THIẾT kế bộ đếm sản PHẨM HIỂN THỊ TRÊN màn hình máy tính

Một khi trong công nghiệp đã ứng dụng nhiều vào vi xử lý thì các nhàchế tạo không bỏ lỡ cơ hội cho ra đời các họ vi điều khiển ngày càng tiến bộhơn Vi điều khiển đợc sử dụng nhiều trong

Lời giới thiệu

Trong quá trình hiện nay, máy tính điện tử đã góp phần không nhỏ

đối với sự phát triển của xã hội Do yêu cầu của con ngời ngày càng cao , cácthế hệ máy tính đã liên tục đợc phát triển không ngừng Ngay trong giai

đoạn đầu các thế hệ vi xử lý 8 bít đợc dùng là Z80 8085 , sau đó là các hệ

vi xử lý 16 bít nh 8086 , 8088…

Các hệ vi xử lý đã góp phần quan trọng trong việc chơng trình hóa cáchoạt động của máy móc trong công nghiệp nhờ vào các phần mềm ứngdụng Một khi trong công nghiệp đã ứng dụng nhiều vào vi xử lý thì các nhàchế tạo không bỏ lỡ cơ hội cho ra đời các họ vi điều khiển ngày càng tiến bộhơn

Vi điều khiển đợc sử dụng nhiều trong các thiết bị công nghiêp, trongmáy giặt , trong điều khiển đèn giao thông , trong các đồ chơi giải trí … Tại việt nam việc chơng trình hóa các hệ thống đang đợc áp dụng ngày càngnhiều trong các nhà máy công nghiệp

Để tìm hiều về vi điều khiển và tìm hiệu một ứng dụng cụ thể của nó nhómchúng em xin thực hiện đề tài gồm 2 phần chính :

Phần 1 : khảo sát vi điều khiển 8051 ,, vi mạch chuyển đổi mức điện

áp TTL sang RS 232 , cùng với bộ nhớ bán dẫn và cảm biến hồng ngoại…

Phần 2 : Thiết kế và thi công mạch đếm sản phầm dùng vi điều khiển

8051 Chơng trình hệ thống và ứng dụng

Nhờ có sự giúp đỡ của quý thầy cô và bạn bè, nhóm chúng em đã cố gắngthực hiện đề tài đợc giao nhng do kiến thức và thời gian có hạn nên đề tàikhông thể tránh khỏi thiết sót nên rất mong sự đóng góp của quý thầy cô vàbạn bè

Hà Nội , ngày 27 tháng 11 năm 2009-12-05

Nhóm sinh viên thực hiện :

Nguyễn Hồng Mạnh Hoàng Văn Hoàn

Hà Văn Lợng

Phần I

Giới thiệu chung về bộ vi điều khiển

I.Giới thiệu:

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-contronller, là mạch tích hợp trên một chíp có thể lập trình đợc, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống Theo các tập lệnh của ngời lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lu trữ thông tin, xử lý thông tin,

đo lờng thời gian và tiến hành đọc mở một cơ cấu nào đó.

điều khiển, điều khiển hoạt đọng của các thiết bị này Trong hệ thống sản xuất tự

động, bộ vi điều khiển đợc sử dụng trong điều khiển robot, dây chuyền tự động… các bộ vi Các hệ thống càng thông minh thì vai trò của vi điều khiển càng quan trọng

III Khảo sát bộ vi điều khiển 89s52

Họ vi điều khiển 8051 (còn gọi là họ C51) là một trong những họ vi điềukhiển thông dụng nhất Đây là các bộ vi điều khiển 8bits, có kiến trúc theokiểusản xuất theo công nghệ CMOS,

Một số loại vi điều khiển thuộc họ 8051 thông dụng có thể kể ra :AT89C2051(20 chân), AT89C4051(20 chân), AT89C51(40 chân),AT89C52(40 chân), AT89S51(40 chân), AT89S52(40 chân), AT89S53(40chân)

