Lần đầu tiên tìm hiểu về dòng PIC nên chắn không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em mong sẽ nhận được những hướng dẫn quý báu của các Thầy trong Bộ môn và các ý kiến đóng góp của các b
Trang 1LỜI CẢM ƠN
PIC là một dòng vi điều khiển khá mới mẻ ở nước ta Lần đầu tiên chúng em tiếp xúc với nó do đó việc tìm hiểu nó gặp rất nhiều khó khăn Tuy nhiên nhờ sự giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn_thầy Võ Tường Quân cùng với sự hỗ trợ nhiệt tình của các bạn trong lớp, chúng em đã hoàn thành tốt đồ án này Chúng
em xin chân thành cảm ơn Thầy và các bạn
Lần đầu tiên tìm hiểu về dòng PIC nên chắn không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em mong sẽ nhận được những hướng dẫn quý báu của các Thầy trong Bộ môn và các ý kiến đóng góp của các bạn để có thể tiếp tục tìm hiểu sau hơn về dòng vi điều khiển PIC
Trang 2LỜI GIỚI THIỆU
Ngày nay, với tốc độ phát triển mạnh mẽ của công nghệ tự động trong tất cả
mọi lĩnh vực thì việc tìm hiểu và ứng dụng các dòng chip Vi điều khiển là một vấn
đề cần được quan tâm Họ Vi điều khiển 8051 rất quen thuộc với chúng ta, và nó từng được xem là họ vi điều khiển rất ưu việt Tuy nhiên với nhu cầu ngày càng cao về tính ổn định, tốc độ xử lý cũng như khả năng tiếp cận dễ dàng của người dùng, thì họ 8051 đã không phát huy được ưu thế của mình
Các chip vi điều khiển thuộc dòng PIC của hãng Microchip có lẽ không quá
xa lạ Với công nghệ RISC (Reduced Instruction Set Computer) nâng cao đáng kể tốc độ xử lý, khả năng chống nhiễu, khả năng mở rộng tốt, khả năng nạp lại trên
1000 lần, tập lệnh đơn giản, được hỗ trợ lập trình dưới dạng Macro và đa dạng về
chủng loại, thì dòng PIC là một dòng vi điều khiển tốt nhất trong các ứng dụng tự động từ đơn giãn đến phức tạp nhất Tuy nhiên đến giờ nó còn khá mới mẻ và vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi Vì thế việc tìm hiểu dòng vi điều khiển này là một nhu cầu thực tế và nó hứa hẹn mang lại nhiều hiệu quả thiết thực phục vụ cho công nghệ tự động
PIC16F84 là một tiêu biểu, có thể được coi là chip vi điều khiển đơn giản nhất của dòngï PIC Với 2 Port, 18 chân và đầy đủ các tính chất ưu việt của dòng PIC, PIC16F84 phù hợp với các ứng dụng vừa và nhỏ, nhất là các thí nghiệm phục vụ học tập, nghiên cứu
Chúng em mong rằng với đồ án “PIC16F84 và một số ứng dụng” sẽ là bước khởi đầu mở ra cái nhìn gần gũi hơn về dòng PIC để từ đó chúng ta có thêm một công cụ đắc lực trong điều khiển tự động
Trang 3GIỚI THIỆU VỀ PIC16F84
Tổng quan:
Cấu trúc
PIC16F84 thuộc vi điều khiển 8 bit có cấu trúc RISC( Reduce Instruction Set Computer) Cấu trúc tổng quát của nó được biểu diễn dưới dạng các khối sau :
Hình Error! No text of specified style in document.-1: Sơ đồ khối PIC
Bộ nhớ chương trình (Program memory) : Dùng để chứa chương trình nạp Vì được chế tạo bằng công nghệ FLASH nên bộ nhớ này có thể được lập trình hay xoá nhiều lần.Ưu điểm này khiến cho con vi điều khiển này thích hợp cho việc xây dựng các ứng dụng điều khiển
EPPROM: Đây là bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu khi không cấp nguồn Thông thường nó được dùng để chứa dữ liệu quan trọng không thể mất nếu chẳng may nguồn cấp bị mất đột ngột
