En el tutorial anterior del microcontrolador 8051, cubrimos los conceptos básicos del microcontrolador 8051, así como el diagrama de pines del microcontrolador 8051 y las descripciones de los pines. Este tutorial explica la arquitectura del microcontrolador 8051 y los diversos componentes que contiene.
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Ya hemos visto el diagrama de pines del microcontrolador 8051 en la configuración estándar DIP (paquete en línea dual) de 40 pines. En este tutorial, veremos los aspectos de hardware del microcontrolador 8051, como puertos de E/S, RAM, ROM, temporizadores y puertos serie mientras trabajamos en la arquitectura del microcontrolador 8051.
Antes de entrar en los detalles de la arquitectura del microcontrolador 8051, veamos primero los componentes básicos de un microcontrolador que lo convierten en una verdadera computadora en un chip.
Lea lo siguiente antes de continuar con este tutorial. Introducción al microcontrolador 8051.
Tabla de contenido
Componentes básicos de un microcontrolador.
La diferencia entre un microprocesador y un microcontrolador es la disponibilidad de periféricos en el chip, como memoria (tanto RAM como ROM), puertos de E/S, temporizadores/contadores e interfaces de comunicación (como puertos serie).
El siguiente diagrama muestra los componentes básicos de un microcontrolador. Se puede considerar un microcontrolador como una microcomputadora (o computadora en un chip) porque todos los componentes (y algunos otros componentes) están integrados en un solo chip (circuito integrado – IC).
CPU (unidad central de procesamiento)
Es el corazón de un microcontrolador y consta principalmente de una unidad lógica aritmética (ALU) y una unidad de control (CU) y otros componentes importantes. La CPU es el dispositivo principal para comunicarse con dispositivos periféricos como memoria, entradas y salidas.
La ALU o unidad lógica aritmética, como su nombre indica, realiza operaciones aritméticas y lógicas. La CU o unidad de control es responsable de cronometrar el proceso de comunicación entre la CPU y sus periféricos.
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memoria de programa
Las instrucciones de la CPU se almacenan en la memoria del programa. Por lo general, se implementa como memoria ROM o de solo lectura, y los programas escritos en ella se conservan incluso si se corta la energía o se reinicia el sistema.
Los módulos de memoria de programas modernos suelen consistir en EEPROM (memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente), un tipo de memoria no volátil.
Este tipo de memoria permite borrar y reprogramar datos mediante señales de programación especiales.
Cuando un microcontrolador se enciende o se reinicia manualmente, el procesador ejecuta una serie de instrucciones desde una ubicación de memoria (dirección) predefinida en la memoria del programa.
memoria de datos
La memoria de datos de un microcontrolador se encarga de almacenar los valores de variables, datos temporales, resultados intermedios y otros datos para el correcto funcionamiento del programa.
La memoria de datos también se conoce como RAM (Memoria de acceso aleatorio), que es un tipo de memoria volátil. Normalmente organizados como registros, incluyen tanto registros de funciones especiales (SFR) como ubicaciones de memoria accesibles para el usuario.
Puertos de entrada y salida
Los puertos de E/S o de entrada/salida proporcionan al microcontrolador una conexión física con el mundo exterior. Los puertos de entrada proporcionan una puerta de entrada para pasar datos del mundo exterior con la ayuda de sensores.
Los datos de los puertos de entrada se manipulan (según la aplicación) para determinar los datos en los puertos de salida.
Los puertos de salida permiten que el microcontrolador controle dispositivos externos, como motores y LED. Generalmente, todos los puertos de un microcontrolador tienen doble funcionalidad. Es decir, funciona como puerto de entrada y como puerto de salida (pero no al mismo tiempo).
Generador de reloj (oscilador)
Las señales de reloj permiten sincronizar las operaciones internas de un microcontrolador con las operaciones de otras partes. Un generador de reloj es una parte integral de la arquitectura de un microcontrolador y requiere que el usuario proporcione circuitos de sincronización adicionales en forma de cristal.
Arquitectura y características del microcontrolador 8051
Cuando trabajamos en el desarrollo de un nuevo dispositivo, como un televisor o una lavadora, comenzamos por comprender las capacidades del dispositivo. En el caso de las lavadoras, intente comprender las diversas características del dispositivo, como la velocidad del motor, la capacidad de carga y el consumo de energía.
Esto también se aplica a nuestro caso. Entonces, al comenzar con los microcontroladores 8051, es mejor comenzar aprendiendo sobre el diseño de hardware interno de los microcontroladores 8051, también conocido como arquitectura de microcontroladores 8051.
La siguiente sección describe la arquitectura del microcontrolador 8051 y algunas de sus características importantes. Un nuevo tutorial proporciona detalles sobre algunas características importantes, como la configuración de la memoria 8051 y los puertos de entrada/salida (E/S) 8051.
Arquitectura del microcontrolador 8051
El microcontrolador 8051 es un microcontrolador de 8 bits. Esto significa que puede leer, escribir y procesar datos de 8 bits. Hay muchos fabricantes que fabrican sus propias versiones del microcontrolador 8051, incluidos Atmel, NXP y TI.
Independientemente del fabricante, el diseño del hardware interno, es decir, la arquitectura del microcontrolador 8051, sigue siendo prácticamente el mismo. La siguiente figura muestra la arquitectura del microcontrolador 8051 en forma de diagrama de bloques.
El diagrama de bloques de la arquitectura del microcontrolador 8051 muestra que el microcontrolador 8051 consta de una CPU, RAM (SFR y memoria de datos), flash (EEPROM), puertos de E/S y lógica de control para la comunicación entre periféricos.
Todos estos diferentes periféricos dentro del microcontrolador 8051 se comunican entre sí a través de un bus de datos de 8 bits, también conocido como bus de datos interno.
Lea también esta publicación. Diagrama de pines y descripciones de pines del microcontrolador 8051.
Características de la arquitectura del microcontrolador 8051
En la sección anterior analizamos la arquitectura interna del microcontrolador 8051. A continuación, echemos un vistazo a las características de la arquitectura del microcontrolador 8051.
Nota: Algunas características, como la ROM y la RAM internas, varían según el modelo específico del microcontrolador 8051.
- CPU de 8 bits con dos registros A (acumulador) y B.
- 8K bytes de ROM interna: memoria flash que admite programación en el sistema.
- 256 bytes de RAM interna: los primeros 128 bytes de RAM, 00H a 7FH, se dividen nuevamente en cuatro bancos, y cada banco contiene ocho registros (R0 a R7), registros direccionables de 16 bits y 80 registros. registros. Los 128 bytes superiores de RAM, 80H a FFH, constan de SFR o registros de funciones especiales. Los SFR se pueden utilizar para controlar varios periféricos, como temporizadores, puertos serie y todos los puertos de E/S.
- 32 pines de E/S (pines de entrada/salida) – dispuestos como 4 puertos: P0, P1, P2 y P3.
- Puntero de pila de 8 bits (SP) y palabra de estado del procesador (PSW).
- Contador de programa (PC) de 16 bits y puntero de datos (DPTR).
- Dos temporizadores/contadores de 16 bits: T0 y T1.
- Registros de control: SCON, PCON, TCON, TMOD, IP, IE.
- Transmisor y receptor de datos serie para funcionamiento full-duplex – SBUF.
- Interrupciones: 2 interrupciones externas y 3 interrupciones internas.
- Circuito oscilador y reloj.
Este tutorial proporcionó una breve introducción a la arquitectura del microcontrolador 8051. El siguiente tutorial del 8051 explica la configuración de la memoria y los puertos de E/S del 8051.