Giao tiếp giữa CPU và các khối bên trong của MCS-51 được thực hiện qua các bus nội bộ gồm bus dữ liệu 8 bít, bus địa chỉ và các tín hiệu điều khiển khác.. Hình 1.1: Tổ chức bộ nhớ-Khi /E
Trang 1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, nhân loại đã và đang trải qua những sự phát triển vượt bật về
mọi mặt Trong đó lĩnh vực điện- điện tử -tự động hoá đóng một vai trò không nhỏ Điện tử góp phần rất lớn vào quá trình tự động hoá thực sự đã giúp con người
có những tiến bộ vượt bậc Đặc biệt là trong nghành Otto-nghành tổng hợp của nhiều lĩnh vực tri thức Trên thế giới, việc ứng dụng điện-điện tử vào xe với xu hướng tối ưu hóa, hiện đại hóa nhằm đem lại tiện ích và an toàn cho người lái đang được phát triển mạnh Tuy vậy ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng các thành tựu của “vi điều khiển”còn khá mới mẻ trong thời điểm hiện tại
Trong xu hướng chung đó,vận dụng những kiến thức mà chúng em đã
được học trong quá trình học tập ở trường cũng như tìm hiểu thêm nhóm 4 sinh viên chúng em thực hiện đồ án môn học “Kỉ thuật vi điều khiển” với đề tài
động”. Đồ án này được áp dụng chủ yếu dựa vào vi điều khiển, mà thực tế là IC8051, với mục đích giúp chúng em hiểu một cách tường tận hơn các kiến thức về vi điều khiển, cách đọc, viết và nhận biết về các chân IC, xây dựng mạch nguyên ly,làm mạch in… đã tìm hiểu và nghiên cứu qua sách cũng như cách thức vận dụng nó trong thực tế
Các ứng dụng của vi điều khiển rất đa dạng và phong phú.Từ những ứng
dụng đơn giản chỉ có vài thiết bị ngoại vi cho đến những hệ thống điều khiển phức tạp Đặc biệt là các ứng dụng trên Otto như hệ thóng phanh, lái, an toàn Tuy nhiên do phạm vi trình độ của chúng em còn hạn chế, nên việc nghiên cứu và tìm hiểu về vi điều khiển còn nhiều vướng mắc, do đây là lần đầu tiên áp dụng vào thực tế cũng như là môn đầu mới áp dụng vào cho nghành nên viêc học hỏi gặp nhiều khó khăn hơn Trong quá trình làm đề tài chúng em xin chân thành cám ơn
thầy Phạm Quốc Thái đã tận tình chỉ bảo, định hướng cho chúng em hoàn thành tốt đồ án
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 10 tháng 06 năm 2011
Nhóm sv thực hiện:(nhóm 04)
-Nguyễn Trần Nhật Huy
Trang 2-Trương Văn Quyết -Lê Phi Chính
PHẦN I:
NỘI DUNG THUYẾT MINH
ĐỒ ÁN “VI ĐIỀU KHIỂN”
CHƯƠNG I:
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ “VI ĐIỀU KHIỂN”
1.1 Giới thiệu họ vi điều khiển
Bộ điều khiển đơn chíp 8051 được công ty INTEL chế tạo vào năm 1980là
là sản phẩm đầu tiên của họ bộ vi điều khiển MCS-51 Ngày nay, họ MCS-51đa có trên 250 biến thể khác nhau và được hầu hết các công ty bán dẫn hàng đầutrên thế giới chế tạo, với số lượng tiêu thụ trên 4 tỷ bộ mỗi năm Họ MCS-51 cókhả năng ứng dụng rất rộng rãi, chúng có mặt trong rất nhiều sản phẩm dân dụngnhư máy giặt, máy điều hòa nhiệt độ, lò vi sóng, nồi cơm điện , các thiết bị điệntử y tế và viễn thông, các thiết bị đo lường và điều khiển sử dụng trong công nghiệp,
v.v Đưới đây là cấu trúc cơ bản của các bộ vi điều khiển MCS-51:
Trang 3Mỗi vi mạch MCS-51 bao gồm trong nó bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ nhớ chỉ đọc (ROM), bộ nhớ đọc ghi (RAM), các cổng vào ra song song 8 bít (l/o Port), cổng vào ra nối tiếp (Serial Port), các bộ đếm và định thời (Timer), khối điều khiển ngắt (lnterrupt control), khối điều khiển bus (Bus control) và mạch tạo xung nhịp (Oscillator) Giao tiếp giữa CPU và các khối bên trong của MCS-51 được thực hiện qua các bus nội bộ gồm bus dữ liệu 8 bít, bus địa chỉ và các tín hiệu điều khiển khác Cấu trúc trên cho phép coi MCS-51 như là một máy tính đơn chíp 8 bít.
