Đồ án THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051 - ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ CHUYỂN ĐỔI ADC

Đồ án THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051 - ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ CHUYỂN ĐỔI ADC

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI

HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH

THIET KE VA THI CONG VI

DIEU KHIEN 8051 - DO NHIET DO

VA CHUYEN DOI ADC

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỦ

Đồ án môn học 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

A- PHAN GIGI THIỆU

CHUONG 1: TONG QUAN

I/ LOINOIDAU

IU/ GIGI THIEU

II/ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

B- PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIÊN 8051 - ĐO NHIỆT ĐỘ

VA CHUYEN DOI ADC

U VĐK 8§9C51

I/ ĐO LƯỜNG

II/ CHUYEN DOI

CHUONG3: THIET KE VA THICONG

1 NHIỆM VU THIET KE

Il/ SO BO KHOI VA CHUC NANG TUNG KHOI

II/ THIẾT KE VA PHAN TICH NGUYEN LY HOAT DONG CUA TUNG

KHOI

IV/ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH

V/ THI CONG

CHUONG 4: KET LUAN VA KIEN NGHI

C - PHU LUC - TAI LIEU THAM KHAO

Đồ án môn học 4

Ụ LỜI NÓI ĐẦU

1 GIỚI THIỆU VỀ ĐÈ TÀI

Đồ án môn học

II/ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

CHUONG II: VI DIEU KHIEN 8051 - DO NHIET DO

VA CHUYEN DOI ADC

I/ VI DIEU KHIEN 8051

1/ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ 8051:

VDK 8051 1a sản phẩm của Intel ra đời năm 1981 Hiện nay được dùng

khá phổ biến vì tính kinh tế và khả năng ứng dụng nhiều trong thực tiễn Họ

VĐK MCS - 51 có một số phiên bản sau:

+> VDK 80C31 có 126 byte nhớ RAM, không có ROM bên

trong mà phải dùng ROM ngoài

+> VĐK 80C51 cé 126 byte nhớ RAM, 4KB nhớ ROM chỉ lập

trình một lần, không lập trình lại được, có 2 bộ timer 0, 1

+> VDK 80C52 có 8 Kb nhớ ROM, 256 byte RAM và 3 bộ timer : 0, 1,2

+> VDK 87C5I có 256 byte nhớ RAM, 8 Kb nhớ EPROM có

thể xóa bằng tỉa cực tím và ghi lại nhiều lần

+> VDK 89C51 co 256 byte RAM, 4Kb nhớ FLASH ROM có

thể xóa và nạp bằng điện nhiều lần

Đồ án môn học

P PJP P TXD RXD ADDRESS/DAT

Hình 1 Sơ đồ khối của họ VĐK 8051

2/ Bảng thông số cơ bản của các họ VĐK

3/ Mô tả chân của 8051

EAIVP ALEIP- PSEN

FET P2.6 P25 P2.4 F13 Paz P2.1 P2.0

Hình 2 Sơ đồ chân của 8051

Đồ án môn học 10

3.2/ Chức năng các chân VĐK:

- Port 0: Cé 2 chức năng ở trên chân từ 32 -> 39 trong các thiết kế cỡ nhỏ

(Không dùng bộ nhớ mở rộng), có 2 chức năng như các đường UO Đối với

các thiết kế cỡ lớn ( với bộ nhớ mở rộng ) nó được kết hợp kênh giữa các bus

- Port 1: Là cổng I/O trên các chân 1->8 Có thể dùng cho các thiết bị ngoài

nếu cần Cổng này không có chức năng khác, vì vậy chúng ta chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngoài

- Port 2: Là một cổng có công dụng kép trên các chân từ 21 -> 28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng

- Port 3: Cũng là một cổng công dụng kép trên các chân 10->17 Các chân của công này có nhiều chức năng, các công dụng chuyền đổi có lien hệ với các đặc tính đặc biệt của 8051 như bảng sau:

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nôi tiép

P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp

P3.2 INT0 Ngat 0 bên ngoài

P3.3 INTI Ngắt 1 bên ngoài

Bảng chức năng của các chân trên Port 3

- PSEN: (Program store Enable ): 8051 có 4 tín hiệu điều khiển Psen là tín hiệu điều khiển ở chân số 29 Nó là tín hiệu điều khiển cho phép bộ nhớ

chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE ( Out put Enable )

của một EPROM đẻ cho phép đọc các byte mã lệnh

Psen sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051

để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội (8051) Psen sẽ ở mức thụ động ( mức cao )

- ALE: ( Address Latch Enable ):

