Thiết kế mô hình dây chuyền lắp ráp công nghiệp tự động Khoá luận tốt nghiệp

Và đặc biệt công việc điều khiển dây chuyền rất đơn giản, dé dàng, thuận tiện cho người sử dụng và có thể dễ dàng thay đối chương trình điều khiển hoạt động của dây chuyền để chế tạo cá

TRUONG DAI HOC SU PHAM HA NOI 2

KHOA VAT LY

NGUYEN THI KIM

THIET KE MO HiNH DAY CHUYEN LAP RAP

CONG NGHIEP TU DONG Chuyên ngành: Sư phạm kĩ thuật

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hướng dẫn khoa học TIEN SI: NGUYEN THE LAM

HÀ NỘI, 2013

LOI CAM ON

Để hoàn thành khóa luận, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tiến sĩ

Nguyễn Thế Lâm người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực

hiện và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thiện khóa luận này!

Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô

Khoa Vật Lý Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã quan tâm giúp đỡ tạo điều

kiện đề khóa luận hoàn thiện đúng thời hạn

Tôi cũng không quên gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những người

đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện dé tai! Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2013

Sinh viên

Nguyễn Thị Kim

LOI CAM DOAN

Tôi khẳng định rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, do

chính tôi đã nghiên cứu và hoàn thành trên cơ sở những kiến thức đã học và tài liệu tham khảo Nó không trùng với kết quả của bắt cứ nghiên cứu nào

Hà Nội, tháng 5 nam 2013

Sinh viên

Nguyễn Thị Kim

Hình 3 2: Hình chiếu bằng khối băng tải -22-©52©5<cxczsccxeee 26

Hinh 3.4:Kh6i mach nguén c.cccsscsssessesssesseessesssessesssessesssessesssessessessseeseeesees 28 Hinh 3.5:Mach Reset 29 Hình 3.6 : Mạch tạo dao động - - c5 S31 S1 x1 xxx re 29

Hình 3.7: Mạch điều khiển nam chân điện . -2-2- +52 cs+E+EeEezezezevzsz 30 Hình 3 8: Mạch điều khiển động cơ sử dụng Role - -«-<<<<+ 30 Hình 3.9: Mạch điều khiển động cơ sử dụng mạch cầu H -cccccc+ 32

Hình 3 10: Mạch điện tông thể -2- 2-22 SE+EESE2EEE 2E EEEeerree 32

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 22¿©+2+x+2+£+EE+EEtzEEerkesrerrkecree 2

4 Nhiệm vụ nghiên CỨU - << 1k1 91 91 11 1 H1 HH nh nghiệt 2

5 Giả thuyết khoa hỌc 2-2 2++2+SE+EE+EE2EE2EE2E2E121715112721211 2122151 -eE 2

6 Phương pháp nghiÊn CỨU - 6 + 1E 1191 11 31 1 11 tt ng ghrưy 2

CHUONG 1: TONG QUAN VE ROBOT CÔNG NGHIỆP 3

1.1 Robot công nghiệp trên thé QiGi cceecccccccsesseessesseessesssecsesssessesssesseesseesesses 3 1.2 Robot công nghiệp ở Việt Nam . (+ S223 2+ 1211911 2xx rsrrseree 6

CHUONG 2: HQ VI DIEU KHIEN 8051 ©2-552+S2+Eczzrxezxeree 9

2.1 Giới thiệu về họ vi điều khiển 8051 -2 2-©52©c+ccxcszecrxesree 9

DAL TOng QUate.c.ccecccccccessesssssssessessssssssusssssesssssessessessessessessessessessesseess 9

2.1.2 Cấu trúc vi điều khiến 8051, chức năng từng chân 10

2.1.3 Các kiểu lệnh 2-©22+222++22x222Et2EESEESrkxsrrrerrrrrrrrerrrcs 11

2.1.4 Hoạt động của Port nối tiép sesccecccsseessessessessessseessessesssecsessseese 14

2.1.5 Hoạt động Timer của 805 Ì .- 555 S5 + se c+ssessereerse 15

2.1.6 Hoạt động Interrup của 805 Ï - <5 Sex sesserserse 16 2.1.7 Giao tiếp với máy tính - 5 +<+2+++xkt2kcSEkeEkvrxerkerkerree 17 2.1.8 Ngôn ngữ hợp ngỮ - HH TH ng key 19

