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TEMA 1

La familia de microcontroladores 80C51

Departamento de Sistemas Electrónicos y de Control – Universidad Politécnica de Madrid

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C51

11--22

INDICE1. Nucleo de CPU y ampliación de memoria.

1.1 Introducción a los microcontroladores.1.2 Familias de Microcontroladores1.3 La familia del MCS-51. Características del 8xC5521.4 Descripción de la CPU.1.5 Organización de la memoria.1.6 Registros SFR.1.7 Instrucciones1.8 Ciclos máquina.1.9 Ampliación de memoria.1.10 Modos de bajo consumo.1.11 Carácterísticas eléctricas.

2. Puertos de entrada/salida2.1 Estructura y conexionado de dispositivos externos2.2 Modos de funcionamiento


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11--33

MICROPROCESADOR:

• Chip que contiene una CPU = Controlador + Ruta de datos

• Pines: buses de direcciones, datos y control

• Sistema abierto: se completa el sistema con otros chips (memoria y dispositivos de E/S)

• Aplicaciones: son la base de los ordenadores personales y las estaciones de trabajo

Actualmente las CPU de los microprocesadores son de 32 o 64 bitsEjemplos: Pentium IV, POWERPC, Alpha, etc.

1.1- Introducción a los microcontroladores


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11--44

MICROPROCESADOR

UC

ALUREG

DISPOSITIVOSENTRADA/SALIDA

PERIFERICOSMEMORIA

MICROPROCESADOR



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11--55

MICROCONTROLADOR:

• Chip que contiene una CPU + Memoria + Disp. E/S. “Sistema completo basado en microprocesador en un solo chip”

• Pines: puertos paralelo, líneas comunicaciones serie, entradas y/o salidas analógicas, etc.

• Sistema cerrado: la memoria y dispositivos de E/S están incluidos en el chip; en muchas ocasiones no se pueden ampliar

Cada fabricante desarrolla familias de microcontroladores. Cada familia consta de diversos chips con la misma CPU y con distintas

configuraciones de memoria y dispositivos de E/S, integrados para que se pueda disponer del sistema mínimo necesario con el menor coste



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11--66

MICROPROCESADOR• Ordenador Personal

INTEL

MOTOROLA



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11--77

MICROCONTROLADOR

UC

ALUREG

PERIFERICOS

MEMORIA

MICROPROCESADOR

MICROCONTROLADOR



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11--88

CPU

RAM

EPROMTIMER

ADC

DAC

PuertosE/S

int_ext

clkreset

clk_ext

E_analog_1E_analog_n

I/O_1

S_analog_1

I/O_n

UARTRxD

TxD

fin_cuenta



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11--99

• CPU de 8, 16 o 32 bits (mayoritariamente de 8 bits)• Memoria interna de programa (decenas de KB)• Memoria interna de datos (cientos de bytes)• Periféricos internos:

• Timers y Watchdogs• Puertos E/S paralelos• Conversores A-D y D-A• Comunicaciones Serie Síncronas y Asíncronas

• Controlador de teclados y LCDs• Buses I2C• Generador de PWM

.......



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11--1010

• Electrónica de consumo (electrodomésticos...)• TV, Audio y Vídeo• Automóvil• Juguetes• Control de motores de CC de baja potencia• Periféricos de ordenadores personales• Calculadoras, básculas, …• Videojuegos• Tarjetas Inteligentes• Control de puertas, barreras, detectores de paso…



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11--1111

• MCS51: 8051/8052 y derivadosNational SemiconductorsATMELCypressPhilipsTexas Instruments

• PIC (Familias 12, 14, 16, 17 y 18)Microchip

• 68HC11 y MC683xxMotorola

• AT91ATMEL

• ST5, ST6, ST7 …ST Microelectronics



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11--1212

MICROCONTROLADOR

• Controlador teclado

• Central Alarmas



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11--1313

MICROCONTROLADOR

• Tarjetas de control de acceso

• Climatizador



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11--1414

EVOLUCION HISTORICA:

NOMBRE BUS DATOS/DIRECCIONES

VELOCIDAD MIPS

8086 8/20 5 Mhz 0,33

PENTIUM 4 64/32 3,06 Ghz. 1700

8051 8/16 4 Mhz.

80552 8/16 30 Mhz.

