EL 8051

El 8051 es un microcontrolador de 8 bits desarrollado en su origen por Intel en 1980. Es el microcontrolador más popular del mundo, hecho por varios fabricantes independientes. ¡Tan solo en 1993 se vendieron 126 millones de 8051s (y variantes) ¡
Un típico 8051 contiene:

• CPU con procesador booleano
• 5 o 6 Interrupciones:
• 2 son externas
• 2 niveles de prioridad
• 2 o 3 temporizadores/contadores de 16 bits
• puerto serie full-duplex programable
• (con la velocidad en baudios provista por uno de los timers)
• 32 líneas de entrada - salida (cuatro puertos de 8 bits)
• RAM
• En algunos modelos, ROM/EPROM

Puede decirse que la arquitectura del 8051 es algo extravagante, pero lo mismo podría decirse de la arquitectura de la mayoría de los microcontroladores, debido a su especialización (vean si no la creatividad del PIC - en ese sentido, basta con ver cualquier chip RISC). Un problema bastante molesto del 8051 es su conjunto de instrucciones sumamente no - ortogonal, especialmente las restricciones sobre el acceso a los diferentes espacios de direccionamiento. De cualquier modo, después de algún tiempo de programar este chip uno se acostumbra, e incluso puede llegar a apreciarlo.
Uno de los puntos fuertes del 8051 es la manera en que maneja las interrupciones. El vectorizado hacia áreas fijas de 8 bytes es conveniente y eficiente. La mayoría de las rutinas de interrupción son muy breves (o al menos así debería ser), y generalmente caben en el área de los 8 bytes. Por supuesto que si su rutina de interrupción es más larga, todavía puede saltar a la rutina apropiada desde dentro de la región de interrupción de 8 bytes.
El juego de instrucciones del 8051 está optimizado para las operaciones de un BIT que tan a menudo se usan en las aplicaciones de control en tiempo real. El procesador booleano provee soporte directo para manipulaciones de bits. Esto lleva a programas más eficientes que necesitan tratar con las condiciones de entrada y salida binarias inherentes a los problemas de control digital. Se puede usar direccionamiento de bits para el monitoreo con puntas de prueba o flags de control del programa.


Tipos de 8051

El 8051 posee el más amplio espectro de variantes que cualquier otro controlador incorporado del mercado. El dispositivo más pequeño es el Atmel 89c1051, una variante FLASH de 20 pines con 2 timers, UART, 20 mA

Advanced Micro Devices (AMD)
AMD fue uno de los primeros fabricantes de variantes mejoradas incluyendo características tales como: punteros de datos duales, interfase slave con unidad de arbitración, puerto RAM dual y buffers FIFO entre otras. Pero ya han dejado de fabricarlos.

Atmel
El dispositivo más pequeño de la actualidad es el ATMEL 89c1051, una variante FLASH de 20 pines con 2 timers, UART, 20 mA. ATMEL fue el primero con distribución de pines FLASH estándar, y con más ciclos de programa que cualquier distribución de pines FLASH hecha a pedido. Estas partes compiten en precio con los productos OTP y MASK, pero eliminan los problemas de los costos ocultos del desarrollo OTP. Esto ponen en aprietos a micros como el PIC y el ST6.

Dallas Soft Microcontrollers - DS5000(T), DS5001(T), DS2250(T)
Los microcontroladores Dallas Soft tienen núcleos estándar 8051 con RAM no volátil en chip en vez de ROM. Esto le da a usuario la habilidad de alterar fácilmente el sistema y es perfecto para registro de datos. Estos procesadores están disponibles tanto en soluciones de chip como de módulo. Entre las características incluidas en esta familia de productos:

• RAM no volátil en chip
• cargador en ROM para descarga de programas, que elimina el complicado ciclo de borrar/programar/instalar EPROM.
• reloj incorporado de tiempo real (opcional)
• timer watchdog
• software de seguridad (encriptación de programas y datos)

El DS500X es un paquete DIP estándar de 40 pines (bueno, prácticamente estándar, es realmente un BOX que tiene casi el doble de altura que un chip normal). El DS225x es una versión SIP que es funcionalmente idéntica al DS5000 pero generalmente algo menos cara. Lo lindo de tener la RAM en el mismo chip es que los puertos de entrada/salida no se ven afectados. Cuando la RAM se configura como memoria de código, el DS5000 se comporta exactamente igual que un 8051 normal. La NV-RAM es estática con una batería de litio incorporada y no tiene limitaciones en el número de escrituras. Uno puede descargar su código cuantas veces quiera sin dañar el dispositivo. El DS5000 también incluye un cargador en ROM que nos permite bajar código en la RAM para salir del paso. El cargador y la RAM en chip tienen una opción de encriptación con la cual podemos proteger el código de lecturas desde el dispositivo si así lo deseamos.