2.2 Giới thiệu về PLC ¿-22+©22++2+++2x+t2EEtEEECEEErEEEverkrerrrrsrrrerrrerrree 19

2.2.1 Cơ sở lí thuyết của điều khiển bằng PLC -5 19

2.2.2 Phần cứng :-©2c22k2112212211211121101111211 1111121 re 20

CHƯƠNG 3: THIẾT KÉ MÔ HÌNH DÂY CHUYÈN TỰ DONG

TRONG CÔNG NGHIỆP 22-2 2S 2E EEEEE3221211211 2112112111111 cxe 26

Ens dd 26

3.1.1 KhOi bang ChUyOn ceecceccessesssesssessesssesseessecsesssesssessessesssesseessesseeeseeses 26

3.2.5 Khối mạch điều khiển động cơ sử dụng Role 2 2©cscs¿ 30

3.2.6 Khối mạch điều khiển động cơ sử dụng mạch cầu H - 31

3.2.7 Mach dién téng thé oo eccecccccessecscsseseessessecsessessessesusssssecsesseesseseeeseees 32

KET LUAN oocecccccceccssessssssessssssecssessvcssessecsucssvcsuesscsusssucsusssucssessuesuessecseeenes 37

IV )8000))0/):7) 84 (00 .Ả 38

MO DAU

1 Lido chon dé tai

Ngày nay, việc sử dụng các đây chuyền, hệ thống để chế tạo sản phẩm không còn là điều mới mẻ đối với các quốc gia trên thế giới Đối với các nước

có nền công nghiệp phát triển thì các hệ thống gia công này được đầu tư thiết

kế, trang bị đầy đủ và vô cùng hiện đại, có các kết cấu cơ khí rất chính xác,

các robot trong dây chuyền hết sức linh hoạt Và đặc biệt công việc điều khiển

dây chuyền rất đơn giản, dé dàng, thuận tiện cho người sử dụng và có thể dễ dàng thay đối chương trình điều khiển hoạt động của dây chuyền để chế tạo các chỉ tiết máy, các sản phẩm khác nhau theo yêu cầu thực tế của thị trường Quy trình hoạt động của hệ thống là một chu trình liên tục, khép kín, từ nguyên công cấp phôi cho đến nguyên công đóng gói sản phẩm đưa vào kho

dự trữ hay đưa ra thị trường đều được tự động hóa

Việt Nam là một quốc gia có nền công nghiệp đang phát triển, đang cố gắng học hỏi, tiếp cận, kế thừa các công nghệ cao của thế giới Do điều kiện kinh tế, cơ cở vậy chất, trình độ con người còn thấp nên các dây chuyền sản

xuất tự động công nghệ cao chưa được sử dụng rộng rãi Vì vậy chúng còn

tương đối mới mẻ, xa lạ với học sinh, sinh viên cũng như các trung tâm gia công, các công ty chế tạo

Do vậy việc nghiên cứu, thiết kế mô hình dây chuyền lắp ráp công nghiệp tự động là cấp thiết

Trong phạm vi đề tài này, tôi sẽ giới thiệu, thiết kế mô hình dây chuyền

lắp ráp công nghiệp tự động

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế mô hình lắp ráp công nghiệp tự động qua đó tiếp cận, kế thừa công nghệ cao của thế giới

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo mô hình dây chuyền lắp ráp trong công nghiệp bằng những vật liệu đơn giản

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để thực hiện đề tài này cần thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Nghiên cứu mô phỏng và thiết kế, chế tạo phần cơ khí, tay robot của dây chuyền

- Nghiên cứu mô phỏng, chế tạo mạch điện tử: Mạch vi điều khiến dùng

8051

- Lập chương trình hoạt động cho dây chuyền sử dụng ngôn ngữ ASM

5 Giá thuyết khoa học

Nếu mô hình được triển khai và áp dụng rộng rãi sẽ góp phần hiện đại hóa nền công nghiệp

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết: Đọc và nghiên cứu các tài liệu

- Nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế mô hình lắp ráp tự động.

