• بازدید : 46 views
  • بدون نظر
این فایل در ۶۰صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

 باوجود اينكه بيش از بيست سال از تولد ريز پردازنده نمي‌گذرد، تصور وسيال الكترونيكي و … بدون آنكه كار مشكي است در سال ۱۹۷۱ شركت اينتل: ۸۰۸۰ را به عنوان اولين ريز پردازنده موفق عرضه كرد مدت كوتاهي پس از آن، موتورولا، RCA و سپس Mostechnoloy و zilog انواع مشابهي را به ترتيب به نامهاي Z80 , 6502 , 6800 عرضه كردند. گرچه اين مدارهاي مجتمع به خودي خود فايده چنداني نداشتنداما به  عنوان بخشي از يك كامپيوتر تك بورد (SBC) به جزء مركزي فرآورده‌هاي مفيدي براي آموزش طراحي با ريز پردازنده ها تبديل شدند. از اين SBC كمه به سرعت به آزمايشگاههاي طراحي در كالج‌ها،  دانشگاهها و شركت هاي الكترونيكي راه پيدا كردند ومي توان براي نمونه از D2 موتورولا KIM-1 ساخت Mostechnology و SDK-85 متعلق به شركت اينتل نام برد.
ميكروكنترلر قطعه‌اي شبيه به ريز پردازنده است. در ۱۹۷۶ اينتل ۸۷۴۵ را به عنوان اولين قطعه خانواده‌ي يك CPU، ۱ كيلو بايت EPROM ، ۶۴ بايت، RAM، ۲۷ پايه I/O و يك تايمر ۸ بيتي بود. توان، ابعاد و پيچيدگي ميكروكنترلرها با اعلام ساخت۸۰۵۱ يعني اولين عضو خانواده ميكروكنترلرهاي MCS-51 در ۱۹۸۰  توسط اينتل پيشرفت چشمگيري كرد. در مقايسه با ۸۰۴۸ اين قطعه شامل بيش از ۶۰۰۰۰ ترانزيستور، K4 بايت ROM، ۱۲۸ بايت RAM، ۳۲ خط I/O يك درگاه سريال و دو تايمر ۱۶ بيتي است. كه از لحاظ مدارات داخلي براي يك IC بسيار قابل ملاحظه است.
امروزه انواع گوناگوني از اين IC وجود دارند كه بصورت مجازي اين مشخصات را دو برابر كرده‌اند. شركت زيمنس كه دومين توليد‌كننده قطعات MCS-51 است SAB80515 را به عنوان يك ۸۰۵۱ توسعه يافته در يك بسته‌ي ۶۸ پايه با شش درگاه I/O 8 بيتي، ۱۳ منبع وقفه و يك مبدل آنالوگ به ديجيتال با ۸  كانال ورودي عرضه كرده است خانواده ۸۰۵۱ به عنوان يكي از جامعترين و قدرتمندترين ميكروكنترلرهاي ۸ بيتي شناخته شده و جايگاهش را به  عنوان يك ميكروكنترلر مهم براي سالهاي آينده يافته است.
اصطلاحات فني
 يك كامپيوتر توسط دو ويژگي كليدي تعريف مي‌شود: (۱) داشتن قابليت برنامه‌ريزي براي كار كردن روي داده بدون مداخله انسان و (۲) توانايي ذخيره و بازيابي عموماً يك سيستم كامپيوتري شامل ابزارهاي جانبي براي ارتباط با انسان‌ها به علاوه برنامه‌هايي براي پردازش داده نيز مي‌باشد تجهيزات كامپيوتر سخت افزار و برنامه هاي آن نرم افزار نام دارند.
يك سيستم كامپوتري شامل يك واحد پردازش مركزي است كه از طريق گذرگاه آدرس، گذرگاه داده و گذرگاه كنترل به حافظة قابل دستيابي تصادفي و حافظه‌ي فقط خواندني متصل مي‌باشد. مدارهاي واسطه گذرگاه‌هاي سيستم را به وسايل جانبي متصل مي كنند.