Micros Dallas de Alta Velocidad - DS80c320, DS87c520, DS87c530
Verdaderos Fórmula Uno - ¡rendimiento de hasta 10 MIPS! Dallas fue el primero en acelerar el núcleo. Han eliminado los ciclos de clock y memoria que antes se desperdiciaban usando un núcleo de procesador rediseñado. Como resultado de ello, cada instrucción del 8051 se ejecuta hasta 3 veces más rápido que el original para un cristal de cuarzo de la misma velocidad. Velocidades de clock desde 0 Hz (corriente continua) hasta 33 MHZ (¡!).
Un alto rendimiento no sólo significa velocidad. Una alta integración le da al usuario dos puertos serie full-duplex, 13 fuentes de interrupción (6 externas), timer watchdog, administración de energía, reseteo en caso de que falle la alimentación, y otras ventajas.
Intel MCS-51
Introducido en 1980, se ha convertido en un estándar industrial para control integrado. Intel ofrece una amplia variedad de versiones de 8051 con diferentes configuraciones de EPROM/ROM on-board. También se ofrecen piezas de baja tensión, alta integración y componentes especializados.

OKI
OKI fabrica el 85c154, que es un 8751 con un zócalo de EPROM en la superficie superior. Es excelente para usarlo con un emulador de EPROM.

Philips
Nadie tiene más variantes del 8051 que Philips. Entre otros derivados se cuentan: 40 MHz, un DIP angosto de 24 pines, bajo voltaje, versiones quad flat pack (QFP) para ahorrar espacio en la plaqueta, OTP, bus I2C, etc.
La línea c5xx posee alta integración con muchos adicionales incorporados al chip, como por ejemplo supresión EMI/RFI incorporada.
La serie c7xx son micros muy humildes y baratos. Se los ofrece con menos memoria (1k, 2k, etc.) y menos opciones. Sin ir más lejos el 83c750 se vende a granel por sólo 1 dólar.

Siemens sab80c517a

El 80c517a es una de las más poderosas variantes del 8051 disponibles. Se caracteriza por una alta velocidad de clock (40 MHz) y alto nivel de integración con ALU de 32 bits, 2 UARTS, 2k de RAM, encapsulado PLCC84, PWMs de 8 x 16 bits, etc.

Standard Microsystems Corporation SMC COM20051
El COM20051 es un microcontrolador integrado e interfase de redes que incluye:

• Alto rendimiento y bajo costo
• Está basado en la popular arquitectura del 8051
• Fácil reemplazo 80C32 PLCC
• Soporte de red de hasta 255 nodos
• Poderoso diagnóstico de Redes
• Paquetes de red hasta un máximo de 512 bytes
• Detección duplicada de ID de nodos
• Protocolo de redes auto configurable
• Retiene todos los periféricos del 8051 incluyendo la entrada / salida serie y 2 timers
• Utiliza el motor de redes ARCNET(R) Token Bus
• No requiere emuladores especiales
• Velocidad de datos desde 5 Mbps hasta 156 kbps
• La interfase de redes soporta RS-485, par retorcido, coaxial e interfaces de fibra óptica
• El modo "recibir todo" permite recibir cualquier paquete

Silicon Systems Inc. SSI73M2910/2910A
El SSI73M2910 es un microcontrolador de alto rendimiento diseñado para aplicaciones de módem y comunicaciones.

• Juego de instrucciones compatible con el 8052
• Operación a 34 MHz / 4.5 - 5.5V
• Operación a 44 MHz / 4.75 - 5.5.V (2910A)
• Operación a 22 MHz / 3.3 - 5.5.V
• Soporte lógico HDLC ( paquetizador, CRC de 14 y 32 bits, ID cero)
• 24 pines para puertos E/S programables por el usuario
• lógica de selección de chips programables de 8 pines o E/S para periféricos mapeados por memoria
• 3 fuentes de interrupción externas (con polaridad programable)
• 16 pines de direccionamiento con cerrojo dedicados
• Bus de direccionamiento multiplexado
• Tiempos de ciclos de intrucciones idénticos a los del 8052
• Pin de salida del oscilador con buffer (OSC/2)
• Hay disponible un Clock de UART de 1.8432 MHz
• Circuitos de selección de bancos de memoria que soportan hasta 128K de memoria de programas externa
• También hay disponible un paquete TQFP de 100 terminales para aplicaciones PCMCIA

Componentes 8051 de 16 bits
Un proyecto conjunto entre Intel y Philips ha resultado en dos nuevos e interesantes productos: los 8051 de 16 bits. Debido a un desacuerdo entre las partes, cada cual siguió caminos separados. Intel desarrolló el MCS-251, que originalmente se llamó ZX. Philips apareció con la línea Arquitectura Extendida (XA).

El Intel MCS-251 puede reemplazar directamente al 8051 en la plaqueta existente (no sin antes programar los bits de control de modos) y también posee compatibilidad binaria. El XA es más bien un micro de 16 bits que también resulta ser compatible en código. Los méritos de ambos son materia de controversia.

