מבוא למיקרו-בקר 8051

מה משמעות המושג “מיקרו-בקר” ?

המושג “מיקרו-מעבד” (הידוע גם כמעבד זעיר, מיקרופרוססור Microprocessor), מתייחס ליחידת עיבוד מרכזית CPU (Central Processing Unit) היושבת על פיסת סיליקון אחת.

חיבור רכיבים נוספים למיקרו-מעבד (כגון : זיכרונות, אמצעי קלט / פלט, מונים וכו’) על גביי לוח אם, יוצר מערכת מחשב הנקראת “מיקרו-מחשב”.

המושג “מיקרו-בקר” (הידוע גם כבקר זעיר, מיקרוקונטרולר Microcontroller), מתייחס לפיסת סיליקון אחת המכילה את המעבד והרכיבים הנוספים גם יחד.

כדי שמיקרו-בקר יוכל לפעול הוא זקוק אך ורק למתח מקור ותדר שעון חיצוניים.

היכן משתמשים במיקרו-בקר ?

כל מערכת המצריכה מחשב עם תוכנה ייעודית, מכילה מיקרו-בקר.

לדוגמא : מערכת לניהול מנוע ברכב, צב”ד אלקטרוני, מדפסות, טלפונים אלחוטיים וסלולאריים, תנורי מיקרוגל, מערכות אבטחה, טלוויזיות, מכשירי הקלטה למיניהם, שלט רחוק, מערכות קירור ועוד מערכות רבות אחרות …

8051 – קצת הסטוריה

המיקרו-בקר 8051 פותח ע”י חברת אינטל בתחילת שנות השמונים. בנוסף למעבד, הוא הכיל : רכיבי זיכרון ROM ו – RAM, מונים, יחידה לתקשורת טורית, פורטים O/I ופסיקות. הוא היה המיקרו-בקר הראשון, שהציג את שיטת מיעון-סיבית, המאפשרת גישה למידע באופן פרטני של הרמת סיבית/הורדת סיבית בעזרת שימוש בסט הוראות חדשניות.

מודל הזיכרון של המעבד נחשב מורכב באותה התקופה, אך בשל הגמישות הרבה הפך ה-8051 לפופולארי ביותר.

מאז העיצוב המקורי של המעבד שפותח על-ידי אינטל, חברות נוספות ייצרו שלל דגמים נוספים של המעבד, כגון : AMD, Atmel, Cygnal, Dallas, Infineon, Philips, Signetics ,Siemans ואחרות. חברות אלו שיפרו את ביצועי המיקרו-בקר המקורי והוסיפו פונקציות נוספות, תוך שמירה על מבנה המיקרו-בקר המקורי.

מבנה עקרוני של מיקרו-בקר 8051

המיקרו-בקר אליו נתייחס בנוי מהיחידות הבאות :

1. יחידת עיבוד מרכזית CPU
2. זיכרון ROM בגודל KB4.
3. זיכרון RAM פנימי בגודל 256 בתים.
4. ארבעה פורטים המשמשים לקלט / פלט.
5. שני מונים.
6. שש פסיקות.
7. תקשורת טורית.

קווי התקשורת של המיקרו-בקר 8051

א. מהו פס נתונים ומה רוחבו ?

פס נתונים Data Bus הינו קו תקשורת מקבילי המשמש את המעבד לשלוח נתון או לקבל נתון מהזיכרון.
פס הנתונים במיקרו-בקר 8051 הינו ברוחב 8 ביט, כלומר  Byte 1.

ב. מהו פס הכתובות ומה רוחבו ?

פס כתובות Address Bus הינו קו תקשורת מקבילי המשמש את המעבד להעביר כתובת בינארית של תא בזיכרון, אליו הוא רוצה לפנות.

פס הכתובות במיקרו-בקר 8051 הינו ברוחב 16 ביט, כלומר 2 Byte או Word 1.
מכאן שטווח הכתובות האפשרי אליו ניתן לגשת באמצעות 16bit הוא :

0000h (הכתובת הנמוכה ביותר)  עד  FFFFh (הכתובת הגבוהה ביותר)

לכל תא בזיכרון יש כתובת משלו. המושג “נפח זיכרון” או “מרחב זיכרון” מתאר את מספר תאי הזיכרון (כלומר, מספר הכתובות) שרכיב זיכרון מכיל.
נפח זיכרון במחשב תלוי ברוחב פס הכתובות של המעבד, ונקבע באמצעות הנוסחא הבאה :

נפח זיכרון ב- Bytes = ^{רוחב פס כתובות} 2

ולכן, במיקרו-בקר 8051 ניתן לגשת למרחב זיכרון של 64Kbyte, כי :

2¹⁶ = 2⁶ X 2¹⁰ = 64KB