tính toán thiết kế hệ thu thập số liệu 8 kênh sử dụng họ vi điều khiển và truyền số liệu lên máy tính

Trong thời gian thực tập vừa qua em được giao đề tài "Tính toán thiết kế hệ thu thập số liệu 8 kênh sử dụng họ vi điều khiển và truyền số liệu lên máy tính" Được sự hướng dẫn tận tình củ

Thiết kế mạch thu thập số liệu 8 kờnh sử dụng

họ vi điều khiển MCS – 51

Bộ giáo dục và đào tạo

Tr ờng đại học bách khoa hà nội

***

-Cộng hoà x hội chủ nghĩa việt namã hội chủ nghĩa việt nam

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-NHIỆM VÔ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên ……….

Khoá ……… Khoa ………

Ngành học ………

1 Đầu đề thiết kế: ………

………

………

………

………

………

2 Các số liệu ban đầu : ………

………

………

………

………

………

3 Nội dung thuyết minh và tính toán: ………

………

………

………

………

………

4 Các bản vẽ đồ thị ( ghi rõ các loại bản vẽ về kÝch thước các bản vẽ): ………

………

………

Phần Họ tên cán bộ.

………

………

………

………

………

………

6 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế ………

7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ ………

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 2

Ngµy……… th¸ng……… n¨m

Chñ nhiÖm bé m«n

(Ký, Ghi râ hä tªn)

C¸n bé h íng dÉn

(Ký, Ghi râ hä tªn)

Häc sinh ® hoµn thµnh· héi chñ nghÜa viÖt nam

(vµ nép toµn bé b¶n thiÕt kÕ cho Khoa)

Ngµy th¸ng n¨m

(Ký, Ghi râ hä tªn)

Lời nói đầu

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật đặc biệt là trong ngànhđiện tử trong việc chế tạo các vi mạch điện tử, mạch vi xử lý đã tạo một bướcngoặt quan trọng đối với sự phát triển của khoa học

Việc phát triển công nghiệp hoá, hiện đại hoá là nhiệm vụ quan trọng hàngđầu đối với bất kỳ một quốc gia nào trong việc xây dựng và phát triển đất nước.Việc ứng dụng các thiết bị đo và hệ thống đo lường có sử dụng vi điện tử, vi xử

lý và máy tính ngày càng có hiệu quả Có thể tạo ra các hệ thống thông minh từcác bộ P, C Điều này cho phép các kỹ sư đo lường và tin học công nghiệp cótrong tay một công cụ mạnh để thu thập và xử lý thông tin, điều khiển tự độngcác quá trình sản xuất Một hệ vi xử lý tối đa không có giới hạn về số lượngthành phần, chức năng thực hiện và quy mô ứng dụng Vấn đề đặt ra đối với mộtthiết kế là tổ chức phần cứng phải tối thiểu thành phần nhằm tăng tốc độ, giảmgiá thành và tăng độ tin cậy Phải xây dựng được phần mềm điều khiển thật tối

ưu nhằm tăng khả năng linh hoạt và mềm dẻo trong xử lý, gia công và biến đổitín hiệu mà hệ phải thực hiện

Trong thời gian thực tập vừa qua em được giao đề tài "Tính toán thiết kế

hệ thu thập số liệu 8 kênh sử dụng họ vi điều khiển và truyền số liệu lên máy tính"

Được sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo hướng dẫn, các cán bộ nơithực tập và tạo điều kiện thuận lợi của bộ môn cùng với sự nỗ lực của bản thân

em đã làm được một số phần của bản đồ án Em rất mong được sự chỉ dẫn thêmcủa các thầy để em có thể hoàn thiện bản đồ án này

Nội dung đồ án gồm những phần sau:

Phần I: NHIỆM VỤ THƯ

Phần II: CƠ SỞ KIẾN THỨC

PHẦN III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ.