Trong chơng trình môn học này chúng ta tập trung nghiên cứu về bộ vi điềukhiển 89S52 Đây là một bộ vi điều khiển thông dụng, giá rẻ có khá nhiềuchức năng hay đặc biệt là có tích hợp sẵn bộ nạp trên chip giúp sinh viên cóthể dễ dàng tự thực hiện các bài thí nghiệm với chi phí rất thấp

Cũng trong chơng trình môn học này, ngôn ngữ đợc sử dụng để trìnhbày các ví dụ ứng dụng sẽ là ngôn ngữ C

Cụ thể họ vi điều khiển 8051 có các đặc điểm sau :

-8 kbyte ROM (đợc lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051 )

-bé nh©n/chia 4us

1.kiÕn tróc phÇn cøng cña 8051

PhÇn chÝnh cña vi ®iÒu khiÓn 8051 lµ bé vi xö lý trung t©m(CPU:central processing unit) bao gåm:

- Thanh ghi tÝch luü A

- Thanh ghi tÝch luü phô B, dïng cho phÐp nh©n vµ phÐp chia

- §¬n vÞ logic häc (ALU: arithmetic logical unit)

- tñ tr¹ng th¸i ch¬ng tr×nh (PSW: program status word)

- bèn b¨ng thanh ghi

- con trá ng¨n xÕp

- ngoµi ra cßn cã bé nhí ch¬ng tr×nh, bé gi¶i m· lÖnh, bé ®iÒu khiÓnthêi gian vµ logic

Hình 1.1 : Sơ đồ khối 89s52 Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động, ngoài ra còn

có khả năng đa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài

Chơng trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ởbên trong Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn của bộ

đếm định thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp

ba bộ định thời 16 Bit hoạt động nh một bộ đếm

Các cổng(Port 0, Port 1 Port 2 Port 3) Sử dụng vào mục đích điều khiển

ở cổng 3 có thêm các đờng dẫn điều khiển dùng để trao đổi với bộ nhớ ở bênngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng nh các đờng ngắt dẫn ở bênngoài.

Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ,làm việc độc lập với nhau Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trongvảy rộng và đợc ấn định bằng một bộ định thời

Trong vi điều khiển 8051 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ vàcác thanh ghi:

Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lu trữ dữ liệu

Hình 2.4 Cấu trúc của các chân trên port 0

2.2 Port 1.

Đối với 8051, chức năng duy nhất của Port 1 là chức năng xuất nhập,cũng nh các Port khác, Port 1 có thể xuất nhập theo bit và theo byte

Hình 2.5 Cấu trúc của các chân trên port 1 và port 3.

Riêng dòng 89Sxx, 4 chân P1.4, P1.5, P1.6, P1.7 đợc dùng để nạp ROMtheo chuẩn ISP, 2 chân P1.0 và P1.1 đợc dùng cho bộ Timer 2 Trên hình 2.3

là một sơ đồ kết nối 89S52 với cổng song song để nạp chơng trình (file mã

-*.hex) từ máy tính

Trên sơ đồ này các đờng dẫn DO, DI, SCK, RTS lần lợt là các đờng dẫndữ liệu lên máy tính, xuống nối tiếp từ máy tính, đờng dẫn xung Clock và đ-ờng dẫn xung Reset từ máy tính xuống sau khi nạp xong chơng trình

1 2 4

Port2 là một port công dụng kép: Các đường xuất nhập hoặc là bytecao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng.

