8051 mikrokontroler ostaje jedan od najpriznatijih i temeljnih ugrađenih kontrolera u digitalnoj elektronici. Ovaj članak će raspravljati o detaljima pinouta KSNUMKS mikrokontrolera, unutrašnjoj arhitekturi, objašnjenju blok dijagrama, specifikacijama, aplikacijama, poređenju sa KSNUMKS mikroprocesorima i još mnogo toga.
8051 Mikrokontroler Osnovni
KSNUMKS mikrokontroler je KSNUMKS-bitni ugrađeni sistemski kontroler koji je prvobitno razvio Intel koji integriše procesor, memoriju, ulazne / izlazne portove, tajmere i komunikacione interfejse u jedan čip. Dizajniran je za kontrolu elektronskih uređaja izvršavanjem programiranih instrukcija i direktnom interakcijom sa hardverskim komponentama. Za razliku od računarskog procesora opšte namene, 8051 je napravljen specijalno za namenske kontrolne zadatke kao što su senzori za čitanje, prikazi za vožnju, upravljanje motorima, rukovanje komunikacionim signalima i izvođenje vremenskih operacija. Njegova svrha je da služi kao "mozak" ugrađenih sistema, omogućavajući automatizovanu kontrolu i donošenje odluka u okviru kompaktnih, isplativih elektronskih dizajna.
8051 mikrokontroler pinout Detalji
| Pin br. | Ime pina | Tip | Opis |
|---|---|---|---|
| 1 – 8 | P1.0 – P1.7 | I / O Port (Port 1) | Opšte namene 8-bitni dvosmerni I / O port. Nema alternativnih funkcija u osnovnom 8051. |
| 9 | RST | Resetovanje | Aktivni ulaz visokog resetovanja. Visoki puls resetuje mikrokontroler. |
| 10 – 17 | P3.0 – P3.7 | I / O Port (Port 3) | Dual-function port. Uključuje RKSD, TKSD, INTKSNUMKS, INTKSNUMKS, TKSNUMKS, TKSNUMKS, VR, RD. |
| 18 | XTAL2 | Sat | Izlaz iz unutrašnjeg oscilatora pojačala. |
| 19 | XTAL1 | Sat | Ulaz u unutrašnji oscilator i sat generatora. |
| 20 | GND | Snaga | Ground reference (0V). |
| 21 – 28 | P2.0 – P2.7 | I / O / Adresa Autobus | Opšti I/O ili adresna magistrala visokog reda (A8–A15) kada se koristi spoljna memorija. |
| 29 | PSEN | Kontrola | Program Store Omogućiti. Koristi se za čitanje spoljne memorije programa. |
| 30 | ALE/PROG | Kontrola | Adresa Latch Enable. Razdvaja adresu / podatke u spoljnoj memoriji interfejsa. |
| 31 | EA / VPP | Kontrola | Eksterni pristup omogućiti. Bira internu ili eksternu programsku memoriju. |
| 32 – 39 | P0.0 – P0.7 | I / O / Adresa / Magistrala podataka | Multipleksirana adresa/magistrala podataka niskog reda (AD0–AD7) ili opšte namene I/O. |
| 40 | VCC | Snaga | + 5V ulaz za napajanje. |
Arhitektura 8051 mikrokontrolera
Ispod su osnovni arhitektonski blokovi 8051 i kako svaki od njih funkcioniše.
Centralna procesorska jedinica (CPU)
CPU je jezgro KSNUMKS mikrokontrolera i odgovoran je za izvršavanje instrukcija, izvođenje aritmetičkih i logičkih operacija i koordinaciju svih internih aktivnosti. To uključuje aritmetičku logičku jedinicu (ALU), akumulator, B registar, Program Status Vord (PSV), Program Counter (PC), Data Pointer (DPTR), i Stack Pointer (SP). CPU obrađuje KSNUMKS-bitne podatke i kontroliše dekodiranje instrukcija, tajming i protok podataka između memorije i perifernih uređaja. Svakom operacijom koju obavlja mikrokontroler upravlja se preko ove centralne procesorske jedinice.