RAM: Bộ nhớ dữ liệu được sử dụng cho trong suốt quá trình thực thi chương trình trong vi điều khiển
PORTA và PORTB: là các ngõ kết nối vật lý giữa vi điều khiển với các phần cứng bên ngoài PORTA có 5 chân giao tiếp trong khi PORTB có đến 8 chân
Trang 4FREE- RUN TIMER: Đây là một thanh ghi 8 bit ở bên trong vi điều khiển, nó hoạt động độc lập với chương trình Cứ mỗi bốn xung nhịp của bộ dao động thì giá trị của nó tăng lên một cho đến khi đạt đến giá trị tối đa là 255, và sau đó nó lại bắt đầu đếm từ 0 Nếu như chúng ta biết được chính xác thời giữa hai lần tăng của nội dung thanh ghi Timer, thì khi đó nó sẽ được dùng để định thời gian, một đặc điểm hết sức hữu ích và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế
CPU(Central Processing Unit ): Đóng vai trò then chốt trong việc kết nối các thành phần trong vi điều khiển với nhau, được so sánh giống như bộ não con người Nó liên kết các hoạt động của các khối trong vi điều khiển và thực thi chương trình RISC
Ngay phần đầu chúng ta có nói rằng PIC16F84 có cấu trúc RISC, vậy RISC có nghĩa là gì? Để có thể thấy được ưu điểm của vi điều khiển này, chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu khái niệm về cấu trúc RISC thông qua việc so sánh hai mô hình khối cấu trúc Von - Neuman và cấu trúc Harvards
Hình Error! No text of specified style in document.-2: Cấu trúc Havard và Von - Neumann
Như ta đã biết, cấu trúc vi điều khiển của Von Neuman la một cấu trúc cổ điển và được ứng dụng phổ biến.Ở cấu trúc này, bus dữ liệu và địa chỉ được truy xuất trên cùng một đường, do đó nó phần nào ảnh hưởng đến tốc độ thực thi của vi điều khiển Không giống như cấu trúc Von Neuman, cấu trúc Harvards tách riêng bus dữ liệu với bus địa chỉ Chính điều này đã tăng tốc độ xử lý của vi điều khiển lên một cách đáng kể Các vi điều khiển có cấu trúc phần cứng kiểu Harvards thì được gọi là
vi điều khiển RISC RISC là viết tắt của thuật ngữ “Reduce Instruction Set Computer”
Trang 5Bởi vì PIC16f84 có cấu trúc RISC nên nó có tập lệnh được tinh giảm, cụ thể là
35 lệnh Tất cả các lệnh này đều được thực thi trong một chu kỳ máy,trừ các lệnh nhảy và rẽ nhánh
Sơ đồ chân
PIC16F84 có tổng cộng 18 chân, tên gọi và chức năng từng chân như sau:
Hình Error! No text of specified style in document.-3: Hình dáng bên ngoài PIC16f84
• Chân1: RA2, chân thứ hai của port A
• Chân 2: RA3, chân thứ ba của port A
• Chân 3: RA4, chân thứ tư của port A Ngoài ra, chân này có có chức năng là một bộ định thời( TOCK1)
• Chân 4: MCLR ngõ reset và cấp áp lập trình cho vi điều khiển
• Chân 5: Vss chân nối đất của nguồn
• Chân 6: RB0, chân số 0 của port B Ngoài ra nó còn là ngõ vào của ngắt
• Chân 7: RB1, chân số 1 của port B
• Chân 8: RB2, chân số 2 của port B
• Chân 9: RB3, chân số 3 của port B
• Chân 10: RB4, chân số 4 của port B
• Chân 11: RB5, chân số 5 của port B
• Chân 12: RB6, chân số 6 của port B
• Chân 13:RB7, chân số 7 của port B
• Chân 14: Vdd, chân cấp nguồn cho vi điều khiển
• Chân 15: OSC2,chân nối với bộ dao động
• Chân 16: OSC1, chân nối với bộ dao động
• Chân 17: RA2, chân số 2 của port A
Trang 6• Chân 18: RA1, chân số 1 của port A.
