Microcontrolerul 8051

LUCRAREA 5

MICROCONTROLERUL 8051 ( I )

1. OBIECTUL LUCRĂRII

Lucrarea îşi propune prezentarea microcontrolerului 8051 şi însuşirea cunoştinţelor şi

elementelor legate de lucrul cu acesta. Sunt înfăţişate aspecte legate de arhitectura hardware:

- semnificaţia pinilor;

- conectarea circuitelor de memorie la magistrale;

- organizarea memoriei RAM interne;

- setul de regiştri.

De asemenea, se prezintă setul de instrucţiuni al microcontrolerului şi sunt rezolvate

aplicaţii.

2. BREVIAR TEORETIC

Un microcontroler (microcontroller unit - MCU) este un circuit integrat care conţine în

aceeaşi capsulă, pe lângă procesor şi memorie (ROM, RAM) şi circuite I/O specializate de tip

porturi paralele, canale timer, căi seriale şi, respectiv, circuite ce gestionează logica de

întreruperi. Pot exista variante ce conţin periferice nestandardizate cum ar fi convertoare AD şi,

respectiv, DA, ieşiri de tip PWM (pulse width modulation), circuite watch-dog, circuite dotate cu

semnale pentru magistrale I2C. Au apărut şi circuite ce sunt prevăzute cu locaţii de memorie

EEPROM (cu ştergere electrică), pentru stocarea de informaţii ce se menţin şi după dispariţia

tensiunii de alimentare. Diversitatea şi multitudinea de periferice incluse il fac apt pentru

controlul diverselor aplicaţii. Practic, cu un astfel de circuit este posibilă realizarea unui întreg

microsistem de calcul. Printre firmele producătoare de microcontroloare amintim:

- ZILOG - cu familia Z-8;

- INTEL - cu familia 8051 (8 biţi);

- INTEL - cu familia 80196 (16 biţi);

- MOTOROLA - cu familia 68HC11, mai nou 68HC16;

- MICROCHIP - cu familiile PIC 15CXX, PIC16CXX, PIC17CXX;

- TEXAS INSTRUMENTS - cu familia TMS370.

- NEC - cu familia 70K

Firma INTEL a introdus familia de microcontroloare 8051 din anul 1980. Aceasta familie

este continuatoarea altor familii de microcontroloare (8035, 8048), realizată de aceiaşi firmă.

Din 1989, firma PHILIPS (SIGNETICS) produce şi ea acest tip de microcontroler, iar ulterior şi

alte firme au preluat producţia de circuite aducându-le diverse elemente suplimentare. Astfel,

firma ATMEL a introdus memoria ROM de tip FLASH (cu ştergere electrică), iar firma

DALLAS a realizat circuite care pot să lucreze cu semnal de ceas de până la 30Mhz.

LABORATOR SEP Microcontrolerul 8051 ( I )

2

Microcontrolerele sunt folosite în diverse aplicaţii, acolo unde este nevoie de conducerea şi

gestionarea de procese în spaţii mici, de economicitate, de portabilitate, atât în mediu industrial

cât şi în electronica de larg consum.

Prezentarea familiei 8051

Microcontrolerul standard 8051 este realizat într-o capsulă cu 40 pini (DIL) sau 44 pini

(PLCC). Pentru funcţionare are nevoie de o singură sursă de tensiune (+5V). Iniţial a fost realizat

în tehnologie NMOS (consum ≈ 125 ÷ 150 mA), iar ulterior a apărut şi variante CMOS (consum

≈ 15 ÷ 30 mA). Denumirea versiunii CMOS este 80C51.

Familia 8051 cuprinde diverse variante ale circuitului standard:

- circuitul 8051 conţine 4Ko memorie PROM (one time programming) şi 128 octeţi RAM;

- circuitul 8031 conţine 128 octeţi RAM şi nu are memorie ROM (ROMless);

- circuitul 8751 conţine 4 Ko memorie EPROM şi 128 octeţi RAM;

- circuitul 8052 conţine 8 Ko PROM şi 256 octeţi RAM;

- circuitul 8032 conţine 256 octeţi RAM şi nu are memorie ROM;

- circuitul 8752 conţine 8 Ko EPROM şi 256 octeţi RAM;

- circuitul 8754 conţine 16 Ko EPROM şi 256 octeţi RAM;

- circuitul 8758 conţine 32 Ko EPROM şi 256 octeţi RAM.

Toate aceste versiuni prezintă procesorul propriu-zis, 4 porturi paralele de câte 8 biţi (3

având un caracter opţional), un canal pentru comunicaţii seriale, 2 canale timer, logică de

întreruperi ce gestionează 2 întreruperi externe şi 3 întreruperi interne (2 de la canalul timer şi

una de la canalul serial).

În familia microcontrolerului există şi alte variante care prezintă următoarele noutăţi:

- un canal timer suplimentar;

- ieşiri pentru generarea de impulsuri de tip PWM (pulse width modulation);

- convertor analog-digital (pe 10 biţi);

Unele din aceste variante conţin 8 Ko şi chiar 16 sau 32 Ko memorie ROM. Memoria RAM

poate avea până la 512 octeţi. Numărul pinilor este cuprins între 40 ÷ 68 , capsulele fiind de tipul

DIL (Dual În Line), PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) sau CLCC (Ceramic Leaded Chip

Carrier).

Pentru circuitele ce posedă memorie ROM există posibilitatea secretizării conţinutului

acesteia. Astfel, informaţia poate fi criptată, folosind o secvenţă de criptare aleasă de utilizator, la

programarea chip-ului. Există şi posibilitatea utilizării mai multor biţi de siguranţă în cadrul

secvenţei de programare, prin care se poate inhiba operaţia de citire a conţinutului memoriei

ROM din microcontroler şi, respectiv, a operaţiei de programare. Aceste opţiuni previn pirateria

software.