H×nh 2.7 CÊu trĩc cđa c¸c ch©n trªn port 2

2.4 Port 3

Mçi ch©n trªn Port 3 ngoµi chøc n¨ng xuÊt nhËp cßn cã mét chøc n¨ngriªng, cơ thĨ nh sau:

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp

P3.4 TO Ngõ vào của timer/counter 0

P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter 1

P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

2.5 PSEN (Program Store Enable )

PSEN là điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng vàthường được nối đến chân /OE (Output Enable) của một EPROM để chophép đọc các bytes mã lệnh

PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân củachương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghilệnh của bộ vi điều khiển để giải mã lệnh Khi thi hành chương trìnhtrong ROM nội PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao)

2.6 ALE (Address Latch Enable )

ALE laứ tớn hieọu ủeồ choỏt ủũa chổ vaứo moọt thanh ghi beõn ngoaứi trongnửừa ủaàu cuỷa chu kyứ boọ nhụự Sau ủoự, caực ủửụứng Port 0 duứng ủeồ xuaỏt hoaởcnhaọp dửừ lieọu trong nửừa sau chu kyứ cuỷa boọ nhụự.

Caực xung tớn hieọu ALE coự toỏc ủoọ baống 1/6 laàn taàn soỏ dao ủoọng treõnchip vaứ coự theồ ủửụùc duứng laứ nguoàn xung nhũp cho caực heọ thoỏng Neỏu xungthaùch anh duứng cho chớpứ laứ 12MHz thỡ ALE coự taàn soỏ 2MHz

2.7 EA (External Access)

EA thửụứng ủửụùc maộc leõn mửực cao (+5V) hoaởc mửực thaỏp (GND) Neỏu

ụỷ mửực cao, boọ vi ủieàu khieồn thi haứnh chửụng trỡnh tửứ ROM noọi Neỏu ụỷmửực thaỏp, chửụng trỡnh chổ ủửụùc thi haứnh tửứ boọ nhụự mụỷ roọng

a Các thanh ghi Port xuất nhập:

Các Port cua 8051 bao gồm port 0 ỏ địa chỉ 80H.port1 ỏ dịa chỉ90H,port2 ỏ địa chỉ A0H và port 3 ỏ địa chỉ B0H.Tất cả các port dều đ ợc địachỉ hoá tùng bit Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi

b.Các thanh ghi TIMER:

8051 chứa 2 bộ định thời đếm 16bit đợc dùng trong việc định thờihoạc đém sự kiện.Timer0 ở địa chỉ 8AH(TLO:byte thấp) và 8CH (THO:bytecao)Timer1 ở địa chỉ 8BH (TL1 byte thấp)và 8DH(TH1:byte cao).Việc vậnhành của Timer đợc set bởi thanh ghi Timer MODE(TMOD)ở địa chỉ 89H càthanh ghi điều khiển timer(TCON)ở địa chỉ 88H Chỉ có TCON đợc địa chỉhoá từng bit

c.Các thanh ghi Port nối tiếp:

8051 chứa một port nối tiếp trên chip dành cho việc trao đổi thông tinvới các thiết bị nối tiếp nh máy tính, Modern hoặc cho việc giao tiếp với các

IC khác có giao tiếp nối tiếp (có bộ chuyển đổi A/D,các thanh ghi dịch ).Một thanh ghi gọi la bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽ dữ cảhai vai trò truyền và nhận dữ liệu.Khi truyền dữ liệu thì ghi lên SBUF, khinhận dữ liệu thì đọc SBUF Các MODE vận hành khác nhau đợc lập trìnhqua thanh ghi diều khiển Port nối tiếp (SCON) đợc dịa chỉ hoá từng bit ở địachỉ 98H

d.Các thanh ghi ngắt :

8051 có cấu trúc 5 nguồn ngắt , 2 mức u tiên.Các ngắt bị cấm sau khireset hệ thống và sẽ đợc cho phép bằng việc thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở

địa chỉ 8AH Cả hai thanh ghi đợc địa chỉ hoá từng bit

5.Hoạt động của bộ định thời(timer)

(flip-số xung nhip(hoạc các sự kiện)từ khi khởi động timer.Ví dụ timer 16bit sẽ

đém lên từ 0000H đến FFFFH.Cờ báo tràn sẽ lên một khi số đếm tràn từFFFFH đến 0000H

