El Microcontrolador 8051 es un microcontrolador básico diseñado para la tecnología de sistemas integrados. Intel desarrolló este controlador en los años 80. Viene con una arquitectura de Harvard. La tecnología de NMOS se usó para desarrollarlo. Esta tecnología funciona con más potencia. Por ello, se rediseñó con tecnología CMOS. La letra C se introdujo en las versiones más recientes. Por ejemplo 8051 es un controlador de 8 bits.
Las versiones actualizadas de este microcontrolador operan a una menor potencia que las versiones anteriores. Este controlador cuenta con dos espacios de memoria de tamaño 64Kx8 y dos buses para unidades de datos y programas. Además, cuenta con unidades de acumulador de 8 bits y una unidad de procesamiento de 8 bits. Continúa leyendo para comprender toda la arquitectura de este controlador.
En este artículo
Parte 1. Introducción del diagrama de bloques del microcontrolador 8051
El diagrama de bloques del microcontrolador 8051 expresa el funcionamiento interno de las operaciones lógicas y la segmentación de la memoria. Todos los componentes están integrados en un solo chip. A continuación, te mostraremos una lista de los componentes del controlador 8051. Echemos un vistazo.
1. Unidad de procesamiento central (CPU)
Este componente controla todas las operaciones del controladores, razón por la cual se le llama el cerebro del controlador. Los elementos integrados de la unidad de procesamiento central son los siguientes:
- ALU: Es una forma abreviada de Arithmetic Logic Unit (Unidad aritmética lógica). Este elemento realiza todas las operaciones matemáticas, como división, multiplicación, resta y suma. Además, también puede realizar operaciones lógicas, incluyendo NAND, NOT, AND, XOR y OR.
- Contador de programas: Una dirección de datos de 16 bits se guarda en el contador de programas. También realiza un seguimiento de la secuencia del programa.
- Puntero del stack: Es básicamente un elemento variable que guarda otra dirección variable. Puede guardar direcciones de hasta 8 bits donde los datos se guardaron por última vez.
- Acumulador: Es un registro de 8 bits. Realiza la acción de almacenamiento automático de todas las operaciones matemáticas dentro del controlador.
- Registros: Estos son conocidos comúnmente como unidades de almacenamiento. Los registros que se usan principalmente en el microcontrolador 8051 son registros de propósito general. Este controlador consiste de 34 registros de propósito general en total. Dos de todos los registros (A y B) se encargan del núcleo matemático del controlador, mientras que los otros 32 registros son parte del RAM interno.
- Cronometraje y control: Realiza operaciones internas con control de flujo de datos y frecuencia de señal de reloj del microcontrolador 8051.
2. Circuito oscilador
Este componente del microcontrolador 8051 genera impulsos de reloj para realizar las operaciones del controlador. Por ello, también se llama un generador de reloj. El circuito de oscilador incluye un resonador de frecuencia y diversos componentes eléctricos. El resonador de frecuencia decide la frecuencia de impulso del reloj y la velocidad de funcionamiento.
3. ROM y RAM
Como todos los microcontroladores, el 8051 viene con cierta memoria para guardar códigos y datos de programación. Esta memoria suele denominarse chip de memoria. Por lo general, una memoria se divide en dos tipos: RAM y ROM, como vemos a continuación.
- RAM: Es una abreviatura de Memoria de acceso aleatorio. Es responsable de guardar datos, por lo que recibe el nombre de memoria de datos en chip.
- ROM: La palabra “ROM” significa Memoria de solo lectura. Su responsabilidad principal es guardar las instrucciones del programa. La ROM puede leer el programa cuando un controlador está operando o realizando sus funciones.
4. Temporizadores y contadores
Dos temporizadores y contadores de 16 bits (o 2 bytes) están equipados con un microcontrolador 8051. Los contadores se dividen a su vez en un registrador de 8 bits. Se usan para calcular el número de eventos, como el recuento de impulsos, las mediciones de frecuencia, la medición de la anchura de los impulsos y más. Además, los temporizadores y contadores también se usan para determinar el periodo de tiempo.
5. Circuitos lógicos de interrupción
Este circuito lógico detecta las interrupciones en un microcontrolador 8051. Consiste de registros de prioridad de interrupción, registros de habilitación de interrupción y otros elementos.
6. Puertos de E/S serial y paralelo
El controlador 8051 tiene 4 puertos E/S para conectar con los dispositivos externos. Como un controlador se usa para controlar diferentes operaciones de la máquina, los puertos E/S se necesitan para transferir los datos.