TMS320C203 16/16 40 Mhz. 20

TMS320C6701 32/32 167 Mhz. 1000DSP’S

MICROCONTROLADORES

MICROPROCESADORES



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11--1515

• 8051/8052 y derivados• National Semiconductors• ATMEL

• Cypress• Philips• Texas Instruments

• PIC (Familias 12, 14, 16, 17 y 18)• Microchip

• 68HC11 y MC683xx• Motorola

• AT91• ATMEL

1.2- Familias de Microcontroladores


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11--1616

• 68HC11• CPU de 8 bits de datos y 16 de direcciones• Interrupciones externas (2)• 26 pines de E/S• Periféricos

• Reloj en tiempo real• Contador de tiempo y Watchdog• Contador de eventos • Comunicaciones serie síncronas y asíncronas

• Evolución al MC68HC12 de 16 bits• Evolución al MC683xx de 32 bits



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11--1717



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11--1818

ATMEL

Part Files CODE XRAM NVRAM I/O DPTR UARTs I2C SPI ADC DAC W/D RTC PWR Mhz/Op/Ap.Mhz

TS87C58X2 PDF Home 32k O n/a n/a 32 2 1 No No n/a n/a Yes No 3V 5V 40 / 12 / 40

AT89S52 PDF Home 8k F-ISP n/a n/a 32 2 1 No No n/a n/a Yes No 5V 33 / 12 / 33

TS87C51RB2 PDF Home 16k O 768 n/a 48 2 2 No No n/a n/a Yes No 3V 5V 40 / 6 / 80

AT89LS51 PDF Home 4k F-ISP n/a n/a 32 2 1 No No n/a n/a Yes No 3V 16 / 12 / 16

T87C5101 PDF Home 16k O 256 n/a 16 2 1 No No n/a n/a Yes No 3V 5V 20 / 6 / 40

AT89S4D12 PDF Home 4k F-ISP 128k n/a 5 2 0 No Byte n/a n/a No No 3V 12 / 12 / 12

TS80C52X2 PDF Home 8k R n/a n/a 32 2 1 No No n/a n/a No No 3V 5V 40 / 12 / 40

T89C51IC2 PDF Home 32k F-ISP 1k n/a 32 2 1 Byte Byte n/a n/a Yes No 3V 5V 20 / 6 / 40

T89C5115 PDF Home 16k F-ISP n/a n/a 20 2 1 No No 10 n/a Yes No 5V 20 / 6 / 40

AT89C55WD PDF Home 20k F-ISP n/a n/a 32 2 1 No No n/a n/a Yes No 5V 33 / 12 / 33

AT89LV52 PDF Home 8k F n/a n/a 32 1 1 No No n/a n/a No No 3V 5V 12 / 12 / 12

AT89C2051 PDF Home 2k F n/a n/a 15 1 1 No No n/a n/a No No 3V 5V 24 / 12 / 24

AT87F52 PDF Home 8k O n/a n/a 32 1 1 No No n/a n/a No No 3V 5V 24 / 12 / 24

AT87LV51 PDF Home 4k O n/a n/a 32 1 1 No No n/a n/a No No 3V 5V 16 / 12 / 16

TS87C52X2 PDF Home 8k O n/a n/a 32 2 1 No No n/a n/a No No 3V 5V 40 / 12 / 40

AT89LS8252 PDF Home 8k F-ISP n/a n/a 32 2 1 No Byte n/a n/a Yes No 3V 5V 12 / 12 / 12

1.3- La familia del MCS-51. Características del 8xC552


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11--1919

PHILIPS

Part Files CODE XRAM NVRAM I/O DPTR UARTs I2C SPI ADC DAC W/D RTC PWR Mhz/Op/Ap.Mhz

P80C58X2 PDF Home 32k ER n/a n/a 32 2 1 No No n/a n/a Yes No 3V 5V 30 / 6 / 60

P87C51MB2 PDF Home 64k O 2k n/a 34 2 2 No Byte n/a n/a Yes No 3V 5V 24 / 6 / 48

23-bit program counter, 23-bit DPTR, 16-bit stack pointer

P87LPC761 PDF Home 2k E n/a n/a 14 1 1 Bit No n/a n/a Yes No 3V 5V 20 / 6 / 40

P87LPC767 PDF Home 4k O n/a n/a 18 1 1 Bit No 8 n/a Yes No 3V 5V 20 / 6 / 40

P8XC591 PDF Home 16k OR 256 n/a 32 2 1 Byte No 10 8 Yes No 5V 12 / 6 / 24

CAN Controller, 8-bit PWM

P89C51RC2xx PDF Home 32k F-ISP 256 n/a 32 2 1 Byte No n/a n/a Yes No 5V 20 / 6 / 40