Tín hiệu ra ALE trên chân 30 cho phép chốt địa chỉ, là chân đầu ra và

được tích cực ở mức cao Chân ALE được sử dụng để phân kênh địa chỉ

và dữ liệu bằng cách nối tới chân G của chip 74LS373

- RST

Chân số 9 là chân tái lập RESET Nó là một đầu vào và có mức tích cực cao ( bình thường ở mức thấp ) Khi cấp xung cao tới chân này thì bộ VĐK sẽ tái lập và kết thúc mọi hoạt động Điều này thường được coi như là sự tái bật nguồn Khi kích hoạt tái bật nguồn sẽ làm mất mọi giá trị trên các thanh ghi Nhằm làm cho đầu vào RESET có hiệu quả thì nó phải có tối thiểu 2 chu kỳ

máy Hay nói cách khác, xung cao phải kéo dài tối thiểu 2 chu kỳ máy trước

nó xuống thấp Trong 8051 một chu kỳ máy được định nghĩa bằng 12chu kỳ đao động của thạch anh

-EA: Các thành viên họ 8051 như 8751, 89C51 hoặc DS5000 đều có ROM trên chip lưu cất chương trình Trong các trường hợp như vậy thì chân EA

được nối tới Vcc Đối với các thành viên của họ như 8031 và 8032 mà không

có ROM trên chip thì mã chương trình được lưu cất ở trên bộ nhớ ROM ngoài

- Chân Vcc: Chân số 40 là chân Vcc cấp điện áp nguồn cho chip, nguồn điện

áp là +5V

- Chân GND: Chân số 20

- Chân XTAL 1 và XTAL 2: 8051 có một bộ dao động trên chip nhưng nó yêu cầu một xung đồng hồ ngoài đề chạy nó Bộ dao động thạch anh thường

xuyên nhất được nối tới chân đầu vào XTAL 1 ( chân 19 ) và XTAL 2 ( chân

18 ) Bộ dao động thạch anh này cũng cần 2 tụ điện giá trị 30PF Một phía của

tụ điện được nối xuống đất như hình a

a, Nối XTAL tới 8051 b, Nối XTAL tới nguồn đồng bộ ngoài

Hình 3 sơ đồ đấu nối thạch anh

4/ Các thanh ghi, bộ time/counter và ngắt

4.1/ Các thanh ghi

Trong CPU các thanh ghi được dùng đề lưu cất thong tin tạm thời, những thong tin này có thể là một byte đữ liệu cần được xử lý hoặc là một địa

chỉ đến đữ liệu cần được nạp Phần lớn các thanh ghi của 8051 là các thanh

ghi 8 bit Trong 8051 chỉ có một kiểu dữ liệu: Loại 8 bit, 8 bit của một thanh ghi được trình bày như sau:

D, | De | Ds | Ds | Ds | Dz | Dy | Do

Với MSB là bit có giá trị cao nhất D7 cho đến LSB là bít có giá trị thấp

nhat DO ( MSB — Most sigtican bit va LSB — Leart sigtician Bit ) Với một

kiểu dữ liệu 8 bít thì bất kỳ đữ liệu nào lớn hơn 8 bit déu phải được chia thành

các đoạn 8 bit trước khi được xử lý

RO

a)Một số thanh ghi 8 bít của 8051 b) Một số thanh ghi 16 bít của 8051

Hình 4 Cấu trúc của một số thanh ghi

Đồ án môn học 14

Các thanh ghi được sử dụng rộng rãi nhất của 8051 là A ( thanh ghi tích

lũy ), B, R0 > R7, DPTR ( Con trỏ dữ liệu ) và PC ( Bộ đếm chương trình )

Tất cả các dữ liệu trên đều là thanh ghi 8 bit trừ DPTR và PC 16 bit Thanh

ghi tích lũy A được sử dụng cho tất cả mọi phép toán số học và logic

4.2/ Hoạt động của bộ định thời timer

TMOD | Chê độ timer 89H Không

4.2 Bảng các thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer

Port noi tiép TI hoac RI 0023H

Timer 2 TF2 hoac IE2 002BH

Bang 4.3 Cac vector ngat

- Thanh ghi cho phép ngắt IE: Đây là thanh ghi 8 bít cho phép truy nhập ở mức bít

EXI = 1 > Cấm ngắt ngoài hoạt động + ET0: Cho phép ngắt trong timer 0 ET0 = 1 - Cho phép ngắt

