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마이크로프로세서와마이크로컨트롤러 1

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Academic year: 2021

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(1)

C 언어로 배우는 8051 마이크로프로세서

마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러

1

(2)

학습목표 및 목차

마이크로컴퓨터와 마이크로컨트롤러의 차이점을 이해한다 .

마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러의 발달 과정을 살펴본다 .

마이크로컨트롤러의 장점을 이해한다 .

마이크로컨트롤러의 응용 분야를 알아본다 .

MCS-51 계열의 마이크로컨트롤러를 제조사별로 알아본다 .

01. 마이크로프로세서 개요

02. 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러 발달 과정 03. MCS-51 계열 마이크로컨트롤러

(3)

3/28

1.2 마이크로컴퓨터 개념

 마이크로프로세서 (Microprocessor)

컴퓨터의 CPU(Central Processing Unit) 가 가진 기능의 대부분을 하나 혹 은 몇 개의 반도체 칩 (Chip) 으로 집적한 것

 마이크로컴퓨터 (Microcomputer)

마이크로프로세서를 중심으로 ROM, RAM, I/O 장치 등으로 구성된 소규모 컴퓨터 시스템

▶ 마이크로컨트롤러 :

제어를 목적으로 하는 단일 칩 마이크로컴퓨터

(8051)

01. 마이크로프로세서 개요

입력장치

제어 장치

ALU

레지

스터 출력장치

RAM

ROM 마이크로프로세서

버스

버스

버스

버스

마이크로컴퓨터 구성

(4)

 산술 논리 연산 장치 (ALU : Arithmetic Logic Unit)

가산이나 승산 등의 산술 연산과 AND 조작과 같은 논리 연산을 수행

 레지스터 (Register)

프로그램의 실행 중에 데이터를 보관하는 작은 메모리로 고속 액세스 가능

 제어 장치 (Control Unit)

명령어를 해석하고 그것을 실행하는데 필요한 컴퓨터 내부의 각 장치 사이의 데이터 흐름을 제어

 버스 (Bus)

마이크로프로세서와 각 장치들이 서로 정보를 교환하기 위해 필요한 전송로

01. 마이크로프로세서 개요

( 필기 )

주소 버스 : 메모리 내의 특정 장소나 입출력 장치의 특정 포트 (port) 를

지정하는 주소가 실린다 .

데이터 버스 : 각 장치간에 주고받는 정보가 실린다 .

제어 버스 : CPU 내부 또는 외부로부터 시스템 동작을 제어하는 신호가 실린

(5)

5/28

1.3 메모리 구성에 따른 마이크로프로세서 분류

 폰 노이만 구조

 데이터 영역과 프로그램 영역의 물리적인 구분이 없고 버스 크기도 동일

 마이크로프로세서 속도가 빠를수록 고성능이며 , 대표적인 예는 일반 데스크톱 PC

01. 마이크로프로세서 개요

CPU

메모리

데이터와명령 데이터 버스

어드레스 버스

폰 노이만 구조

(6)

 하버드 구조

 데이터 영역과 프로그램 영역이 물리적으로 구분되어 있고 각 버스의 크기도 다를 수 있다 .

 데이터와 명령어를 분리해서 처리하며 , 대표적인 예는 8051, PIC, AVR

01. 마이크로프로세서 개요

CPU 프로그램메모리

명령

데이터메모리

데이터 프로그램 메모리

어드레스 버스 데이터메모리

어드레스 버스

프로그램 메모리

데이터 버스 데이터메모리

데이터 버스

하버드 구조

(7)

7/28

1.4 명령어 구조에 따른 마이크로프로세서 분류

 CISC(Complex Instruction Set Computer) 구조

 ‘ 복합 명령어 셋 컴퓨터’라는 의미를 지니는 방식이며 , 대표적으로 인텔의 x86 계열 CPU 와 펜티엄 4 도 이 방식을 사용

 CPU 가 처리할 수 있는 명령어를 모두 내장하므로 CPU 의 구조가 매우 복잡

 개인용 컴퓨터인 PC 에 많이 사용 . 8051 은 CISC 방식임

 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 구조

 ‘ 축소 명령어 셋 컴퓨터’라는 의미를 지니는 방식이며 , 주로 대형컴퓨터나 워크스테이션에 사용

 CPU 에 내장된 명령어를 줄여 보다 빠른 처리속도가 특징으로 하며 CPU 의 구조를 보다 단순화

 복잡한 명령어는 단순한 명령어를 조합해서 사용

01. 마이크로프로세서 개요 ( 필기 )

(8)

 단일 칩 마이크로컴퓨터 (Single Chip Microcomputer)