CHUONG 1: TONG QUAN VE ROBOT CONG NGHIEP

1.1 Robot công nghiệp trên thế giới

Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec “Robota” có nghĩa là công

việc tạp dịch trong vở kịch Sossum”s Universal Robots của Karel Capek, vào

năm 1921 Trong vở kịch này, Sossum và con trai của ông đã chế tạo ra

những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người Đó là một

gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kĩ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt

chước các hoạt động cơ bắp của con người

Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AME (American Machine and Foundry Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là ”Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày nay người ta đặt tên người máy công

nghiệp hay robot công nghiệp cho những loại thiết bị được điều khiển tự động

để thực hiện một số thao tác sản xuất Về mặt kĩ thuật, những robot công

nghiệp ngày nay có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kĩ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khién từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiến số (NC - Numerically Controlled machine tool).Những robot đầu tiên thực chất

là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiến từ xa với khả năng

lập trình của máy công cụ điều khiến số Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate - 1900 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh - 1967, Thụy Điển và Nhật - 1968 theo bản quyền của

Mỹ, CHLB Đức - 1971, Ý - 1973

Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả

năng nhận biết và xử lí Năm 1967, tại trường Đại học tổng hợp Stanford

(Mỹ) đã chế tạo ra loại robot hoạt động theo mô hình “mắt - tay”, có khả năng

nhận biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến Năm

1974, Công ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi

tính, có thé nâng được vật có khối lượng đến 40 kg

Theo dự báo thì trong vòng 20 năm tới mỗi người sẽ có nhu cầu sử

dụng một robot cá nhân như cần một máy tính PC hiện nay và robot sẽ là tâm điểm của một cuộc cách mạng công nghệ lớn sau Internet

Hơn nửa thế kỷ qua, robot đã có những bước phát triển và tiến hóa

mạnh mẽ Robot đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp vào những năm

60 dé thay thế con người làm những công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại Do nhu cầu cần ăn nhập ngày càng nhiều với quá trình sản xuất phức tạp nên robot công nghiệp cần có những khả năng thích ứng linh hoạt và thông minh hơn Ngày nay, ngoài ứng dụng trong chế tạo máy thì

các ứng dụng robot trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây

dựng, an ninh quốc phòng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng là động lực

cho các robot địa hình và robot dịch vụ phát triển

Có thể kể đến một số loại robot được quan tâm nhiều thời gian qua là: Tay máy robot (robot Manipulators), robot di động (Mobile robots), robot phỏng sinh học (Bio Inspired robots) va robot ca nhan (Personal robots) Tay

máy là loại robot có nhiều khớp nối tiếp, mỗi khớp có thể chuyên động tịnh

tiến hoặc quay thường do một động cơ servo điều khiển, đầu tay máy có bàn kẹp hay tay nắm với nhiều bậc tự do phù hợp với các ứng dụng như sơn, hàn, gắp phôi Do sự phát triển của công nghệ và nhu cầu thực tế, các tay máy

ngày nay có nhiều ứng dụng mới như hỗ trợ mồ, hỗ trợ người tàn tật Robot di

động được nghiên cứu nhiều như Xe tự hành trên mặt đất AGV (Autonomous

Guided Vehicles), robot tu hành dưới nước AUV (Autonomous Underwater Vehicles), may bay khéng nguoi 141i UAV (Unmanned Arial Vehicles) Voi

robot phỏng sinh học các nghiên cwu thoi gian qua tap trung vao 2 loai chinh

la robot di (Walking robots) va robot dang nguwoi (Humanoid robots) Bén

cạnh đó, các loại robot phỏng sinh học dưới nước như robot cá, các cấu trúc

chuyên động phỏng theo sinh vật biển cũng được nhiều nhóm nghiên cứu phat triển Hiện nay các ứng dụng của robot đang có xu thế chuyên sang các ứng dụng thường nhật như robot gia đình (Home robofs) và robot cá nhân (Personal robot) Mặc dù về cấu trúc các loại robot có khác nhau nhưng các nghiên cứu hiện nay đều hướng về các ứng dụng địch vụ và hoat động của robot trong các môi trường tự nhiên

Theo ước tính chưa đầy đủ của Liên đoàn robot quốc tế (IRF), năm

2004 trên thế giới có khoảng 770 000 robot đang được sử dụng trong sản xuất công nghiệp Trong đó, Nhật Bản sử dụng nhiều nhất với 350 000 robot

(chiếm 45.5 %), EU khoảng 233 000 (chiếm 30.3%), Bắc Mỹ khoảng 104 000 (chiếm 13.5%), còn lại các nước khác

