Bài giảng vi xử lý chương 5 giao tiếp

Như vậy, cần có một IC chốt bên ngoài được nối với port 0 để giữ byte địa chỉ thấp khi giao tiếp với bộ nhớ ngoài.. Trong sơ đồ này, người sử dụng có thể chọn dung lượng bộ nhớ cần thiết

Đại Học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM

Giảng viên: TS NGUYỄN HỮU CHÂN THÀNH

Chương 5: Giao tiếp

Khoa Điện – Điện Tử Viễn Thông

Học phần: Vi Xử Lý

Chương 5 bao gồm 5 nội dung:

1 Giao tiếp bộ nhớ ngoài.

2 Giao tiếp phím đơn và bàn phím.

3 Giao tiếp bộ hiển thị.

4 Mở rộng port I/O.

5 Giao tiếp A/D - D/A.

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Họ VĐK 8051 có một lượng ROM nội on-chip Đối với

những thiết kế hệ thống tương đối nhỏ, lượng ROM on-chip của nó là đủ để chứa chương trình thực thi Tuy nhiên, đối với những thiết kế hệ thống lớn, mã chương trình thực thi có thể vượt quá dung lượng ROM on-chip hoặc dữ liệu cần lưu trữ tương đối nhiều, do đó cần phải mở rộng bộ nhớ cho hệ thống bằng cách sử dụng thêm ROM ngoài hoặc RAM

ngoài.

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Như đã biết ở chương 2, khi giao tiếp bộ nhớ ngoài, port 0 là dồn kênh của bus dữ liệu và byte thấp của bus địa chỉ, còn port 2 là byte cao của bus địa chỉ Như vậy, cần có một IC chốt bên ngoài được nối với port 0 để giữ byte địa chỉ thấp khi giao tiếp với bộ nhớ ngoài Byte địa chỉ thấp được chốt vào IC ngoài bằng xung ALE từ vi điều khiển 8051 Sau đó, port 0 trở thành bus dữ liệu hai chiều trong suốt giai đoạn

đọc hay ghi của chu kì máy.

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

* Quy tắc chung về thiết kế mạch giao tiếp bộ nhớ với MCS-51

4 Sử dụng đường /PSEN cho bộ nhớ chương trình hoặc các đường /RD,

/WR cho bộ nhớ dữ liệu để truy xuất đến các chân đọc/ghi bộ nhớ.

5 Chân /EA = VCC nếu sử dụng ROM nội hoặc /EA = 1 nếu sử dụng ROM ngoài.

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Ví dụ 1: Thiết kế kit 8031 với 1 ROM 2764 (chứa

chương trình), 1 RAM 6264 (chứa dữ liệu).

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

ROM 2764 và RAM 6264 đều có dung lượng 8KB.

Ta có: 8KB = 213 byte mỗi chip có 13 đường địa chỉ vào A0 ÷ A12.

Sơ đồ mạch kết nối như hình trang sau.

Có thể thiết kế mạch giao tiếp với 1 EPROM và 1 RAM tổng

quát bằng cách dùng các cầu nối (jumper) và điện trở kéo lên

phù hợp như trên hình 5.2 Trong sơ đồ này, người sử dụng có thể chọn dung lượng bộ nhớ cần thiết bằng cách thiết lập các

jumper để nối các chân địa chỉ thích hợp từ bus địa chỉù vào chip nhớ Bảng thiết lập jumper tương ứng cho các dung lượng

EPROM và RAM khác nhau cũng được cho trên hình.

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

chip khác xem như hở mạch (trở kháng cao)

- Một ví dụ về giải mã địa chỉ được cho ở hình slide kế.

