على 02/10/2024 261

8051 متحكم: الميزات والمتغيرات والتطبيقات

يستخدم Microcontroller 8051 ، الذي أطلقه Intel في الثمانينات ، بنية هارفارد الفعالة للأنظمة المضمنة.تم تصميمه في الأصل باستخدام تقنية NMOS ، وقد تطورت إلى CMOs ، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة ، وخاصة في نموذج 80C51.تستكشف هذه المقالة تطوير 8051 وأهميته الدائمة في مختلف التطبيقات ، مما يعكس تأثيرها على التقدم التكنولوجي والاستدامة.من خلال دراسة الهندسة المعمارية والعمليات ، يمكنك اكتساب رؤى قيمة في تعقيدات وظيفة متحكم والتحديات التكنولوجية.

كتالوج

ما هو متحكم 8051؟

تم تقديمه من قبل Intel في عام 1981 ، ويستمر متحكم 8051 في أسر مجال الأنظمة المدمجة مع بساطته الدائمة وقدرته على تحمل التكاليف.تتضمن هذه الدائرة المتكاملة المكونة من 40 دبوسًا ، والتي توجد في حزمة مضمنة مزدوجة ، 128 بايت من ذاكرة الوصول العشوائي ، وذاكرة ROM 4 كيلو بايت ، واثنين من أجهزة توقيت 16 بت.إنه يضم أربع منافذ قابلة للبرمجة 8 بت ، مما يخلق فرصًا للتطبيقات المتنوعة وقدرةها على التكيف في بيئات مختلفة.يدعم تصميمه المزدوج الحافظة ، والذي يفصل عن تخزين البرنامج وتخزين البيانات ، ما يصل إلى 64 كيلو بايت لكل منهما من أجل ROM و RAM ، مما يعزز إدارة البيانات.في الداخل ، تتعاون مجمع 8 بت ووحدة المعالجة المتقدمة لتقديم القدرة الحسابية المتميزة.

برمجة 8051 غالبًا ما تستخدم C المضمنة ، مع أدوات مثل Keil.تؤثر هذه الخيارات على كفاءة وتوسعية الأنظمة المدمجة.مع تطور بيئات التطوير ، يمكن أن يؤدي تبني هذه الأدوات الحديثة إلى دمج متحكم 8051 في الأنظمة المعاصرة.يتفوق 8051 عبر العديد من السيناريوهات ، من أنظمة التحكم الأساسية إلى التطبيقات الصناعية المعقدة.عززت قدرتها على تحمل التكاليف وتنوعها مكانها في البيئات التعليمية ، مما يوفر للطلاب استكشاف تصميم Microcontroller واستخدامه.

8051 متحكم pinout

رقم PIN	اسم الدبوس	وظيفة
1-8	الميناء 1	8 بت منفذ I/O
9	RST	إعادة ضبط
10	P3.0/RXD	المنفذ 3: دبوس الإدخال التسلسلي
11	P3.1/TXD	المنفذ 3: دبوس الإخراج التسلسلي
12	p3.2/int0	المنفذ 3: المقاطعة الخارجية 0
13	p3.3/int1	المنفذ 3: المقاطعة الخارجية 1
14	P3.4/T0	المنفذ 3: مؤقت 0 الإدخال الخارجي
15	P3.5/T1	المنفذ 3: مؤقت 1 الإدخال الخارجي
16	P3.6/WR	المنفذ 3: اكتب القوية للذاكرة الخارجية
17	p3.7/rd	المنفذ 3: اقرأ Strobe للذاكرة الخارجية
18	xtal1	مدخلات مذبذب
19	xtal2	إخراج مذبذب
20	GND	أرضي
21-28	الميناء 2	ناقل عنوان عالي الترتيب عند الوصول إلى الذاكرة الخارجية
29	Psen	تمكين متجر البرنامج
30	ALE/PROG	مزلاج العنوان تمكين/برمجة إدخال نبضات
31	EA/VPP	تمكين الوصول الخارجي/جهد البرمجة
32-39	المنفذ 0	منفذ الإدخال/الإخراج 8 بت وناقل بيانات/بيانات منخفضة الإرسال
40	VCC	مزود الطاقة (+5V)

8051 ميزات متحكم

سمات	وصف
وحدة المعالجة المركزية	8 بت مع اثنين من السجلين الرئيسيين (A و B)
روم داخلي	8 كيلو بايت ، تستخدم لتخزين البرامج
كبش داخلي	256 بايت ، مع مناطق وظائف خاصة
سجلات خاصة	السيطرة على الأجهزة الطرفية مثل المنافذ التسلسلية والتوقيتات ، تقع في النصف العلوي من رام
المقاطعات	مقابض 5 مقاطعات (اثنان خارجيين ، ثلاثة داخليين)
نظام الساعة	دوائر المذبذب ودوائر الساعة
سجلات السيطرة	سجلات مختلفة لإدارة العمليات (PCON ، SCON ، إلخ.)
أجهزة ضبط الوقت/العدادات	اثنين من أجهزة توقيت/عدادات 16 بت (T0 و T1)
عداد البرنامج والمؤشر	عداد برنامج 16 بت ومؤشر بيانات للمعالجة
منافذ I/O.	أربعة منافذ ، مجموع دبابيس إدخال/إخراج
مكدس المؤشر والحالة	مؤشر مكدس 8 بت وكلمة حالة المعالج
التواصل التسلسلي	يدعم الاتصال التسلسلي الكامل (الإرسال وتلقي البيانات)