ETI =0 > Cấm ngắt

+ EXI: Cho phép ngắt ngoài 1 EX1 = 0 > Cho phép

EX1 =1 > Cấm ngắt +ET1: Cho phép ngat trong timer 1 ET1 = 0 Cho phép ngắt

ET1 =1 > Cam ngat +ES: Cho phép ngit néi tiép ES = 0 > Cho phép ngat

+ PXo: Uu tién ngắt ngoài PXo = 1 > Uu tién trước

PXI =0 > Ưu tiên sau

+ PTo: Ưu tiên ngắt timer 0 PTo = 1 Ưu tiên trước

Đồ án môn học 16

PTo =0 > Ưu tiên sau

+ PS (Priority senial ): Ưu tiên ngắt nối tiếp, PS = I > Uu tién ngắt

+ ITx: Xác lập kiểu ngắt của timer 0 hoac 1

*> ITo =0 > Xác lập kiểu ngắt ở mức xung

*> ITo = 1 - Xác lắp kiểu ngắt ở cạnh xung + IEx: Cờ ngắt

4/ Các tập lệnh của họ VĐK 8051

4.1/ Các chế độ định địa chỉ

4.1.1/ Chế độ điịnh địa chỉ tức thời

- Cú pháp : Mov a,#Data; Di chuyển giá trị data vào thanh ghi a

- Ví dụ:

+.Mov R0,#10H; Di chuyên giá trị 20 hệ hecxa vào thanh ghi RO +.Mov DPTR,#50; Di chuyển giá trị 50 vào con trỏ dữ liệu DPTR

4.1.2/ Chế độ định địa chỉ trực tiếp

Đây là chế độ có thể truy nhập toàn bộ không gian nhớ của RAM, áp

dụng cho RAM trong và SER ( thanh ghi chức năng đặc biệt )

4.1.3 Chế độ định địa chỉ thanh ghi

Chế độ này toán hạng phải là một trong các thanh ghi từ R0->R7, A, B,

DPTR

VD:

Mov A,RO ; Di chuyên nội dung thanh ghi R0 vào thanh ghi A Mov R2, A ; Di chuyển nội dung thanh ghi A vào thanh ghi R0 Chế độ này yêu cầu toán hạng nguồn và toán hạng đích phải có cùng

kích thước

4.1.4 Chế độ này các thanh ghi dùng đẻ trỏ đến đữ liệu có trong bộ nhớ Chỉ

dùng các thanh ghi R0, R1 còn định địa chỉ gián tiếp

- Chế độ các thanh ghi từ R2->R7 không dùng đến

- R0, R1 đều có dấu @ đứng trước Nếu không có @ thì đó là lệnh chuyền nội dung R0 và R1 chứ không phải là di chuyển nội dung ngăn nhớ có

trong RO, RI

VD: Mov a,@RO ; Di chuyển nội dung 6 nhớ có trong ROM có dia chi xác định bởi thanh ghi R0 vào thanh ghi A

- Đối với RAM ngoài ta phải MovX ( X : Extenal )

4.1.5 Chế độ định địa chỉ chỉ số thanh ghi

Chế độ này được sử dụng rộng rãi khi truy cập các phần tủ đữ liệu của

bảng trong không gian ROM của 8051

VD: MovC A,@A+DPTR ; Di chuyén nội dung ô nhớ trong ROM có địa chỉ xác định bởi tổng nội dung của thanh ghi DPTR và thanh ghi A vào trong thanh ghi A

4.2 TAP LENH CUA 8051

4.2.1 Nhóm lệnh di chuyển dữ liệu.

Đồ án môn học 18

*> Lénh Mov dang byte:

Cú pháp : Mov ( dest — byte ),( sre — byte ) Chức năng: Lệnh sao chép nội dung của toán hạng nguồn cào toán hạng đích, nội dung của toán hạng nguồn không thayh đổi Lệnh này

không làm ảnh hưởng đến các cờ

*> Lệnh Mov dạng word

Cú pháp : Mov dptr,#data Chức năng: Giá trị 16 bít chính là toán hạng thứ 2 trực tiếp trong câu lệnh được nạp vào thanh ghi con trỏ đữ liệu <DPTR> byte cao của dữ liệu được nạp vào thanh ghi <DPH>, còn byte thấp được nạp vào thanh ghi

<DPL> Lệnh này không làm ảnh hưởng đến cờ hiệu Kichd thước 3byte, thời gian thực hiện là 2 chu kỳ máy, mã lệnh là 1001 0000