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Ví dụ 2: Thiết kế kit 8031 với 2 ROM 2764

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

-Giả sử dùng bộ giải mã 3 8 là IC 74138 8 ngõ ra của IC cho phép chọn 8

vùng nhớ tương ứng, mỗi vùng 8KB Chọn 2 ngõ ra của 74138 nối đến ngõ vào chọn chip () của 2 ROM Ở đây, có thể chọn (0000H ÷ 1FFFH) và

(2000H ÷ 3FFFH)

Lưu ý: Nếu là ROM chứa chương trình thì địa chỉ bắt đầu phải là 0000H vì

trong 8031/8051, thanh ghi PC sẽ chứa giá trị 0000H ngay sau khi khởi

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Cách 2: Nếu dùng ROM chứa dữ liệu thì có thể thiết kế như sau:

Do chỉ có 2 chip nhớ ngoài nên có thể chỉ thực hiện mạch giải mã 1

2 Mạch này có thể đơn giản như sau:

A15 = 0: chọn ROM1 (/CSROM1: 0000H ÷ 7FFFH)

A15 = 1: chọn ROM2 (/CSROM2: 8000H ÷ FFFFH)

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Vùng địa chỉ ứng với mỗi chân chọn chip sẽ là 32KB mỗi ROM sẽ

có 4 vùng địa chỉ 8KB:

Lưu ý: Khi viết chương trình nên chọn sử dụng duy nhất 1 trong 4

vùng địa chỉ trên cho mỗi ROM để tiện cho việc kiểm soát chương trình

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Ví dụ 3: Thiết kế kit 8051 với 2 RAM 6264 (chứa dữ liệu)

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Cách 1: Giải mã địa chỉ dùng bộ giải mã 3 8

- Thực hiện mạch giải mã địa chỉ tương tự ví dụ 2.

- Sơ đồ mạch kết nối như hình dưới.

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Cách 2: Nếu kit chỉ có 2 chip nhớ ngoài, có thể thực hiện

giải mã đơn giản như sau:

- A0 ÷ A12 đưa đến các chân địa chỉ tương ứng trên 2 RAM.

- A15 nối với A15 = 0 thì chọn RAM1, A14 nối với A14 = 0 thì chọn RAM2.

Với cách này ta không cần thêm IC cho mạch giải mã địa

chỉ, tuy nhiên khi viết chương trình, phải đảm bảo chỉ có 1 chip RAM được chọn tại mỗi thời điểm, tức là A15 = 0 thì A14 = 1 và ngược lại.

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

-Bảng địa chỉ bộ nhớ:

Nhận xét: Do đường địa chỉ A13 không được kết nối nên có thể chọn

giá trị là 0 hay 1 Vì thế mỗi chip RAM sẽ có 2 vùng địa chỉ 8KB

tương ứng với giá trị 0 và 1 của A13

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Ví dụ 4: Thiết kế mạch giải mã địa chỉ cho kit 8031 với 1

ROM 2764 và 2 ROM 2732

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Vì không yêu cầu địa chỉ cụ thể nên vùng địa chỉ của các chip nhớ là tùy người thiết kế

ROM 2764 có dung lượng 8KB = 213 byte có 13 đường địa chỉ vào

A15 được đưa đến bộ giải mã 3 8 (ở đây dùng IC 74138)

- Mạch giải mã địa chỉ và bảng địa chỉ tương ứng như hình dưới

- Như vậy mỗi chip ROM 2732 sẽ có 2 vùng địa chỉ 4KB tương ứng

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Cách 2: Chọn phân vùng 4KB

-Các đường địa chỉ A0 ÷ A11 đưa đến các chân địa chỉ tương ứng trên

các chip ROM 2732 và A0 ÷ A12 đưa đến chip ROM 2764 Các

đường địa chỉ A12 ÷ A15 đưa đến bộ giải mã 4 16 (giả sử dùng

74154) Như vậy, sẽ có 16 vùng, mỗi vùng 4KB

-Tín hiệu chọn chip ROM 2764 có thể tạo ra bằng cách AND hai ngõ

ra của 74154

- Mạch giải mã địa chỉ có thể thực hiện như hình dưới

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

- Các chân Y4 ÷ Y15 được dự trữ

- Bảng phân vùng địa chỉ:

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Ví dụ 5: Thiết kế kit 8051 với 1 ROM 2764 (dữ liệu), 1

RAM 6264 và một thiết bị xuất (ví dụ là IC 74373)

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

- Do 8031/8051 chỉ cung cấp 2 đường điều khiển đọc và ghi chung cho cả bộ nhớ và I/O là và nên ở đây sẽ giải mã địa chỉ cho I/O theo phương pháp ánh xạ bộ nhớ (xem I/O như là bộ nhớ ngoài)

- Sơ đồ mạch kết nối như hình slide dưới

- Bảng phân vùng địa chỉ:

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Ví dụ 6:

a/ Hãy vẽ bảng địa chỉ (bảng phân vùng địa chỉ) bộ nhớ cho

4 chip RAM, mỗi chip 1K, biết địa chỉ bắt đầu là 2000H.

b/ Hãy thiết kế mạch giải mã địa chỉ cho 4 chip RAM trên theo bảng địa chỉ ở câu a (chỉ dùng 1 IC 74138).