8051 có 3 timer 16 bit, mỗi timer có 4 cách làm việc Ngời ta sử dụngcác timer để :

 Định khoảng thời gian

 Đếm sự kiện

 Tạo tốc độ BAUD cho Port nối tiếp trong 8051

Trong các ứng dụng định khoảng thời gian ,ngời ta lập trình timer ỏmột khoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer Cờ đợc dùng để đồng bộ hoá chơngtrình để thực hiện một tác động nh kiểm tra trạng thái của các cửa ngõ vàohoặc gửi các sự kiện ra các ngõ ra Các ứng dụng khác có thể sử dụng việctạo xung nhịp đều đặn của timer để đo thời gian trôi qua giữa 2 sự kiện (vídụ: đo độ rộng xung)

Đếm sự kiện dùng để xác định số lần xảy ra của một sự kiện Một sựkiện là bất cứ tác động ngoài nào có thể một chuyển trạng thái trên một châncủa 8051 Các timer cũng có thể cung cấp xung nhip tốc độ BAUD cho portnối tiếp trong 8051 Truy xuất timer cua 8051 cùng 6 thanh ghi chức năng

đặc biệt trong bảng sau:

bitTCON

Byte thấp của timer1

Byte cao của timer 0

Byte cao của timer 1

88H89H8AH8BH8CH8DH

CóKhôngKhôngKhông KhôngKhông

Bảng 2.4:Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer

A :Thanh ghi chế độ timer(TMOD)

Thanh ghi TMOD chứa 2 nhóm 4bit dùng để đặt chế dộ làm việc chotimer0 và timer1

11

Bit(mở)cổng ,khi lên 1 timer chỉ chạy khi INT1 ở mức cao

Bit chọn chế độ counter/timer1=bộ đếm sự kiện

0=Bộ định thờiBit 1 của chế độ (mode)Bit 0 cuả chế độ

00:chế độ 0:timer 13 bit01:chế độ 1:timer 16 bit10:chế độ 2:tự nạp lại 8255A11:chế độ 3:tách timer

bit (mở)cổngbit chọn counter/timerbit 1 của chế độ bit 0 của chế độ

Bảng 2.5:Tóm tắt thanh ghi TMOD

B Thanh ghi điều khiển timer(TCON)

Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển chotimer 0 và timer 1

TCON.7 TF1 8FH Cở báo tràn TIMER 1 Đợc đặt bởi phần cứng,

khi tràn đợc xóa bằng phần mềm, hay phầncững khi bộ xử lý chỉ đến chơng trình phục vụngắt

TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển timer 1 chạy, đặt và xóa bằng

phần mềm

TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn Timer 0, tơng tự nh Timer 1

TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển chạy cho Timer 0 đặt xóa bằng

phần mềm

TCON.3 IE1 8BH Cờ báo ngắt 1 bên ngoài

TCON.2 IT1 8AH Cờ ngắt do Timer 1

TCON.1 IE0 89H Cờ báo ngắt do Timer 0

TCON.0 IT0 88h Cờ ngắt do Timer 0

nhịp timer

 Chế độ 2 –chế độ 8 bit tự nạp lạichế độ 8 bit tự nạp lại

TLx hoạt động nh một timer 8 bit,trong khi đó THx vẫn giữ nguyêngiá trị đợc nạp Khi số đếm tràn từ ffH đến 00H,không những cờ timer đợcset mà giá trị trong THx động thời đợc nạp vào TLx Việc đếm tiếp tục từ giátrị naỳ đến ffH xuống 00Hvà nạp lại CHế độ này rất thông dụng vì sự tràn

TFxTLx THx

(5 bit) (8 bit)

TFxTLx THx

(8 bit) (8 bit)

timer sảy ra trong khoảng thời gian nhất định và tuần hoàn khi đã khởi độngTMOD và THx.