Phần i Nhiệm vụ thư

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc áp dụng nhữngthành tựu khoa học vào trong đời sống và sản xuất ngày càng nhiều Hiện naytrong các nhà máy xí nghiệp việc tự động hoá các quá trình sản xuất, tự độnghoá các thiết bị điều khiển là một vấn đề hết sức quan trọng Trong các thiết bị

tự động muốn điều khiển một quá trình nào đó một cách tối ưu thì nhất thiết phải

có các thiết bị đo, chính nhờ các thiết bị đo người ta có thể kiểm soát được cácthông số của hệ thống mà từ đó đưa ra các tín hiệu điều khiển nhằm làm cho hệthống hoạt động ổn định

Trước đây khi ngành vật liệu chưa tìm ra các vật liệu mới, thì các dụng cụ

đo thường được làm bằng cơ có độ chính xác không cao, dải đo hẹp, không làmviệc được trong các môi trường đòi hỏi độ bền cơ học cao Khi ngành vật liệutìm ra được các vật liệu mới, công nghệ chế tạo phát triển đã có thể tạo ra cácthiết bị đo thông minh, có độ chính cao, làm việc được trong các môi trườngkhắc nghiệt như : đo nhiệt độ lò nung, đo nồng độ các chất hoá học, đo áp suấtcao … Nhờ các thiết bị đo thông minh này người ta có thể kiểm soát các thông

số của hệ thống một cách chặt chẽ

Khi khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển việc đo không chỉ là biết giátrị của đại lượng cần đo mà những giá trị này còn là những thông tin cần đượclưu trữ và được xử lý Để cho quá trình thu thập các thông tin đo một cách tựđộng hiện nay người ta gắn vào các thiết bị đo các bộ vi điều khiển nhằm điềukhiển các quá trình đo, xử lý và truyền dữ liệu lên máy tính hoặc đưa sang các hệthống khác

Theo như yêu cầu của bài toán đặt ra là xây dưng một hệ thống đo, thuthập nhiệt độ trên tua bin của máy phát điện Với 8 kênh đo nhiệt độ ở những vị

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 4

trí khác nhau và những dải nhiệt độ khác nhau thì việc sử dụng một bộ vi điềukhiển nào để điều khiển trong hệ là một điều cần thiết vì nó ảnh hưởng trực tiếpđến tốc độ xử lý của hệ thống Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều họ vi điềukhiển như : MCS - 51, 68HC11, PIC, AVR… vì vậy việc lựa chọn một bộ viđiều khiển cho hệ thống cần phải có giá thành rẻ nhưng vẫn đáp ứng được yêucầu của bài toán tối ưu Ở đây ta sử dụng bộ vi điều khiển 8051 là đủ để điềukhiển hệ thống hoạt động tốt

Trong hệ thống đo ngoài bộ vi điều khiển 8051 ta còn sử dụng các vimạch điện tử và các thiết bị khác như : Mạch chuyển đổi tương tự - sè 12 bitICL7109 có độ chính xác cao, mạch giải mã địa chỉ 74LS138, mạch dồn kênhHEF4051, các cổng logic (AND) các phần tử cơ bản (điện trở, điện dung, tinhthể thạch anh), các IC thuật toán, các thiết bị cảm biến, cổng truyền tin theochuẩn RS232…

Từ các thiết bị trên ta có thể xây dựng một hệ đo và thu thập số liệu vớiphần tử trung tâm là bộ vi điều khiển 8051 để điều khiển hoạt động của cả mạch.Trong hệ thống này mọi hoạt động của hệ đều do bé vi điều khiển quản lý từviệc ra lệnh cho thiết bị đo lấy số liệu đến việc truyền và xử lý các số liệu này

Số liệu đo được từ sensor được đưa qua bộ chuẩn hoá để chuẩn hóa tínhiệu Tín hiệu tương tự này được đưa qua bé chuyển đổi tương tự - sè (ADC) đểchuyển đổi thành tín hiệu số và đưa vào vi điều khiển Vi điều khiển sẽ đọc sốliệu này, nhân chia số liệu và đưa ra hiển thị trên LED đồng thời gửi số liệu đólên máy tính để lưu trữ

Phần II

Cơ sở kiến thức Chương I các phương pháp đo nhiệt độ

I Khái quát.

