97537

Порты микропроцессоров 80С51 семейства

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Порты P0, P1, P2, P3 являются двунаправленными портами ввода-вывода и предназначены для обеспечения обмена информацией ОМЭВМ с внешними устройствами, образуя 32 линии ввода-вывода. Каждый из портов содержит фиксатор защелку, который представляет собой регистр, имеющий байтовую и битовую адресацию для установки (сброса) разрядов с помощью программного обеспечения.

Русский

2015-10-19

104 KB

0 чел.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ

“Киевский политехнический институт”

Р Е Ф Е Р А Т

По курсу: «Микропроцессорные устройства управления»

«Порты микропроцессоров 80С51 семейства»

Выполнил студент ФЭЛ

Группы ДС-82

Пузяк Игорь Михайлович

Киев 2002

Порты P0, P1, P2, P3 являются двунаправленными портами ввода-вывода и предназначены для обеспечения обмена информацией ОМЭВМ с внешними устройствами, образуя 32 линии ввода-вывода. Каждый из портов содержит фиксатор защелку, который представляет собой регистр, имеющий байтовую и битовую адресацию для установки (сброса) разрядов с помощью программного обеспечения.  

Физические адреса фиксаторов Р0, P1, P2, Р3 составляют для:

Р0 – 80Н, при битовой адресации 80Н—В7Н;

Р1 — 90Н, при битовой адресации 90Н—97Н;

P2 —A0H, при битовой адресации А0Н—А7Н;

Р3 — В0Н, при битовой адресации В0Н—В7Н.

Помимо работы в качестве обычных портов ввода/вывода линии портов Р0—РЗ могут выполнять ряд дополнительных функций, описанных ниже.

Через порт Р0:

— выводится младший байт адреса А0—А7 при работе с внешней памятью программ и внёшнёй памятью данных;

— выдается из ОМЭВМ и принимается в ОМЭВМ байт данных при работе с внешней памятью (при этом обмен байтом данных и вывод младшего байта адреса внешней памяти мультиплексированы во времени);

— задаются данные при программировании внутреннего ППЗУ и читается содержимое внутренней памяти программ.

Через порт Р1:

— задается младший байт адреса при программировании внутреннего ППЗУ и при чтении внутренней памяти программ.

Через порт P2:

—выводится старший байт адреса А8—А15 при работе с внешней памятью программ и внешней памятью данных (для внешней памяти данных — только при использовании команд MOVX A,@DPTR и MOVX @DPTR,A, которые вырабатывают 16-разрядный адрес);

— задается старший байт (разряды А8—А14) адреса при программировании

внутреннего ППЗУ и при чтении внутренней памяти программ.

Каждая линия порта РЗ имеет индивидуальную альтернативную функцию:

Р3.0— RxD, вход последовательного порта, предназначен для ввода последовательных данных в приемник последовательного порта;

Р.3.1 — TxD, выход последовательного порта, предназначен для вывода последовательных данных из передатчика последовательного порта;

Р3. 2 — INT0, используется как вход 0 внешнего запроса прерывания;

Р3. 3 — INT1, используется как вход 1 внешнего запроса прерывания;

Р3.4 — Т0, 'используется как вход счетчика внешних событий Т/С 0;

Р3.5—Т1, используется как вход счетчика внешних событий Т/С 1;

Р3.6— WR, .строб записи во внешнюю память данных, выходной сигнал, сопровождающий вывод данных через порт Р0 при использовании команд MOVX @Ri,A MOVX @DPTR,A.

Р3.7—RD, строб чтения из внешней памяти данных, выходной сигнал, сопровождающий ввод данных через порт Р0 при использовании команд МОVХА,@Р1 и МОVХА,@DРТР.

Альтернативная функция любой из линий порта Р3 реализуется только в том случае, если в соответствующем этой линии разряде фиксатора-защелки содержится "1". В противном случае на линии порта Р3 будет присутствовать "0".

На рис. 1 - 4 показаны функциональные схемы одного вывода в каждом из портов для серии 1816. Для серии 1830 конфигурация портов Р1—Р3 отличается только выходным усилительным каскадом, который представлен на рис. 5.

На рис. 1—4 фиксатор-защелка показан в виде D-триггера, тактируемого внутренним сигналом "Запись в защелку", который вырабатывается при записи данных в порт. Выход триггера Q может быть подключен на внутреннюю шину ОМЭВМ через буфер В1 сигналом "Чтение защелки", что обеспечивает возможность программного чтения содержимого фиксатора. Значение сигнала непосредственно на выводе порта может быть программно считано на внутреннюю шину  ОМЭВМ  через  буфер  В2,  управляемый  внутренним  сигналом "Чтение выводов". Часть команд ОМЭВМ при чтении порта активизируют сигнал "Чтение защелки", другая часть команд — сигнал "Чтение, выводов".

