Hằng ngày chúng ta liên lạc với nhau bằng điện thoại di động, giải khát bằng nước mát trong tủ lạnh, sử dụng ATM, sử dụng máy tính lướt wed…Chúng ta đều biết rằng mọi mặt của cuộc sống đ
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐO TẦN SỐ HIỂN THỊ MÀN HÌNH TINH THỂ LỎNG (LCD)
Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện: LÊ VĂN DŨNG
NGUYỄN ĐÌNH SƠN MAI HUY LỢI
Trang 2Đồ án môn Vi điều khiển
Mục lục
Trang
Mục lục 2
Lời nói đầu 3
Chương I:Cơ sở lý thuyết 4
I: Vi điều khiển 8052 (AT89S52) 4
1, Giới thiệu tổng quan về AT89S52 4
2, Cấu tạo, chức năng các khối của AT89S52 được sử dụng 6
II: Màn hình tinh thể lỏng (LCD) 13
1, Cấu tạo 13
2, Nguyên lý hoạt động 13
Chương II:Nội dung thiết kế 15
I:Sơ đồ mạch 15
2, Sơ đồ khối 15
3, Sơ đồ nguyên lý 16
4, Sơ đồ mạch in 17
II:Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 17
1, Cấu tạo 18
2, Nguyên lý hoạt động 18
3, Lập trình cho vi điều khiển 18
Chương II :Đánh giá sản phẩm 22
Nguồn tài liệu tham khảo:
1, Giáo trình vi điều khiển (Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội)
2, www.dientuvietnam.net
3, www.alldatasheet.com
4, etech.com.vn
Trang 3Đồ án môn Vi điều khiển
LỜI NÓI ĐẦU
Chúng ta đã ở vào thời điểm gần cuối năm 2009 Hằng ngày chúng ta liên lạc với nhau bằng điện thoại di động, giải khát bằng nước mát trong tủ lạnh, sử dụng ATM, sử dụng máy tính lướt wed…Chúng ta đều biết rằng mọi mặt của cuộc sống đang
có sự tham gia của các gọi là “công nghệ số” Vậy đâu là cốt lõi của sản phẩm ứng dụng công nghệ điện tử số? Cái gì khiến cho tên lửa đạn đạo có thể đến đích chính xác, khiến cho những con búp bê có thể nhại lại tiếng người ? Câu trả lời chỉ có thể là vi điều khiển Kẻ đã khởi đầu của kỷ nguyên số chính là Intel
Chúng ta vẫn hay nhắc vi xử lý, vi điều khiển Vậy vi xử lý và vi điều khiển khác nhau ở đâu? Về cơ bản hai khái niệm này không khác nhau nhiều, vi xử lý là thuật ngữ chung dùng để đề cập đến kỹ thuật ứng dụng các công nghệ vi điện tử, công nghệ tích hợp và khả năng xử lý theo chương trình vào các lĩnh vực khác nhau Vào những giai đoạn đầu trong quá trình phát triển của công nghệ vi xử lý, các chip (hay các vi xử lý) được chế tạo chỉ tích hợp những phần cứng thiết yếu như CPU cùng các mạch giao tiếp giữa CPU và các phần cứng khác bên ngoài Trong giai đoạn này, các phần cứng khác (kể cả bộ nhớ) thường không được tích hợp trên chip mà phải ghép nối bên ngoài Các phần cứng này được gọi là các ngoại vi Về sau, nhờ sự phát triển vựơt bậc của công nghệ tích hợp, các ngoại vi cũng được tích hợp vào bên trong IC và người ta gọi các vi xử lý đã được tích hợp thêm các ngoại vi là các vi điều khiển Việc tích hợp thêm các ngoại vi vào trong cùng một IC với CPU tạo nhiều lợi ích như làm giảm thiểu các ghép nối bên ngoài, giảm thiểu số lượng linh kiện điện tử phụ, giảm chi phí cho thiết kế hệ thống, đơn giản hóa việc thiết kế, nâng cao hiệu suất và tính linh hoạt
Mục đích của đề tài hướng đến: tạo ra bước đầu cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng của vi điều khiển trong thực tiễn để rồi từ đó nghiên cứu, tìm tòi, phát triển nhiều ứng dụng khác trong đời sống hằng ngày.
Việc thiết kế đồ án được tham khảo từ các nguồn tài liệu khác nhau, do đó có thể chúng em có thể đưa ra một số nội dung chưa rõ ràng, thiếu chính xác Vì vậy mong nhận được ý kiến góp ý, phê bình của các thầy, các cô để kiến thức về vi điều khiển của chúng em được hoàn thiện hơn Chúng em xin cảm ơn các thầy, các cô.!