Trong tất cả các đại lượng vật lý, nhiệt độ là một trong những đại lượngđược quan tâm nhiều nhất Đó là vì nhiệt độ có vai trò quyết định trong nhiềutính chất của vật chất Một trong những đặc điểm tác động của nhiệt độ là làmthay đổi một cách liên tục các đại lượng chịu sự thay đổi của nó Bởi vậy trongnghiên cứu khoa học, trong công nghiệp và trong đời sống hàng ngày việc đonhiệt độ là điều rất cần thiết

Đối với việc đo nhiệt độ lại có rất nhiều phương pháp đo khác nhau.Trong đó có một số phương pháp đo chính sau:

- Phương pháp quang dựa trên sự phân bố phổ bức xạ nhiệt độ do daođộng nhiệt (Hiệu ứng Doppler)

- Phương pháp cơ dựa trên sự giãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc chấtkhí (Với áp suất không đổi) hoặc dựa trên tốc độ âm

- Phương pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiệuứng Seebeck hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 6

Người ta thường chia làm 3 dải nhiệt độ đo: nhiệt độ thấp, trung bình vàcao.

Dải nhiệt độ thấp từ -2730C  1000 0C Nó thường được đo bằng cácdụng cụ nh nhiệt điện trở, bán dẫn, phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân

Dải nhiệt độ trung bình từ 1000 0C  3000 0C Nó thường được đo bằngcác dụng chụ được chế tạo từ các vật liệu có độ chịu nhiệt cao, hoả quang kế,bức xạ và phương pháp cường độ sáng

Dải nhiệt độ cao từ 3000 0C  100.000 0C Đây là dải nhiệt độ đòi hỏi cácthiết bị đo phải có độ chịu nhiệt tốt nhưng có độ chính xác chỉ cần tương đối.Thông thường ta dùng hoả quang kế màu sắc và phổ quang kế

Để đo nhiệt độ người ta chia làm 2 loại phương pháp đo: Phương pháp đotiếp xúc và phương pháp đo không tiếp xúc Phương pháp đo tiếp xúc thườngdùng với dải nhiệt độ thấp và trung bình còn phương pháp đo không tiếp xúcdùng với dải nhiệt độ cao

Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ một số các dụng cụ đo nh:

t2

- Nguyên lý làm việc: Cặp nhiệt điện làm việc dựa trên hiện tượng nhiệtđiện Nếu hai dây dẫn khác nhau nối nlại với nhau tại hai điểm và một trong haiđiểm đó được đốt nóng thì trong mạch đó xuất hiện một dòng điện gây bởi sứcđiện động gọi là sức điện động nhiệt điện.

Khi t1=t2 thì Va=Vb dẫn đến Uab = 0, ET = 0

Khi t1  t2 thì Va  Vb lúc đó ET = f(t1) – f(t2)

Nếu t2 = const thì ET = f(t1) + C

- Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo cặp nhiệt điện:

+ độ dẫn điện tốt và phải có trị số sức điện động lớn

+ Suất điện động nhiệt điện phải lớn

+ Độ bền hóa học và cơ học với nhiệt độ phải cao

+ Điện dẫn lớn và hệ sô nhiệt độ của điện trở bé

+ Tính chất nhiệt điện không thay đổi

+ Quan hệ giữa sức điện động ET và nhiệt độ T phải là hàm đơn trị

+ Cấu tạo và thành phần kim loại phải ổn định, đồng nhất

Việc sử dụng cặp nhiệt độ có nhiều lợi thế: Kích thước cặp nhiệt độ nhỏnên có thể đo được nhiệt độ của từng điểm của đối tượng nghiên cứu Cặp nhiệt

độ cung cấp suất điện động nên khi đo không cần có dòng điện chạy qua và dovậy không có hiệu ứng đốt nóng

