Arquitectura del microcontrolador 8051

El microcontrolador 8051 es uno de los dispositivos más utilizados en el mundo de la electrónica, gracias a su versatilidad y eficiencia en el manejo de diferentes tareas. En este artículo, exploraremos la arquitectura del microcontrolador 8051, analizando sus componentes internos y su funcionamiento, una guía imprescindible para aquellos interesados en aprender más sobre este fascinante dispositivo.

Este artículo describe la arquitectura del microcontrolador 8051. Un microcontrolador es un circuito integrado programable (IC) que contiene una pequeña CPU, RAM y pines de E/S.

El microcontrolador 8051 fue desarrollado por Intel Corporation en 1981. Inicialmente, se construyó utilizando tecnología NMOS. Pero la tecnología NMOS necesita más potencia. Entonces, más tarde, Intel presentó una nueva versión de los microcontroladores 8051 basados ​​​​en tecnología CMOS. Esto se llama 8051.


El microcontrolador 8051 es un microcontrolador de 8 bits. El microcontrolador 8051 tiene un procesador de 8 bits, lo que significa que puede operar con datos de 8 bits a la vez. Es el microcontrolador más utilizado. El microcontrolador 8051 está disponible en DIP (Dual Inline Package) de 40 pines, 128 bytes de RAM, 4 kb de ROM y dos temporizadores de 16 bits. El microcontrolador 8051 tiene cuatro puertos paralelos de 8 bits que son programables y direccionables según los requisitos. La frecuencia del oscilador de cristal en el chip es de 12 MHz y está integrada en él. El microcontrolador 8051 tiene un bus de direcciones de 16 bits y un bus de datos de 8 bits.

Los microcontroladores se utilizan en aplicaciones en las que la programación debe realizarse en el espacio más pequeño presente. Un microcontrolador tiene una ubicación de memoria separada para datos y programas.


Arquitectura del microcontrolador 8051

Arquitectura del microcontrolador 8051

Cada unidad del microcontrolador está integrada en el chip para ejecutar una operación específica. ahora, discutiremos los elementos de la Arquitectura del Microcontrolador 8051.

1. Unidad central de procesamiento (CPU)

El microcontrolador 8051 utiliza un procesador de 8 bits. Es la parte más importante de la arquitectura del microcontrolador 8051. Esta unidad realizará operaciones sobre los datos de 8 bits. La CPU es el corazón del microcontrolador. La ejecución de los programas se almacena en la memoria y la realiza el procesador. La ALU realiza operaciones aritméticas y lógicas en los datos de 8 bits. La ALU, los registros internos y los contadores de programa están contenidos dentro de la CPU. El microcontrolador 8051 tiene un procesador que posee una característica especial mediante la cual se pueden procesar datos de un solo bit o de 8 bits. Significa que ALU tiene la capacidad de acceder a cada bit de datos, ya sea para borrar, configurar o mover para cualquier cálculo lógico.

2. Memoria

El microcontrolador 8051 tiene memoria de programa en chip, es decir, ROM, y memoria de datos en chip, que es RAM.

2a. ROM

El microcontrolador 8051 contiene una ROM de 4 kb. La ROM tiene un espacio direccionable de 0000H a 0FFFH. La ROM también se denomina memoria de programa/código. Por lo tanto, la ROM es utilizada solo por el programador para almacenar programas que deben ser ejecutados por el microcontrolador. Las operaciones que ejecuta el dispositivo en el que está presente el microcontrolador se almacenarían en la ROM de la memoria durante el tiempo de fabricación. Por lo tanto, la ROM no se puede cambiar ni modificar.