1.2 Sơ đồ và chức năng các chân
Sơ đồ các chân ra trên vỏ của các vi mạch MCS-51 như hình dướ đây chức năng của các chân như sau:
Trang 4- Các chân X1 (19) và X2 (18) để mắc thạch anh cho mạch tạo xung nhịp của MCS-51.
- Chân RESET (9) là tín hiệu vào tích cực mức cao để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho MCS-51
- Chân /EA (31) là tin hiệu vào, khì nối /EA với +5v thì MCS-51 chỉ làm việc với các bộ nhớ ROM, RAM bên trong nó, còn khi nối /EA với đất thì MCS-
51 làm việc với các bộ nhớ ROM, RAM bên ngoài
- Chân ALE (30) là tín hiệu ra dùng để chốt 8 bít địa chỉ thấp (AO A7) khi
sử dụng bộ nhớ ngoài
- Chân /PSEN (29) là tín hiệu ra tích cực mức thấp dùng để đọc mã lệnh từ
bộ nhớ chương trình bên ngoài khi /EA được nối với đất, khi /EA được nối với +5v thì /PSEN luôn không tích cực ở mức cao
- Các chân cổng 0: P0.7 P0.0 (32 39) được dùng làm cổng vào ra khi /EA được nối với +5v Khi /EA nối đất thì cổng 0 được sử dụng làm bus địa chỉ và sổ liệu cho bộ nhớ ngoài Khi đó, ở nửa đầu của chu kỳ lệnh truy nhập bộ nhớ ngoài, MCS-51 đa ra cổng 0 8 bit địa chỉ thấp (A0 A7), sau đó cổng 0 trở thành bus số liệu 8 bít, do đó phải dùng ALE để chốt 8 bit địa chỉ thấp vào thanh chốt địa chỉ phần thấp
- Các chân cổng 2: P2.0 P2.7 (21 28) được dùng làm cổng vào ra khi /EA được nối với +5v Khi /EA được nối đất thì cổng 2 được sử dụng để đưa ra 8 bít địa chỉ cao (A8 A15) cho bộ nhớ ngoài
- Các chân cổng 3: P3.0 P3.7 (10 17) có thể được dùng làm cổng vào ra hoặc dùng cho chức năng khác như sau: P3.0 (RxD) có thể được dùng để nhận số liệu nối tiếp P3.1 (TxD) có thể được dùng để phát số liệu nối tiếp P3.2 (INTO) có thể được dùng để nhận ngắt ngoài 0; P3.3 (INT1) có thể được dùng để nhận ngắt ngoài 1; P3.4 (T0) có thể được dùng để nhận xung clock Timer 0; P3.5 (T1) có thể được dùng để nhận xung clock cho Timer 1; P3.6 (/WR) khi /EA nối đất thì nó được dùng để đưa ra tín hiệu điều khiển ghi RAM ngoài; P3.7 (/RD) khi /EA nối đất thì nó được dùng để đa ra tín hiệu điều khiển đọc RAM ngoài
- Các chân cổng 1: P1.0 P1.7 (1 8) đối với nhóm 8051 chỉ được sử dụng làm cổng vào ra Đối với nhóm 8052 thì chân P1.0 (1) có thể được dùng để nhận xung clock T2 cho Timer 2, còn chân P1.1 (2) có thể được dùng làm đầu vào nạp lại T2EX cho Timer 2
` -Chân GND (20) là để nối đất, còn chân Vcc (40) là để cấp nguồn cho vi mạch MCS-51
-Tất cả 32 chân của 4 cổng P0 P3 đều có thể dùng làm các cổng vào ra số liệu song song 8 bít hoặc dùng làm các tín hiệu vào ra độc lập nhau
1.3 Tổ chức bộ nhớ
Họ MCS-51 có không gian nhớ riêng cho chương trình và số liệu ở cả bên trong và bên ngoài Tổ chức bộ nhớ của 89C51 như trên hình sau:
Trang 5Hình 1.1: Tổ chức bộ nhớ
-Khi /EA được nối với +5v thì bộ nhớ ngoài không được dùng, MCS-51 chỉ truy nhập EEPROM trong để đọc mã chương trình và cất số liệu vào RAM trong Khi /EA được nối đất thì bộ nhớ chương trình ROM trong không được dùng, MCS-51 đọc mã chương trình từ bộ nhớ chương trình ngoài bằng tín hiệu /PSEN, còn bộ nhớ số liệu ngoài được truy nhập bằng các tín hiệu /WR và /RD, do có bộ nhớ chương trình và bộ nhớ số
liệu ngoài có thể dùng chung bus địa chỉ A0 A15.Bộ nhớ số liệu trong của họ MCS-51 có địa chỉ từ 00h đến FFh, trong đó nhóm 8052 có đủ 256 byte RAM, nhóm 8051 chỉ có 128 byte RAM ở các địa chỉ thấp từ 00h đến 7fh, vùng địa chỉ cao từ 80h đến FFh được dành cho các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR Tổ chức vùng 128 byte thấp bộ nhớ số liệu RAM trong của họ MCS-51như trên hình 3, nó được chia thành ba miền
-Miền các băng thanh ghi chiếm địa chỉ từ 00h đến 1fh có 32 byte chia thành băng, mỗi băng có 8 thanh ghi được đánh số từ R0 đến R7
-Tại mỗi thời điểm chỉ có một băng thanh ghi có thể truy nhập và được gọi