Tuy nhiên nó cũng có một số điểm bất lợi: Phải biết trước nhiệt độ sosánh Tref và do vậy sai số của Tref gây nên sai số Suất điện động của cặp nhiệtđiện trong dải nhiệt độ rộng là hàm không tuyến tính của Tc Bảng sau đây giớithiệu một sô loại cặp nhiệt điện thông dụng:

Tên cặp nhiệt điện

Giới hạn nhiệt độ trên

ức điện độngnhiệt điện với

100OC : mV

Đo lâu dài

Đo ngắn hạnPlatin-platin Rôdi (90%Pt, 10% Rh) 1300 1750 0,64

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 8

800500500200

4,10

6,954,754,151,33

s  A/BTrong đó S là hàm của nhiệt độ và có đơn vị là V/OC

- Nguyên nhân chủ yếu gây sai số đối với cặp nhiệt điện

Sai sè do nhiệt độ đầu tự do thay đổi Khi khắc độ thì đầu tự do được đặt

ở nhiệt độ 00C nhưng trong thực tế đầu tự do đặt trong môi trường có nhiệt độkhác 0

Sai sè do sù thay đổi điện trở của đường dây

Sai sè do đặt cặp nhiệt điện không đúng vị trí cần đo, không đúng hướng

và diện tích tiếp xúc của cặp nhiệt vơi đối tượng đo quá nhỏ

b.Nhiệt điện trở:

Nhiệt điện trở là chuyển đổi có điện trở thay đổi theo nhiệt độ tác độngvào nó Tùy theo tác dụng nhiệt của dòng điện cung cấp chạy quanhiệt điện trở

mà người ta phân ra: nhiệt điện trở đốt nóng và nhiệt điện trở không đốt nóng

Trong nhiệt điện trở không đốt nóng dòng điện chạy qua rất nhỏ khônglàm tăng (hoặc tăng rất Ýt) nhiệt độ của điện trở và nhiệt độ của nó bằng nhiệt

Yêu cầu đối với vật liệu là có hệ số nhiệt độ lớn, có độ bền hóa học khi có tácdụng của môi trường, khó chảy.

b.1 Nhiệt điện trở dây

Chuyển đổi nhiệt điện trở dây thông thường được chế tạo từ đồng, platin

và Niken đường kính dây từ 0,02  0,06 mm với chiều dài từ 5  20 mm

R0: Điện trở chuyển đổi ở 0 0C

Nếu không biết giá trị của R0 thì ta có thể dùng công thức:

RT2 = RT1( - t2)/( + t1)

RT2, RT1 là điện trở ứng với nhiệt độ T2 và T1

 = 1/ là hằng số phụ thuộc vào từng loại vật liệu  = 234 đối với đồng

- Nhiệt điện trở Platin

Platin có thể chịu được đến nhiệt độ 1200 0C mà không bị ô xi hóa hoặcnóng chảy

Phương trình đặc trưng: RT=R0(1 + At + Bt2) ở nhiệt độ 0 0C 660

- nhiệt điện trở Niken

Niken có thể sử dụng để đo đến nhiệt độ: 3000C ở nhiệt độ cao hơn thìquan hệ RT = f(t) không đơn trị

Khi t = 0 0C  1000C thì hệ số =5.10-3 1/0C

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 10

ưu điểm cơ bản của nó là có điện trở suất cao, hệ số nhiệt lớn cho phépchế tạo được các chuyển đổi có kích thước nhỏ.

b.2 nhiệt điện trở bán dẫn

Nhiệt điện trở bán dẫn được chế tạo từ một số ôxit kim loại khác nhau nhCuO, MnO … Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở được biểu diễn dưới dạng biểuthức:

RT = A.e/T.Trong đó:

A: Hằng số phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bán dẫn, kích

thước và hình dáng của nhiệt điện trở

: Hằng số phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bán dẫn

T: Nhiệt độ tuyệt đối

e: Cơ số logarit tự nhiên

Hệ số nhiệt độ  của chất bán dẫn mang dấu âm và có giá trị 0,02  0,081/OC điện trở suất lớn do đó kích thước nhỏ