Program Memorija (kod Memorija)
Programska memorija čuva instrukcije koje mikrokontroler izvršava. U klasičnom 8051, obično uključuje 4 KB internog ROM-a, koji zadržava sačuvane instrukcije čak i kada je napajanje uklonjeno. Arhitektura takođe omogućava proširenje do 64 KB eksterne programske memorije. Pošto KSNUMKS prati Harvard arhitekturu, programska memorija je odvojena od memorije podataka, obezbeđujući organizovano izvršavanje instrukcija i poboljšanu efikasnost.
Memorija podataka (RAM)
Memorija podataka se koristi za privremeno skladištenje tokom izvršavanja programa. Standardni 8051 uključuje 128 bajtova interne RAM-a, koji je podeljen na banke registra, bit-adresabilnu memoriju, RAM opšte namene i prostor za stek. Ova memorija čuva varijable, intermedijarne rezultate i operativne podatke dok program radi. Eksterna memorija podataka takođe može da se proširi do 64 KB ako je potrebno za veće aplikacije.
Ulaz / izlaz (I / O) portovi
8051 sadrži četiri 8-bitna paralelna I / O porta: Port 0, Port 1, Port 2, i Port 3. Ovi portovi omogućavaju mikrokontroleru da se direktno poveže sa spoljnim uređajima kao što su senzori, displeji, prekidači i motori. Neki portovi takođe imaju alternativne funkcije. Na primer, Port 0 i Port 2 mogu poslužiti kao adresa i sabirnice podataka za pristup spoljnoj memoriji, dok Port 3 pruža posebne funkcije kao što su serijska komunikacija i eksterni prekidi. Ovaj fleksibilan dizajn porta čini 8051 pogodan za različite aplikacije za povezivanje hardvera.
Tajmeri / brojači
8051 uključuje dva 16-bitna tajmera / brojača: Tajmer 0 i Tajmer 1. Ovi tajmeri se koriste za generisanje vremenskih kašnjenja, merenje vremenskih intervala, računanje spoljnih događaja i proizvodnju brzine prenosa za serijsku komunikaciju. Oni poboljšavaju efikasnost sistema rukovanjem vremenskim operacijama u hardveru, omogućavajući CPU-u da obavlja druge zadatke istovremeno.
Sistem kontrole prekida
Sistem prekida omogućava 8051 da privremeno pauzira svoj trenutni zadatak da odgovori na događaje višeg prioriteta. Mikrokontroler podržava pet izvora prekida, uključujući dva eksterna prekida, dva tajmera prekida i jedan serijski prekid komunikacije. Kada dođe do prekida, CPU automatski skače na unapred definisanu servisnu rutinu i nastavlja glavni program nakon završetka. Ova funkcija poboljšava odziv u aplikacijama u realnom vremenu.
Serijski komunikacioni interfejs
KSNUMKS uključuje ugrađeni full-dupleks UART (Univerzalni asinhroni prijemnik / predajnik) za serijsku komunikaciju podataka. Omogućava mikrokontroleru da prenosi i prima podatke putem namenskih TKSD i RKSD pinova. Ova funkcija se široko koristi za komunikaciju sa računarima, komunikacionim modulima i drugim mikrokontrolerima.
Oscilator i sat kolo
Oscilator kolo obezbeđuje sat signal potreban za izvršenje instrukcija i periferni rad. 8051 koristi spoljne kristalne veze preko KSTAL1 i KSTAL2 pinova za generisanje stabilnih impulsa sata. Ovi satni impulsi sinhronizuju sve unutrašnje operacije i određuju brzinu izvršenja instrukcija.
Unutrašnji sistem sabirnice
Interni sistem sabirnice povezuje CPU, memoriju i periferije unutar mikrokontrolera. Uključuje 8-bitnu magistralu podataka, 16-bitnu adresnu magistralu i kontrolne signale. Sabirnica podataka prenosi podatke, adresna magistrala bira memorijske lokacije, a kontrolne linije upravljaju operacijama čitanja / pisanja. Ova organizovana struktura sabirnice obezbeđuje nesmetanu komunikaciju između unutrašnjih komponenti.