 Как показано на рис. 1 и 3, выходные каскады порта Р0 (образованы транзисторами N1, N) и порта P2 (образованы транзисторами N1, N2, N) через мультиплексоры MX могут подключаться либо к выходу защелок, либо к внутренним шинам "Адрес/данные" и "Адрес". Последние используется при обращении к внешней памяти. Во время обращения к внешней памяти содержимое защелок порта P2 не изменяется. В аналогичной ситуации в защелки порта Р0 всегда автоматически записываются "1" во все разряды.

Рис. 1. Разряд порта О

Рис. 2. Разряд порта 1

Рис 3 Разряд порта 2

Рис 4 Разряд порта 3

Из рис 4 видно, что если защелка вывода порта Р3 содержит "1", то выходным каскадом управляет внутренний сигнал названный на рисунке "Альтернативная функция выхода", обеспечивающий выполнение соответствующей альтернативной функции Если альтернативная функция предполагает, что данный вывод порта Р3 является входом, то значение уровня сигнала на нем поступает на внутреннюю линию "Альтернативная функция входа"

Все выводы портов P1, P2 и Р3 имеют внутренние подключенные к питанию подтягивающие резисторы (выполнены в виде показанных на рис 2—4 транзисторов N2, включенных в режиме источников тока)  Каждый вывод указанных портов может независимо от других использоваться как вход или как выход. Для использования вывода в качестве входа необходимо, чтобы его защелка содержала "1", которая при этом запирает выходной транзистор N. Из-за наличия внутреннего подтягивающего резистора выводы портов Р1, P2, Р3 в режиме "оборванный вход" имеют уровень "1" Благодаря этой особенности порты P1, P2, Р3 иногда называют "квазидвунаправленными".

Порт Р0 не имеет внутренних подтягивающих резисторов (рис 1) Транзистор N1 в выходном каскаде выводов порта Р0 открыт только когда через эти выводы выдается "1" при обращениях к внешней памяти. Во всех других режимах работы транзистор N1 заперт Таким образом, в случае использования порта Р0 в качестве выходного порта общего назначения, необходимо устанавливать на его выводах внешние подтягивающие резисторы для задания уровня "1" Запись "1" в защелку вывода порта Р0 закрывает транзистор N и при отсутствии внешнего подтягивающего резистора переводит вывод в высокоимпедансное состояние. При этом данный вывод может использоваться в качестве входа. Если порт Р0 используется в качестве порта ввода/вывода общего назначения, каждый из его выводов может независимо от других работать как вход или как выход. Порт Р0 является в чистом виде двунаправленным портом.

Рис 5. Разряд порта 1—3 (серия 1830)

Все разряды фиксаторов защелок портов Р0—Р3 по сбросу устанавливаются в"1" Если защелка вывода порта содержит "0" то для настройки данного вывода на ввод необходимо записать в защелку "1".

Процедура записи в порт

При выполнении команды записи в порт новое значение записывается в защелку в фазе S6P2 последнего машинного цикла команды Однако, новое содержимое защелки выводится непосредственно на выходной контакт порта только в фазе S1P1 следующего машинного цикла

При переходе выводов портов Р1 P2 и Р3 из состояния "0" в состояние "1" для уменьшения времени переключения используется дополнительный транзистор N1 (рис 2—4), который включается на время равное двум периодам Тbq тактовой частоты ОМЭВМ fBQ (транзистор N1 открыт в течение фаз S1P1 и S1P2 машинного цикла в котором происходит смена состояния вывода порта). В открытом состоянии транзистор N1 обеспечивает ток приблизительно в 100 раз больший чем постоянно открытый транзистор N2. В схемах на рис 2—4 выдержка в два периода Тbq обеспечивается элементом DL.

Схема выходного каскада портов Р1—Р3 для КМОП ОМЭВМ семейства МК51 показана на рис. 5. Рассматриваемый выходной каскад содержит три р-канальных МОП транзистора (P1, P2, Р3), подключенных к источнику питания, и один n-MOП транзистор, подключенный к общей шине. Можно отметить, что n-MOП транзисторы, используемые в выходных каскадах ОМЭВМ серий 1816 и 1830 открыты, когда на их затворах логическая "1" и закрыты, когда на их затворах логический "0". р-МОП транзисторы, наоборот, открыты, когда на их затворах "0" и закрыты, когда на затворах "1".

