Microprocessador 8051 Aula 01

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Microprocessador 8051Aula 01

• Prof Afonso Ferreira Miguel

2
Sistemas Processados

• Fundamentos de computação (cont.)
• Programa (Software) conjunto de instruções
  arranjadas de forma organizada que apresenta
  função específica (Ex Programas Básicos,
  Aplicativos, Utilitários, etc.)
• Firmware Programa que está armazenado em memória
  não volátil (ROM)
• Hardware partes eletrônicas de um
  microcomputador
• Microcontrolador microcomputador integrado num
  único chip (microprocessador periféricos)

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Sistemas Processados

• Periféricos
• Circuitos acessórios ao computador que realizam
  tarefas específicas
• Exemplos
• Timers
• CCP (Comparação, Captura e PWM)
• Conversores Analógico-Digital e
  Digital-Analógico
• Portas de comunicação (USART, I2C, SPI, USB,
  CAN,...).

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Arquiteturas

• von Neumann
• Instruções e dados compartilham a mesma unidade
  física de memória
• Hamacher Computer Organization

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Arquiteturas - von Neumann
uP
BUS
AX
BX
CX
DX
tempA
tempB
tempA

0
tempA

Memória
A
IR
MOV
AX,0
Entrada B
Entrada A
Entrada B
Entrada A
MOV AX,0
0
MOV AX,0
0
IP
0
MOV BX,1
1
MOV BX,1
1
Inst.
Saída Z
Saída Z
ADD AX,BX
2
ADD AX,BX
2
MA
0
JMP 2
3
JMP 2
3
MDMOV
AX,0
...
4
.
4
...
4
O
5
Dados
...
4
L
6
...
4
A
7
6
Arquiteturas

• Harvard
• Instruções e dados são armazenados em memórias
  diferentes
• Heuring Computer Systems Disignd and
  Architecture

Vantagem Instruções e dados podem ser acessados
simultaneamente, aumentando o desempenho!
7
Arquiteturas
Memória de Programa

• Harvard

uP
MOV AX,0
0
MOV AX,0
0
BUS
IR
MOV
AX,0
MOV BX,1
1
MOV BX,1
1
Inst.
ADD AX,BX
2
ADD AX,BX
2
IP
0
JMP 2
3
JMP 2
3
AX
tempA
tempB
tempA

0
tempA

BX
Memória de Dados
CX
Entrada B
Entrada A
Entrada B
Entrada A
DX
...
4
.
0
Saída Z
Saída Z
MA
0
...
4
O
1
Dados
...
4
L
2
MDMOV
AX,0
...
4
A
3
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Instruction Set

• Definição Conjunto de instruções que um
  processador compreende
• Cada processador possui seu próprio conjunto de
  instruções, inviabilizando, na maioria dos casos,
  a portabilidade.

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Instruction Set

• Ciclo de execução de uma instrução em
  processadores seqüenciais

...
Fetch 0
Fetch 1
Decod 0
Decod 1
Exec 0
Exec 1
Primeira instrução
Tempo perdido entre uma instrução e outra
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Instruction Set

• Pipeline de Instrução
• Ciclo de execução de uma instrução em
  processadores seqüenciais com Pipeline.

...
Na maioria das vezes, uma instrução é executada
imediatamente após a outra.
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Instruction Set

• CISC Complex Instruction Set Computing
• Computação onde o número de instruções é muito
  grande
• RISC
• Computação onde um número reduzido de instruções
  estão disponíveis.

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Instruction Set

• Considerações sobre RISC e CISC
• Uma única instrução CISC pode equivaler a várias
  instruções RISC
• Uma instrução CISC precisa realizar passos
  semelhantes aos realizados pelas RISC
  equivalentes (não há ganho de desempenho)
• CISC minimiza o número de acessos a memória de
  programa
• RISC simplifica a decodificação de instruções,
  deixando esta etapa mais rápida.

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Instruction Set

• Vantagens CISC
• Apesar do conjunto de instruções ser muito
  grande, oferece um número maior de instruções
  (ferramentas) ao programador Assembly
• Menor quantidade de instruções são necessárias
  para desenvolver um programa (programas ocupam
  menos memória).

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Instruction Set

• Vantagens RISC
• Etapa de decodificação tão simples que pode, em
  alguns casos, ser eliminada
• Com um número menor de instruções, os parâmetros
  destas podem ser agregados no opcode (código de
  máquina de uma instrução), simplificando
  inclusive o FETCH.
• Simplificação dos circuitos eletrônicos.