P89C662 PDF Home 32k F-ISP 768 n/a 32 2 1 Byte No n/a n/a Yes No 5V 20 / 6 / 40

PCA

80C554 PDF Home 16k E 256 n/a 40 2 1 Byte No 10 n/a Yes No 3V 5V 16 / 6 / 32

P89C54X2 PDF Home 16k F n/a n/a 32 2 1 No No n/a n/a Yes No 5V 20 / 6 / 40

P80C52X2 PDF Home 8k ER n/a n/a 32 2 1 No No n/a n/a Yes No 3V 5V 30 / 6 / 60

80C31 PDF Home n/a n/a n/a 32 2 1 No No n/a n/a No No 3V 5V 33 / 6 / 66

P87C51MC2 PDF Home 96k O 3k n/a 34 2 2 No Byte n/a n/a Yes No 3V 5V 24 / 6 / 48

23-bit program counter, 23-bit DPTR, 16-bit stack pointer

P87LPC762 PDF Home 2k E n/a n/a 18 1 1 Bit No n/a n/a Yes No 3V 5V 20 / 6 / 40

P87LPC768 PDF Home 4k O n/a n/a 18 1 1 Bit No 8 n/a Yes No 3V 5V 20 / 6 / 40

10-bit PWM

P89C51RA2xx PDF Home 8k F-ISP 256 n/a 32 2 1 Byte No n/a n/a Yes No 5V 20 / 6 / 40

P89C51RD2xx PDF Home 64k F-ISP 768 n/a 32 2 1 Byte No n/a n/a Yes No 5V 20 / 6 / 40

P89C664 PDF Home 64k F-ISP 1792 n/a 32 2 1 Byte No n/a n/a Yes No 5V 20 / 6 / 40



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11--2020

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES 8xC552

• CPU 80C51.

• Memoria de Programa de 8Kb ampliable con memoria externa a 64Kb y posibilidad de protección de código.

• 256 bytes de RAM expandible a 64 Kb.

• 2 Timers estandar.

• Timer adicional de 16 bits con cuatro registros de captura y tres registros de comparación.

- 4 entradas de captura y 8 salidas temporizadas

• Salidas con PWM.

• Dos líneas de interrupción externas.



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11--2121

• Conversor ADC de 10 bits de resolución y 8 canales de entrada

• Bus de comunicaciones serie I2C

• UART full-duplex

• Watchdog

• Frecuencias:

de 3.5 a 16 MHz

de 3.5 a 30 MHz (con memoria ROM o sin memoria)

• 5 puertos de 8 líneas I/O y otro de entrada.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES 8xC552

• Tensiones entre 2.7V y 5.5V

• Modos de bajo consumo.



Tem

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11--2222

DESCRIPCIÓN DE PINES8xC552

I2C

Entradas de captura

Salidas de comparació

n de T2

T2

UART

Interrupciones

Salidas PWM

Entradas del ADC

ADC

Direcciones bajas y Bus de

datos

Direcciones altas

Timer 0 y 1

Control mem. externa

8xC552_DS Pg2



Tem

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11--2323

PC SP

BAcumulador

BANCO 0

R0R1R2

R7•

•

•

BANCO 1

BANCO 2

BANCO 3

REGISTROS AUXILIARES.