Транзистор Р1 на рис. 5 включается на два периода TBQ. Для уменьшена времени переключения при переходе вывода порта из состояния "0" в состояние "1". Как только открывается транзистор Р1, сигнал с выхода порта через инвертор поступает на затвор транзистора Р3 и также открывает его. Этот инвертор и транзистор Р3 образуют триггер, который удерживает состояние логической "1" на выходе порта после того, как транзистор Р1 закрывается. Транзистор Р3 при этом играет роль подтягивающего резистора аналогично N2 на рис. 2-4. Однако, из рис. 5 видно, что если вывод порта находится в состоянии "1", то внешняя помеха, кратковременно устанавливающая "0" на данном выходе, способна запереть транзистор Р3 и перевести вывод порта в высокоимпедансное состояние. Для предотвращения подобной ситуации служит транзистор P2, работающий в противофазе с транзистором N. После исчезновения помехи транзистор P2 через инвертор вновь откроет транзистор Р3. Мощность транзистора P2 приблизительно в 10 раз меньше мощности транзистора Р3.

Режим "Чтение—Модификация—Запись"

Команды чтения портов ОМЭВМ делятся на две категории: команды, считывающие информацию с выходов защелок, и команды, считывающие информацию непосредственно с внешних контактов выводов порта. Команды, считывающие информацию с выходов защелок, реализуют так называемый режим "Чтение— Модификация—Запись", заключающийся в том, что команда считывает состояние защелки, при необходимости модифицирует полученное значение и записывает результат обратно в защелку.

Ниже приводятся команды, работающие в режиме "Чтение—Модификация— Запись". Во всех случаях, когда операндом и регистром назначения результата является порт или бит порта, команды считывают информацию с выходов защелок, а не с внешних контактов выводов порта.

ANL (логическое И, например, ANL Р1,А)

ORL (логическое ИЛИ, например, ORL Р2,А)

XRL (логическое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, например, XRL Р3,А)

JBC (переход, если бит = 1 и очистка бита, например, JBC Р1.1, LABEL)

CPL (инверсия бита, например, CPL Р3 . 0)

INC (инкремент, например, INC P2)

DEC (декремент, например, DEC P2)

DJNZ (декремент и переход, если не ноль, например, DJNZ Р3,LABEL)

MOV РХ. У, С (пересылка бита переноса в бит Y порта X)

CLR РХ. Y (очистка бита Y порта X)

SETB РХ. Y (установка бита Y порта X)

Последние три команды в приведенном списке считывают с порта весь байт целиком, модифицируют адресуемый бит, после чего записывают полученный новый байт обратно в фиксатор-защелку порта.

Чтение информации с выходов защелок, а не с внешних контактов выводов порта позволяет исключить возможную  в ряде случаев неправильную интерпретацию уровня напряжения на выводе порта. К примеру, вывод порта может использоваться для управления базой n-р-n транзистора. В этом случае, когда в защелку вывода порта записывается "1", транзистор открывается. Если после этого ОМЭВМ прочитает состояние внешнего контакта рассматриваемого вывода порта, то получит значение логического "0", т. к. на контакте в это время присутствует напряжение базы открытого транзистора. Чтение же выхода защелки покажет истинное значение сигнала на выводе порта, т. е. "1".

Работа с внешней памятью программ

При работе с внешней памятью программ выдача младших разрядов адреса (А0...А7) осуществляется через порт Р0 (Р0.0...Р0. 7)_При этом адрес фиксируется

по сигналу ALE, а команды принимаются по сигналу РМЁ. Старшие разряды адреса А8...А15 выдаются через Р2 (Р2.0...Р2. 7).

Работа с внутренней памятью программ

Режим работы с внутренней памятью программ устанавливается заданием высокого уровня напряжения на выводе DEMA. Выполнение программы, хранящейся

в памяти, начинается с команды, расположенной по адресу 00Н, так как счетчик команд PC по сигналу "сброс" обнуляется.

В этом режиме порты Р0 и Р2 можно использовать как порты ввода-вывода,

так как адрес/данные памяти программ передаются по внутренней магистрали ОМЭВМ.

Работа с памятью данных

При работе с внутренней памятью данных доступ к внутреннему ОЗУ (128 байт)  осуществляется при помощи  команд,  имеющих  операнды типа direct, Rn, @Ri (кроме МО VX).

