Microcontrolerul 8051 - Joc de lumini programabile

Introducere

În ziua de azi, automatele microprogramabile sunt unele din cele mai întâlnite dispozitive folosite în automatizări dar și în alte domenii, acoperind domenii de aplicații de complexități diferite, de la cele mai mici către cele mari. Aplicațiile de complexitate mică, sunt realizate de obicei cu mini-automate, acoperind ceea ce în trecut, se făcea utilizând contacte și relee, iar cele de complexitate mare folosesc automate având controlere (procesoare) puternice, putând fi realizate si programe multifuncționale deosebit de performate.

Pentru sisteme de automatizări cu număr mare de echipamente identice se folosesc sisteme dedicate, de obicei automate microprogramate sau sisteme înglobate. Un realizator de automate industriale poate alege unul sau mai multe automate produse de numeroase firme: Siemens, Allen-Bradley, ABB, Schneider Electric, Omron, Mitsubishi, Fuji etc.

Siemens este probabil, cel mai mare producător de automate programabile, care permit programarea în diferite limbaje de programare bazate pe medii avansate de programare si pe medii grafice. Nu trebuie însă să uităm si firmele de hardware si software precum: Mitsubishi, Hitachi, Wecon etc.

La modul general, un controller este o structură destinată controlului unui proces sau, mai general, unei interacțiuni caracteristice cu mediul exterior, fără să fie necesară intervenția operatorului uman. Primele controlere au fost realizate cu tehnologii pur analogice, folosind componente electronice discrete și/sau componente electromecanice (relee). Cele care folosesc tehnica numerică modernă au fost la început bazate pe logici cablate și a unei electronici analogice uneori complexe, motiv pentru care aveau dimensiuni mare, consumau multă energie si fiabilitatea lor lasă de dorit.

Un microcontroler este un circuit integrat care conține în aceeași capsulă pe lângă procesor și memorie( ROM, RAM) si circuite I/O specializate de tip porturi paralele, canale timer, căi seriale și respectiv, circuite ce gestionează logica de întreruperi.

Pot exista variante ce conțin periferice nestandardizate cum ar fi convertoare AD și respectiv, DA, ieșiri de tip PWM (Pulse width modulation ), circuite dotate cu semnale pentru magistrale I2C. Au apărut și circuite ce sunt prevăzute cu locații de memorie EEPROM, pentru stocarea de informații ce se mențin și după dispariția tensiunii de alimentare. Diversitatea și multitudinea de periferice incluse îl fac apt pentru controlul diverselor aplicații.

Microcontrolerul 8051

Firma Intel a introdus familia de microcontrolere 8051 în anul 1980, ca o continuitate a altor familii de microcontrolere (8035, 8048) realizate de aceștia. Începând cu anul 1989, firma Philips produce și ea acest tip, iar alte firme au preluat producția de circuite aducându-le diverse elemente suplimentare.

Microcontrolerul standard 8051 este realizat într-o capsulă cu 40 pini DIL sau 44 pini PLCC. Pentru funcționare are nevoie de o singură sursă de tensiune (+5V). Inițial a fost realizat în tehnologie NMOS (consum ≈ 125 ÷ 150 mA), iar ulterior au apărut și variante CMOS (consum mai mic ≈ 15 ÷ 30 mA) denumindu-se 80C51.

Familia 8051 cuprinde diverse variante ale circuitului standard:

- circuitul 8051 conține 4Ko memorie PROM (one time programming) și 128 octeți RAM;

- circuitul 8031 conține 128 octeți RAM și nu are memorie ROM (ROMless);

- circuitul 8751 conține 4 Ko memorie EPROM și 128 octeți RAM;

- circuitul 8052 conține 8 Ko PROM și 256 octeți RAM;

- circuitul 8032 conține 256 octeți RAM și nu are memorie ROM;

- circuitul 8752 conține 8 Ko EPROM și 256 octeți RAM;

- circuitul 8754 conține 16 Ko EPROM și 256 octeți RAM;

- circuitul 8758 conține 32 Ko EPROM și 256 octeți RAM.

Toate aceste versiuni prezintă procesorul propriu-zis, 4 porturi paralele de câte 8 biți,

un canal pentru comunicații seriale, 2 canale timer, logică de întreruperi ce gestionează 2 întreruperi externe și 3 întreruperi interne .

Caracteristica microcontrolelelor din familia 8051 o constituie faptul că arhitectura procesorului este de tip HARVARD. Într-o arhitectură HARVARD, spațiul de memorie ce conține instrucțiuni diferă de spațiul de memorie ce conține date. De obicei, instrucțiunile se păstrează în memoria ROM, iar datele în RAM. Există instrucțiuni separate pentru accesarea celor două spații de memorie. Există și posibilitatea suprapunerii celor două zone de memorie cu micșorarea spațiului total de adresare la 64 Ko.