واحد پردازش مركزي
 CPU بعنوان مغز سيستم كامپيوتري تمامي فعاليت‌هاي سيستم را اداره كرده و همه‌ي عمليات روي داده را انجام مي‌دهد اين تراشه فقط مجموعه‌اي از مدارهاي منطقي است كه بطور مداوم دو عمل انجام مي‌دهند. واكشي دستورالعمل‌ها و اجراي آن CPU توانايي درك و اجراي دستورالعمل ها را بر اساس مجموعه‌اي از كدهاي دودويي دارد كه هر يك از اين كدها نشان دهنده‌ي يك عمل است. اين دستورالعمل‌ها معمولاً حسابي يا منطقي. انتقال داده هستند و با مجموعه‌اي از كدهاي دودويي با نام مجموعه‌ي دستورالعمل‌ها نشان داده مي‌شوند. (instruction set) واكشي يك دستورالعمل از RAM سيستم يكي از اساسي‌ترين اعمال است كه توسط CPU انجام مي‌شود و شامل اين مراحل است: الف) محتويات شمارنده برنامه در گذرگاه آدرس قرار مي‌گيرد.  ب) يك سيگنال كنترل READ فعال مي‌شود  پ) داده يا كد عملياتي دستورالعمل از RAM خوانده مي‌شود و روي گذرگاه داده قرارمي‌گيرد  ت) كد عملياتي در ثبات داخلي دستورالعمل CPU ذخيره مي‌شود و شمارنده برنامه يك واحد افزايش مي‌يابد تا براي واكشي بعدي از حفاظه آماده شود.
مرحله اي اجرا مستلزم رمز گشايي كد عملياتي و ايجاد سيگنال‌هاي كنترلي براي گشودن ثبات‌هاي دروني به داخل و خارج از ALU است همچنين بايد به ALU براي انجام عمليات  مشخص شده فرمان داده شود. به علت تنوع زياد عمليات ممكن اين توضيحات تا حدي سطحي مي باشد و در يك عمليات ساده مثل افزايش يك واحدي ثبات مصداق دارند دستورالعمل‌هاي پيچيده‌تر نياز به مراحل بيشتري مثل خواندن بايت دوم و سوم به عنوان داده براي عمليات دارند.
مقايسه ريز پردازنده‌ها با ميكروكنترلرها
 مي‌دانيم كه ريز پردازنده‌ها CPU هايي تك تراشه هستند و در ميكرو كامپيوترها به كار مي‌روند پس فرق ميكروكنترلرها با ريزپردازنده‌ها چيست؟ با اين سوال از سه جنبه مي توان برخورد كرد: معماري سخت افزار كاربردها و ويژگي‌هاي مجموعه‌ي دستورالعمل‌ها.
معماري سخت افزار
 يك ويژگي مهم ميكروكنترلرها سيستم وقفه‌ي موجود در داخل آنهاست. ميكروكنترلرها به عنوان ابزارهاي كنترل‌گرا اغلب براي پاسخ بي‌درنگ به محركهاي خارجي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. يعني بايد در پاسخ به يك اتفاق سريعا يك فرآيند را معوق مي گذارد به فرآيند ديگر بپردازند. باز شدن در يك اجاق مايكروويومثالي است از يك اتفاق كه ممكن است باعث ايجاد يك وقفه در يك سيستم ميكروكنترلري شود. البته اغلب ريز پردازنده ها مي توانند سيستم‌هاي وقفه قدرتمندي را به اجرا بگذارند. اما براي اين كار معمولا نياز به اجزاي خارجي دارند. مدارات روي تراشه يك ميكروكنترلر شامل تمام مدارات مورد نياز براي بكارگيري وقفه‌ها مي باشد.
كاربردها:
 ريز پردازنده‌ها اغلب به عنوان CPU در سيستم‌هاي ميكروكامپيوتري بكار مي‌روند. اين كاربرد دليل طراحي آنها و جايي است كه مي توانند توان خود را به نمايش بگذارند. بااين وجود ميكروكنترلرها در طراحي‌هاي كوچك با كمترين اجزا ممكن كه فعاليت‌هاي كنترل‌گرا انجام مي‌دهند نيز يافت مي‌شوند. اين طراحي ها در گذشته با چند دوجين يا حتي صدها IC ديجيتال انجام مي‌شد يك ميكروكنترلر مي تواند در كاهش تعداد كل اجزا كمك كند. آنچه كه مورد نياز است عبارتست از يك ميكروكنترلر  تعداد كمي افراد پشتيبان و يك برنامه كنترلي در ROM ميكروكنترلرها براي كنترل، ابزارهاي I/O در طراحي‌هايي با كمترين تعداد اجزا ممكن مناسب هستند، اما ريز پردازنده‌ها براي پردازش اطلاعات در سيستم‌هاي كامپيوتري مناسبند.