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

a/ Vì địa chỉ bắt đầu theo yêu cầu là 2000H nên bảng phân vùng địa chỉ cho 4 chip RAM trên là:

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

b/ Các chip nhớ đều là 1KB = 210 byte chọn phân vùng 1KB

- Các đường địa chỉ A0 ÷ A9 nối đến các chân địa chỉ tương ứng trên mỗi chip nhớ Các đường địa chỉ A10 ÷ A15 đưa đến mạch giải mã địa chỉ (IC 74138)

- Bảng địa chỉ:

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Ví dụ 7: Hãy xác định khoảng địa chỉ của các ngõ ra 74138

cho mạch giải mã địa chỉ sau

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

- Để 74138 hoạt động thì các chân cho phép phải ở mức tích cực, tức là:

G1 = 1 A11 = 1

/G2A = /G2B = 0 A12 = A13 = A14 = A15 = 1

- Các đường A8, A9, A10 nối vào các chân điều khiển A, B,

C nên các phân vùng bộ nhớ được quy định bởi 8 đường địa chỉ (A0 A7) có dung lượng 28 = 256 byte (0000H

00FFH) Suy ra bảng địa chỉ:

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Vi điều khiển 8031/8051 có khả năng truy xuất trực tiếp 64Kbyte bộ nhớ chương trình ngoài (0000H – FFFFH với /PSEN) và 64Kbyte bộ nhớ dữ liệu ngoài (0000H – FFFFH với /RD và /WR)

Trong hầu hết các ứng dụng, lượng bộ nhớ này là thích hợp Tuy

nhiên, trong một vài ứng dụng có thể cần không gian bộ nhớ lớn hơn Một phương pháp hiệu quả có thể dùng để tăng thêm không gian bộ

nhớ dữ liệu cho hệ thống được gọi là “chọn bank” (bank selection)

Phương pháp này tương tự như cách định địa chỉ không gian 64Kbyte

bộ nhớ ngoài nhưng thêm vào mạch logic bổ sung để mở rộng số thiết

bị nhớ có thể được chọn

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

I Giao tiếp bộ nhớ ngoài

Hình tren trình bày một sơ đồ mạch mở rộng không gian bộ nhớ

dữ liệu ngoài cho hệ thống Trong sơ đồ này, vùng địa chỉ 8000H – FFFFH được thiết kế dùng cách chọn bank để mở rộng vùng này từ 32Kbyte thành 160Kbyte với 5 SRAM 32Kbyte Để thực hiện chọn bank cho 5 thiết bị này, 5 ngõ ra port (P1.0 – P1.4) được dùng để chọn từng khối 32Kbyte Đường địa chỉ A15 kết hợp với từng chân chọn khối bằng các cổng NAND riêng biệt Bằng cách thiết lập một trong những chân chọn khối này ở mức logic cao và các chân còn lại ở mức logic thấp, một trong các thiết bị nhớ sẽ được kích hoạt khi 8051/8031 truy xuất bộ nhớ ngoài trong khoảng địa chỉ 8000H – FFFFH

II Giao tiếp phím đơn và bàn phím

II Giao tiếp phím đơn và bàn phím

II Giao tiếp phím đơn và bàn phím

Hầu hết các thiết kế với VĐK đều có sử dụng các công tắc hoặc các nút nhấn để cho phép người sử dụng điều khiển các mạch bên trong Việc điều khiển có thể là bật công tắc để

khởi động một hoạt động nào đó, hay nhấn một nút nhấn để chọn một tùy chọn, hoặc nhập một số hay ký tự nào đó cho chương trình sử dụng Đối với các tác vụ đơn giản ta có thể

sử dụng các công tắc bật, trượt hoặc nút nhấn/nhả Với các tác vụ yêu cầu dữ liệu phức tạp hơn, ta có thể sử dụng một dãy các phím nhấn được kết nối theo dạng ma trận, với mỗi phím biểu diễn cho một số hay một ký tự nào đó.