*> Lénh Mov dang bit

Cd phap: Mov <dest — bit>,<source - bit>

Chức năng: Chuyển dữ liệu ở dạng sao chép toán hạng nguồn vào toán hạng đích, 1 toán hạng nguồn là cờ hiệu và một toán hạng còn lại là

bít địa chỉ trực tiếp Lệnh này không làm ảnh hưởng đến thanh ghi hoặc cờ khác

*> Lệnh chuyên số liệu vào ngăn xếp

Cú pháp: PUSH direct Chức năng: Để chuyền số liệu có trong câu lệnh vào ngăn xếp, trước tiên con trỏ ngăn xếp sẽ được tăng lên 1, sau đó số liệu sẽ được chuyển

vào đỉnh của ngăn xếp mà địa chỉ này được định bởi <SP>

Kích thước là 2 byte, thời gian thực hiện là 2 chu kỳ máy, mã

lệnh là : 1100 0000

*> Lệnh chuyên số liệu ra khỏi ngăn xếp

Cú pháp: POP direct, kích thước là 2 byte, thời gian thực hiện là

2 chu kỳ máy, mã lệnh la 1101 0000

*> Lệnh hoán chuyền dữ liệu

Cú pháp : XCH A,<byte>

Chức năng: Hoán chuyển nội dung của thanh ghi tích lũy với

thanh ghi hoặc bộ nhớ có địa chỉ trong toán hạng thứ 2 của câu lệnh, toán

hang thứ 2 có thể là thanh ghi, thanh ghi này có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp

trực tiếp, lệnh này không ảnh hưởng đến các cờ

*> Lệnh xóa thanh ghi tích lũy

Cú pháp: CLR A

Chức năng: Lệnh xóa tất cả các bít của thanh ghi tích lũy về 0

lệnh này không ảnh hưởng đến trạng thái của các cờ Kích thước 1 byte; thời gian thực hiện là 1 chu kỳ máy

*> Lệnh thiết lập bít

Cú pháp : CPL <bit>

Chức năng: Lệnh lấy bù của bit, làm bit đã cho sẽ được lấy bù với bít được định địa chỉ trực tiếp.

4.2.2 Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình

*> Lệnh quay trở về từ chương trình con

Cú pháp : Ret; Kích thước: I byte; Thời gian thực hiện : 2 chu kỳ

máy; Mã lệnh: 0010 0010

*> Lệnh quay trở về từ ngắt

Cú pháp : Reti; Kích thước: I byte ; Thời gian thực hiện: 2 chu lỳ

máy; Mã lệnh : 0010 0010

*> Lệnh nhảy gián tiếp

Cú pháp: JMP @A+DPTR; Kích thước: 1 byte; Thời gian thực hiện : 2 chu kỳ máy ; Mã lệnh: 00100000

*> Lệnh nhảy nếu 1 bít không được thiết lập

Cú pháp : JBN bit,rel; Kích thước: 3 byte; Thời gian thực hiện: 2

chu kỳ máy; Mã lệnh: 0011 0000

*> Lệnh nhảy nếu 1 bít được thiết lập và xóa bít đó

Cú pháp: JBC bit,rel ; Kích thước : 3 byte ; Thời gian thực hiện :

2 chu kỳ máy; Mã lệnh: 0001 0000

*> Lệnh nhảy nếu cờ CF không được thiết lập

Cú pháp : JC rel ; Kích thước : 2 byte ; Thời gian thực hiện: 2

chu kỳ máy ; Mã lệnh : 0101 0000

*> Lệnh nhảy nếu thanh ghi tích lũy bằng 0.

Cú pháp : JZ rel ; Kích thước : 2 byte; Thời gian thực hiện: 2 chu kỳ máy ; Mã lệnh : 0110 0000

*> Lệnh nhảy nếu thanh ghi tích lũy khác 0

Cú pháp : JNZ rel; Kích thước: 2byte; Thời gian thực hiện : 2

chu kỳ máy; Mã lệnh : 01 II 0000

*> Lệnh nhảy khi so sánh 2 toán hạng

Cu phap : CINZ < dest — byte >, <sre - byte>, rel

Chức năng: so sánh 2 toán hạng và nhảy nếu không bằng

+ Nếu toán hạng 1 = toán hạng 2 -> Nhảy đến nhãn

+ Nếu toán hạng 1 # toán hạng 2 Thực hiện lệnh tiếp theo

*> Lệnh giảm và nhảy

Cú pháp : DỊNZ byte,<rel - address>

Chức năng: Lệnh giảm ô nhớ đi 1 và nhảy đến nhãn khác nếu

bằng 0, thực hiện lệnh tiếp theo nếu khác 0

*> Lệnh tạm ngừng hoạt động

Cú pháp : NOP Kích thước : I byte; Thời gian thực hiện: 1 chu kỳ máy;

Mã lệnh: 0000 0000

4.2.3.Nhóm lệnh tính toán số học

*> Lệnh thực hiện phép cộng

Cú pháp : ADD a,<src - byte>

Chức năng: Cộng giá trị biến nội dung trong thanh ghi tích lũy,

kết quả lưu vào thanh ghi tích lũy

*> Lệnh cộng có nhớ

Cú pháp : ADDC a,<src - byte>