 ứng của chuyển đổi nhiệt điện trở dùng để đo nhiệt độ, đo các đại lượngkhông điện nh đo di chuyển, đo áp suất và dùng để phân tích thành phần, nồng

độ của một số hợp chất và chất khí

c.Các IC đo nhiệt độ

hiệu điện ta biết được giá tri của nhiệt độ cần đo Sau đây là thông số của một sốloại IC dùng để đo nhiệt độ

Chương II

Họ vi điều khiển MCS-51 II.1 Giới thiệu họ họ vi điều khiển MCS-51

Họ vi điều khiển MCS-51 là họ vi điều khiển 8 bit được sử dụng phổ biếnnhất của hãng Intel trên thị trường thế giới.Sau đây là bảng tổng kết về kiến trúcphần cứng của một số bộ vi điều khiển họ MCS-51

Tên

gọi

Côngnghệ

ROMtrong

ROMngoài

RAMtrong

RAMngoài

TimerCounter

8031 NMOS Không

có

64KByte

128Byte

128Byte

64

8052 NMOS 8

Kbyte

64KByte

256Byte

64KByte

128Byte

64KByte

128Byte

64

Phần lớn cỏc vi điều khiển trong họ MCS-51 được đúng vỏ theo kiểu 2hàng (PDIP) với tổng cộng 40 chõn, một số khỏc được đúng vỏ theo kiểu hỡnhvuụng với 44 chõn Chip 8051 cú cỏc đặc trưng sau:

 4 KB EPROM bờn trong

 128 Byte RAM nội

 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

 Giao tiếp nối tiếp

 64 KB vựng nhớ mó ngoài

 64 KB vựng nhớ dữ liệu ngoại

 Xử lý bit (thao tỏc trờn từng bit riờng rẽ)

 210 vị trớ nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trớ 1 bit

 4s cho hoạt động nhõn hoặc chia

Ngoài ra nú cũn được thiết kế với logic tĩnh cho phộp hoạt động cú tần sốgiảm suống 0 và hỗ trợ 2 chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọn bằng phầnmềm

Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phộp Ram và cỏc bộ định thời,đếm, cổng nối tiếp và cỏc hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động

Chế độ nguồn giảm duy trỡ nội dung của Ram nhưng khụng cho mạch daođộng cung cấp xung clock nhằm vụ hiệu húa cỏc hoạt động của chip cho đến khi

cú reset cứng tiếp theo

Sau đõy là 3 loại cấu hỡnh chõn ra của IC 8051

Trường Đại Học Bỏch Khoa Hà Nội trang 14 Sơ đồ chân của 8051

II.2 Cấu trúc phần cứng họ vi điều khiển MCS-51

Khối xử lý trung tâm

 Thanh ghi chứa Acc

 Thanh ghi chứa phụ B

 Bộ điều khiển thời gian và logic

 Thanh ghi đặc biệt SFR(Special Function Register)

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 16

 Thanh ghi số liệu

 Thanh ghi từ trạng thái PSW

 Hai bộ địng thời/ bộ đếm (Timer/Counter ) với các chế độ hoạt độngkhác nhau để giúp việc định thời gian hay đếm các sự kiện, định tốc độBaud cho cổng nối tiếp

 Một cổng nối tiếp bao gồm: giao diện truyền tin nối tiếp SCI có khả năngphát hay nhận một byte thông tin theo cách truyền tuần tự từng bit Giaodiện giao tiếp nối tiếp với thiết bị ngoại vi SPI, truyền tin nối tiếp vớithiết bị ngoại vi