Kako povezati LED sa 8051 mikrokontrolerom
Dijagram ispod prikazuje osnovni LED interfejs kolo sa 8051 mikrokontrolerom. Jedan od opšte namene I / O pinova (P1.0) se koristi za kontrolu LED preko struje-ograničava otpornik od 220Ω. Otpornik štiti LED od prekomerne struje i sprečava oštećenje i LED i mikrokontrolera pin. Kada je izlazni pin P1.0 podešen HIGH (logika 1), struja teče iz mikrokontrolera kroz otpornik i LED na zemlju, uzrokujući LED da svetli. Kada je pin postavljen na NISKO (logika 0), protok struje se zaustavlja i LED se isključuje. Ovo pokazuje jednostavnu kontrolu digitalnog izlaza pomoću 8051.
Kolo takođe uključuje osnovne prateće komponente za pravilan rad mikrokontrolera. Krug za resetovanje koji se sastoji od kondenzatora (10μF) i otpornika osigurava da se 8051 pravilno pokreće kada se uključi. Kristalni oscilator (11.0592 MHz) sa dva 33pF kondenzatora obezbeđuje taktni signal potreban za izvršenje instrukcija. Pull-up otpornici povezani sa portom KSNUMKS obezbeđuju stabilne logičke nivoe kada se koriste kao I / O linije. Zajedno, ove komponente formiraju kompletnu i funkcionalnu postavku LED interfejsa pomoću KSNUMKS mikrokontrolera.
Specifikacije 8051 mikrokontrolera
| Kategorija | Specifikacija | Detalji |
|---|---|---|
| CPU arhitektura | 8-bitni procesor | Obrađuje 8-bitne podatke; uključuje Akumulator (A) i B registar |
| Program Memorija | Interni ROM | 8 KB Flash (tipično poboljšane 8051 varijante); proširivo do 64 KB eksterne memorije |
| Memorija podataka | Interna RAM memorija | 256 bajtova ukupno (128 bajtova opšte RAM + 128 bajtova SFR oblast) |
| General RAM (00H–7FH) | 128 bajtova | Uključuje 4 banke registra (R0–R7), bit-adresabilno područje, i RAM opšte namene |
| Registri specijalnih funkcija (80H–FFH) | 128 bajtova | Kontroliše tajmere, serijski port, I / O portove, prekide i sistemske funkcije |
| Registrujte banke | 4 Banke | Svaka banka sadrži 8 registara opšte namene (R0–R7) |
| Stack pokazivač (SP) | 8-bitni | Tačke za stek lokaciju u RAM-u |
| Brojač programa (PC) | 16-bitni | Drži adresu sledeće instrukcije |
| Pokazivač podataka (DPTR) | 16-bitni | Koristi se za adresiranje spoljne memorije (DPH & DPL) |
| I / O portovi | 32 I / O pinova | Organizovan u 4 porta: P0, P1, P2, P3 (8 bita svaki) |
| Tajmeri / brojači | 2 × 16-bitni | Tajmer 0 i tajmer 1 za kašnjenje generisanje i brojanje događaja |
| Prekidi | 5 Interrupt Sources | 2 Eksterni (INT0, INT1) + 3 Interni (Tajmer0, Tajmer1, Serijski) |
| Serijska komunikacija | Full-Dupleks UART | Odvojene Tx (Transmit) i Rx (Receive) linije |
| Oscilator | On-chip oscilator kolo | Zahteva spoljni kristal za generisanje sata |
| Adresa Autobus | 16-bitni | Podržava do 64 KB spoljne memorije |
| Magistrala podataka | 8-bitni | Prenosi podatke interno i eksterno |
| Kontrolni registri | Višestruki | Uključuje PCON, SCON, TMOD, TCON, IE, IP, i druge |
| Način rada | Harvard Arhitektura | Odvojeni programski i memorijski prostori podataka |
Primene 8051 mikrokontrolera
• Sistemi industrijske automatizacije - 8051 mikrokontroler se koristi za kontrolu motora, releja i senzora u automatizovanim proizvodnim linijama i sistemima za kontrolu mašina.