Bộ tạo xung
Bộ tạo xung dùng để cấp xung cho vi điều khiển hoạt động
PIC16F84 có thể hoạt động với bộ tạo xung dùng thạch anh và mạch dao động RC
Ở đây chúng ta chỉ sử dụng thạch anh, vì nó ổn định và đơn giản
Hình Error! No text of specified style in document.-4: Mạch tạo xung dùng thạch
anh
Reset
Chức năng Reset dùng để khởi tạo lại cho điều khiển về điều kiện ban đầu Thực tế trong quá trình hoạt động, có những lúc vi điều khiển hoạt động không như mong muốn do bị tác động bởi một tác nhân nào đó, khi đấy ta sẽ dùng chức năng Reset để khởi tạo lại chức năng cho vi điều khiển, đưa các thanh ghi về vị trí khởi tạo ban đầu Không chỉ có thế, Reset còn có vai trò như một ngắt ( Interupt ), giúp thoát khỏi một chương trình một cách tức thời
Các nhiều cách ( nguồn ) để Reset lại vi điều khiển, trong đó có hai nguồn quan trọng nhất, đó là Reset khi vừa cấp nguồn ( Power On Reset _ POR ), và Reset bởi chân MCLR
Bộ xử lý trung tâm (CPU)
CPU được ví như là bộ não của vi điều khiển, nó đảm nhận vai trò tìm kiếm và giải mã các cấu trúc lệnh cho vi điều khiển hoạt động
CPU gắn kết các thành phần của vi điều khiển thành một khối thống nhất Như đã nói ở trên, chức năng quan trọng nhất của nó chính là giải mã lệnh Khi ta viết một chương trình, các câu lệnh thường có dạng gợi nhớ như MOVLW 0x20 Thế nhưng để cho vi điều khiển hiểu được, thì câu lệnh trên phải được dịch thành một chuỗi các số
Trang 70 và 1, gọi là mã lệnh ( opcode ) Việc dịch từ dạng chữ sang thành mã lệnh được thực hiện bởi các trình biên dịch, chẳng hạn như trình dịch hợp ngữ Sau đó CPU sẽ giải mã và thực thi các lệnh
Thanh ghi trạng thái status
Hình Error! No text of specified style in document.-5: Thanh ghi trạng thái
Bit 7_ IRP( Register bank Select bit ): là bit thứ 8 của thanh ghi STATUS làm
nhiệm vụ định địa chỉ gián tiếp cho RAM nội
IRP = 1: bank 2 và 3
IRP = 0 bank 1 và 0 ( từ địa chỉ 00h đến FFh)
Bit 6:5 _ RP1: RP0 ( Register Bank Select Bits ): Hai bit này dùng để chọn
bank thanh ghi
01 = Bank 1
00 = Bank 0
Bit 4 _TO (Time – out ): bit này được set bằng 1 mỗi khi WDT bị tràn.
1 = Chưa tràn
0 = Bị tràn
Bit 3_ PD ( Power – down bit ) bit này được set mỗi khi vi điều khiển được
cấp nguồn, khi bắt đầu chạy, sau khi reset, và sau khi thực hiện lệnh CLRWDT
Bit 2_ Z ( Zero bit ) Dùng để chỉ kết quả ra 0, được set mỗi khi kết quả trả về
của một phép toán số học hay luận lý có giá trị là 0
Bit 1_ DC ( Digit Carry ) Bị ảnh hưởng bởi các phép toán cộng, trừ Nó được
set khi ta trừ một số cho một số lớn hơn.Và được reset trong trường hợp ngược lại
Bit 0_ C (Carry )ảnh hưởng bởi các lệnh ADDWF, ADDLW, SUBLW,
SUBWF
Trang 8Các port
Port dùng để chỉ một nhóm các chân trên vi điều khiển có thể truy xuất đồng thời, hoặc có thể set một bit mong muốn lên 1 hay xuống 0, hoặc đọc từ chúng trạng thái đang tồn tại Về mặt vật lý, Port là một thanh ghi bên trong vi điều khiển được nối bởi dây dẫn với các chân của vi điều khiển Nó đại diện cho sự kết nối vật lý giữa bộ xử lý trung tâm với thế giới bên ngoài Vi điều khiển dùng chúng để hiển thị hay điều khiển các các thành phần hay thiết bị khác Tuỳ theo chức năng, mà một vài chân có thể đảm nhiệm cả vai trò, chẳng hạn như chân RA4/TOCKI, vừa là bi thứ 4 của Port A, lại vừa là ngõ vào từ bên ngoài cho bộ đếm Việc lựa chọn một trong hai chức năng này được thực hiện qua việc thay đổi giá trị cho các thanh ghi chuyên dụng, chẳng hạn ở đây là bit thứ 5 TOSC trong thanh ghi OPTION Khi ta chọn một trong hai chức năng thì chức năng còn lại sẽ không hoạt động được
Tất cả các chân trong port đều có thể được dùng như các ngõ xuất hay nhập, tuỳ thuộc vào yêu cầu của thiết bị cần điều khiển Để định nghĩa một chân là xuất hay là nhập, thì ta sử dụng các thanh ghi TRIS ở bank1 Nếu một bit trong thanh ghi TRIS bằng 1, thì bit tương ứng với vị trí đó trong port lúc này sẽ là ngõ nhập, và ngược lại.Mỗi một port có một thanh ghi TRIS riêng cho nó, port A ứng với TRISA, port B ứng với TRISB.Thanh ghi Port A và B nằm trong bank 0, trong khi TRISA và TRISB nằm trong bank1
PORTB và TRISB
Port B gồm 8 chân Thanh ghi tương ứng cho việc xác định chiều dữ liệu là TRISB
Trang 9Hình
Error!