PSWSTATUS

DPH DPL

DPTR (Puntero de Datos)

1.4- Descripción de la CPU

PILA: INCREMENTA Y GUARDAINICIALIZADA CON 07H

00h

1Fh

07h

10h

17h


Tem

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C51

11--2424

MEMORIA DE PROGRAMA 80C51:

0000

FFF INTERNA

1000

FFFF

EXTERNA

Pin

EA = 1

Pin

EA = 0

0000

FFFF

PSEN

EXTERNA

1.5- Organización de la Memoria

4KB

80C51_FA Pg2

PSEN


Tem

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11--2525

MEMORIA DE PROGRAMA 8XC552:

0000

1FFF

2000

Pin

EA = 1

FFFF

EXTERNA

INTERNA

Pin

EA = 0

0000

FFFF

PSEN

EXTERNA


8KB

8xC552_OV Pg2

PSEN


Tem

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11--2626


Opciones de memoria para el 8xC552

83C552 8KB de ROM interna programable con máscara

87C552 8KB de EPROM

80C552 Sin memoria ROM interna

80C51_OV Pg2


Tem

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C51

11--2727

MEMORIA DE DATOS 80C51 :

MEMORIA INTERNA MEMORIA EXTERNA(MOVX)

0000

FFFF

RD

WR

00

7F80

FFSFR DIRECCIONAMIENTO

DIRECTO

DIRECCIONAMIENTO DIRECTO O INDIRECTO


80C51_FA Pg2


Tem

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11--2828

MEMORIA DE DATOS 80C552:

MEMORIA INTERNA MEMORIA EXTERNA(MOVX)

0000

FFFF

RD

WRDIRECCIONAMIEN-

TO INDIRECTO

00

7F80

FF

80

FFSFR DIRECCIONAMIENTO

DIRECTO



8xC552_OV Pg3


Tem

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C51

11--2929

BANCOS DE REGISTROS

DIRECCIONAMIENTO A NIVEL DE BITS del 0 al 127

MEMORIA DE DATOS INTERNA:


0

80C51_FA Pg3


ESPACIO DISPONIBLE PARA VARIABLES


Tem

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11--3030


Para acceder a las diversas zonas de memoria se emplean diferentes instrucciones:

– Datos• Interna

– Entre 00h-7Fh MOV dest, src MOV R1,AMOV @R1,A

– Entre 80h-FFh» Direcc. Directo (SFRs) MOV dest, src MOV R1,P0» Direcc. Indirecto MOV dest, src MOV @R1,A

R1{80-FF}• Externa

– Direcc. Indirecto MOVX dest, src MOVX @DPTR,A

– Programa MOVC dest, src MOVC A,@A+PC


Tem

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C51

11--3131

7 6 5 4 3 2 1 0PSW CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P(D0H) (MSB) (LSB)

Bit Símbolo Función

PSW.7 CY Bit de CarryPSW.6 AC Bit de Carry auxiliarPSW.5 F0 Bandera de propósito generalPSW.4 RS1 Bits selectores de banco de registros:PSW.3 RS0 00 Banco de registros 0

01 Banco de registros 1 10 Banco de registros 2 11 Banco de registros 3

PSW.2 0V Bit de OverflowPSW.1 F1 Bandera de propósito generalPSW.0 P Bit de Paridad

PSW: Program Word Status

1.6- Registros SFR

80C51_FPG Pg580C51_FH Pg3


Tem

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C51

11--3232

1.6- Registros SFR

Direccionamiento a nivel de bit

sfr PSW = 0xD0;sfr ACC = 0xE0;sfr B = 0xF0;sfr SP = 0x81;sfr DPL = 0x82;sfr DPH = 0x83;sfr PCON = 0x87;sfr TCON = 0x88;sfr TMOD = 0x89;sfr TL0 = 0x8A;sfr TL1 = 0x8B;sfr TH0 = 0x8C;sfr TH1 = 0x8D;

sbit CY = 0xD7;sbit AC = 0xD6;sbit F0 = 0xD5;sbit RS1 = 0xD4;sbit RS0 = 0xD3;sbit OV = 0xD2;sbit P = 0xD0;

Acceso a los SFRs desde C

ACC=10h //10h -> ACC

CY = 1 //1 -> CY


Tem

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C51

11--3333

• Direccionamiento Inmediato. – La instrucción contiene el dato– MOV A,#30h //Poner en A el valor 30h

• Direccionamiento Directo – La instrucción contiene la dirección donde se encuentra el dato– MOV A,30h //Poner en A el valor de la dirección 30h

• Direccionamiento por registro– La instrucción contiene registro que permite realizar la operación– MOV A,R1 //Poner en A el valor del registro R1

• Direccionamiento Indirecto por registro. – La instrucción contiene el registro que indica la dirección de memoria en

la que se encuentra el dato. Puede ser un registro de 8 o de 16 bits – MOV A,@R0 //El contenido de la dirección a la que apunta