là băng tích cực Để chọn băng tích cực cần nạp giá trị thích hợp cho các bít RS0
và RS1 của thanh ghi từ trạng thái PSW, mặc định bằng 0 là tích cực Miền RAM được định địa chỉ bít có 16 byte 8 bít = 128 bít, chiếm địa chỉ từ 20h đến 1fh Mỗi bít ở miền này được định địa chỉ riêng từ 00h đến 7fh nên có thể truy nhập đến từng bít riêng rẽ bằng các lệnh xử lý bít Vùng RAM được định địa chỉ bít và các lệnh xử lý bít là một trong những đặc tính nổi bật đem lại sứcmạnh cho họ bộ vi điều khiển MCS-51
-Miền RAM thông thường có 80 byte chiếm địa chỉ từ 30h đến 7fh Các thanh ghi chức năng đặc biệt (viết tắt theo tiếng Anh là SFR) là tập các thanh ghi bên trong của bộ vi điều khiển Họ MCS-51 định địa chỉ cho tất cả các SFR ở vùng 128 byte cao của bộ nhớ số liệu trong (xem hình 2), mỗi SFR có tên gọi và địa chỉ riêng, một số SFR có định địa chỉ cho từng bít Khi bật nguồn hoặc
RESET, tất cả các SFR đều được nạp giá trị đầu, sau đó chương trình cần nạp lại giá trị cho các SFR cần dùng theo yêu cầu sử dụng
Trang 6
Hình 1.2: Tổ chức 128 byte thấp của RAM trong
-Việc truy nhập đến các SFR chỉ có thể thực hiện bằng phương pháp địa chỉtrực tiếp với tên gọi hoặc địa chỉ của SFR là toán hạng của lệnh Với các SFR cóđịnh địa chỉ bít, có thể truy nhập và thay đổi trực tiếp từng bít.của nó bằng cáclệnh xừ lý bít Bảng 2 cho biết thông tin chủ yếu về các SFR
-Ở nhóm 8051vùng 128 byte cao của bộ nhớ số liệu trong chỉ có các SFR,không tồn tại các ô nhớ khác ở vùng nhớ này Ở nhóm 8052 bộ nhớ số liệu trong
có 256 byte RAM, các ô nhớ của vùng RAM 128 byte cao chỉ có thể truy nhập được
bằng phương pháp địa chỉ gián tiếp, còn các SFR cũng có địa chỉ nằm trong
vùng đó nhưng chỉ truy nhập được bằng phương pháp địa chỉ trực tiếp, vì thế việctruy nhập chúng không bị xung đột và nhầm lẫn
Trang 71.4 Phần mềm lập trình vi điều khiển MCS-51
-Có thể viết trên ngôn ngữ Assembler hoặc các ngôn ngữ bậc cao khác như
C, Basic, Forth Tập lệnh Assembler của họ MCS-51 có 83 lệnh, được chia thành
5 nhóm là các lệnh số học, các lệnh logic, các lệnh chuyển số liệu, các lệnh xử lý bít và các lệnh rẽ nhánh Các lệnh xứ lý bít là điểm mạnh cơ bản của họ MCS-51,
vì chúng làm cho chương trình ngắn gọn hơn và chạy nhanh hơn Chương trình Assembler được viết trên máy tính, sau đó phải dịch ra mã máy của họ MCS-51 bằng trình biên dịch ASM51, rồi mới nạp Chương trình mã máy vào bộ nhớ cho trình EEPROM (hoặc EPROM) ở bên trong hoặc bên ngoài MCS-51 Khi lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao như C, Basic, Forth cũng phải dịch chúng ra mã máy của họ MCS-51 bằng các trình biên dịch tương ứng, sau đó nạp chương trình mã máy vào bộ nhớ chương trình Nói chung, chương trình viết trên ngôn ngữ
Assembler khó hơn viết trên ngôn ngữ bậc cao, nhưng khi dịch ra mã máy sẽ ngắn gọn hơn và chạy nhanh hơn các chương trình viết trên ngôn ngữ bậc cao Để viết
và nạp phần mềm cho MCS-51, bạn phải có các công cụ là máy vi tính, trình biên dịch ngôn ngữ sử dụng ra mã máy của họ MCS-51 và bộ nạp chương trình mã máy
từ máy tính vào bộ nhớ chương trình EEPROM trong Mcs-51 hoặc bộ nhớ
EPROM ngoài
CHƯƠNG II:
GIỚI THIỆU CHUNG
VỀ “QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG THIẾT KẾ”
Bắt đầu
Viết chương trình và chạy thử trên Proteus Đi khảo sát thực tế và mua các linh kiện cần thiết
Vẽ mạch trên Orcad theo số liệu thực tế các linh kiện
Trang 9-IC AT89C51 có các đặc trưng: ROM: 4Kbyte, RAM: 128byte, có tất cả 40 chân
có chức năng như các đường xuất nhập, trong đó có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập
Trang 10hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ, hai bộ định thời/đếm 16 bit, mạch tạo dao động và tạo xung clock trên chíp.