No text
of
specified style in document.-6: Cấu trúc PORTB & TRISB
Mỗi chân trong Port B đều có sẵn một điện trở kéo lên có giá trị nhỏ ở ngay bên trong (dùng để nối ngõ lên mức logic 1 ) có thể được kích hoạt bằng cách reset bit thứ
7 RBPU trong thanh ghi OPTION Các điện trở kéo lên này tự động tắt khi các chân của port được định nghĩa là các ngõ xuất Khi vi điều khiển bắt đầu hoạt động, các điện trở này không được kích hoạt
Các chân từ RB4 đến RB7 của port B có thể gây ra ngắt khi trạng thái của nó thay đổi từ mức 0 lên mức 1 và ngược lại Chỉ có những chân nào được định nghĩa là ngõ nhập mới có thể gây ra ngắt được
PORTA và TRISA
Port A có 5 chân xuất nhập, thanh ghi tương ứng của nó là TRISA có địa chỉ 85h Cũng giống như port B, việc set một bit trong thanh ghi TRISA sẽ định nghĩa bit tương ứng trong port A là xuất hay là nhập
Một điều quan trọng cần chú ý là chân RA4 của port A chỉ có thể dừng để nhập mà thôi Nó cũng dùng để nhập từ ngoài cho bộ định thời TMR0
Trang 10Hình
Error!
No text
of
specified style in document.-7: Cấu trúc PORTA & TRISA
Tổ chức bộ nhớ
PIC16F84 có hai khối bộ nhớ phân cách nhau, một cho dữ liệu và cái còn lại cho chương trình Bộ nhớ EPPROM với các thanh ghi GPR và SFR trong bộ nhớ RAM sẽ quản lý khối dữ liệu, còn bộ nhớ FLASH quản lý khối chương trình
Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình được chế tạo bằng công nghệ FLASH, nó cho phép lập trình cho vi điều khiển được nhiều lần trước khi nó được lắp đặt vào thiết bị, hoặc ngay các sau khi nó được lắp đặt mà có một sự cố nào đó xảy ra Dung lượng của bộ nhớ chương trình này là 1024 dòng lệnh với độ dài 14 bit, trong đó các vị trí từ 0h đến 4h được dùng cho các vector reset và ngắt
Bộ nhớ dữ liệu
Bộ nhớ dữ liệu bao gồm bộ nhớ RAM và EPPROM Bộ nhớ EPPROM bao gồm
64 byte, nội dung của nó không bị mất đi nếu lỡ như mất nguồn EPPROM không được định địa chỉ trực tiếp, mà được truy xuất gián tiếp thông qua 2 thanh ghi là EEADR và EEDATA Bởi vì bộ nhớ EPPROM được dùng cho việc lưu trữ những thông số quan trọng, cho nên người lập trình cần phải tuân theo một số quy tắc để tránh mắc lỗi trong lúc viết Bộ nhớ Ram có địa chỉ từ 0x0C đến 0x4F, bao gồm 68 ố nhớ 8 bit Việc xác định vị trí của RAM cũng được thực hiện thông qua thanh ghi GPR
Trang 11Các thanh ghi SFR
Đây là các thanh ghi có chức năng đặc biệt, chiếm 12 ô nhớ đầu tiên trong các bank
0 và bank 1
Hình Error! No text of specified style in document.-8: Tổ chức bộ nhớ PIC16F84
Trang 12Bộ đếm chương trình
Bộ đếm chương trình (PC ) là một thanh ghi 13 bit, nó chứa địa chỉ của các lệnh cần thực thi Nó được xác định bằng cách kết hợp của thanh ghi 5 bit PCLATCH cho 5 bit cao cả địa chỉ với thanh ghi 8 bit PCL cho 8 bit thấp của địa chỉ
Bằng cách tăng dần nội dung của PC, vi điều khiển sẽ từng bước thực hiện các lệnh có trong chương trình
Lập trình cho vi điều khiển
Để lập trình vào bộ nhớ chương trình,vi điều khiển phải được set ở chế độ làm việc đặc biệt, cụ thể khi đó chân MCLR sẽ được nối với áp 13,5V, và nguồn cung cấp phải ổn định Bộ nhớ chương trình có thể được lập trình nối tiếp sử dụng 2 chân “ data / clock “
Các kiểu định địa chỉ
Địa chỉ ô nhớ trong RAM có thể được truy xuất bằng hai cách:
_Định địa chỉ trực tiếp.