//R0 se almacena en A

1.7- Instrucciones

8051_FA Pg4 8051_FPG Pg11


Tem

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C51

11--3434

1.7- Instrucciones

• Direccionamiento Indirecto Indexado por Registro. – Permite leer datos de la memoria de programa (tablas)– Permite emplear PC o DPTR como punteros para acceder a una tabla

ordenada empleando como índice el acumulador– MOV B,@A+PC

• Direccionamiento de bit– Permite acceder al valor de un bit empleando el acarreo para

almacenar resultados intermedios– MOV C,P1.3 //Mover al acarreo el valor de P1.3

8051_FA Pg4 8051_FPG Pg11


Tem

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C51

11--3535

MEMORIA DE PROGRAMA:

EPROM80C552

EA

OEPSEN

ALE

P2

DIRECCIONES

P0 DATOS

1.9- Ampliación de Memoria

LATCH

Enable


Tem

a 1:

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C51

11--3636

83C552

EA

VCC

MEMORIA DE DATOS:

RAM

ALE

P2

LATCH

DIRECCIONES

P0 DATOS

CONEXIÓN A MEMORIA EXTERNA

RDWR

WR OE

P3

Enable


8051_FA Pg3


Tem

a 1:

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C51

11--3737

RAM

16K X 8

EPROM

16K X 8

EJEMPLO 1: CONEXIÓN DE MEMORIA DE PROGRAMA Y DATOSEXTERNA (16k x 8 DE PROGRAMA Y 16k x 8 DE DATOS)

80C552D0

D7

D0

D7

A0

A13

PSEN

ALE

RD

WR

WR OE

P0

P20

P25

P26

P27

OE

CE

A0

A13

EA


LATCH

Enable


Tem

a 1:

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C51

11--3838

EJEMPLO 2: CONEXIÓN DE MEMORIA DE PROGRAMA Y DATOS EXTERNA (32 k x 8 DE PROGRAMA Y/O 16k x 8 DE DATOS)

RAM

16K X 8

80C552 EPROM

16K X 8

D0

D7

D0

D7

A0

A13

PSEN

ALE

RD

WR

WROE

P0

P20

P25

P26

P27

OE

CE

A0

A13

EA

CE


LATCH

Enable


Tem

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C51

11--3939

Bit Símbolo Función

PCON.0 IDL Entrada en el modo de IDLE

PCON.1 PD Entrada en el modo Power Down. (Sólo se puede emplear si /EW está desactivado)

7 6 5 4 3 2 1 0

PCON PD IDL

(87H) (MSB) (LSB)

8x552_Ov_Pag55

1.10- Modos de bajo consumo


Tem

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cont

rola

dore

s 80

C51

11--4040

(1) Y (2) CONSUMO EN MODO NORMAL (5,5V Y 4,5V)

(3) Y (4) CONSUMO EN MODO IDLE (5,5V. Y 4,5V)

1

2

3

4

8x552_Ov_Pag53

1.10- Modos de bajo consumo


Tem

a 1:

La

fam

ilia d

e m

icro

cont

rola

dore

s 80

C51

11--4141

PROTECCION DE CODIGO (solo 83x552)• Posibilidad de verificar el contenido de la memoria de

programa una vez grabado el dispositivo.

• Identificador de dispositivo interno (signature bytes) para verificar su funcionamiento

• Array de encriptación del contenido de la memoria interna.

• Elección de las opciones de seguridad empleadas:– Sin seguridad– Imposibilidad de reprogramar la EPROM interna.– Eliminación de las opciones de verificación.– Acceso a memoria externa deshabilitado.

8x552_DS_Pag8


Tem

a 1:

La

fam

ilia d

e m

icro

cont

rola

dore

s 80

C51

11--4242

Lectura– Es necesario colocar un ‘1’ en el bit correspondiente del

SFR antes de hacer la lectura.– Por defecto se lee un ‘1’ debido al pullup interno (excepto

el P0).– Al conectar una entrada a ‘0’ la corriente que se genera

es saliente.

Escritura– Las escrituras se realizan sobre el SRF correspondiente.– Para usar el P0 como salida hay que añadir un pullup

externo.

2.1- Puertos de E/S: Modos de funcionamiento

la familia de microcontroladores 80c51 - bienvenido al...

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