Theo Hiệp hội robot quốc tế VER, sở dĩ robot được nhiều nhà máy đưa vào sản xuất để hạ giá thành sản phẩm, tăng thu nhập cho người lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm và tự động hóa dây chuyền sản xuất là đo hiệu

xuất làm việc và tính ốn định lớn: tính linh hoạt trong vận hành; hoạt động

tinh vi, nhanh và chuẩn xác; nhất là khả năng thay thế con người làm việc trong các môi trường độc hại và không an toàn

Vì thế trong những năm gần đây, mật độ robot phục vụ trong các ngành công nghiệp trên thế giới tương đối cao.Năm 2006, số robot công nghiệp sử

dụng trong các lĩnh vực chỉ khoảng 950 000 đơn vị.Đến năm 2009, số robot

nay đã đạt khoảng I 031 000 đơn vị Trong đó, robot phục vụ trong các ngành

công nghiệp tập trung nhiều nhất là Nhật Bản với số lượng lên tới 339 §00

đơn vị.Đứng thứ 2 là ở Mỹ với số lượng khoảng 172 800 đơn vị Đứng thứ 3

là Đức với số lượng khoảng 145 800 đơn vị và sau đó là các nước Hàn Quốc,

Trung Quốc, Ý, các quốc gia Đông Nam Á và các nước khác

Trên thế giới, robot được sử dụng nhiều nhất trong các ngành chế tạo Ôtô,

công nghiệp điện và điện tử, chế tạo máy và công nghiệp chế biến thực phẩm

Khi quá trình toàn cầu hóa đang tăng tốc, ngành robot ngày càng có vai trò sống còn để đảm bảo cho ngành công nghiệp và các nhiệm vụ sản xuất,

robot là yếu t6 then chốt, đem tới cho các nhà sản xuất cơ hội tiếp tục sản xuất Hiện nay và hơn bao giờ hết, nhu cầu duy trì cạnh tranh là động lực

quyết định đầu tư cho ngành robot

1.2 Robot công nghiệp ở Việt Nam

Chế tạo robot công nghiệp là ngành thuộc lĩnh vực công nghệ cao.Ở nước ta, lĩnh vực này còn khá mới mẻ và phần lớn mới dừng ở mức thử nghiệm

Robot là thành phần chủ chốt trong tự động hóa công nghiệp đo tính

linh hoạt trong vận hành, hoạt động tinh vi, nhanh và chuẩn xác, có khả năng

thay thế con người làm việc trong môi trường độc hại và không an toàn Đối với Việt Nam, mặc dù có ưu thế nhân công rẻ nhưng việc sử dụng robot công

nghiệp vào trong sản xuất là thực sự cần thiết bởi nó sẽ làm thay đổi cục điện

tại các nhà máy và bắt kịp được với sự phát triển chung của thế giới Robot công nghiệp có thể thay thế công nhân hiệu quả hơn, giảm chỉ phí sản xuất, tạo ra sản phẩm chất lượng cao và ốn định, hiện đại hóa công nghệ sản xuất, tạo cho sản phâm sức cạnh tranh

Trong khoảng 25 năm qua, nước ta đã có những hoạt động nghiên cứu bước đầu và đã có những bước tiến đáng kể về robot Trong đó có những đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp nhà nước thuộc các lĩnh

vực tự động hóa, cơ khí chế tạo do các tổ chức khoa học và công nghệ trên

toàn quốc thực hiện như Đại học bách khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa TP

Hồ Chí Minh, Viện nghiên cứu điện tử,Tin học, Tự động hóa (Bộ công thương), Viện khoa học và Công nghệ quân sự, Viện cơ học và Viện Công

nghệ thông tin (Viện KH và CN Việt Nam)

Các nghiên cứu về robot ở nước ta liên quan nhiều đến vấn đề động

học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lí thông tin cảm biến, cơ cấu chấp

hành, điều khiển và phát triển trí thông minh.Cùng với các kết quả về thực

nghiệm, nhiều công trình nghiên cứu khoa học về robot đã được công bố trên

các tạp chí khoa học kĩ thuật trong và ngoài nước

Ở Việt Nam, về mặt lí thuyết, chúng ta cũng hoàn toàn có thể phát triển

được các loại robot thông minh, nhưng do cơ sở hạ tầng kĩ thuật còn hạn chế,

ngành công nghiệp hỗ trợ cho công nghiệp robot chưa phát triển, các thiết bị kiểm tra, kiểm định chất lượng robot chưa có hoặc có chưa đầy đủ và quy mô

thị trường còn hạn hẹp, nên không đủ điều kiện để phát triển các loại robot

dạng này Vì vậy, xu hướng hiện nay vẫn dừng lại ở việc phát triển các loại robot công nghiệp