بنية متحكم 8051

وحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية) والمقاطعات

تقوم وحدة المعالجة المركزية بتوجيه الوظائف الأساسية للونرولر 8051.من خلال الإدارة الدقيقة للمقاطعات ، يمكن أن تعطي أولويات المهام ، مما يسهل المعالجة السلسة.يدير مستويات أولوية مختلفة للمقاطعة مهامًا بمهارات مثل بروتوكولات الحصول على بيانات المستشعر والاتصال ، والتي تتماشى مع قدرة المتحكم في تعدد المهام.

تنظيم الذاكرة

تتكون الذاكرة من برنامج ROM و DATA RAM.يحتفظ برنامج ROM بالتعليمات المهمة ، في حين أن Data RAM يتعامل مع البيانات والمتغيرات المؤقتة.تؤثر التنظيم المدروس لهذه الذاكرة بشكل كبير على الأداء ، في التطبيقات التي تتطلب استرجاع البيانات السريعة والتحديثات ، مثل أنظمة التحكم في المحرك.

حافلات النظام

للاتصال الداخلي ، هناك ناقل عنوان 16 بت وحافلة بيانات 8 بت ، كل منها يلعب أدوارًا مختلفة.يحدد ناقل العنوان مواقع الذاكرة ، بينما تنقل ناقل البيانات بيانات.يضمن هذا النظام معالجة البيانات Adept ، على غرار التصميمات في أنظمة التحكم التي تتطلب إدارة البيانات الدقيقة.

مذبذب على الرقاقة

يولد مذبذب على الرقاقة إشارة الساعة مزامنة جميع عمليات متحكم.يزيد ثباته من الأداء في مجالات مثل معالجة الإشارات الرقمية وتعديل التردد ، حيث يزيد التوقيت الدقيق من الفعالية.

منافذ الإدخال/الإخراج

تقوم منافذ الإدخال/الإخراج بتوصيل الأجهزة الطرفية ، مما يتيح نطاقًا من شاشات LED بسيطة إلى شبكات المستشعرات المعقدة.يعرض تصميم هذه المنافذ لتلبية احتياجات التطبيق ، مثل التواصل مع أجهزة الاستشعار التناظرية أو إنتاج الإشارات الرقمية ، مرونة 8051 في مختلف القطاعات.

أجهزة ضبط الوقت والمقاطعات

يضم اثنين من أجهزة ضبط الوقت 16 بت للحسابات الديناميكية ، من توليد التأخير إلى قياس النبض ، متحكم الدقيق لا يقدر بثمن في الأتمتة والروبوتات.تعزز قدرتها على دعم المقاطعات المتعددة ، والموقت ، والأجهزة الخارجية ، والاتصال التسلسلي ، الإدارة الفعالة للأحداث المتزامنة وغير المتزامنة في الصناعات التي تحتاج إلى استجابات يمكن الاعتماد عليها ، مثل أنظمة التحكم في السيارات.

8051 مكونات وعمليات متحكم

في المشهد الطبيعية للذاكرة ، تجد البرامج منزلها الآمن في ROM ، وهو مساحة حيث تلبي الدوام الاستقرار.وفي الوقت نفسه ، يعد RAM ديناميكيًا حيث يرقص البيانات التشغيلية المتطايرة ، حيث يستجيب للمطالب المتغيرة باستمرار.هذا الفصل يمكّن الأنظمة من التنقل وتغيير العمليات بسلاسة.تجد الطبيعة الثابتة لـ ROM مكانها في تطبيقات المخاطر العالية ، والمرونة حتى عندما تنحرف وتدفقات الطاقة.

إدارة المهام

توقيتات نحت تأخيرات دقيقة ، وتنظيم سيمفونية المهام في الوئام.أنها تسهل إدارة المهام السلسة والتنفيذ المتزامن للمشاريع المتوازية التي تمثلها الأنظمة المضمنة للسيارات.مزامنة المهام يعكس توازنًا دقيقًا ، مما يعكس كل من براعة الوقت والدهاء في الموارد.

معالجة البيانات

يسجل بيانات المهد والتوجيهات ، وتشكيل جوهر وظائف المعالج.يقوم المتراكم بأمان بمهام حسابية ، في حين أن عداد البرنامج يظل متيقظًا ، ويتقدم إلى التعليمات التالية مع اليقين الإيقاعي تقريبًا.توفر هذه العناصر تفاعلًا سريعًا للبيانات وتعديلها ، وتشكيل جوهر ميكانيكا المعالج.