Trang 4Đồ án môn Vi điều khiển
Chương I: Cơ sở lý thuyết
I Vi điều khiển 8052 : AT89S52
1, Giới thiệu tổng quan về AT89S52
- Cấu trúc bên trong:
- Một số hình ảnh về AT89S52
Trang 5 CPU( CPU centra lprocessing unit):
8- bit data bus; 16- bit address
Thanh ghi tích lũy A;
Thanh ghi tích lũy phụ B;
Đơn vị logic học (ALU);
Thanh ghi từ trạng tháichương trình;
Bốn băng thanh ghi;
Con trỏ ngăn xếp;
Bộ nhớ chương trình( ROM)gồm 8Kbyte Flash, ghi xóa hàng nghìn lần
Bộ nhớ dữ liệu( dạng SRAM) gồm 256 byte (chứa ngăn xếp – Stack)
Vùng thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR (Special Funtion Register)
Bộ UART, có chức năng truyền nhận nối tiếp
3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện chức năng định thời và đếm sự kiện
Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 nguồn ngắt trong
Bộ lập trình (ghi chương trình lên Flash ROM) cho phép người sử dụng cóthể nạp các chương trình cho chíp mà không cần các bộ nạp chuyên dụng
4 cổng xuất nhập song song 2 chiều 8- bit với 32 chân
Trang 6Đồ án môn Vi điều khiển
- Chức năng các chân của AT89S52
Cấu trúc của các chân trên các Port:
Port 0( P0.0=>P0.7)
Port 0 gồm 8 chân, ngoài chức năng xuất nhập, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu vàđịa chỉ( AD0-AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi AT89S52 giao tiếp với cácthiết bị ngoài có kiến trúc Bus như các vi mạch nhớ, mạch PIO…
Bit Tên Chức năng
P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp
P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp
P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/counter0
P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/counter1
P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
Trang 7Đồ án môn Vi điều khiển
Chân /PSEN (pin 29): là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài
Chân ALE (pin 30): ALE là tín hiệu điều khiển chốt địa chỉ có tần số bằng1/6 tần số dao động của vi điều khiển Tín hiệu ALE được dùng để cho phép vi mạchchốt bên ngoài như 7473
Chân /EA (pin 31): Tín hiệu /EA cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộnhớ trong hay ngoài EA=1 thì thực hiện chương trình trong ROM nội EA=0 thựchiện ở ROM ngoài
RST( Reset: pin 9): Ngõ vào reset trên chân số 9 khi RST=1 thì bộ vi điềukhiển sẽ được khởi động lại thiết lập ban đầu
XTAL1, XTAL2 (pin 18, 19): Hai chân này được nối song song với thạchanh tần số max=33 Mhz Để tạo dao động cho bộ vi điều khiển
Vcc,GND: cung cấp nguồn nuôi cho bộ
vi điều khiển cấp qua chân 20 và 40
* Phần cứng tối thiểu để một chip AT89S52
có thể hoạt động được gồm 4 yếu tố:
Nguồn cung cấp (pin 20, pin 40)
Mạch RESET (pin 9)
Mạch dao động (pin 18 và pin 19)
Trạng thái của chân EA (pin 31)
Trang 82, Cấu tạo và chức năng các khối của AT89S52 được sử dụng trong mạch.