Parte 2. Diagrama de pines
Como puedes ver en la imagen de abajo, existen 40 pines en total para el microcontrolador 8051. Algunos de ellos realizan funciones individuales por separado, mientras que otros se usan en grupos para realizar una tarea específica dentro del controlador. Veamos a detalle.
| Pin | Función |
|---|---|
| 1 a 8 | Estos pines se combinan para crear el Puerto 1. Este es un puerto E/S bidireccional. |
| 9 | Este pin pone el controlador en el valor primario, por lo que se conoce como pin de Reset. |
| 10 a 17 | El puerto 3 se forma con estos ocho pines. Este puerto se usa para varias funciones, como interrupciones, entrada de temporizador e indicadores de comunicación serial para la transferencia y recepción de los datos. El puerto 3 también se conoce como puerto pull-up doméstico. |
| 18 a 19 | Estos dos pines se usan para interconectar el reloj del sistema dado con el oscilador de cristal externo. |
| 20 | También se denomina Vss. Este pin simboliza 0V o tensión a tierra del controlador 8051. |
| 21 a 28 | El puerto 2 se forma con estos ocho pines. Este puerto se usa como un puerto E/S. Multiplexa el bus de direcciones de orden superior. |
| 29 | Este es PSEN o Program Store Enable (Habilitador de lectura para memoria de programas externos). Con este pin del controlador se puede interpretar el signo de la memoria de programa exterior. |
| 30 | Pertenece a EA o External Access (Acceso externo). Se usa para prohibir o permitir la interconexión de la memoria externa. Este pin está vinculado a la tensión de alimentación para ponerlo alto. |
| 31 | Pertenece a ALE o Address Latch Enable (Habilitador del latch de direcciones). Se usa para demultiplexar la indicación de datos de dirección del Puerto 0 para la interconexión con la memoria externa. |
| 32 a 39 | Estos ocho pines se combinan para formar el Puerto 0 del controlador. Este es un puerto de E/S bidireccional que multiplexa las señales del bus de datos y las direcciones de orden inferior. Para usar este puerto, se necesitan resistencias pull-up conectadas al exterior. |
| 40 | Con este pin, puedes proporcionar a tu circuito la fuente de alimentación. |
Parte 3. Funciones principales del Microcontrolador 8051
Las posibles funciones que hacen que este controlador sobresalga en el mercado son las siguientes:
- La memoria de datos es una RAM en chip de 128 bytes.
- La memoria del programa es una ROM en chip de 4096 bytes.
- Este controlador cuenta con una línea de entrada/salida de 32 bits que está dispuesta como cuatro unidades de 8 bits.
- Cuenta con temporizadores y contadores de 16 bits.
- El ciclo de intrusión del microcontrolador 8051 es solo un microsegundo. Esto se debe al cristal de 12MHz.
- Lleva 12 banderas definidas por el usuario.
- Cuatro bancos de registro de 8 bits cada uno están disponibles en el controlador. Tiene capacidad de direccionamiento directo de bits y bytes.
- Tiene una estructura de interrupción priorizada de dos niveles.
- Este controlador consta de funciones de cálculo de paridad, un puerto serial programable de alta velocidad y múltiples modos.
- Cuenta con tres interruptores internos y dos externos.
- Un bus de dirección unidireccional de 16 bits.
- Un bus de datos bidireccional de 8 bits.
Parte 4. Aplicaciones del microcontrolador 8051
Este controlador ofrece un amplia variedad de aplicaciones en diferentes áreas. Tres de las áreas más comunes donde se usa el microcontrolador 8051 son las siguientes:
1. Aplicaciones de medida
Esta área incluye usar el microcontrolador 8051 para objetos de medición de corriente, aplicaciones de voltímetro, sistemas portátiles de medición y objetos de medición y giro.
2. Aplicaciones en la vida cotidiana
Abarca el uso del controlador en aplicaciones de automóviles, dispositivos de detección y control de temperatura, aplicaciones de defensa, dispositivos de detección de incendios y seguridad, y herramientas de detección de luz.
3. Aplicaciones industriales
Este controlador se usa en dispositivos de control de procesos y dispositivos de instrumentación al nivel industrial.
Otras aplicaciones de este controlador son la gestión energética, las pantallas táctiles, los dispositivos médicos, la robótica, la teledetección, los electrodomésticos, las aplicaciones de consumo, y la lista continúa.
Comentario final
El microcontrolador 8051, un sistema de computadora de un solo chip, usa un circuito integrado para combinar las funcionalidades de la memoria, el microprocesador y los diferentes dispositivos periféricos. Con esta integración, el controlador proporciona una solución eficaz para gestionar y controlar varios sistemas electrónicos. Puedes comprender la arquitectura completa del microcontrolador 8051 con su diagrama de bloques.
El diagrama de bloques muestra todos los componentes, incluyendo pero no limitándose a CPU, memoria, control de bus, control de interrupciones, temporizadores y contadores. En el análisis anterior, se presentó el diagrama de bloques del microcontrolador 8051, junto con una descripción breve de todos los componentes y los elementos para comprender mejor la arquitectura.
Además, el diagrama de pines de este controlador también es parte del análisis anterior. Muestra cómo diferentes pines se dividen en diferentes categorías. Algunos se usan individualmente, mientras que otros se combinan para formar un puerto. Las aplicaciones y las funciones reales del controlador también se presentan arriba.
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