 단일보드 마이크로컴퓨터에 들어가는 모든 부품들을 하나의 반도체 칩 (VLSI) 에 집적

마이크로컨트롤러 : 제어를 목적으로 하는 단일 칩 마이크로컴퓨터

8051 계열 : 마이크로컨트롤러에 속함

01. 마이크로프로세서 개요

단일 칩 마이크로컴퓨터

인터럽트 제어기

CPU 코어 병렬 IO

포트 직렬

포트

ROM RAM

타이머/

카운터 DMA

제어기 A/D D/A 변환기

(9)

9/28

1.7 마이크로컨트롤러 응용

 마이크로컨트롤러의 분야별 응용

산업

• 모터 제어

• 로봇 제어

• 프로세스 제어

• 수치제어

• 지능형 변환기 (transducer)

계측

• 의료용 계측기

• 가스 크로마토 그래프

• 오실로스코프

가전제품

• 비디오 레코더

• 레이저 디스크

• 비디오 게임기

유도제어

• 미사일 제어

• Torpedo 유도 제어

• 지능형 무기

• 우주선 유도 제어

데이터 처리

• 플로터 (plotter)

• 복사기

• 하드디스크 구동장치

• 테이프 구동장치

• 프린터

자동차

• 점화 타이밍 제어

• 연료 분사 제어

• 변속기 제어

• ABS 제어

• 열 방사 제어 통 신 • 모뎀

• 지능형 line card 제어

01. 마이크로프로세서 개요

(10)

2.2 마이크로컨트롤러 발달 과정

02. 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러 발달 과정

제조사 8 비트 8 비트 16 비트 성능향상

16 비트

성능향상 32 비트 8048 8051 8096 80196 80966

Zilog Intel

Motorola 6805 68HC11 68HC16 68332

Z8 Z88C00 Z89

삼성전자 KS88 KS16 KS32

(11)

11/28

2.3 8051, AVR, PIC, ARM

 마이크로컨트롤러 장점

 제품이 소형화되고 , 경량화된다 .

 제품의 가격이 저렴하다 .

 계열별 마이크로컨트롤러 : 8 bits, 16 bits, 32 bits

 8 비트 : 인텔 8051 계열 : 5Mips, 아트멜 , NEC, NXP 에서 생산

마이크로칩 (Microchip) PIC 계열 : 2.5~3Mips, 소형제품 적용 용이 , RISC

아트멜 (Atmel) AVR 계열 : 8Mips

▶ PIC, 8051 : OTP(One-Time Programmable) 타입이 있으므로 단가 저 렴

▶ AVR : ROM writer 없이 PC 에서 플래시 메모리로 프로그램을 저장하는 ISP(In-System Programming) 기능

32 비트 : 인텔 80960, 모토롤라 68332, ARM 계열 , 프리스케일 ColdFire, MIPS

02. 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러 발달 과정

( 필기 )

(12)

 프로그래밍 방식 비교

 PIC, 8051 : 일부 모델은 ROM 라이터와 자외선 이레이저 (UV erasure) 가 필 요하지만 플래시 타입은 ISP 로 편리하게 프로그래밍할 수 있음

 AVR : 모든 계열을 ISP 방식으로 프로그래밍할 수 있다는 장점이 있음

 개발 언어 비교

 PIC : 어셈블리어가 좋고 , C 언어는 하드웨어 구조상 문제점이 많고 생성하는 코 드의 효율도 좋지 않음

 8051 : 어셈블리어와 C 언어 모두 좋지만 C 언어는 느리다 .

 AVR : 어셈블리어와 C 언어 모두 좋음 .

02. 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러 발달 과정

(13)

13/28

03. MCS-51 계열 마이크로컨트롤러

( 필기 )

3.1 인텔의 8051 계열 마이크로컨트롤러

 MCS-51 계열 : 8051 기본 구조의 CPU 를 통칭

 하버드 구조 , CISC 머신 (machine)

 8051 마이크로컨트롤러

 내부 메모리 : 4K 바이트 프로그램 메모리 (ROM), 128 바이트 데이터 메모리 (RAM)

 타이머 : 16 비트 2 개

 외부 메모리기 : 64K 바이트 프로그램 메모리 , 64K 바이트 데이터 메모리

 내장된 프로그램 메모리는 MROM(Mask ROM: 1 회 사용 )

 8031 마이크로컨트롤러

 프로그램 메모리 (ROM) 를 외장한다는 점만 제외하면 8051 과 같음

 프로그램 크기가 4K 바이트 이상인 경우에 적합

 8751 마이크로컨트롤러

 8751 은 내부 프로그램 메모리가 EPROM 으로 되어 있음

 EPROM 라이터를 사용해 사용자가 프로그램을 기록할 수 있고 , 자외선 이레이 저를 사용해 기록된 데이터를 지우고 다시 사용할 수 있음

(14)

03. MCS-51 계열 마이크로컨트롤러

( 필기 )

 8032, 8052, 8752 마이크로컨트롤러

 8031, 8051, 8751 의 후속 모델로 , 내부 프로그램 메모리와 데이터 메모리가 2 배고 타이머와 이에 관련된 인터럽트가 하나씩 더 추가