Đơn vị xử lý trung tâm CPU:
Chức năng của CPU là tiến hành các thao tác tính toán xử lý, đưa ra các tín hiệu địachỉ, dữ liệu và điều khiển nhằm thực hiện một nhiệm vụ nào đó do người lập trình đưa
ra thông qua các lệnh (instrustions)
Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu có không gian địa chỉ riêng biêt
Bộ nhớ chương trình có địa chỉ từ 0x0000 đến 0xFFFF (64Kbyte) Người sử dụng
có thể thiết kế để chip hoạt động với bộ nhớ chương trình tích hợp sẵn trên chip bằngcách nối tín hiệu EA (31) lên Vcc, hoặc hoạt động với bộ nhớ chương trình bên ngoàibằng cách nối tín hiệu EA (31) xuống GND Thông thường , tín hiệu EA được nối cốđịnh lên Vcc hoặc GND nên chỉ chạy với một trong hai loại bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình dùng để chứa mã chương trình hướng dẫn CPU thực hiện mộtnhiệm vụ nào đó AT89S52 có bộ nhớ chương trình 8Kbyte dạng Flash, không bị mất
dữ liệu khi ngừng cung cấp nguồn nuôi.Bộ nhớ chương trình bên ngoài có dung lượngtối đa là 64Kbyte
Bộ nhớ dữ liệu dùng để chứa dữ liệu (bao gồm các tham số, các biến tạm thời…).AT89S52 có 256byte bộ nhớ dữ liệu dạng SRAM, mất dữ liệu khi cắt nguồn nuôi.Ngoài ra có thể ghép nối với bộ nhớ SRAM bên ngoài với dung lượng tối đa la64Kbyte RAM ngoài và RAM trong có thể cùng được sử dụng trong cùng một thiết kế
Vùng thanh ghi có chức năng đặc biệt: SFR (Special Function Registers)
Trang 9 Cổng vào ra song song (Parallel I/O Port)
AT89S52 có 4 cổng vào ra song song, tên lần lượt là P0, P1, P2, P3 Mỗi cổng có 8tín hiệu (nên còn gọi là cổng 8- bit), mỗi tín hiệu gọi là một bit và có tên la Px.y Trong
đó x là số thứ tự của cổng (0→3), y là số thứ tự của bit ( 0→7)
Hầu hết các cổng đều tích hợp, kiêm nhiệm thêm một số tính năng nào đó (ví dụ:ngắt ngoài, cổng truyền thông nối tiếp, đầu vào đếm sự kiện ) Trong phần lớn trườnghợp, khi sử dụng các tính năng kiêm nhiệm, người dùng không nên sử dụng cổng đó ởchức năng vào/ra thong thường nữa Ngoại vi on- chip sẽ nắm quyền điều khiển mứclogic tại cổng đó
Tất cả các cổng đều là cổng hai chiều (bi-directional), tức là có thể dùng làm cổngvào hoặc cổng ra
Cổng vào dùng để đọc dữ liệu từ bên ngoài, cổng ra dùng để điều khiển ngoại vibên ngoài
Chiều vào/ ra là độc lập giữa các cổng, thậm chí độc lập giữa các bit trong cùng mộtcổng
Sau khi reset, tất cả các cổng đều là cổng vào
Các thanh ghi SFR liên quan: mỗi cổng liên quan đến một thanh ghi chức năng đặcbiệt 8-bit (SFR) có tên trùng với tên của cổng, lần lượt là P0, P1, P2, P3
Trước khi sử dụng cổng, phải cấu hình hướng vào/ra cho cổng
Để cấu hình cổng vào (input port), người dùng phải ghi giá trị logic “1” lên bittrong thanh ghi SFR tương ứng Sau đó có thể đọc mức logic tại cổng bằng cách đọcthanh ghi cổng (SFR) tương ứng
Trang 10Để cấu hình làm cổng ra (output port), người dùng không phải thực hiện them bất
kỳ thao tác nào Đơn giản, chỉ cần ghi mức logic mong muốn vào thanh ghi cổng tươngứng
Đặc tính điện: Mức logic 0: U<= 0.45V; I= 1.6mA
Mức logic 1: U>= 2.4V; I= 60µA
Ngắt (Interrupts)
Ngắt là những yêu cầu do ngoại vi (là các phần cứng tích hợp trên IC hoặc các tácđộng từ bên ngoài) gửi tới CPU nhằm đòi hỏi những đáp ứng nhất định Mục đích củaviệc thiết kế cơ chế ngắt trong vi xử lý nhằm tiết kiệm thời gian cho CPU Trong hầuhết các trường hợp, vi xử lý cần phải thực hiện nhiều nhiệm vụ trong thời gian rất ngắn
và liên tục Để đáp ứng kịp thợi với các sự kiện cần xử lý, CPU có thể tiến hành thăm