Los chips con pines compatibles permiten mejoras instantáneas de rendimiento para diseños existentes y la compatibilidad binaria ciertamente ayuda a preservar las inversiones del usuario en código y herramientas de programación. Al estar plantado firmemente en el campo de los 80x51, Intel le permite al usuario un acceso transparente a una enorme gama de potencias. Para mejorar aún más en las áreas numéricamente intensivas los usuarios pueden utilizar librerías INTEGER, LONGINT Y FLOAT escritas para el MCS-251.

El Philips XA no es un reemplazo directo del 8051. La compatibilidad del código binario es algo loable, ya que uno puede mudarse a un sistema más poderoso sin necesidad de preocuparse en absoluto. (Todos conocemos la historia del éxito de la compatibilidad binaria de Intel con sus microprocesadores 80x86). Pero si se está trabajando en un nuevo diseño, ¿para qué queremos la compatibilidad binaria? Si lo que uno busca es un 8051 fortificado, Dallas ya tiene el 320. Y si necesitamos las opciones avanzadas habrá que recompilar o reescribir el software de cualquier modo. También habrá que arrastrar toda la carga de la compatibilidad para poder usar las operaciones de 16 bits, las que están precedidas por un código de escape (A5H), la única instrucción que no está en el juego de instrucciones del 8051.

Con la compatibilidad del código fuente, tenemos que recompilar el código (con un nuevo juego de herramientas de desarrollo), ya que rehicieron el conjunto de instrucciones para maximizar la relación potencia/costo. Dicho proceso no es 100% transparente pero, si bien se ve, lo de la compatibilidad binaria tampoco lo es. Si se están haciendo mejoras a un diseño existente, probablemente el 251 será la única opción razonable (aunque también se puede tener en cuenta al Dallas 320). En diseños nuevos tendremos una decisión difícil, pero cualquiera que sea el camino que elija, el 8051 jamás volverá a ser el mismo.

Intel MCS-251
El Intel MCS-251 es 100% compatible con el 8051, tanto en la distribución de pines como en el código binario, pero con un aumento en potencia de 5 a 15 veces. Esto se logra mediante una ganancia séxtuple en ciclos de bus y otras mejoras de hardware para evitar el desperdicio de ciclos de bus.
También fueron posibles mayores aumentos de rendimiento al recodificar secciones críticas para sacar ventaja de las nuevas características: poderosas instrucciones y registros flexibles de 8/16/32 bits, espacio de direccionamiento lineal de 16 Mb, punteros de pila de 16 bits y mejoras en las manipulaciones de bits e instrucciones de control. Además de instrucciones extra de 16/32 bits, el 251 incluye 40 registros con funciones Accumulator e Index solapadas como 16 x 8, 16 x 16 y 10 x 32.

Philips 8051 XA
Al tirar por la ventana la compatibilidad, Philips pudo desarrollar un verdadero microcontrolador de 16 bits, preservando al mismo tiempo el conjunto de instrucciones básico del 8051. Los beneficios de esta ruptura con la tradición resultan en un chip que tiene espacios de almacenamiento (datos y código) duales de 16 Mb, soporte multitarea con segmentos de memoria protegida, un bus SFR por separado y una optimización en la eficiencia del código. Otras características incluyen: división y multiplicación por hardware (más de 100 veces más rápido que un 8051), 32 interrupciones vectorizadas, 16 excepciones de hardware y 16 instrucciones trampa.

Ventajas de implementar aplicaciones de control en esta familia de microcontroladores
Inmensamente populares, fácilmente disponibles y existe un amplio soporte de hardware y software

Rápidos y efectivos, su arquitectura sigue muy de cerca al problema a resolver (Sistemas de Control), y la especialización de muchas de sus instrucciones permiten minimizar las líneas de código y los saltos condicionales.

Bajo Costo, alto nivel de integración en un solo chip; basta un puñado de componentes para implementar un sistema.

Existe un amplísimo rango de 8051s. Un solo juego de herramientas de software cubre una mayor variedad de potencias de procesamiento que cualquier otra familia de microcontroladores. Sus competidores involucran una porción de chips DIFERENTES e INCOMPATIBLES (y a menudo con un solo proveedor de software) para terminar cubriendo el mismo rango de potencias que el 8051, el cual permite grandes ahorros de costos de herramientas, entrenamiento y soporte de soft.

Compatibilidad: El código fuente y los binarios son los mismos para todas las variantes de 80x51 (al contrario de muchas otras familias de microcontroladores)

Origen múltiple del hard y el soft: Más de 12 fabricantes, cientos de variedades para todos los gustos con la seguridad de que se encuentran disponibles a la venta

Mejoras constantes en el material y el diseño incrementan la velocidad y la potencia año tras año, van surgiendo modelos de 16 bits de varios fabricantes, y también hay disponibles modelos DIP de bajo costo.

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