Tại Việt Nam, những năm qua, robot đã được sử dụng trong các ngành sản xuất vật liệu xây dựng, luyện kim, chế tạo cơ khí, công nghiệp đóng tàu,

an ninh quốc phòng và một vài lĩnh vực khác như thăm dò khai thác trên biển

Trong sản xuất vật liệu xây dựng, robot được sử dụng cho dây chuyền nghiền than tại công ty Gốm xây dựng Hạ Long Tại các lò luyện cốc, công đoạn cấp

than là một điển hình về môi trường độc hại, khói bụi và nhiệt độ cao, ảnh

hưởng lớn đến sức khỏe con người Các nhà khoa học đã nghiên cứu thử nghiệm phương án sử dụng robot cho khâu cấp than từ phía đỉnh lò và đề xuất phương án sử dụng robot ở một số khâu khác cho công ty Gang thép Thái Nguyên

Robot bốc xếp thay thế công nhân ở công đoạn lấy và sắp xếp sản phẩm trong dây chuyền sản xuất kính cũng là một nhu cầu lớn Trong công

đoạn đúc kim loại ở các nhà máy cơ khí và luyện kim, có thé sir dụng robot ở

các khâu rót kim loại và tháo đỡ khuôn- những khâu nặng nhọc, dễ gây tai

nạn

Hàn và cắt kim loại là công nghệ chiếm tỷ trọng lớn trong ngành công

nghiệp đóng tàu, có ý nghĩa quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm

Nhu cầu sử dụng robot hàn, cắt là rất đáng kể.Robot được sử dụng trong một

số công đoạn hàn vỏ tàu ở phần đuôi, các robot tự hành có khả năng nhận

dạng vết hàn phục vụ cho việc tự động hóa một 86 công đoạn hàn trén boong

và bên trong thân tàu thủy Trong công đoạn sản xuất nhựa nói chung và sản xuất phôi cho chai nhựa nói riêng, các tay máy được sử dụng đề lấy sản phẩm đang ở nhiệt độ cao từ trong khuôn ra ngoài, rút ngắn chu kì ép của máy ép

nhựa

CHUONG 2: HQ VI DIEU KHIỂN 8051

2.1 Giới thiệu về họ vi điều khiến 8051

2.1.1.Tổng quát

Mạch vi điều khiển đóng vai trò là phần trung tâm của robot Vi điều

khiến có thể ví như là bộ não của một cơ thê người, điều khiển mọi hoạt động

của robot 8051 là loại vi điều khiển được sử dụng nhiều nhất từ trước đến

nay

Vào năm 1976 Intel giới thiệu bọ vi điều khiển ( Microcontroller) 8748,

một chip tương tự như các bộ vi xử lí và là chip đầu tiên trong họ vi điều

khiển MCS - 48 8748 là một vi mạch chứa trên 17 000 transistor bao gồm

một CPU, IKbyte EPROM, 64 byte RAM, 27 chân xuất nhập và một bộ định

thoi 8 bit

Độ phức tạp, kích thước và khả năng của các bộ vi điều khiển được tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980 khi Intel công bố chip 8051, bộ

vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS - 51, chứa trên 60 000

transistor, có các đặc trưng được tóm tắt như sau:

- 4K byte ROM

- 128 byte RAM

- 4 port xuat nhap (I/ O port) 8 bit

- 2 bd dinh thoi 16 bit

- Mạch giao tiếp nối tiếp

- Không gian nhớ chương trình (mã) ngoài 64K

- Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K

- Bộ xử lí bit (thao tác trên các bit riêng rẽ)