ويژگي‌هاي مجموعه‌ي دستورالعمل‌ها
 به علت تفاوت در كاربردها، مجموعه‌ي دستورالعمل‌هاي مورد نياز براي ميكروكنترلرها تا حدودي با ريزپردازنده‌ها تفاوت دارد. مجموعه دستورالعمل‌هاي ريز پردازنده‌ها بر عمل پردازش تمركز يافته‌اند و در نتيجه داراي روش‌هاي آدرس قدرتمند به همراه دستورالعمل‌هايي براي انجام عمليات روي حجم زياد داده مي‌باشند.
دستورالعمل‌ها روي چهار بيت‌ها بايت‌ها، كلمه‌ها يا حتي كلمه‌هاي مضاعف عمل مي‌كنند. روش هاي آدرس دهي با استفاده از فاصله‌هاي نسبي و اشاره‌گرهاي آدرس امكان دسترسي به آرايه‌هاي بزرگ را فراهم مي‌كنند.
حالت هاي افزايش يك واحدي اتوماتيك و كاهش يك واحدي اتوماتيك، حركت گام به گام روي بايت‌ها، كلمه‌ها و كلمه‌هاي مضاعف را در آرايه‌ها آسان مي‌كنند. دستورالعمل‌هاي رمزي نمي توانند در داخل برنامه كاربر اجرا شوند. از طرف ديگر ميكروكنترلرها مجموعه دستورالعمل‌هايي مناسب براي كنترل ورودي‌ها و خروجي‌ها دارند ارتباط با بسياري از ورودي‌ها و خروجي‌ها تنها نيازمند يك بيت است. براي مثال يك موتور مي‌تواند توسط يك سيم‌پيچ كه توسط يك درگاه خروجي يك بيتي انرژي دريافلت مي كند. روشن و خاموش شود. ميكروكنترلرها دستورالعمل هايي براي ۱ كردن و ۰ كردن بيت هاي جداگانه دارند وديگر عمليات روي بيت‌ها مثل EXOR , OR , AND عملكرد منطقي بيت‌ها، پرش در صورت ۱ كردن يا پاك بودن يك بيت و مانند آنها را نيز انجام مي‌دهند.
براي كنترل و نظارت ابزارها ميكروكنترلرهامدارات داخلي و دستورالعمل‌هايي براي عمليات ورودي و خروجي زمان‌بندي اتفاقات و تعيني اولويت وقفه ها دارند ريز پردازنده‌ها اغلب به مدارات اضافي براي انجام اعمال مشابه نياز دارند. از آنجا كه فضاهاي واقعي در تراشه براي ميكروكنترلرها اهميت دارند. دستوالعمل‌ها بايد بي‌نهايت شده باشند و اساساً در يك بايت پياده‌سازي شوند يكي از كلمات در طراحي جا دادن برنامه كنترلي در داخل ROM روي تراشه است . زيرا افزودن حتي يك ROM خارجي هزينه‌هاي نهايي توليد را بسيار افزايش مي‌دهد. به رمز درآوردن فشرده براي مجموعه دستورالعمل‌هاي ميكروكنترلر اساسي است در حالي كه ريز پردازنده‌ها بندرت داراي اين ويژگي‌ مي‌باشند. روش‌هاي آدرس‌دهي قدرتمند آنها باعث به رمز درآوردن غير فشرده‌ي دستورالعمل‌ها مي‌شود.
مروري بر خانواده MCS-51
 MCS-51 خانواده‌اي از ميكروكنترلرهاست كه توسط شركت اينتل به بازار عرضه شده است. ديگر توليد كنندگان IC نظير زيمنس، AND فيليپس بعنوان توليد كننده، ثانويه،ICهاي اين خانواه را تحت مجوز اينتل توليد مي‌كنند. هر ميكروكنترلر اين خانواده از امكاناتي مناسب با يك سري طراحي‌هاي مشخص برخوردار است.
