Il microcontrollore 8051 è un microcontrollore di base progettato per la tecnologia dei sistemi embedded. Intel ha sviluppato questo controller negli anni '80. È arrivato con un'architettura Harvard. Per svilupparlo è stata utilizzata la tecnologia NMOS. Questa tecnologia funziona a una potenza maggiore. Pertanto, è stato riprogettato con la tecnologia CMOS. La lettera C è stata introdotta nelle versioni successive. Ad esempio, 8051 è un controller a 8 bit.
Le versioni aggiornate di questo microcontrollore operano a una potenza inferiore rispetto alle versioni precedenti. Questo controller ha due spazi di memoria di dimensioni 64Kx8 e due bus per unità dati e programmi. Inoltre, ha unità accumulatore a 8 bit e un'unità di elaborazione a 8 bit. Leggi di più per comprendere l'architettura completa di questo controller.
In questo articolo
Parte 1. Comprensione dello schema a blocchi del microcontrollore 8051
Lo schema a blocchi del microcontrollore 8051 esprime il funzionamento interno delle operazioni logiche e della segmentazione della memoria. Tutti i componenti sono costruiti in un singolo chip. Di seguito è riportato un elenco dei componenti del controller 8051. Diamo un'occhiata.
1. Unità di elaborazione centrale (CPU)
Questo componente controlla ogni singola operazione del controller, motivo per cui è comunemente chiamato il cervello del controller. Gli elementi integrati dell'unità di elaborazione centrale sono i seguenti:
- ALU: è una forma abbreviata di Arithmetic Logic Unit. Questo elemento esegue tutte le operazioni matematiche, come divisione, moltiplicazione, sottrazione e addizione. Inoltre, può anche eseguire operazioni logiche, tra cui NAND, NOT, AND, XOR e OR.
- Program Counter: un indirizzo dati a 16 bit è memorizzato nel program counter. Tiene anche traccia della sequenza del programma.
- Stack Pointer: è fondamentalmente un elemento variabile che memorizza l'indirizzo di un'altra variabile. Può memorizzare indirizzi fino a 8 bit in cui i dati sono stati memorizzati l'ultima volta.
- Accumulatore: è un registro a 8 bit. Esegue l'azione di memorizzazione automatica di tutte le operazioni matematiche all'interno del controller.
- Registri: sono comunemente noti come unità di memorizzazione. I registri che sono principalmente utilizzati nel microcontrollore 8051 sono registri di uso generale. Questo controller è composto da 34 registri di uso generale in totale. Due di tutti i registri, A e B, si occupano del nucleo matematico del controller, mentre gli altri 32 registri fanno parte della RAM interna.
- Temporizzazione e controllo: esegue operazioni interne con controllo del flusso di dati e frequenza del segnale di clock del microcontrollore 8051.
2. Circuito oscillatore
Questo componente del microcontrollore 8051 genera impulsi di clock per eseguire le operazioni del controller. Pertanto, è anche chiamato generatore di clock. Il circuito oscillatore è dotato di un risonatore di frequenza e di una varietà di componenti elettrici. Il risonatore di frequenza decide la frequenza dell'impulso di clock e la velocità di funzionamento.
3. ROM e RAM
Come tutti i microcontrollori, l'8051 è dotato di una certa memoria per memorizzare codice di programmazione e dati. Questa memoria è spesso chiamata chip di memoria. In genere, la memoria è divisa in due tipi: RAM e ROM, come discusso di seguito.
- RAM: è l'abbreviazione di Random Access Memory. È responsabile dell'archiviazione dei dati, motivo per cui è chiamata memoria dati chip.
- ROM: La parola "ROM" sta per Read Only Memory. La sua responsabilità principale è quella di memorizzare le istruzioni del programma. La ROM può leggere il programma quando un controller è in funzione o esegue le sue funzioni.
4. Timer e contatori
Due timer e contatori a 16 bit (o 2 byte) sono dotati di un microcontrollore 8051. I contatori sono ulteriormente suddivisi in un registro a 8 bit. Sono utilizzati per calcolare il numero di eventi, come conteggio degli impulsi, misurazioni della frequenza, misurazione della larghezza degli impulsi e altro. Inoltre, i timer e i contatori sono utilizzati anche per determinare il periodo di tempo.
5. Circuito logico di interruzione
Questo circuito logico rileva gli interrupt in un microcontrollore 8051. È costituito da registri di priorità degli interrupt, registri di abilitazione degli interrupt e diversi altri elementi.
6. Porte I/O seriali e parallele
Il controller 8051 ha 4 porte I/O per connettersi a dispositivi esterni. Poiché un controller viene utilizzato per controllare diverse operazioni della macchina, sono necessarie porte I/O per trasferire i dati.