2b. RAM

La RAM también se denomina memoria de datos. El microcontrolador 8051 contiene 128 bytes de RAM. La memoria RAM almacena datos u opera por un período de tiempo breve. La memoria RAM puede ser alterada en cualquier momento dependiendo de la necesidad del usuario. La RAM también se denomina memoria de datos porque la RAM almacena los datos temporalmente. De los 128 bytes, los primeros 32 bytes están en manos de registros de trabajo. Estos son 4 bancos que por separado tienen 8 registros. A estos registros se puede acceder por su nombre o dirección. En un momento determinado, solo se puede utilizar un único banco de registro. En aplicaciones donde se necesita más espacio de memoria, se pueden usar RAM externa y ROM/EPROM.

3. Puerto de entrada/salida

El microcontrolador 8051 tiene 4 puertos paralelos. Cada puerto tiene 8 bits cada uno y, por lo tanto, proporciona 32 pines de entrada y salida. Los 4 puertos funcionan bidireccionalmente, esto significa que la entrada o la salida se pueden intercambiar de acuerdo con el control del software.

4. Temporizador y unidad de control

Los temporizadores ayudan a crear un intervalo de tiempo o retraso entre 2 eventos. El microcontrolador 8051 tiene 2 temporizadores. Ambos son de 16 bits cada uno. Entonces, pueden producir dos retrasos simultáneamente para generar un retraso apropiado. El microcontrolador tiene un retraso de hardware en el que el procesador utiliza un dispositivo físico para producir el retraso requerido. Este dispositivo físico se llama temporizador. Produce retrasos según la demanda del procesador. Una vez que finaliza el retraso, envía una señal al procesador. El procesador no se usa para producir retraso porque entonces el procesador estará ocupado y no realizará ninguna otra función durante la duración del tiempo de retraso. Entonces, cuando un temporizador está presente en el microcontrolador, el procesador es libre de ejecutar otras operaciones.

5. Interrupciones

Una interrupción es una llamada a una subrutina que suspende temporalmente el programa principal del microcontrolador. La interrupción ayuda al microcontrolador a realizar algún otro programa que es más importante que el programa principal en un momento determinado. Después de ejecutar esto, se reanuda de nuevo la ejecución del programa principal. Proporcionan un método para posponer el proceso actual y realizar una subrutina y luego reiniciar el programa estándar. El microcontrolador 8051 tiene 5 fuentes de interrupción, de las cuales dos son interrupciones periféricas, dos son interrupciones de temporizador y una es una interrupción de puerto serie.

Tipos de interrupciones

Los diferentes tipos de interrupciones son:

  1. TF0 (Interrupción de desbordamiento del temporizador 0)
  2. TF1 (Interrupción de desbordamiento del temporizador 1)
  3. INT0 (interrupción de hardware externo)
  4. INT1 (interrupción de hardware externo)
  5. RI/TI (interrupción de comunicación en serie)

6. Autobús

Un bus es un grupo de cables que funcionan como un canal de comunicación o un medio de transferencia de datos. Estos buses pueden constar de 8, 16 o más cables. Entonces, un bus puede transportar 8 bits y 16 bits juntos. Hay dos tipos de autobuses:

6a. bus de direcciones

El microcontrolador 8051 tiene un bus de direcciones de 16 bits. Se utiliza para direccionar posiciones de memoria. Se puede utilizar para transmitir la dirección de la CPU a la memoria.

6b. Bus de datos

El microcontrolador 8051 tiene un bus de datos de 8 bits. Se utiliza para transportar datos.

7. Oscilador

El microcontrolador 8051 tiene un oscilador en chip que actúa como fuente de tiempo o CPU. La frecuencia del oscilador es de 12 MHz.

8. Registros

Los registros se utilizan principalmente para almacenar datos e instrucciones a corto plazo. Las instrucciones a corto plazo se utilizan principalmente para procesar direcciones para obtener datos. El microcontrolador 8051 tiene registros de 8 bits, desde D0 hasta D7. D0 es el bit menos significativo o dice LSB y D7 es el bit más significativo o dice MSB. Los registros son de dos tipos: tipo de propósito general y tipo de propósito especial. Algunos registros de propósito general se enumeran a continuación:

Acumulador: El acumulador se utiliza principalmente para ejecutar instrucciones aritméticas y lógicas.