۸۰۵۱ يك IC نوعي و اولين عضو اين خانواده است كه بصورت تجاري مطرح شد خلاصه مشخصات اين IC بدين شرح است:

۱- K4 بايت ROM
۲- ۱۲۸ بايت RAM
۳- چهار درگاه I/O هشت بيتي
۴- دوتايمر شمارنده ۱۶ بيتي
۵- رابطه سريال
۶- k64 بايت فضاي حافظه خارجي براي كد
۷- k64 بايت فضاي حافظه خارجي براي داده
۸- پردازنده بولي 
۹- ۲۱۰ مكان بيتي آدرس پذير
۱۰- انجام عمليات ضرب و تقسيم در ۴ ميكروثانيه
ديگر اعضا خانواده MCS-51 هر يك از امكانات ديگري از قبيل ROM روي تراشه. RAM , EPROM روي تراشه و يا يك تايمر سوم را دارا هستند. در ضمن هر يك از انواع ICهاي اين خانواده يك نسخه مشابه با CMOS كم مصرف نيز دارد.
تعداد تايمرها حافظه داده حافظه كد شماره قطعه
۲ ۱۲۸ بايت K ROM 4 8051
۲ ۱۲۸ بايت ۸۰۳۱
۲ ۱۲۸ بايت K EPROM 4 8751
۳ ۲۵۶ بايت K ROM 8 8052
۳ ۲۵۶ بايت ۸۰۳۲
۳ ۲۵۶ بايت K EPROM 8 8752

بررسي پايه‌ها:
۳۲ پايه از ۴۰ پايه ۸۰۵۱ به عنوان درگاه I/O عمل مي‌كند. معهذا ۲۴ خط از اين خطوط دو منظوره هستند. هر يك از اين خطوط مي‌توانند به عنوان I/O يا خط كنترل و يا بخشي از گذرگاه آدرس يا داده بكار روند.
در طراحي‌هايي كه با كمترين مقدار حافظه وديگر قطعات خارجي انجام مي‌شوند. از اين درگاهها به عنوان I/O همه منظوره استفاده مي‌كنند. هر هشت خط يك درگاه مي تواند به صورت يك واحد در ارتباط با وسايل موازي مانند چاپگرها و مبدل‌هاي ديجيتال به آنالوگ بكار روند و يا هر خط به تنهايي با وسايل تك بيتي مثل سويئچ‌ها، LED،ها، ترانزيستورها، سيم‌پيچ‌ها، موتورها و …. ارتباط برقرار كنند.

درگاه ۰
اين درگاه يك درگاه دو منظوره از پايه ۳۲ تا ۳۹ تراشه ۸۰۵۱ مي باشد. اين درگاه در طراحي هاي با كمترين اجزاي ممكن به عنوان يك درگاه I/O عمومي استفاده مي شود. در طراحي هاي بزرگتر كه ازحافظه خارجي استفاده مي كنند، اين درگاه يك گذرگاه آدرس و داده مالتي پلكس شده مي باشد.
درگاه ۱
درگاه ۱ ، درگاه اختصاصي I/O روي پايه هاي ۱ تا ۸ است . پايه هاي P1.0 تا P1.1 در صورت نياز براي ارتباط با وسايل خارجي بكار مي‌روند. وظيفه ديگري براي پايه هاي در تا ۱ در نظر گرفته نشده است. بنابراين آنها گهگاه براي ارتباط با وسايل خارجي بكار مي روند. استثنائاً در IC هاي ۸۰۳۲/۸۰۵۲ كه از P1.0 و P1.1 به عنوان خطوط I/O و يا ورودي تايمر سوم استفاده مي شود.
درگاه ۲        
درگاه ۲ (پايه هاي ۲۱ تا ۲۸ يك درگاه دو منظوره است كه به عنوان I/O عمومي و يا بايت بالاي گذرگاه آدرس در طراحي با حافظه كد خارجي به كار مي رود. اين درگاه همچنين در طراحي هايي كه به بيش از ۲۵۶ بايت از حافظه داده خارجي نياز دارند نيز استفاده مي شود.
درگاه ۳
 درگاه ۳، يك درگاه دو منظوره روي پايه هاي ۱۰ تا ۱۷ مي باشد. علاوه بر I/O عمومي اين پايه ها هر يك وظايف ديگري نيز در رابطه با امكانات خاص ۸۰۵۱ دارند.

عتیقه زیرخاکی گنج