- 내부 데이터 메모리 : 256 바이트 - 내부 프로그램 메모리 : 8K 바이트 - 인터럽트 소스 : 6 개

- 내부 타이머 개수 : 3 개

(15)

15/28

03. MCS-51 계열 마이크로컨트롤러

 인텔의 MCS-51 계열 주요 모델의 특징

모델명 ROM RAM T/C INT UART I/O 클록 (MHz) 비고

80C31BH - 128 2 5 1 32 12, 16

80C51BH 4K, ROM 128 2 5 1 32 12, 16

87C51 4K, EPROM 128 2 5 1 32 12, 16, 24

80C32 - 256 3 6 1 32 12, 16, 24, 33

80C52 8K, ROM 256 3 6 1 32 12, 16, 24, 33

87C52 8K, EPROM 256 3 6 1 32 12, 16, 24, 33

80C54 16K, ROM 256 3 6 1 32 12, 16, 24, 33

87C54 16K, EPROM 256 3 6 1 32 12, 16, 24, 33

80C58 32K, ROM 256 3 6 1 32 12, 16, 24, 33

87C58 32K, EPROM 256 3 6 1 32 12, 16, 24, 33

80C51 FA - 256 3 7 1 32 12, 16

83C51 FA 8K, ROM 256 3 7 1 32 12, 16

87C51 FA 8K, EPROM 256 3 7 1 32 12, 16, 24, 33

83C51 FB 16K, ROM 256 3 7 1 32 12, 16, 24, 33

87C51 FB 16K, EPROM 256 3 7 1 32 12, 16, 24, 33

83C51 FC 32K, ROM 256 3 7 1 32 12, 16, 24, 33

87C51 FC 32K, EPROM 256 3 7 1 32 12, 16, 24, 33

80C51 GB - 256 3 15 1 48 12, 16

83C51 GB 8K, ROM 256 3 15 1 48 12, 16

87C51 GB 8K, EPROM 256 3 15 1 48 12, 16

80C51 RA - 512 3 6 1 32 12, 16, 20, 24 WDT

83C51 RA 8K, ROM 512 3 6 1 32 12, 16, 20, 24 WDT

87C51 RA 8K, EPROM 512 3 6 1 32 12, 16, 20, 24 WDT

83C51 RB 16K, ROM 512 3 6 1 32 12, 16, 20, 24 WDT

83C51 RB 16K, EPROM 512 3 6 1 32 12, 16, 20, 24 WDT

83C51 RC 32K, ROM 512 3 6 1 32 12, 16, 20, 24 WDT

87C51 RC 32K, EPROM 512 3 6 1 32 12, 16, 20, 24 WDT

(16)

03. MCS-51 계열 마이크로컨트롤러

 아트멜의 MCS-51 계열 주요 모델의 특징 : 플래시 메모리 사용

모델명 ROM RAM T/C INT UART I/O Line 클록

(MHz) 비고

AT89C1051 1K(Flash) 64 1 3 - 15 24

AT89C2051 2K(Flash) 128 2 6 1 15 24

AT89C4051 4K(Flash) 128 2 6 1 15 24

AT89C51 4K(Flash) 128 2 6 1 32 24

AT89C52 8K(Flash) 256 3 8 1 32 24

AT89C55WD 20K(Flash) 256 3 8 1 32 33 WDT

AT89C51RC 32K(Flash) 512 3 8 1 32 33 WDT

AT89LV51 4K(Flash) 128 2 6 1 32 12

AT89LV52 8K(Flash) 256 3 8 1 32 12

AT89LS53 12K(Flash) 256 3 9 1 32 12

AT89S2051 2K(Flash) 256 2 6 1 15 24 WDT, ISP, PWM(8비트 ) AT89S4051 4K(Flash) 256 2 6 1 15 24 WDT, ISP, PWM(8비트 )

AT89S51 4K(Flash) 128 2 6 1 32 33 WDT, ISP

AT89S52 8K(Flash) 256 3 8 1 32 33 WDT, ISP

AT89S53 12K(Flash) 256 3 9 1 32 24 WDT, ISP

AT89LS51 4K(Flash) 128 2 6 1 32 16 WDT, ISP

AT89LS52 8K(Flash) 256 3 8 1 32 16 WDT, ISP

AT89LS53 12K(Flash) 256 3 9 1 32 12 WDT, ISP

AT89S8252 8K(Flash) 256 3 9 1 32 24 WDT, ISP, EEPROM(2K) AT89LS8252 8K(Flash) 256 3 9 1 32 12 WDT, ISP, EEPROM(2K) AT89S8253 12K(Flash) 256 3 9 1 32 24 WDT, ISP, EEPROM(2K)

(17)

IT CookBook, C

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언어로 배우는 8051 마이크로프로세서

참조

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