 Chế độ 3 –chế độ 8 bit tự nạp lạichế độ tách timer

Timer 0 tách làm 2 titmer 8 bit (TL0&TH0) ,TL0 có cờ báo tràn là TF0 vàTH0 có cờ báo tràn là TF1

Timer 1 ngng ở chế độ 3 , nhng có thể đợc khởi động bằng cách chuyểnsang chế độ khác Giới hạn duy nhất là cờ báo tràn TF1 không còn bị tác

động khi timer 1 bị tràn vì nó đẫ đợc nối tới TH0

Khi timer 0 ở chế độ 3 có thể cho timer 1 chạy và ngng bằng cách chuyển

nó ra ngoài và vào chế độ 3 Nó vẫn có thể đợc sử dụng bằng port nối tiếp

nh bộ tạo tốc độ baund hoặc nó có thể đợc sử dụng bằng bất cứ cách nàokhông cần ngắt (vì nó không còn đợc nối với TF1)

Xung nhịp Timer

Xung nhịp Timer Cờ báo tràn

1/12 Fosc Cờ báo tràn

6 Hoạt động port nối tiếp.

Giới thiệu

8051 có một port nối tiếp trong chip có thể hoạt động ở nhiều chế độ kháctrên một dải tần số rộng Chức năng chủ yếu của một port nối tiếp là thựchiện chuyển đổi song song sang nối tiếp với dữ liệu xuất và chuyển đổi nốitiếp sang song song với dữ liệu nhập

TFxTLx THx

(5 bit) (8 bit)

Truy xuất phần cứng đến port nối tiếp qua các chân TXD và RXD Cácchân này có các chức năng khác với 2 bit của port3, P3.1 ở chân 11 (TXD)

và P3.0 ở chân 10 (RXD)

Port nối tiếp cho hoạt động song song (full duplex:thu và phát đồng thời) và

đệm lúc thu (receiver buffering) cho phép một ký tự sẽ đợc thu và đợc giữtrong khi ký tự thứ 2 đợc nhập Nừu CPU đọc ký tự thứ nhất trớc khi ký tựthứ 2 đợc thu đầy đủ thì dữ liệu sẽ không bị mất

Hai thanh ghi chức năng đặc biệt cho phép phần mềm truy xuất tới port nốitiếp là: SBUF và SCON Bộ đếm port nối tiêp (SBUF) ỏ tại địa chỉ 99H thật

sự là hai bộ đếm Viết vào SBUF để truy xuất dữ liệu thu đợc Đây là haithanh ghi riêng biệt thanh ghi chỉ ghi để phát và thanh ghi để thu

TXD(P3.1) RXD(P3.0)

CLK

Hình 1.9 Sơ đồ port nối tiếp

Thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON)ở điạ chỉ bit chứa các bit trangtháI và các bit điều khiển Các bit điều khiển đặt chế độ hoạt động cho portnối tiếp ,va các trạng thái báo cáo kết thúc việc phát hoặc thu ký tự.Các bittrạng thái có thể đợc kiểm tra bằng phần mềm hoặc có thể đợc lập trình đểtạo

ngắt

Tần số làm việc của port nối tiếp còn gọi là tốc độ baund có thể cố định (lấy

từ bộ giao động của chip) Nếu sử dụng tốc độ baund thay đổi ,timer1sẽ cungcấp xung nhịp tốc độ baund và phải đợc lập trình

 Thanh ghi điều khiển port nối tiếp.