- 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí I bit

- Nhân, chia trong 4s

2.1.2 Cấu trúc vi diéu khién 8051, chức năng từng chân

¬—Er| P1.4 P0.3 F§g—H ——

Bess] PLS P0.4 F34 H—g] P1.6 P0.5 F§a—H ——

Hình 2.1: Sơ đồ chân của 8051

32 trong số 40 chân của 8051 có công dụng xuất/ nhập, tuy nhiên 24/

32 đường này có 2 mục đích (công dụng) 32 chân hình thanh 4 port 8-bit 8 đường cho mỗi port có thể được xử lý như một đơn vị giao tiếp với các thiết

bi song song như máy in, b6 biến đổi D-A, vv hoặc mỗi đường có thể hoạt

động độc lập giao tiếp với một thiết bị đơn bit nhu chuyén mach, LED, BJT,

EET, cuộn day, loa,vv

+ Các chân từ 1 đến 8 - Port 1, PI.0, PI.1, ,P1.7, chỉ có một công

dụng là xuất/ nhập Chúng không có chức năng nào khác ngoài việc được

dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi

+ Chân 9 - RST: Chân RESET, là ngõ vào xóa chính (master reset) cua

8051 dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống Khi ngõ vào này được treo ở logic 1 tối thiểu 2 chu kỳ máy, các thanh

ghi bên trong của 8051 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại

hệ thống

10

+ Các chân từ 10 đến 17 -Port 3, có 2 công dụng Khi không hoạt động xuất/ nhập, các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng liên quan đến các

đặc trưng cụ thê của 8051

+ Chân 18 và chân 19- chân XTALI và XTAL2: Mạch dao động bên

trong chip 8051 được ghép với thạch anh bên ngoài nhờ hai chân này

+ Các chân từ 21 đến 28 -Port 2 , có 2 công dụng, hoặc làm nhiệm vụ

xuất/ nhập hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 bit cho các thiết kế có

bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ đữ

liệu ngoài

+ Chân 29 - PSEN: Chân cho phép bộ nhớ chương trình, cho phép ta

truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài

+ Chân 30 - ALE: Chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE

(address latch enable) dé giải đa hợp bus dữ liệu và bus địa chỉ

+ Chân 31- EA: Chân truy xuất ngoài, ngõ vào này có thé được nối với

5V (logic 1) hoặc với GND (logic 0) Nếu chân này nối lên 5V, 8051 thực thi

chương trình trong ROM nội (chương trình nhỏ hơn 4K).Nếu chân này nối với GND (và chân PSEN cũng ở logic 0), chương trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài - ROM ngoại

+ Các chân từ 32 đến 39 -Port 0, có 2 công dụng Trong các thiết kế có tối thiểu thành phần, port 0 được sử dụng làm vụ xuất/ nhập.Trong các thiết

kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, port 0 trở thành bus địa chỉ và bus đữ liệu đa hợp + Chân số 40 là VCC, có chức năng cấp điện áp nguồn cho chíp

Nguồn điện áp là+5V

+ Chân số 20 là GND, được nối với đất

2.1.3 Các kiểu lệnh (Instruction types)

2.1.3.1 Các lệnh số học (Arithmetic Intrustion)

-_ ADD A, <src, byte>: Lệnh cộng

- SUBB A, <src, byte>: Lénh trv

II

- INC <byte>: Tang don vi

- DEC <byte>: Giam don vi

- MULL AB: Lénh nhan

- DIV AB: Lénh chia

2.1.3.2 Các hoạt động logic (Logic Operation)

Tất cả các lệnh logic sử dụng thanh ghi A như là một trong những toán

hạng thực thi một chu kỳ máy, ngoài A ra mắt 2 chu kỳ máy Những hoạt động logic có thể được thực hiện trong bất kỳ byte nao trong vị trí nhớ dữ liệu

nội mà không qua thanh ghi A

Các hoạt động logic được tóm tắt như sau:

- ANL <dest — byte><sre — byte >: Lénh and

- ORL <dest — byte><src — byte>: Lénh or

- RL A: Quay vòng thanh ghi A qua trái một bit

RLA: Quay vòng thanh ghi A qua phai | bit

- SWAP A_ : Đối chỗ 4 bit thấp và 4 bit cao của A cho nhau

2.1.3.3 Các lệnh rẽ nhánh

Có nhiều lệnh đề điều khiển lên chương trình bao gồm việc gọi hoặc trả lại

từ chương trình con hoặc chia nhánh có điều kiện hoặc không có điều kiện

Sau đây là sự tóm tắt từng hoạt động của lệnh này:

JC rel : Nhảy đến “rel” nếu cờ Carry C = 1

JNC rel : Nhảy đến “rel” néu co Carry C = 0

JB bit, rel : Nhay dén “rel” néu (bit) = 1

JNB bít, rel : Nhảy đến “rel” nếu (bit) = 0

JBC_ bít, rel : Nhảy đến “rel” néu (bit) = 1va xóa bit

ACALL addr II : Lệnh gọi tuyệt đối trong page 2K

LCALL addrl6 : Lệnh gọi dài chương trình con trong 64 K

RET : Kết thúc chương trình con trở về chương trình chính

12

AJMP Add 11 : Nhảy tuyệt đối không điều kiện trong 2 K

LIMP_ Add l6 : Nhảy dài không điều kiện trong 64 K như lệnh LCALL

SJMP_ rel : Nhảy ngắn không điều kiện trong (128 = 127) byte JMP @ A + DPTR: Nhảy không điều kiện đến địa chỉ (A) + (DPTR)

JZ rel : Nhảy đến A=0 Thực hành lệnh kế nếu A # 0

JNZ rel : Nhảy đến A=0 Thực hành lệnh kế nếu A = 0

CJNEA,direct,rel : So sánh và nhảy dén A # direct

2.1.3.4 Các lệnh dich chuyển đĩữ liệu

Các lệnh dịch chuyên đữ liệu trong những vùng nhớ nội thực thi 1 hoặc

2 chu kỳ máy Mẫu lệnh MOV <destination>, <source> cho phép di chuyên

dữ liệu bất kỳ 2 vùng nhớ nào của RAM nội hoặc các vùng nhớ của các thanh

ghi chức năng đặc biệt mà không thông qua thanh ghi A

Các lệnh dịch chuyên bộ nhớ nội và bộ nhớ ngoại dùng sự định vị gián tiếp Địa chỉ gián tiếp có thể dùng địa chỉ I byte (@ Ri) hoặc địa chí 2 byte (@ DPTR) Tất cả các lệnh dịch chuyên hoạt động trên toàn bộ nhớ ngoài

thực thi trong hai chu kỳ máy và dùng thanh ghi A làm toán hạng

DESTINATION

Hoạt động của từng lệnh được tóm tắt như sau:

- MOV A, direct : (A) < (direct)

- MOV DPTR,# data 16 : (DPTR)<# data 16

(A) <(A) +(PC)

- MOVX A,@ Ri :(A)<((R)))

- MOVX @ DPTR,A : ((DPTR))< (A)

13

- PUSH

- POP

- XCH

- XCHD

direct : Cất dữ liệu vào Stack

direct : Lay tir Stack ra direct

A,Rn :Đối chỗ nội dung của A với Rn

A,@Ri — : Đối chỗ 4 bit thấp của (A) với ((Ri))

2.1.3.5 Cac lénh lugn ly (Boolean Instruction)

8051 chứa một bộ xử lý luận ly đầy đủ cho các hoạt động bit don, day 1a một điểm mạnh của họ vi điều khiển MSC - 51 mà các họ vi sử lý khác không

: Xóa cờ Carry xuống 0 Có ảnh hưởng cờ Carry

: Xóa bit xuống 0 Không ảnh hưởng cờ Carry

: Set cờ Carry lên 1 Co anh hưởng cờ Carry

: Set bít lên 1 Không ảnh hưởng co Carry

: Đảo bít cờ Carry Có ảnh hưởng cờ Carry

: Đảo bịt Không ảnh hưởng cờ Carry

C,BIT : (C)<(C) AND (BTIT) Có ảnh hưởng cờ Carry C,/BIT : (C)<(C) AND NOT (BIT) Không ảnh hưởng cờ

C,BIT :(C)<(C) OR (BIT) Tác động cờ Carry

C/BIT : (C)<(C) OR NOT (BIT) Tác động co Carry C,BIT :(C)<(BTT), Cờ Carry bị tác động

BIT,C :(BIT)<(C), Cờ Carry không bị tác động

2.1.4 Hoạt động của Port nối tiếp 8051

2.1.4.1 Giới thiệu

Port nối tiếp của 8051 có thể hoạt động trong các mode riêng biệt trên

phạm vi cho phép của tần số Chức năng chủ yếu của Port nối tiếp là thực

hiện sự chuyển đối song song thành nối tiếp cho đữ liệu ra và sự chuyên đối nối tiếp thành song song cho dữ liệu vào

14

Phần cứng truy xuất với Port nối tiếp qua các chân TXD (P3.1) và RXD

(P3.0)