• Kućni aparati - Upravlja vremenom, regulacijom temperature i obradom korisničkog unosa u uređajima kao što su mašine za pranje veša i mikrotalasne pećnice.
• Ugrađeni kontrolni sistemi - 8051 mikrokontroler služi kao jezgro kontrolera u namenskim ugrađenim aplikacijama koje zahtevaju stabilan i predvidljiv rad.
• Projekti robotike - Čita podatke senzora i kontroliše aktuatore, što ga čini pogodnim za male robotske i automatizacijske projekte.
• Potrošačka elektronika - 8051 mikrokontroler se obično integriše u elektronske igračke, daljinske upravljače i digitalne satove za kontrolu signala i logičku obradu.
• Komunikacioni sistemi - Podržava serijsku komunikaciju za povezivanje sa računarima, komunikacionim modulima i drugim mikrokontrolerima.
• Medicinski instrumenti - 8051 mikrokontroler se koristi u jednostavnom praćenju i dijagnostičkoj opremi male snage.
• Automotive Applications - Bavi se osnovnim kontrolnim funkcijama kao što su upravljanje ekranom i nadzor senzora u vozilima.
• Sigurnosni sistemi - 8051 mikrokontroler se primenjuje u alarmnim sistemima, bravama zasnovanim na tastaturi i uređajima za kontrolu pristupa.
• Projekti obrazovanja i obuke - Široko se koristi u akademskim laboratorijama za podučavanje programiranja mikrokontrolera i osnova dizajna ugrađenih sistema.
8051 mikrokontroler protiv 8085 mikroprocesor
| Odlika | 8051 Mikrokontroler | 8085 Mikroprocesor |
|---|---|---|
| Tip | Mikrokontroler | Mikroprocesor |
| Arhitektura | Harvard Architecture (odvojeni kod i memorija podataka) | Von Neumann Architecture (zajednička memorija za kod i podatke) |
| Širina podataka | 8-bitni | 8-bitni |
| Procesor | Integrisani 8-bitni procesor sa perifernim uređajima na čipu | 8-bitni procesor samo (bez ugrađenih periferija) |
| Program Memorija | Tipično 4KB–8KB interni ROM (proširiv na 64KB eksterni) | Nema internog ROM-a (zahteva spoljnu memoriju) |
| Memorija podataka | 128–256 bajtova interne RAM memorije (proširivo) | Nema interne RAM memorije (zahteva eksterni RAM) |
| I / O portovi | 32 ugrađene I / O linije (4 porta) | Nema ugrađenih I / O portova (zahteva eksterne interfejsne čipove) |
| Tajmeri / brojači | 2 × 16-bitni tajmeri | Nema internih tajmera (potrebni eksterni tajmeri) |
| Prekidi | 5 prekida izvora | 5 prekidnih ulaza (TRAP, RST 7.5, 6.5, 5.5, INTR) |
| Serijska komunikacija | Ugrađeni full-dupleks UART | Nema ugrađenog serijskog porta |
| Oscilator | On-chip oscilator kolo | Zahteva eksterni generator sata |
| Stek | Interni stek unutar RAM-a | Stack upravlja u eksternom RAM-u |
| Adresa Autobus | 16-bitni (podržava do 64KB spoljne memorije) | 16-bitni (podržava do 64KB memorije) |
| Magistrala podataka | 8-bitni | 8-bitni |
| Periferna integracija | Visoko integrisani (tajmeri, serijski, I / O, prekidi) | Minimalna integracija (samo CPU) |
| Potrebne su spoljne komponente | Manje spoljnih komponenti | Zahteva više spoljnih podrške IC |
| Potrošnja energije | Nisko | Viši u poređenju sa sistemima zasnovanim na mikrokontrolerima |
| Fokus aplikacije | Ugrađeni sistemi i kontrolne aplikacije | Računarstvo opšte namene i razvoj sistema |
| Složenost | Jednostavan, kompaktan dizajn sistema | Složeniji dizajn sistema |
| Troškovi | Niži ukupni troškovi sistema | Veći troškovi sistema zbog spoljnih komponenti |