_Định địa chỉ gián tiếp.
Các cơ chế ngắt
Ngắt là một đặc tính của vi điều khiển mà cho phép nó đáp ứng được với những sự kiện tại lúc nó xảy ra, và xác định xem vi điều khiển sẽ làm gì tiếp theo sau đó Đây là một chức năng vô cùng quan trọng, bởi vì nó tạo nên sự gắn kết giữa vi điều khiển với thế giới xung quanh nó Thông thường thì ngắt sẽ làm ngưng chương trình đang thực hiện, còn gọi là chương trình nền, và thực hiện tiếp chương trình ngắt tương ứng với nguyên nhân gây ra ngắt
Trang 13Hình Error! No text of specified style in document.-9: Cấu trúc ngắt
Thanh ghi điều khiển ngắt (INTCON )
Thanh ghi điều khiển ngắt (INTCON) được truy xuất bằng cách chọn bank tương ứng Nó có chức năng cho phép hay là cấm xảy ra ngắt, và xác định các nguyên nhân ngắt
Hình Error! No text of specified style in document.-10: Thanh ghi điều khiển ngắt
Bit 7_ GIE ( Global Interupt Enable bit ): Đây là bit cho phép hay không cho
phép ngắt
Nếu GIE = 1: Các ngắt được cho phép
Nếu GIE = 0: Các ngắt bị cấm
Bit 6 EEIE ( EPPROM Write Complete Interupt Enable bit ): Bit cho phép
ngắt gây ra tại nơi kết thúc của việc viết chương trình con vào EPPROM
Trang 14 Bit 5 TOIE ( TMR0 Overflow Interupt Enable bit ): Bit cho phép kích hoạt
ngắt gây ra bởi sự tràn của TMR0
Bit 4 INTE( INT External Interupt Enable bit ): Bit cho phép ngắt gây ra bởi
ngắt ngoài tạt chân RB0/INT
Bit 3 RBIE ( RB port change Interupt Enable bit ) Cho phép ngắt xảy ra khi có
sự thay đổi trạng thái trên các chân RB4 đến RB7
Bit 2 TOIF ( TMR0 Overflow Interupt Flag bit ): Cờ báo tràn của TMR0 Bit
này phải được xoá bằng phần mềm để có thể sử dụng ngắt này tiếp theo
Bit 1 INTF ( INT External Interupt Flag bit ): Cờ báo khi xảy ra ngắt ngoài.
Bit 0 RBIF ( RB Port Change Interupt Flag bit ): Bit xác định sự thay đổi trên
các chân từ RB4 đến RB7 Nit này cũng cần phải được xoá trong chương trình con
ngắt để có thể đáp ứng các ngắt tiếp theo xảy ra sau đó
Ngắt ngoài trên chân RB0/INT của vi điều khiển
Ngắt ngoài xảy ra trên chân RB0/INT
Được kích hoạt bởi tín hiệu cạnh lên ( nếu bit INTEDG = 1 trong thanh ghi OPTION ) hoặc bởi tín hiệu cạnh xuống ( nếu INTEDG = 0 ) Khi có tín hiệu xuất hi65n trên chân INT, bit INTF sẽ được set trong thanh ghi INTCON Bit này phải được xoá đi trong chương trình phục vụ ngắt để ngắt không xảy ra nữa khi quay lại chương trình chính
Ngắt do sự tràn của bộ đếm TMR0
Khi TMR0 bị tràn, nó sẽ set bit TOIF lên 1 Đây là một chức năng quan trọng, bởi vì nhiều vấn đề hóc búa trong thực tế có thể được giải quyết khi sử dụng chức năng này Ngắt do cơ chế này có thể được cho phép hay cấm bằng cách set/ reset bit T0IE
Ngắt do sự thay đổi trạng thái trên các chân RB4:RB7
Sự thay đổi trạng thái trên các chân RB4: RB7 sẽ set bit RBIF (INTCON< 0 > ) lên 1, từ đó kích hoạt ngắt xảy ra.Để cho các chân này nhận được sự thay đổi trạng thái của tín hiệu, thì chúng phải được định nghĩa là các ngõ nhập Nếu một trong chúng được định nghĩa là ngõ xuất, thì ngắt sẽ không xảy ra được Nếu như ta định nghĩa tất cả chúng đều là ngõ xuất, thì trạng thái hiện thời của chúng sẽ được so sánh với giá trị cũ mà được lưu ở lần đọc cuối cùng từ port B
Khởi tạo ngắt