-Mô tả các chân của IC AT89C51:
*Chân 40, Vcc: chân cung cấp điện, được nối lên nguồn 5V
*Chân 20, GND: chân nối đất
*Chân 32 – 39, Port 0: là port xuất nhập 8 bit hai chiều, được cấu hình làm bus địa chỉ (byte thấp) và làm bus dữ liệu đa hợp trong khi xuất nhập bộ nhớ dữ liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài
*Chân 1 – 8, Port 1: là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 1, các chân này được kéo lên mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như các cổng vào Khi lam nhiệm vụ là các port nhập, các chân của port 1 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong
*Chân 21 – 28, Port 2: là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 2, các chân này được
sử dụng như các cổng vào Khi làm nhiệm vụ là các port nhập, các chân của port 2 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong Port 2 tạo ra byte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài, và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit
*Chân 10 – 17, Port 3: là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 3, các chân này được kéo lên mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như các cổng vào Khi làm nhiệm vụ là các port nhập, các chân của port 3 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong Port 3 còn được sử dụng làm các chức năng khác như:
Chân P3.0 : ngõ vào port nối tiếp
Chân P3.1 : ngõ ra port nối tiếp
Trang 11Chân P3.2 : ngõ vào ngắt ngoài 0.
Chân P3.3 : ngõ vào ngắt ngoài 1
Chân P3.4 : ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1
Chân P3.5 : ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 0
Chân P3.6 : điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
Chân P3.7 : điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
*Chân 9, RST: Ngõ vào Reset Mức cao trên chân này trong 2 chu kì máy trong khi bộ dao động đang hoạt động sẽ reset AT 89C51
*Chân 19, XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuyếch đại đảo của mạch dao động và ngõ vào đến mạch tạo xung clock bên trong chip
*Chân 18, XTAL2: Ngõ ra từ mạch khuyếch đại đảo của mạch dao động
Để tạo mạch dao động cho AT 89C51 ta sử dụng linh kiện là hai tụ C1=C2=30pF,
và thạch anh dao động có tần số 12 MHz
Trang 12*Chân 29, ngõ tín hiệu PSEN: PSEN là tín hiệu ngõ ra có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được nói đến chân OE của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 8051 lấy lệnh Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dứ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 8951 để giải mã lệnh.Khi 8951thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1.
*Chân 30, ngõ tín hiệu điều khiển ALE: khi 8951 truy xuất bộ nhớ bên ngoài , port 0 có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tin hiệu ra ALE dung làm tín hiệu điều khiển để giải tín hiệu đa hợp các đường địa chỉ kết nối chúng với IC chốt Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 làn tần số dao động trên chip và có thể được dung làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong AT89C51
*chân 31, ngõ tín hiệu vào AE: thường được mắc lên mức 1 hoặc 0 Nếu ở mức 1, AT89C51 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 Kbyte Nếu ở mức 0, AT89C51 sẽ thi hành chương trình tự bộ nhớ mở rộng Chân EA được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong AT89C51
2)Transistor:
Trang 13- Led Anode chung
Đối với dạng Led anode chung, chân COM phải có mức sáng Led thì tương ứng các chân a – f, dp sẽ ở mức logic 0
Bảng mã cho Led Anode chung (a là MSB, dp là LSB):
f
g
dp
Trang 14Dùng phương pháp chốt
+Khi thực hiện tách riêng các đường dữ liệu của Led, ta có thể cho phép các Led sáng đồng thời mà sẽ không có hiện tượng ảnh hưởng giữa các Led IC chốt cho phép lưu trữ dữ liệu cho các Led có thể sử dụng là 74LS373, 74LS374
4/ Điện trở:
Loại điện trở than ép
1k Mạch nguồn,dùng để hạn dòng cho LED báo nguồn
330Ω Điện trở này làm nhiệm vụ phân cực cho transistor khuếch đại C828
5/ Tụ điện:
Tụ phân cực