| Tipični slučajevi upotrebe | Kućni aparati, robotika, automatizacija, ugrađeni uređaji | Rani računarski sistemi, kompleti za obuku, sistemi zasnovani na procesorima |
| Godina uvedenja | 1980 (od Intel) | 1976 (od Intel) |
8051 Prednosti i ograničenja
8051 Prednosti
• Jednostavna i lako razumljiva arhitektura
• Integrisani CPU, RAM, ROM, tajmeri i I/O portovi na jednom čipu
• Niska cena i široko dostupna
• Niska potrošnja energije
• Ugrađena podrška za serijsku komunikaciju
• Višestruki izvori prekida za aplikacije u realnom vremenu
• Proširiva podrška za spoljnu memoriju (do 64KB)
• Veliki ekosistem razvojnih alata i resursa za učenje
• Stabilan i pouzdan za ugrađene kontrolne zadatke
8051 Ograničenja
• Ograničena interna RAM memorija i programska memorija
• 8-bitna obrada ograničava računarske sposobnosti
• Niža brzina obrade u poređenju sa modernim mikrokontrolerima
• Nema ugrađenog ADC-a ili DAC-a u osnovnim verzijama
• Ograničene periferije u poređenju sa naprednim MCU-ima (npr. ARM, AVR)
• Zahteva spoljne komponente za složene aplikacije
• Nije idealno za sisteme visokih performansi ili podataka
• Zastarela arhitektura u poređenju sa modernim 32-bitnim kontrolerima
Zaključak
Sa Harvard arhitekturom KSNUMKS mikrokontrolera, integrisanim CPU-om, organizovanom memorijskom strukturom, programabilnim I / O portovima, tajmerima, sistemom prekida i podrškom za serijsku komunikaciju, pruža kompletno i efikasno rešenje za namenske kontrolne aplikacije. Dok moderni mikrokontroleri nude bolje performanse i naprednije periferije, 8051 ostaje vredan zbog svoje jednostavnosti, niske cene, pouzdanosti i snažnog obrazovnog značaja.
Često postavljana pitanja [FAK]
K1. Koji programski jezici se koriste za KSNUMKS mikrokontroler?
8051 se obično programira u ugrađenom C i Assembli jeziku. Embedded C se široko koristi zbog lakšeg otklanjanja grešaka i prenosivosti, dok Skupština nudi preciznu kontrolu na nivou hardvera.
K2. Koji softverski alati su najbolji za programiranje 8051?
Popularni alati uključuju Keil μVision, Proteus (za simulaciju) i SDCC (Small Device C Compiler). Keil je najrasprostranjenije okruženje za profesionalni razvoj.
K3. Koja je maksimalna frekvencija takta 8051?
Klasični 8051 obično radi do 12 MHz, dok moderne poboljšane varijante mogu raditi na mnogo većim brzinama u zavisnosti od proizvođača.
K4. Može li KSNUMKS interfejs sa modernim senzorima i modulima?
Da, 8051 može da se poveže sa modernim senzorima koristeći digitalne I / O, UART, SPI (preko softvera) i I2C (bit-banging ili eksterni IC), mada može zahtevati dodatne komponente za povezivanje.
K5. Kako se napaja 8051 i koliki je njegov radni napon?
Standardni 8051 radi na +5V. Međutim, neki moderni derivati podržavaju niže napone kao što su 3.3V za aplikacije male snage.
K6. Koje su uobičajene 8051 porodične varijante dostupne danas?
Popularne varijante uključuju AT89C51, AT89S52 i druge poboljšane mikrokontrolere kompatibilne sa KSNUMKS-om različitih proizvođača koji nude više memorije i funkcija.
K7. Kako se 8051 razlikuje od modernih mikrokontrolera kao što je ARM Cortek-M?
8051 je 8-bitni kontroler dizajniran za jednostavne zadatke kontrole, dok su ARM Cortek-M uređaji 32-bitni procesori sa većom brzinom, naprednim perifernim uređajima i većim kapacitetom memorije.