 Có 4 cổng vào/ra song song

 Hệ thống điêug khiển ngắt với 5 nguồn ngắt

Bảng tóm tắt các chân và chức năng của nó

18 XTAL2 Lối vào của bộ dao động thạch anh bên trong

19 XTAL1 Lối vào của bộ dao động thạch anh bên trong

30 ALE Cho phép chốt địa chỉ

31 EA Để làm việc với ROM trong hay ROM ngoài

3239 P0.0P0.7 Cổng vào/ra 0 và các đường địa chỉ thấp

A0A7

40 VCC Chân cấp nguồn (+5v)

II.3 Mô tả các chân

Họ vi điều khiển 8051 theo kiểu PDIP có tổng cộng 40 chân trong đó có 4

cổng vào ra song song: Cổng 0 (P0), cổng 1 (P1), cổng 2 (P2), cổng 3 (P3), các

chân cấp nguồn và các chân điều khiển các thiết bị ngoại vi khác

Port 0 (các chân 32  39 của 8951) là cổng có 2 công dông Trong các

thiết kế nhỏ không dùng bộ nhớ ngoài thì nó có chức năng như các đường

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 18

vào/ra Đối với các thiết kế lớn cần phải có bộ nhớ ngoài, cổng này trở thành busđịa chỉ và bus dữ liệu đa hợp.

Port 1(các chân 1  8 của 8951) chỉ có tác dụng xuất/nhập Các chânđược ký hiệu P1.0, P1.1, p1.2, p1.7 có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bịngoài nếu cần Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng chogiao tiếp với các thiết bị ngoại vi

Port 2 (các chân 21  28 của 8951) là cổng có 2 công dụng, chúng đượcdùng như các đường xuất/nhập hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 bitcho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn256byte bộ nhớ dữ liệu ngoài

Port 3 (các chân 10  17 của 8951) là cổng có 2 công dụng Khi khônghoạt động xuất/nhập thì các chân của cổng 3 có nhiều chức năng riêng riêng biệt.Bảng dưới đây liệt kê các chức năng của từng chân của cổng 3 :

P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của cổng nối tiếp

P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của cổng nối tiếp

P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4 T0 B4H Ngõ vào củaTIMER/COUNTER thứ 0

P3.5 T1 B5H Ngõ vào củaTIMER/COUNTER thứ 1

P3.6 WR B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

 Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN.

8051 cung cấp cho ta 4 tín hiệu điều khiển Bus Tín hiệu cho phép bộ nhớ

là tín hiệu đưa ra trên chân 29 đây là tín hiệu điều khiển cho phép ta truy xuất

bộ nhớ chương trình ngoài Chân này thường nối với chân cho phép xuất OE

(Output Enable) của Epprom (hoặc Rom) để cho phép đọc các byte lệnh

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 20

Tín hiệu

PSEN

ghi lệnh IR để được giải mã Khi thực thi chương trình chứa ở ROM nội,

PSEN

được duy trì ở mức không tích cực ( Mức 1)

 Chân cho phép chốt địa chỉ ALE.

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 22

8051 sử dụng chân 30, chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE(Address Latch Enable) để giải đa hợp bus dữ liệu và bus địa chỉ Tín hiệu ALE

có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong và có thể dùng làm xungclock cho phần còn lại của hệ thống Nếu mạch dao động có tần số 12MHz, tínhiệu ALE có tần số 2 MHz Chân ALE còn được dùng để nhận xung ngõ vào lậptrình cho EPROM trên chip 8051

 Chân truy xuất ngoài EA.

Ngõ vào này có thể được nối với 5V (logic 1) hoặc GND (logic 0) Nếuchân này nối lên 5 V, 8051/8052 thực thi chương trình trong ROM nội Nếuchân này nối với GND (và PSEN cũng ở mức logic 0) thì chương trình cần thựcthi chứa ở bộ nhớ ngoài Nếu chân ở logic 0 đối với 8051/8052, ROM nội bêntrong chip bị vô hiệu hóa và chương trình thực thi chứa ở ROM ngoài đối vớinhững loại không có ROM trong thì chân phải ở mức logic 0

II.4 Cách tổ chức và truy cập bộ nhớ của 8051.