Port nối tiếp tham dự hoạt động đầy đủ (sự phát và thu cùng lúc), và

thu vào bộ đệm mà nó cho phép I ký tự nhận vào và nó được cất ở bộ đệm trong khi ký tự thứ 2 được nhận vào Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất trước khi

ký tự thứ hai được nhận vào hoàn toàn thì dữ liệu không bị mat

2.1.4.2 Sự khởi động, truy xuất các thanh ghi Port noi tiếp

Sự cho phép bộ thu (Recive Enable): Bit cho phép thu REN (REN =1

sé cho thu ki tw) trong thanh ghi SCON - mot trong hai thanh ghi chức năng đặc biệt cung cấp cho phần mềm truy xuất đến Port nối tiếp, phải được set bởi phần mềm đề cho phép sự thu các ký tự Điều này thường được làm ở đầu

chương trình khi các Port nối tiếp và các Timer được khởi động Ta có thé

khởi động bằng lệnh: SETB REN hoặc MOV CON,# XXXIXXXXB

Cờ ngắt: Cờ ngắt thu RI và phát TI trong thanh ghi SCON vận hành

một Role quan trọng trong sự truyền nối tiếp 8051 Cả 2 bit đều được set bởi phần cứng nhưng phải xóa bởi phần mềm

2.1.5 Hoạt động Timer của 8051

2.1.5.1 Giới thiệu

Bộ định thời Timer là một chuỗi các Flip Flop được chia làm 2, nó nhận

tín hiệu vào là một nguồn xung clock

Các Timer được ứng dụng thực tế cho các hoạt động định hướng 8051 có

2 bộ Timer 16 bit, mỗi Timer có 4 mode hoạt động Các Timer dùng đếm giờ,

đếm các sự kiện cần thiết và sự sinh ra tốc độ của Baud bởi sự gắn liền Port

nối tiếp

Trong các ứng dụng định thời, 1 Timer được lập trình để tràn ở một

khoảng thời gian đều đặn và được set cờ tràn Timer Cờ được dùng để đồng

bộ chương trình để thực hiện một hoạt động như việc đưa tới một tầng các ngõ vào hoặc gửi đữ liệu đến ngõ ra Các ứng dụng khác có sử dụng việc ghi

15

giờ đều đều của Timer để đo thời gian đã trôi qua hai trạng thái (ví dụ đo độ

rộng xung) Việc đếm một sự kiện được dùng để xác định số lần xuất hiện của

sự kiện đó, tức thời gian trôi qua giữa các sự kiện

2.1.5.2 Thanh ghi mode Timer - TMOD (Timer Mode Regiter)

Thanh ghi mode gém 2 nhom 4 bit la: 4 bit thấp đặt mode hoạt động cho

Timer 0 va 4 bit cao dat mode hoạt động cho Timer 1

TMOD không có bit định vị, nó thường được LOAD một lần bởi phần mềm ở

đầu chương trình để khởi động mode Timer Sau đó sự định giờ có thể dừng

lại, được khởi động lại như thế bởi sự truy xuất các thanh ghi chức năng đặc

biệt của Timer khác

2.1.5.3 Thanh ghi điều khién Timer — TCON (Timer Control Register)

Thanh ghi điều khiển bao gồm các bit trạng thái và các bit điều khiển

boi Timer 0 va Timer | Thanh ghi TCON co bit dinh vi

2.1.5.4 Su bat dau, két thic va sw diéu khién cdc Timer (Starting, Stopping and Controlling the Timer)

Bit TRx trong thanh ghi có bit dinh vi TCON được điều khiển bởi phan

mềm đề bắt đầu hoặc kết thúc các Timer Để bắt đầu các Timer ta set bit TRx

và đề kết thúc Timer ta Clear TRx Bit TRx bị xóa sau sự reset hệ thống, do

đó các Timer bị cắm bằng sự mặc định

2.1.5.5 Sự khởi động và truy xuất các thanh ghi Timer

Các Timer được khởi động 1 lần ở đầu chương trình để đặt mode hoạt

động cho chúng Sau đó trong thân chương trình các Timer được bắt đầu, được xóa, các thanh ghi Timer được đọc và cập nhật theo yêu cầu của từng ứng dụng cụ thể

2.1.0 Hoạt động Interrup của 8051

2.1.6.1 Giới thiệu

Interrup là một sự cố có điều kiện mà nó gây ra sự ngưng lại tạm thời

của chương trình để phục vụ một chương trình khác Các Interrup vận hành

16