 8051 Mikrocontroller. Einige von ihnen erfüllen separate Einzelfunktionen, während andere in Gruppen verwendet werden, um eine bestimmte Aufgabe innerhalb des Controllers zu erfüllen. Lassen Sie uns die Details genauer betrachten.
| Pin | Funktion |
|---|---|
| 1 bis 8 | Diese Pins bilden zusammen den Port 1. Dies ist ein bidirektionaler E/A-Anschluss. |
| 9 | Dieser Pin setzt den Controller auf den Primärwert; er wird daher auch als Reset-Pin bezeichnet. |
| 10 bis 17 | Port 3 wird mit diesen acht Pins gebildet. Dieser Port wird für verschiedene Funktionen wie Unterbrechungen, Timer-Eingabe und serielle Kommunikationsanzeigen zum Übertragen und Empfangen von Daten verwendet. Port 3 ist auch als domestic pull-up port bekannt. |
| 18 und 19 | Diese beiden Pins werden verwendet, um die Oberfläche des Systemtaktes mit dem äußeren Quarzoszillator zu verbinden. |
| 20 | Er wird als Vss bezeichnet. Dieser Pin symbolisiert 0V oder die Massespannung des 8051-Controllers. |
| 21 bis 28 | Port 2 wird mit diesen acht Pins gebildet. Dieser Anschluss wird als E/A-Anschluss verwendet. Er multiplexiert den Adressbus höherer Ordnung. |
| 29 | Das ist PSEN oder ein Program Store Enable. Mit diesem Pin des Controllers können Sie das Zeichen aus dem äußeren Programmspeicher interpretieren. |
| 30 | Er gehört zu EA oder External Access. Er wird verwendet, um die Anbindung des äußeren Speichers zu verbieten oder zu erlauben. Dieser Pin ist mit der Versorgungsspannung verbunden, um ihn auf High zu setzen. |
| 31 | Er gehört zu ALE oder Address Latch Enable. Er dient zum Demultiplexen der Adressdaten von Port 0 für die Verbindung mit dem äußeren Speicher. |
| 32 bis 39 | Diese acht Pins bilden zusammen den Port 0 des Controllers. Dies ist ein bidirektionaler E/A-Anschluss, der Datenbussignale und Adressen niedrigerer Ordnung multiplexiert. Um diesen Port zu nutzen, benötigen Sie außen angeschlossene Pull-Up-Widerstände. |
| 40 | Mit diesem Pin können Sie Ihre Schaltung mit Strom versorgen. |
Teil 3. Wichtigste Funktionen des 8051 Mikrocontrollers
Mögliche Funktionen, die diesen Controller auf dem Markt auszeichnen, sind folgende:
- Der Datenspeicher ist 128 Byte On-Chip-RAM.
- Der Programmspeicher ist 4096 Byte On-Chip-ROM.
- Dieser Controller verfügt über eine 32-Bit-Eingangs-/Ausgangsleitung, die als vier 8-Bit-Einheiten angeordnet ist.
- Er verfügt über 16-Bit-Timer und -Zähler.
- Der Intrusionszyklus des 8051-Mikrocontrollers beträgt nur eine Mikrosekunde. Das liegt an dem 12MHz-Quarz.
- Er enthält 12 benutzerdefinierte Flags.
- Der Controller verfügt über vier Registerbänke mit je 8 Bit. Er verfügt über eine direkte Bit- und Byte-Adressierungsmöglichkeit.
- Er verfügt über eine zweistufige, priorisierte Unterbrechungsstruktur.
- Dieser Controller verfügt über Funktionen zur Paritätsberechnung, eine programmierbare serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle und mehrere Modi.
- Er verfügt über drei interne und zwei externe Unterbrechungen.
- Ein unidirektionaler 16-Bit-Adressbus.
- Ein bidirektionaler 8-Bit-Datenbus.
Teil 4. 8051 Mikrocontroller-Anwendungen
Dieser Controller bietet eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen. Drei der häufigsten Einsatzgebiete für den 8051-Mikrocontroller sind die folgenden:
1. Messanwendungen
Dieser Bereich umfasst die Verwendung des 8051-Mikrocontrollers für Strommessobjekte, Voltmeter-Anwendungen, tragbare Messsysteme und Mess- und Drehobjekte.
2. Anwendungen für das tägliche Leben
Er deckt den Einsatz des Controllers in Automobilanwendungen, Temperaturmess- und -regelgeräten, Verteidigungsanwendungen, Brandmelde- und Sicherheitsvorrichtungen und Lichtsensor-Tools ab.
3. Industrielle Anwendungen
Dieser Controller wird in Prozesssteuerungsgeräten und Messgeräten auf industrieller Ebene eingesetzt.
Weitere Anwendungen dieses Controllers sind Energiemanagement, Touchscreens, medizinische Geräte, Robotik, Remote-Sensorik, Haushaltsgeräte, Verbraucheranwendungen, und die Liste geht weiter.
Fazit
Der 8051 Mikrocontroller - ein Ein-Chip-Computersystem - verwendet einen einzigen integrierten Schaltkreis, um die Funktionen von Speicher, Mikroprozessor und verschiedenen Peripheriegeräten zu kombinieren. Mit dieser Integration bietet der Controller eine effektive Lösung für die Verwaltung und Steuerung verschiedener elektronischer Systeme. Anhand des Blockdiagramms können Sie die komplette Architektur des 8051-Mikrocontrollers verstehen.
Das Blockdiagramm zeigt alle Komponenten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf CPU, Speicher, Bussteuerung, Unterbrechungssteuerung, Timer und Zähler. In der obigen Erörterung wird das Blockdiagramm des 8051-Mikrocontrollers vorgestellt, zusammen mit einer kurzen Beschreibung aller Komponenten und Elemente, um die Architektur besser zu verstehen.
Außerdem ist das Pin-Diagramm dieses Controllers ebenfalls Teil der obigen Beschreibung. Sie zeigt, wie verschiedene Pins in verschiedene Kategorien eingeteilt werden. Einige werden einzeln verwendet, während andere zu einem einzigen Port kombiniert werden. Die praktischen Anwendungen und Funktionen des Controllers werden ebenfalls oben vorgestellt.
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