Bộ nhớ của 8051 nói riêng và họ MCS – 51 nói chung có khả năng địnhđịa chỉ cho ô nhớ dữ liệu và ô nhớ chương trình đến 64 Kbytes và được chia làm

2 vùng bộ nhớ riêng biệt: Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu

2.4.1 Bộ nhớ chương trình.

Bé vi điều khiển 8051 có thể định dịa chỉ bộ nhớ chương trình tới 64Kbyte, bao gồm bộ nhớ ROM trong kích thước 4 Kbyte và bộ nhớ ROM ngoàikích thước 64 Kbyte Nếu bộ vi điều khiển dùng ROM trong thì chân (ExternalAccess) phải được treo cao, lúc này 4Kbyte ROM trong được coi là miền địa chỉthấp, miền địa chỉ còn lại do ROM ngoài quản lý Nếu chương trình đọc địa chỉ000H đến 0FFFH thì sẽ đọc trực tiếp từ ROM trong, còn lại địa chỉ 1000H đếnFFFFH là đọc từ ROM ngoài Ta phải sử dụng 16 bit địa chỉ để truy cập bộ nhớ

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 24

chương trỡnh ngoài Bộ vi điều khiển cú thể dựng toàn bộ bộ nhớ ROM ngoài64Kbyte, lỳc này thỡ chõn được nối với đất (0V) và tất cả chương trỡnh được đọc

từ ROM ngoài Khi đọc bộ nhớ chương trỡnh bờn ngoài thỡ chõn (ProgramStrobe Enable) đưa ra cỏc xung đọc dựng cho bộ nhớ chương trỡnh bờn ngoài

Do vậy tớn hiệu chỉ cú tỏc dụng đối với ROM ngoài cũn đối với ROM trong thỡchõn này khụng cú tỏc dụng Sau khi Reset CPU bắt đầu thực hiện từ địa chỉ0000H, tiếp theo là đến vựng đặt cỏc ngắt của CPU từ địa chỉ 0003H đến 0023H.Việc sử dụng ROM trong ( đối với những loại cú ROM trong) và ROM ngoài(đối với những hệ thống đũi hỏi phải mở rộng bộ nhớ) bằng cỏch sủ dụng chõn

để điều khiển

 Khi chõn nối với Vcc

Đối với những loại cú ROM trong 4KByte nh 8051 thỡ chương trỡnh thựchiện từ địa chỉ 0000H đến 0FFFH của ROM trong sau đú tiếp tục từ địa chỉ1000H đến FFFFH của ROM ngoài

Đối với những loại cú ROM trong 8KByte nh 8051 thỡ chương trỡnh thựchiện từ địa chỉ 0000H đến 1FFFH của ROM trong sau đú tiếp tục từ địa chỉ

Sơ đồ ghép nối vi xử lý với ROM ngoài

Đối với những loại có ROM trong 16KByte nh 8051 thì chương trình thựchiện từ địa chỉ 0000H đến 3FFFH của ROM trong sau đó tiếp tục từ địa chỉ4000H đến FFFFH của ROM ngoài.

 Khi chân nối với Vss

Khi chân nối với Vss thì lúc này CPU sẽ làm việc toàn bộ đối với ROMngoài Do vậy đối với những loại không có ROM trong thì chân EA bắt buộcphải được nối với Vss

Trong khi truy cập bộ nhớ chương trình ngoài thì nó sẽ đưa 0FFH tới bộchốt của cổng 0 Nh vậy nó có thể xoá bất cứ thông tin nào tại cổng 0 mà SFR

có thể còn đang giữ nên việc viết ra cổng 0 trong khi đang truy cập bộ nhơ ngoài

sẽ bị sai Vì vậy ta không được viết ra cổng 0 khi bộ nhớ chương trình ngoàiđang đựoc sử dụng Hai điều kiện để truy nhập bộ nhớ chương trình ngoài là:

- Khi chân tín hiệu EAtích cực

- Bộ đếm chương trình có nội dung lớn hơn 0FFFH (1FFFH đối với loại8052)