1 Phím đơn (switch)

- Có thể có nhiều dạng và thường được kết nối với các cổng vào

- Việc đọc một phím đơn là tương đối đơn giản vì chỉ có một trong hai giá trị là 0 hay 1 Tuy nhiên, trong quá trình đọc trạng thái của phím cần phải lưu ý đến hiện tượng dội phím hay nảy phím (do kết cấu cơ khí của phím nhấn) và phải có biện pháp chống dội bằng phần cứng hoặc phần mềm

1 Phím đơn (switch)

+ Chống dội phím bằng phần cứng:

1 Phím đơn (switch)

+ Chống dội phím bằng phần mềm: do kết cấu cơ khí của

phím nhấn, nên khi nhấn phím hay bật công tắc thường xảy

ra hiện tượng dội phím hay rung phím với thời gian ở tầm

ms Để chống dội khi đọc trạng thái của phím nhấn, ta có thể tạo trễ một khoảng thời gian khoảng 10ms, sau đó ta lại đọc trạng thái của phím

1 Phím đơn (switch)

1 Phím đơn (switch)

Ví dụ 8: Viết chương trình nhận giá trị từ phím nhấn B1

(được nối với P1.0, mức 0 là phím nhấn, mức 1 là phím

không nhấn) Mỗi lần nhấn phím thì dịch trái LED đơn (dãy

8 LED đơn được nối với P2, mức 0 thì LED sáng, mức 1 thì LED tắt) Chương trình có chống rung phím bằng phần

mềm.

1 Phím đơn (switch)

Lưu đồ:

2 Bàn phím keypad

- Có nhiều loại bàn phím, tuy nhiên có thể phân làm hai loại chính Thứ nhất là loại bàn phím có các chân nối riêng cho mỗi phím nhấn và một chân chung cho tất cả các phím, đối với loại bàn phím này ta có thể kết nối như một dãy các

phím đơn riêng với mỗi phím có một điện trở kéo lên riêng (DIP switch) Loại thứ hai là bàn phím ma trận, với các

phím nhấn được bố trí theo các hàng và cột Khi một phím được nhấn thì chân hàng và cột tương ứng tại vị trí của phím được nối với nhau Khi phím không được nhấn thì chân

hàng và cột tương ứng với phím đó là hở mạch.

2 Bàn phím keypad

Ví dụ 9: Kết nối DIP switch với port 1

2 Bàn phím keypad

Ví dụ 10: Kết nối bàn phím ma trận 4x4 (bàn phím Hex) với port 1:

2 Bàn phím keypad

2 Bàn phím keypad

+ Để xác định phím nào được nhấn thì ta phải xác định phím được nhấn thuộc hàng và cột nào, hay ta xác định mã tương ứng của phím được nhấn Việc xác định mã phím nhấn có thể thực hiện bằng phần cứng hoặc phần mềm.

+ Xác định mã phím nhấn bằng phần cứng: ta sử dụng các loại IC mã hóa phím nhấn, chẳng hạn như 74C922.

2 Bàn phím keypad

+ Xác định mã phím nhấn bằng phần mềm:

• Các phím nhấn trên ma trận bàn phím được bố trí tại giao điểm giữa

hàng và cột, khi nhấn phím thì hàng và cột tương ứng sẽ được nối với nhau.

• Muốn xác định phím nhấn ta tiến hành quét bàn phím Ở đây ta thực

hiện quét từng hàng Trước tiên ta cho hàng 1 ở mức logic 0, các hàng và cột khác ở mức logic 1, sau đó ta đọc giá trị hàng và cột vào thông qua port 1.

• Nếu có 1 cột ở mức logic 0 tức là phím nhấn tương ứng với cột đó và

hàng đang quét đã được nhấn Từ vị trí của hàng và cột ta sẽ đổi ra mã phím quy ước.

• Nếu không có cột nào ở mức logic 0, ta tiến hành quét hàng kế tiếp và

thực hiện tương tự trên Việc quét hàng được thực hiện tối đa 4 lần tương ứng với 4 row.