Parte 2. Diagramma dei pin
Come puoi vedere nell'immagine qui sotto, ci sono 40 pin in totale per il microcontrollore 8051. Alcuni di essi svolgono funzioni individuali separate, mentre altri sono utilizzati in gruppi per eseguire un determinato compito all'interno del controller. Entriamo più nello specifico.
| Pin | Funzione |
|---|---|
| Da 1 a 8 | Questi pin si combinano per formare la Porta 1. Questa è una porta I/O bidirezionale. |
| 9 | Questo pin imposta il controller sul valore primario; per questo motivo è noto come pin di reset. |
| Da 10 a 17 | La porta 3 è formata da questi otto pin. Questa porta è utilizzata per varie funzioni, come interrupt, input timer e indicatori di comunicazione seriale per il trasferimento e la ricezione dei dati. La porta 3 è anche nota come porta pull-up domestica. |
| 18 e 19 | Questi due pin vengono utilizzati per interfacciare il clock di sistema specificato con l'oscillatore a cristallo esterno. |
| 20 | È indicato come Vss. Questo pin simboleggia 0V o tensione di terra del controller 8051. |
| 21 a 28 | La porta 2 è formata da questi otto pin. Questa porta è usata come porta I/O. Multiplexa il bus di indirizzo dell'ordine senior. |
| 29 | È PSEN o Program Store Enable. Puoi interpretare il segnale dalla memoria di programma esterna con questo pin del controller. |
| 30 | Appartiene a EA o External Access. Viene utilizzato per proibire o consentire l'interfacciamento della memoria esterna. Questo pin è collegato alla tensione di alimentazione per impostarla su alta. |
| 31 | Appartiene ad ALE o Address Latch Enable. Viene utilizzato per demultiplexare l'indicazione dei dati dell'indirizzo della Porta 0 per l'interfaccia con la memoria esterna. |
| Da 32 a 39 | Questi otto pin si combinano per formare la Porta 0 del controller. Questa è una porta I/O bidirezionale che multiplexa i segnali del bus dati e gli indirizzi di ordine inferiore. Per utilizzare questa porta, hai bisogno di resistori pull-up collegati esternamente. |
| 40 | Con questo pin puoi fornire alimentazione al tuo circuito. |
Parte 3. Caratteristiche principali del microcontrollore 8051
Le potenziali caratteristiche che distinguono questo controller sul mercato sono le seguenti:
- La memoria dati è di 128 byte di RAM on-chip.
- La memoria del programma è di 4096 byte ROM on-chip.
- Questo controller è dotato di una linea di input/output a 32 bit disposta come quattro unità a 8 bit.
- Dispone di timer e contatori a 16 bit.
- Il ciclo di intrusione del microcontrollore 8051 è di un solo microsecondo. È dovuto al cristallo da 12 MHz.
- Contiene 12 flag definiti dall'utente.
- Nel controller sono disponibili quattro banchi di registri da 8 bit ciascuno. Ha una capacità di indirizzamento diretto di bit e byte.
- Ha una struttura di interrupt prioritaria a due livelli.
- Questo controller è dotato di funzionalità di calcolo della parità, una porta seriale programmabile ad alta velocità e molteplici modalità.
- Dispone di tre interrupt interni e due esterni.
- Un bus di indirizzi unidirezionale a 16 bit.
- Un bus dati bidirezionale a 8 bit.
Parte 4. Applicazioni del microcontrollore 8051
Questo controller offre un'ampia gamma di applicazioni in diverse aree. Tre delle aree più comuni in cui viene utilizzato il microcontrollore 8051 sono le seguenti:
1. Applicazioni di misurazione
Quest'area comprende l'uso del microcontrollore 8051 per oggetti misuratori di corrente, applicazioni di voltmetri, sistemi di misurazione portatili e oggetti di misurazione e rotazione.
2. Applicazioni nella vita quotidiana
Copre l'uso del controller in applicazioni automobilistiche, dispositivi di rilevamento e controllo della temperatura, applicazioni di difesa, dispositivi di rilevamento incendi e di sicurezza e strumenti di rilevamento della luce.
3. Applicazioni industriali
Questo controllore viene utilizzato nei dispositivi di controllo dei processi e nei dispositivi di strumentazione a livello industriale.
Altri campi di applicazione di questo controller includono la gestione dell'energia, i touch screen, i dispositivi medici, la robotica, il telerilevamento, gli elettrodomestici, le applicazioni di consumo e l'elenco potrebbe continuare.
Nota finale
Il microcontrollore 8051, un sistema informatico a chip singolo, utilizza un singolo circuito integrato per combinare le funzionalità di memoria, microprocessore e diversi dispositivi periferici. Con questa integrazione, il controller fornisce una soluzione efficace per la gestione e il controllo di vari sistemi elettronici. È possibile comprendere l'architettura completa del microcontrollore 8051 con il suo diagramma a blocchi.
Lo schema a blocchi mostra tutti i componenti, inclusi ma non limitati a CPU, memoria, controllo bus, controllo interrupt, timer e contatori. Nella discussione precedente, viene presentato lo schema a blocchi del microcontrollore 8051, insieme a una breve descrizione di tutti i componenti e gli elementi per comprendere meglio l'architettura.
Inoltre, il diagramma dei pin di questo controller fa anche parte della discussione di cui sopra. Mostra come i diversi pin sono divisi in diverse categorie. Alcuni sono usati individualmente, mentre altri si combinano per formare una singola porta. Applicazioni e caratteristiche reali del controller sono anche presentate sopra.
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