2.4.2 Bộ nhớ dữ liệu.

Bộ nhớ dữ liệu RAM nếu có địa chỉ là 8 bit thì cho phép CPU 8 bit thaotác nhanh hơn Nếu địa chỉ là 16 bit thì có thể truy cập được thông qua thanh ghiDPTR (Data Pointer ) Với 8051 có 128 byte RAM trong và có thể ghép với64KByte RAM ngoài Trong suốt quá trình CPU truy cập tới bộ nhớ dữ liệu sẽphát tín hiệu đọc /RD và tín hiệu ghi /WR Nửa thấp của 128 Bytes RAM trong

từ 00H đến 7FH có thể truy cập trực tiếp hoặc gián tiếp, trong khi nửa cao của

nó tù 80H đênFH chỉ có thể truy cập băng chế độ địa chỉ gián tiếp

Đối với 128 byte RAM trong, bao gồm:

-32 byte thấp nhất là 4 nhóm trong bank thanh ghi Mỗi bank bao gồm 8thanh ghi R0  R7 Khi sử dụng các thanh ghi trong bank thanh ghi nào đó là do

2 bit RS0, RS1 trong thanh ghi từ trạng thái PSW quy định

-16 byte tiếp theo trong vùng 20H  2FH là vùng RAM định địa chỉ bit.Trong vùng này có 128 bit, bit 0 của byte 20H là 0 và bit 7 của byte 2FH có địachỉ là 7FH

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 26

II.5 hoạt động reset

8051 được reset bằng cách giữ chân RTS ở mức cao tối thiểu 2 chu kỳmáy và sau đó chuyển về mức thấp RTS có thể được tác động bằng tay hoặcđược tác động khi cấp nguồn bằng cách dùng mạch RC nh hình dưới

Sau khi reset thanh ghi PC được nạp 0000H Khi RTS trở lại mức thấp,việc thực thi chương trình luôn luôn bắt đầu tại vị trí đầu tiên trong bộ nhớchương trình Nội dung của Ram trên chip không bị ảnh hưởng bởi hoạt độngReset

Trạng thái của tất cả các thanh ghi cho dưới bảng dưới đây:

Bộ đếm chương trìnhThanh chứa AThanh chứa B

0000H00H00H

0

8 2 K

1 0 u F

R S T + 5 V H

Reset b»ng tay Reset khi cÊp nguån

H×nh : Hai m¹ch dïng Reset hÖ thèng

Port 0  3IP

IE

Các thanh ghi định thời

SCON SBUFPCON (HMOS)PCON (CMOS)

FFHxxx00000B (8031/8051) xx000000B (8032/8052)0xx00000B (8031/8051) 0x000000B (8032/8052)

00H00H00H0xxx xxxxH0xxx 0000 B

II.2.6 Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR S )

SFR S bao gồm các thanh ghi có các chức năng đặc biệt khác nhau nhthanh ghi điều khiển Timer, thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp, thanh ghi điềukhiển ngắt… SFRS có địa chỉ từ 80H đến FFH

Bảng các thanh ghi đặc biệt của 8051:

c

Internal Address

HTrường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang 28B¶ng : Gi¸ trÞ cña c¸c thanh ghi sau khi reset hÖ thèng

Data Pointer Low Byte DPL 82HData Pointer High Byte DPH 83H

Timer/Counter Control TCON 88HTimer/Counter Mode

Timer/Counter 0 Low Byte TL0 8AHTimer/Counter 1 Low Byte TL1 8BHTimer/Counter 0 High Byte TH0 8CHTimer/Counter 1 High Byte TH1 8DH

Interrupt Priority Control IP B8H

2.6.1 Thanh ghi PSW (Program Status Word):

Thanh ghi này bao gồm các bít trạng thái phản ánh trạng thái của CPU

Bit7(CY) :Cờ nhí, nó được set bằng 1 khi có nhớ từ bit 7 trong phép

cộng hoặc có mượn cho bit 7 trong phép trừ

Bit 6(AC) :Cờ nhí phụ Cờ này được set rtong phép cộng nếu có nhớ từ

bit 3 sang bit 4 hoặc Nếu kết quả trong 4 bit thấp nằm trongkhoảng từ 0AH đến 0FH

Bit5 (F0) :Cờ 0 Cờ này đanh cho người sử dụng

7 6 5 4 3 2 1 0