• Chương trình con quét phím SCAN_KEY xác định phím nào được nhấn,

cờ F0 = 1 báo hiệu phím được nhấn, mã phím nhấn cất trong thanh ghi A

2 Bàn

phím

keypad

2 Bàn phím keypad

Mã 8051: (Chương trình sử dụng cờ đặt trạng thái có phím được nhấn là cờ F0) SCAN_KEY:

MOV R1,#0FEH MOV R6,#4

LOOP1:

MOV P1,R1 MOV A,P1 ANL A,#0F0H CJNE A,#0F0H,GET_CODE XCH A,R1

RL A XCH A,R1 DJNZ R6,LOOP1 CLR F0

MOV R4,#4 LOOP2:

JNC SET_FLAG XCH A,R5

ADD A,#4 XCH A,R5 DJNZ R4,LOOP2 SET_FLAG:

MOV A,R5 EXIT:

RET

III Giao tiếp bộ hiển thị

1 Giao tiếp với LED đơn

- Thông thường người ta lái LED theo kiểu hút dòng, nghĩa là dòng LED sáng có chiều đi từ ngoài vào cổng I/O

- Có thể tăng dòng bằng cách sử dụng thêm các bộ đệm nối với các chân port

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

-Led 7 đoạn là một khối hiển thị thường bao gồm 8 led đơn với 7 led

tương ứng với 7 đoạn từ a đến g và 1 led tương ứng với dấu chấm.

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

-Các led có một chân được nối chung với nhau, tùy theo chân nối

chung là anode hay cathode mà người ta phân ra làm 2 loại: anod chung (common anode) và cathode chung (common cathode).

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

b Giao tiếp với một led 7 đoạn

* Dùng IC giải mã

- Phương pháp này sử dụng một IC làm nhiệm vụ giải mã từ BCD

sang mã led 7 đoạn Một số loại IC giải mã thường dùng là: 7447 hay

74247 (đối với loại anode chung) hay 4511 (đối với loại cathode

chung).

- Để hiển thị một số lên led 7 đoạn, vi điều khiển phải cung cấp mã BCD đến ngõ vào của IC giải mã.

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

Ví dụ 5.11: Cho giao tiếp giữa 8051 và IC giải mã 27247

như hình 3 Viết chương trình đọc mã BCD nhập từ switch nối với port 2 và hiển thị số tương ứng lên led 7 đoạn.

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

Ví dụ 5.11: Cho giao tiếp giữa 8051 và IC giải mã 27247 như hình

Viết chương trình đọc mã BCD nhập từ dip-switch nối với port 2 và hiển thị số tương ứng lên led 7 đoạn.

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

ORG 0

LOOP:MOV A,P2

ANL A,#0FH MOV P1,A SJMP LOOP END

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

b Giao tiếp với một led 7 đoạn

•Giải mã bằng phần mềm

- Phương pháp này dùng lập trình bằng phần mềm để giải mã từ BCD sang mã led 7 đoạn thay thế cho IC giải mã.

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

Ví dụ 12: Cho giao tiếp giữa 8051 với led 7 đoạn như hình (qua IC

đệm 74373 để tăng khả năng cấp dòng cho led) Viết chương trình đọc

mã BCD nhập từ dip-switch nối với port 2 và hiển thị số tương ứng lên led 7 đoạn.

Thành lập một bảng giá trị chứa các mã theo thứ tự mong muốn

Ví dụ: Lập bảng mã 7 đoạn của các số HEX từ 0 đến F (với LED Anode chung, để một đoạn LED nào sáng phải cung cấp mức logic thấp đến vị trí đoạn tương ứng).

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

2 Giao tiếp với LED 7 đoạn

Dùng dẫn hướng (directive) DB (Define Byte) của trình dịch hợp ngữ để khai báo bảng Bảng thường được đặt ở cuối chương

trình.

Dạng khai báo: Label: DB Codes

Ví dụ: TABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,99H,…

Chú ý: Khi xuống một dòng mới phải thêm một định nghĩa DB.

Khi muốn lấy một giá trị trong bảng ta đưa con trỏ dữ liệu giữ giá trị đầu bảng và đưa số thứ tự của phần tử cần truy xuất trong bảng vào thanh ghi A, sau đó dùng lệnh tra bảng:

MOVC A,@A+DPTR ; lấy mã trong bảng vào thanh ghi A.