SBUF(chỉ bù)SBUF(chỉ đọc)

Thanh ghi dịchSUBF

(Chỉ ghi)

BUS nội 8051

Chế độ hoạt động của port nối tiếp đợc đặt bằng cách ghi vào thanh ghi chế

độ port nối tiếp (SCON) ở địa chỉ 98H.Sau đây các bảng tóm tắt thanh ghiSCON và các chế độ của port nối tiếp:

Bit ký hiệu địa chỉ Mô tả

Nếu bit thứ 9 thu đợc bằng 0-cho phép thu (đặt bằng 1)

-bit 8 phát bit thứ 9 đợc phát các chế độ 2 và 3

-bit 8 thu bit thứ 9-cờ ngắt phát ,đặt lên 1 khi kết thúc phát

-cờ ngắt thu ,đặt lên 1 khi kết thúc nhận

Bảng 2.7:Tóm tắt thanh ghi chế độ port nối tiếp SCON

 Các chế độ hoạt động của PORT nối tiếp

Port nối tiếp có 4 chế độ hoạt động :

1)_ chế độ 0 :

- đây là chế độ mà Port nối tiếp đợc dùng nh 1 thanh ghi dịch 8 bit Dữliệu đợc truyền/nhận nối tiếp trên chân RXD, chân TXD đợc dùng để phátxung clock dịch bit Khi truyền/ nhận các byte dữ liệu 8 bit, bit có giá trịthấp nhất ( LBS ) đợc truyền nhận trớc tiên và bit MSB đợc truyền/nhận saucùng

- việc truyền dữ liệu đợc bắt đầu bằng việc ghi 1 byte dữ liệu vào SBUFcòn việc nhận dữ liệu đợc bắt đầu khi bit REN đã đợc đặt ở mức 1 và cờ thuRI=0 Tốc độ baud ở chế độ 0 cố định băng 1/12 Fosc.

2)_ chế độ 1 :

- chế độ này, Port nối tiếp hoạt động nh 1 bộ UART 8 bit có tốc độthay đổi Dữ liệu đợc truyền nối tiếp trên chân TXD và nhận nối tiếp trênchân RXD, chế độ này cung cấp cho AT89S52 một công cụ giao tiếp vớimáy tính qua cổng COM

- với chế độ này, 1 khung truyền sẽ gồm 10 bit, ngoài 8 bit dữ liệu racòn có 1 bit start ( ở mức thấp ), và 1 bit stop ( ở mức cao ), LSB cũng đợctruyền trớc, MSM đợc truyền sau

- Tốc độ baud của Port nối tiếp trong chế độ 1 có thể đợc cung cấp bởiTimer 1 hay Timer 2 hay đồng thời cả 2 bộ định thời này nếu muốn tốc độtruyền và nhận dữ liệu là khác nhau

- khi sử dụng các bộ timer cung cấp tốc độ baud cho port nối tiếp thìnên dùng thạch anh có tần số là 11,0592 Mhz vì với tần số này sẽ tạo choPort nối tiếp có tốc độ chuẩn với sai số là 0

- có thể dùng timer 1 hay timer 2 để cung cấp tốc độ baud cho port nốitiếp Bình thờng thì Timer 1 đợc sử dụng để tạo tốc độ baud cho port nối tíêp.Khi muốn dùng Timer 2 để tạo tốc độ baud cho Port nối tiếp thì ta phải khai

- nếu muốn dùng Timer 1 để tạo tốc độ baud cho đờng truyền và timer 2

để tạo tốc độ nhận cho Port nối tiếp thì ta khai báo : RCLK =1, TCLK =0

3)_ chế độ 2 :

đây là chế độ Port nối tiếp hoạt động nh 1 bộ UART 9 bit, một khungtruyền sẽ gồm 11 bit, trong đó bắt ddaauf là bit Start, tiếp theo là 8 bit dữliệu, tiếp theo là bit dữ liệu thứ 9 ( là bit TB 8 nếu là khung truyền, là bitRB8 nếu là khung nhận ), cuối cùng là bit Stop Chế độ này thờng đợc dùngkhi cần chin thêm các bit kiểm tra chẵn lẻ vào trong khung truyền để giảmbớt lỗi đờng truyền

4)_ chế độ 3 :