При подключении внешнего ОЗУ емкостью до 256 байт обмен данными между ОЗУ и ОМЭВМ осуществляется через двунаправленный порт Р0 с помощью команд MOVX @R1,A и MOVX A,@RL Для работы с внешним ОЗУ объемом свыше 256 байт (до 64 Кбайт) используются команды MOVX А, @DPTR и MOVX ©DPTR, А. При этом выдача младших разрядов адреса (А0. . .А 7) и обмен данными осуществляются через порт Р0 (Р0.0. . .Р0.7). Старшие разряды адреса А8. . .А15 выдаются через порт Р2 (Р2.0. . .Р2.7). При этом адрес А7. . .А0 фиксируется по спаду сигнала ALE, а прием и выдача данных стробируются сигналами RD и WR.

Работа с портами

Порты Р1—Р3 имеют идентичные характеристики. Данные, записанные в них, статически фиксируются и не изменяются до перезаписи.

В режиме работы с внешней памятью программ порт Р2 служит для выдачи сигналов старших разрядов адреса и статически фиксирует их до момента изменения.

Обращения к внешней памяти программ всегда выполнялся с использованием 16-разрядного адреса. Когда ОМЭВМ работает с внешней памятью программ, все 8 бит порта Р2 задействованы на выдачу старшего байта адреса (старший байт счетчика команд PC) и не могут быть использованы в качестве линий ввода/вывода общего назначения.

Обращения к внешней памяти данных могут выполняться как с использованием 16-разрядного адреса (MOVX ©DPTR), так и с использованием 8-разрядного адреса (MOVX @Ri). При использовании 16-разрядного адреса старший байт адреса выдается через порт Р2, на линиях которого байт адреса удерживается в течение всего времени цикла записи или чтения.

Если через линию порта Р2 выдается разряд адреса, содержащий "1", то напряжение логической "1" формируется мощным транзистором (транзисторы N1 и Р1 на рис. 4—5), который при этом будет открыт в течение всего времени выдачи адреса.

Выдача адреса через порт Р2 не влияет на содержимое защелок порта Р2. Если порт Р2 не задействован на выдачу адреса, то на его выводах выставляется содержимое защелок (регистр Р2 в области SFR).

Для перевода любой линии портов Р1—РЗ на прием входной информации необходимо в соответствующий фиксатор-защелку порта записать "1" с помощью команды выдачи данных. Сигнал RST устанавливает все порты на прием входной информации.

Порт Р0 — восьмиразрядный двунаправленный порт с тремя состояниями. Информация, выдаваемая портом Р0 с помощью команд выдачи, сопровождается строб-импульсом WR.)

При записи информации в порт Р0 с помощью команд приема вырабатывается строб-импульс RD.

Кроме операций ввода-вывода информации предусмотрена возможность выполнения логических операций И, ИЛИ и исключающее ИЛИ непосредственно на фиксаторах портов Р0—РЗ.

В режиме работы с внешней памятью программ порт Р0 служит для выдачи младших разрядов адреса памяти программ и приема кодов команд. В режиме работы с внешним ОЗУ данных порт Р0 служит для выдачи адреса внешнего ОЗУ данных и приема-выдачи данных при обмене с внешним ОЗУ.

Любую линию ввода-вывода можно проверить с помощью команд условного перехода.

Кроме того, выводы Р3.2 и Р3.3 можно использовать для внешнего аппаратного прерывания, выводы Р3.4 и Р3.5 — как входы счетчиков внешних событий для таймеров/счетчиков, а вывод Р3.1 можно использовать как выход тактового сигнала в синхронном режиме работы последовательного интерфейса ОМЭВМ. Выводы Р3.6 и Р3.7 порта И служат для выдачи сигналов разрешения соответственно записи (WR) и чтения (RD) байта внешнего ЗУ данных через порт Р0.

При работе с последовательным портом ОМЭВМ линии P3.0 и Р3.1 используются, соответственно, как вход и выход последовательного канала.

Система команд ОМЭВМ позволяет считывать информацию с фиксатора-защелки порта или непосредственно с выхода, в зависимости от кода инструкции.

В инструкциях, в которых порт служит операндом-источником, информация считывается непосредственно с выводов порта, например ADD A,P1: содержимое аккумулятора складывается с информацией на выводах порта Р1 и результат заносится в аккумулятор.

Во всех случаях, когда операндом и регистром назначения является порт или бит порта, команды считывают информацию с выходов фиксаторов-защелок, а не с внешних контактов выводов порта. Например, ORL Р2,А.