dò (polling) liên tục các sự kiện để xem khi nào chúng xảy ra thì xử lý, đáp ứng lại.Tuynhiên nếu làm như vậy thì lãng phí rất nhiều thời gian của CPU trong khi còn có rấtnhiều nhiệm vụ khác đang chờ được thực hiện, ngoài ra CPU không thể thăm dò liêntục nhiều sự kiện trong cùng một lúc được Người ta tạo ra ngắt để CPU không phảithăm dò liên tục một hay nhiều sự kiện đó Bằng cách ghép các sự kiện cần đáp ứng vớicác cơ chế ngắt khác nhau, khi một sự kiện nào đó xảy ra, phần cứng phụ trách ngắttích hợp trên CPU sẽ tự động báo cho CPU biết rằng sự kiện đã xảy ra CPU dừng côngviệc đang làm lại ( nhưng phải thực hiện xong lệnh đang thực hiện, dù mới chỉ ở giaiđoạn tìm nạp mã lệnh), và chuyển sang xử lý xong sự kiện gây ngắt, CPU sẽ tiếp tụcquay lại lam tiếp công việc đang dang dở (nhờ hoạt động của ngăn xếp) Nói đến ngắtkhông thể không nói đến mức ưu tiên của các loại ngắt khác nhau Có 2 loại mức ưutiên ngắt cơ bản là ưu tiên giữa các ngắt xảy ra đồng thời và ưu tiên giữa các ngắt xảy
ra khác thời điểm, chen vào nhau Trong cả hai trường hợp, ngắt có ưu tiên cao hơn sẽluôn được phục vụ ngay lập tức
AT89S52 có 6 nguyên nhân gây ngắt:
Trang 11Tên ngắt Nguyên nhân gây ra ngắt
Địa chỉ vector ngắt
Mức độ
ưu tiên cứng Cờ báo ngắt
0x0023 5 (SCON)TI,RI
Ngắt
timer/counter2
Timer/Counter2 đếm tràntrên hoặc tín hiệu T2EX thay đổi mức logic 1→0
0x002B 6 TF2,EXF2(T2CON)
Các cờ báo ngắt do INT0, INT1, Timer 0, Timer 1 bị xóa khi CPU xử lý chươngtrình ngắt Còn cờ ngắt của cổng nối tiếp và ngắt do Timer 2 không tự động xóa, ngườidùng phải xóa bằng phần mềm
Thanh ghi cho phép ngắt IE (Interrupt Enable):
EA: bít cho phép hoặc cấm tất cả các ngắt Để cho phép một ngắt thì bít tương ứng
với ngắt đó và bít EA phải được đặt bằng 1 Nếu EA=0 tất cả các ngắt đều bị cấm
ET2: bít cho phép ngắt do Timer 2.
ES: bít cho phép ngắt truyền thong nối tiếp.
ET1: bít cho phép ngắt do Timer 1.
EX1: bít cho phép ngắt ngoài INT1.
ET0: bít cho phép ngắt do Timer 0.
EX0: bít cho phép ngắt ngoài INT0.
Mức ưu tiên của ngắt là chỉ số giúp CPU phân xử xem sẽ xử lý ngắt nào trước khihai hay nhiều ngắt đồng thời xảy ra, hoặc sẽ dừng việc xử lý một ngắt lại hay không khi
bị một ngắt khác chen vào Khi xảy ra ngắt đồng thời,CPU sẽ phân xử theo trình tự ưutiên cứng liệt kê ở bảng trên Khi một ngắt xảy ra chen vào quá trình xử lý dang dở củamột ngắt khác, CPU sẽ phân xử theo mức độ ưu tiên quy định bởi người dùng thôngqua thanh ghi đặt mức ưu tiên ngắt IP
Thanh ghi ưu tiên ngắt IP (Interrupt Priority):
Trang 12- - PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0
PT2: bít ưu tiên ngắt do timer 2.
PS: bít ưu tiên ngắt truyền thông nối tiếp.
PT1: bít ưu tiên ngắt do timer 1.
PX1: bít ưu tiên ngắt ngoài INT1.
PT0: bít ưu tiên ngắt do timer 0.
PX0: bit ưu tiên ngắt ngoài INT0.
Bộ định thời/ Bộ đếm (Timers/ Counters)
Timer/Counter là các ngoại vi có chức năng đếm xung nhịp (clock)
Khi đếm xung nhịp bên trong chip gọi là bộ đinh thời hay timer
Khi đếm xung nhịp bên ngoài chip đưa và gọi là bộ đếm sự kiện hay counter
Mỗi xung nhịp xuất hiện them, giá trị của timer/counter sẽ tự động tăng thêm 1.Khi timer/counter đếm vượt quá giá trị giới hạn mà nó có thể biểu diễn, giá trị đếm
sẽ tự động xóa về 0 và đếm lại từ đầu Sự kiện này được gọi là tràn trên (overflow).Giá trị lớn nhất tùy thuộc vào chế độ hoạt động
Khi dừng đếm, giá trị đếm của timer/counter vẫn giữ nguyên, trừ khi mất nguồnnuôi, reset hay người dùng chủ định xóa bằng lệnh
Khi được cho phép đếm, timer/counter sẽ đếm từ giá trị hiện đang giữ
AT89S52 có 3 timer/counter 16bit lần lượt là timer/counter 0, timer/counter 1,timer/counter 2
Các timer đều có ngắt:
Timer 0 có ngắt do tràn
Timer 1 có ngắt do tràn
Timer 2 có ngắt do tràn hoặc do sự kiện capture
Các thanh ghi liên quan:
- Thanh ghi dữ liệu (hay thanh ghi giá trị đếm):TH0,TL0 (Timer0) TH1,TL1 (Timer1) TH2,TL2 (Timer2) đều là các thanh ghi 8 bit.