Registros como B, R0 a R7: Se utilizan para almacenar direcciones de instrucciones y datos.


Punteros de datos o DPTR: Se utilizan para permitir y procesar datos en diferentes modos de direccionamiento. Tiene DPH (byte alto) y DLP (byte bajo) para contener una dirección de 16 bits. Se puede utilizar como registro base en saltos no directos, instrucciones de tabla de búsqueda y transferencia de datos externos.

Contador de programa (PC): PC es un registro de 16 bits que almacena la dirección de la siguiente instrucción.

Todos los registros son registros de 8 bits excepto el contador de programa y los registros de puntero de datos.

En el banco de registros R0 a R7 muestra la ubicación de la RAM, es decir, la ubicación cero y la séptima ubicación. El segundo registro bancario comenzará desde la ubicación 8 y finalizará a las 05H. Para el tercer banco, el registro comenzaría a las 10H y terminaría en la ubicación de las 17H. El banco final se puede colocar de 18H a 1FH.

9. Tipos de datos

El microcontrolador 8051 tiene simplemente un tipo de datos de 8 bits donde el tamaño de cada registro es de 8 bits. Para datos de más de 8 bits, el programador necesita separar los datos en 8 bits antes de procesarlos. En ensambladores, la directiva de datos más utilizada es la directiva DB en lenguaje ensamblador.

10. Registro PSW

La palabra de estado del programa (PSW) es un tipo de registro en el microcontrolador. También se conoce como registro de banderas. Se utiliza para representar la posición de instrucciones aritméticas lógicas como cero, bit de acarreo, etc. Es un registro de 8 bits donde se utilizan 6 bits. Este registro incluye 8 banderas. Estas banderas se conocen como banderas condicionales. Ejecutan instrucciones simplemente cuando se cumple la condición. Las banderas condicionales son:

  • Desbordamiento
  • Paridad
  • transporte auxiliar
  • Llevar

Los números de bit 3 y 4 del registro PSW se usan para alterar los registros bancarios y los números de bit como 1 y 5 no se usan pero pueden ser usados ​​por el programador para la ejecución de una tarea específica.

11. Pila

El procesador utiliza principalmente una parte de la RAM, es decir, una pila, para almacenar datos o direcciones temporalmente. En los microcontroladores 8051, la pila es de 8 bits y puede contener datos de 00-FFH. Una vez que se activa el puntero de pila, incluye el valor 07.

12. Modos de direccionamiento

Los datos en un microcontrolador se almacenan dentro de la memoria. Se puede usar un registro para obtener un valor instantáneo. Esto se puede hacer de diferentes maneras, que se conocen como modos de direccionamiento. Los diferentes modos de direccionamiento dependen del plan de los fabricantes. Los modos de direccionamiento del microcontrolador 8051 son:

  • Registro
  • Registrar Indirecto
  • Inmediato
  • Indexado
  • Directo

Se trata de la arquitectura del microcontrolador 8051.

Aplicaciones del microcontrolador 8051

Algunas de las aplicaciones del microcontrolador 8051 son:

  1. Electrodomésticos de consumo: los microcontroladores se utilizan en electrodomésticos como sintonizadores de TV, controles remotos, máquinas de coser, etc.
  2. Electrodomésticos: los microcontroladores se utilizan en electrodomésticos como televisores, VCR, sistemas de seguridad para el hogar, instrumentos musicales, etc.
  3. Sistemas de comunicación: los microcontroladores se utilizan en sistemas de comunicación como teléfonos móviles, intercomunicadores, dispositivos de localización, contestadores automáticos, etc.
  4. Oficina: los microcontroladores se utilizan en oficinas como máquinas de fax, impresoras láser, fotocopiadoras, etc.
  5. Aeronáutica y Espacio
  6. Equipo medico
  7. Sistemas de defensa
  8. robótica
  9. Equipos de radio y redes
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