На рис. 6 показана диаграмма работы с портами, из которой видно, в какие моменты времени информация вводится с выводов портов в ОМЭВМ и в какие моменты происходит смена информации на портах, работающих на вывод, при выполнении команд MOV PORT, SRC (SRC — операнд-источник).

D — период, в течение которого информация вводится с соответствующего входа в ОМЭВМ

Рис. 6. Диаграмма работы с портами


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28054. Взаимодействие общества и природы на современном этапе 7.69 KB
  взаимодействие общества и природы на современном этапе. НТР порождает невиданные ранее возможности для эксплуатации сил природы но вместе с тем и для ее загрязнения разрушения уничтожения. Природопреобразующая деятельность людей явившаяся новой движущей силой развития природы называется антропогенным фактором. В процессе трудовой деятельности происходит взаимное изменение природы и самого человека.
28055. Животный мир как активный элемент биосферы. Меры по охране животного мира 10.95 KB
  Антропогенное опустынивание истощены загрязнены и изменили степень пригодности для обитания животных водные экосистемы. и животных. Основные факторы вызывающие опасность сокращения численности или исчезновения видов диких животных: уничтожение или нарушение мест обитания; промысловая охота; неумеренное изъятие особей из природы для зоологических коллекций; загрязнение среды обитания; случайная или намеренная интродукция конкурирующих или хищных видов в экологические системы. Для охраны исчезающих...
28056. Закономерности, принципы и факторы размещения производительных сил 14.4 KB
  Наряду с закономерностями размещения производительных сил большое значение имеют и принципы размещения конкретные проявления пространственного распределения производства в определенный период экономического развития страны. Закономерности размещения производительных сил В условиях становления и развития рыночных отношений проявляются определенные закономерности в размещении производительных сил. Закономерности размещения производительных сил представляют наиболее общие отношения между производителъными силами и...
28057. Инвентаризация природных ресурсов: кадастры природных ресурсов, их назначение и виды 5.24 KB
  Единого кадастра природных ресурсов не существует. Она представлены по видам природных ресурсов и образуют определенную экономикоправовую структуру.его задачи: текущая и перспективная оценка состояния водных обьектов с целью планирования использования водных ресурсов на основе материалов водного кадастра определяется целевое использование вод проводится паспортизация водных объектов вводятся ограничительные меры по водопользованию с целью охраны водоисточников.
28058. Красные книги. Целевое назначение. Содержание. Порядок ведения 15.8 KB
  Категории видов занесенных в красные книги. Первая организационная задача охраны редких и находящихся под угрозой исчезновения видов их инвентаризация и учет как в глобальном масштабе так и в отдельных странах. Без этого нельзя приступать ни к теоретической разработке проблемы ни к практическим рекомендациям по спасению отдельных видов. Задача не простая и ещё 30 35 лет назад предпринимались первые попытки составить сначала региональные а затем мировые сводки редких и исчезающих видов зверей и птиц.
28059. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды и рационального природопользования 16.98 KB
  Проблема международного сотрудничества в области использования природы и ее охраны имеет сложный социальнополитический характер является ареной столкновения между государствами преследующими свои экономические геополитические интересы. Государства в силу принципов международного права призваны в отношении международного природного ресурса соблюдать и не ущемлять интересы других государств. В соответствии с Уставом ООН и принципами международного права государства имеют суверенное право разрабатывать свои собственные...
28060. Международный опыт создания ООПТ 6.53 KB
  К настоящему времени в Список участков всемирного наследия включены отдельные заповедные территории России Девственные леса Коми территории ПечороИлычского заповедника и национального парка Югыд Ва Вулканы Камчатки территории Кроноикого заповедника федерального заказника Южно Камчатский и областных природных парков ЮжноКамчатский Налычево и Быстринский Озеро Байкал территории трёх заповедников Баргузинского Байкальского и БайкалоЛенского национальных парков Прибайкальский Забайкальский...
28061. ООПТ назначение и классификация 19.79 KB
  Особо охраняемые природные территории ООПТ участки земли водной поверхности и воздушного пространства над ними где располагаются природные комплексы и объекты которые имеют особое природоохранное научное культурное эстетическое рекреационное и оздоровительное значение которые изъяты решениями органов государственной власти полностью или частично из хозяйственного использования и для которых установлен режим особой охраны[1]. Особо охраняемые природные территории относятся к объектам общенационального достояния. Государственные...