- Thanh ghi điều khiển TMOD(Sử dụng cho timer/counter 0 và timer/counter 1):
-GATE: bit quy định yếu tố cho phép timer/counter đếm hay dừng Nếu GATE=0,
timer/counter sẽ đếm hay dừng phụ thuộc vào trạng thái bit TRx (thanh ghi TCON).Nếu GATE=1, timer/counter sẽ đếm nếu bit TRx=1 (thanh ghi TCON) và tín hiệu ngắtngoài INTx ở mức cao Trong trường hợp này, nếu TRx-0 hoặc tín hiệu ngắt ngoàiINTx ở mức thấp, timer/counter sẽ dừng đếm
C/T: bit lựa chọn xung nhịp đưa vào đếm Nếu C/T = 0, xung nhịp đưa vào đếm
chính là xung nhịp của CPU (lúc này gọi là bộ định thời – timer) Nếu C/T = 1, xungnhịp đưa vào đếm là xung nhịp lấy từ bên ngoài vào qua tín hiệu T0 và T1 (lúc này gọi
là bộ đếm sự kiện – counter)
Trang 13M1:M0 0:0 = Mode 0: timer/counter 13bit ghép bởi <5bit thấp TL>:<thanh ghi TH> 0:1 = Mode 1: timer/counter 16bit ghép bởi <thanh ghi TH>:<thanh ghi TL> 1:0 = Mode 2: timer/counter 8bit, đếm bằng TL,khi tràn tự động nạp TH vào TL 1:1 = Mode 3: TL0 là timer/counter 8bit, sử dụng các bit điều khiển của timer0 TH0 là timer 8bit, sử dụng các bit điều khiển của timer 1 Timer 1 không hoạt động ở chế độ này.
- Thanh ghi TCON (Sử dụng cho timer/counter 0 và timer/counter 1):
TF1: Cờ ngắt của timer/countet 1, khi =1 báo hiệu rằng timer/counter 1 đã đếm
vượt quá trị lớn nhất mà nó có thể biểu diễn (255 đối với chế độ 8bit và 65535 đối vớichế độ 16bit)
TR1: bit cho phép timer/counter 1 hoạt động đếm hoặc dừng.
TF0: Cờ ngắt của timer/countet 0, khi =1 báo hiệu rằng timer/counter 0 đã đếm
vượt quá trị lớn nhất mà nó có thể biểu diễn (255 đối với chế độ 8bit và 65535 đối vớichế độ 16bit)
TR0: bit cho phép timer/counter 0 hoạt động đếm hoặc dừng.
IE1: Cờ ngắt của ngắt ngoài 1.
IT1: Bit cho phép chọn loại ngắt ngoài cho INT1.
IE0: Cờ ngắt của ngắt ngoài 0.
IT0: Bit cho phép chọn loại ngắt ngoài cho INT0.
Thanh ghi T2CON (Sử dụng cho Timer/counter 2):
TF2: Cờ báo tràn của Timer 2 TF2 không được thiết lập khi TCLK hoặc RCLK
được đặt bằng 1
EXF2: Cờ ngắt ngoài của Timer 2 EXF2 =1 khi xảy ra sự nạp lại hoặc thu nhận.
EXF2=1 cũng gây ra ngắt do Timer 2 nếu như ngắt này được lập trình cho phép
RCLK: Bit chọn Timer cung cấp xung nhịp cho đường nhận của cổng nối tiếp TCLK: Bit chọn Timer cung cấp xung nhịp cho đường truyền của cổng nối tiếp EXEN2: Bit điều khiển hoạt động của Timer2, khi EXEN2=1 việc nạp lại hoặc thu
nhận (capture) diễn ra khi có sự chuyển trạng thái từ 1 sang 0 ở chân T2EX nếu Timer2không sử dụng để cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp
TR2: Bit điều khiển hoạt động của Timer 2.
C/T2: Bit lựa chọn xung nhịp đưa vào đếm (tương tự TR0 và TR1).
CP/RL2: Bit chọn chế độ capture hay nạp lại của Timer 2 Khi CP/RL2=1 việc thu
nhận được thực hiện khi có sườn xuống ở chân T2EX và bit EXEN2 được đặt bằng 1.Khi CP/RL2=0 việc nạp lại được thực hiện khi hoặc là Timer2 tràn hoặc khi có sươngxuống ở chân T2EX và bit EXEN2 được đặt bằng 1.Nếu RCLK hoặc TCLK=1, bit nàyđược bỏ qua, Timer 2 tự nạp khi tràn