تجزئة البيانات والحالة

في العالم المنظم للبيانات ، تروي الأجزاء 8 بت قصة العديد من بنيات الحوسبة.سجل حالة البرنامج (PSW) هو حارس ، يعرض حالات التعليمات مع أعلام مثل الصفر والحمل ، في تشكيل مسارات القرار أثناء تنفيذ العملية.تصبح هذه الأعلام مهمة في البرمجة المشروطة ، مما يسمح للأنظمة بالتكيف مع انحسار وتدفق الظروف.

تسجيل البنوك

يتحول RAM تحت إشراف بنوك التسجيل ، ويقسم إلى أربعة مجالات متميزة ، مما يعزز حوار البيانات الفعال والوصول السريع.ينشط هذا المخطط قدرة المعالج على التوفيق بين المهام المتزامنة ، من خلال تبسيط استخدام الذاكرة.تعكس الممارسات في وحدات المعالجة المركزية النخبة ، تبرز هذه المنظمة التركيز على المعالجة الموازية.

إدارة المكدس

المكدس عبارة عن حارس عابر للبيانات ، يحكمه مؤشر مكدس 8 بت ، يستخدم منطق وصول Last-In ، First-Out (LIFO).تتيح إدارة المكدس تسلسل استدعاء الوظائف المعقدة ومعالجة المقاطعة المهرة ، وميزات التوقيع في النظم الإيكولوجية للبرامج المعقدة.إنه يوضح التخصيص الحكيم للموارد الحسابية.

أوضاع معالجة

مجموعة من أوضاع معالجة مثل التسجيل ، والتسجيل غير المباشر ، والفوري ، والمفهرس ، والموجهة إلى العنوان سيناريوهات البيانات المختلفة.تعمل هذه المرونة في مشاركة البيانات على تحسين كل من الوظائف ووضوح الكود ، واستراتيجيات النسخ المتطابقة التي تزن قرب البيانات وسهولة الوصول إليها.

8051 تطبيقات متحكم

يصبح متحكم 8051 اختيارًا للكثيرين بسبب قدراته على التكيف والتكامل في القطاعات المتنوعة.هذه نظرة مفصلة:

إدارة الطاقة

يسمح دور متحكم 8051 في إدارة الطاقة بمراقبة وتنظيم الطاقة الدقيقة في كل من المنازل والصناعات.تضمن هذه الأجهزة قياسًا دقيقًا وصقل استخدام الطاقة.يؤدي أدائهم الموثوق في أنظمة المراقبة إلى تحسين استراتيجيات كفاءة الطاقة ، مع مواكبة متطلبات الطاقة المتغيرة باستمرار.

تقنية الشاشة التي تعمل باللمس

يلعب متحكم 8051 دورًا رئيسيًا في تعزيز واجهات الشاشة التي تعمل باللمس.دمجًا دون عناء مع أجهزة مثل الهواتف الذكية ، فإنه يوفر ملاحظات بديهية ودقيقة للمس.باستخدام خوارزميات متقدمة ، يعالج تكنولوجيا المعلومات مدخلات لمس لزيادة الدقة ، مما يعزز الرضا عبر أدوات شاشة تعمل باللمس المختلفة.

أنظمة السيارات

في قطاع السيارات ، يعد متحكم 8051 مفيدًا لتطوير أنظمة التحكم في المركبات المتقدمة.إنها تساعد في التطورات الهجينة للمركبات ، مع التركيز على الإشراف على الطاقة وتخصيص الطاقة.وهو يدعم أنظمة مثل التحكم في التطواف والكبح ، مما يوفر الطاقة الحسابية للحفاظ على كل من الكفاءة والسلامة.

الأجهزة الطبية

تستفيد صناعة الرعاية الصحية بشكل كبير من متحكم 8051 في صياغة الأدوات الطبية المحمولة.تقديم الموثوقية والدقة ، يتم استخدام هذه متحكمها لأجهزة مثل عدادات الجلوكوز.تضمن قدرتها على معالجة البيانات قراءات سريعة ودقيقة لرعاية المرضى وإدارتها.

خاتمة

تتضمن سلسلة Microcontroller 8051 العديد من الإصدارات ، كل منها مصمم مع ميزات محددة للمهام المميزة.الاختلافات هي سلسلة ATMEL AT89 و EFM8 SILICON LABS.السمات الفريدة مثل تغييرات الساعة المتغيرة وقدرات الذاكرة واستهلاك الطاقة ، وتعزز كفاءة التصميم وإدارة التكاليف ، مما يعكس تطلعات المشروع.تُظهر التحديثات والتحسينات المستمرة عبر نطاق 8051 الابتكار الذي يهدف إلى تلبية الاحتياجات التكنولوجية المعاصرة.