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• Quem é melhor?
• RISC x CISC

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Família INTEL MSC-51 CISC/von Neumann
• Membro original é o 8051
• CPU de 8 bits otimizada para aplicações de
  controle
• Poderosa capacidade de processamento booleano,
  incluindo lógica individual de bits
• 64 Kbytes de endereçamento de memória de
  programa
• 64 Kbytes de endereçamento de memória de dados
• 4 Kbytes de memória de programa interna.

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Família INTEL MSC-51
• 128 bytes de memória RAM de dados interna
• 32 linhas de I/O bidirecionais endereçáveis
  individualmente
• 2 Timers/Contadores de 16 bits
• 5 entradas de interrupções (3 internas e 2
  externas) com 2 níveis de prioridade
• 1 oscilador interno de clock.

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)
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Microcontrolador 8051 (MCS-51)
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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Pinagens

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Organização de Memória

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Memória de programa Externa

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Memória de dados Interna

FFh
FFh
FFh
FFh
Acessível por endereçamento
Acessível por endereçamento
Acessível
somente
por
Acessível
somente
por
direto
(
SFRs
Portes,
de
direto
(
SFRs
Portes,
de
Bits
Bits
endereçamento
indireto
(128
endereçamento
indireto
(128
bytes
bytes
controles dos
,
controles dos
,
Timers
Timers
superiores)
superiores)
Acumulador,
etc
)
Acumulador,
etc
)
80h
80h
80h
80h
7Fh
7Fh
Acessível por endereçamento
Acessível por endereçamento
direto e indireto (128
direto e indireto (128
bytes
bytes
inferiores)
inferiores)
00h
00h
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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• 128 bytes inferiores da RAM

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• 128 bytes inferiores da RAM

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• 128 bytes inferiores da RAM

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• 128 bytes inferiores da RAM

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Program Status Word

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Registradores de Funções Especiais (SFRs)

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Regs de Funções Especiais (SFRs)

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Modos de endereçamento
• Particular On-chip Resources This includes the
  Accumulator (A), the Stack Pointer (SP), the Data
  Pointer (DP), the Program Counter (PC), and the
  Carry (C). Other On-chip Registers are
  Memory-mapped while these have special Op-codes.
• Immediate operands The sign is the designator.
  These are 8-bits except for DPTR contents
  (16-bits).
• Register operands Designated as Rn, where n is
  0..7. One of the four Register Banks is used (PSW
  selected).

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Modos de endereçamento
• Direct Operands From 00 to FF Hex, specifies one
  of the internal data addresses.
• Indirect Address Designated as _at_Ri, where i is 0
  or 1, uses the contents of R0 or R1 in the
  selected Register Bank to specify the address.
  Other form is _at_A, using Accumulator contents.

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)
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Microcontrolador 8051 (MCS-51)
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Microcontrolador 8051 (MCS-51)
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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Ferramentas de desenvolvimento IAR

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Portas de IO
• Four 8-bit I/O ports
• Most have alternate functions
• Quasi-bidirectional
• Soft pull-up when port latch contains a 1. Can be
  used as inputs (30kohm average pull-up).

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Porta P0
• As an I/O port
• No strong pull-up, outputs act as open drain.
• As a multiplexed data bus
• Tristate bus with strong pull-ups.
• 8-bit instruction bus, strobed by PSEN.
• Low byte of address bus, strobed by ALE.
• 8-bit data bus, strobed by WR and RD.
• 3.2 mA outputs (about 8 LS-TTL loads).

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Porta P1
• As an I/O port
• Standard quasi-bidirectional.
• Alternate functions
• Only on some derivatives.
• 1.6 mA outputs (about 4 LS-TTL loads).

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Porta P2
• As an I/O port
• Standard quasi-bidirectional.
• Alternate functions
• High byte of address bus for external program and
  data memory accesses.
• 1.6 mA outputs (about 4 LS-TTL loads).

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Porta P3
• As an I/O port
• Standard quasi-bidirectional.
• Alternate functions
• Serial I/O - TXD, RXD
• Timer clocks - T0, T1
• Interrupts - INT0, INT1
• Data memory - RD, WR
• 1.6 mA outputs (about 4 LSTTL loads).

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Valores após o RESET

REGISTRO VALOR REGISTRO VALOR
PC 0000 H TMOD 00 H
ACC 00 H TCON 00 H
B 00 H TH0 00 H
PSW 00H TL0 00 H
SP 07 H TH1 00 H
DPTR 0000 H TL1 00 H
P0 a P3 FF H ou 11111111 B SCON 00 H
IP 0XX00000 B SBUF indeterminado
IE 00 H PCON (CMOS) 0XXX0000 B
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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Ligando o 8051 Circuito de RESET típico

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Microcontrolador 8051 (MCS-51)

• Ligando o 8051 Clock