22 MD28 VDK

- Trong thế giới máy tính thì khác, để biểu diễn một giá trị số chúng ta dùng hệ cơ số hai nói ngắn gọn là hệ hai, trong đó chỉ sử dụng các giá trị 0 và 1 đểbiểu diễn các giá trị số ứng

Ban hành kèm theo Quyết định số: 120 /QĐ- TCDN

Ngày 25 tháng 2 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề

Hà Nội, năm 2012

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo tham khảo.

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

LỜI GIỚI THIỆU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các nhà khoa học

đã phát minh ra rất nhiều các linh kiện vi điều khiển Chúng khác nhau khôngchỉ về cấu tạo; nguyên lý làm việc hay các đặc tính; các thông số kỹ thuật màvới các đặc điểm về tính chất và chức năng khác nhau chúng được sản xuất để

sử dụng cho nhiều lĩnh vực và môi trường khác nhau

Việc sử dụng các linh kiện vi điều khiển trong các thiết bị điện tử khác nhaumột cách hợp lý và hiệu quả, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động, tính năng chocác thiết bị điện tử gia dụng hay công nghiệp đòi hỏi những nguời thiết kế, lắpráp các thiết bị đó phải đuợc trang bị những kiến thức cơ bản về vi điện tử

Mô đun Vi điều khiển được xây dựng nhằm phục vụ cho các yêu cầu nói

trên Nội dung mô đun bao gồm 5 bài như sau:

Bài 1: Các hệ đếm và việc mã hóa thông tin trong máy tính

Bài 2 Cấu trúc họ vi điều khiển 8051

Bài 3 Tập lệnh của 8051

Bài 4 Lập trình I/O

Bài 5 Timer/Counter

Nội dung các bài chủ yếu quan tâm đến việc giúp nguời lắp ráp thiết bị điện

tử gia dụng hay công nghiệp sử dụng các hệ vi xử lý hay vi điều khiển nắm bắtgiải thích tốt nguyên lý hoạt động của chúng

Mặc dù tác giả đã cố gắng hết sức trong việc cung cấp đầy đủ thông tin liênquan đến họ vi điều khiển 8051 Tuy nhiên, do thời gian hạn hẹp, kiến thức vànguồn tài liệu tham khảo còn hạn chế, nên không thể tránh khỏi những sai sót.Mong nhận được các ý kiến đóng góp để tác giả hoàn thiện hơn nữa nội dungcủa tài liệu

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ:

Trường Cao đẳng nghề Bách Nghệ Hải Phòng Khoa Điện – Điện tử

Số 196/143 Đường Trường Chinh - Quận Kiến An - TP Hải Phòng

Mục lục

4.1 Thanh ghi PC 21

Bài 1 CÁC HỆ ĐẾM VÀ VIỆC MÃ HÓA THÔNG TIN TRONG MÁY TÍNH

Mã bài: MĐ28.01 Giới thiệu :

Trong bài học này, trình bày về các hệ đếm thông dụng trong ngành khoa học máy tính

Mục tiêu:

- Sử dụng, chuyển đổi thành thạo giữa các hệ đếm thông dụng.

- Thực hiện thành thạo các phép toán trên các hệ đếm nhị phân.

Ví dụ: 13; 14D

- Trong thế giới máy tính thì khác, để biểu diễn một giá trị số chúng ta dùng

hệ cơ số hai nói ngắn gọn là hệ hai, trong đó chỉ sử dụng các giá trị 0 và 1 đểbiểu diễn các giá trị số (ứng với hai trạng thái có điện và không có điện của cácmạch điện tử cấu tạo lên máy) Khi dùng nhiều hệ đếm khác nhau các hệ haithường đi kèm theo chữ B để phân biệt với các hệ đếm khác

Ví dụ cách biểu diễn hệ hai: 0011; 1101B

- Cách biểu diễn số hệ mười theo trọng số 10: Một số hệ mười 12345,67đuợc biểu diễn theo trọng số 10

- Tương tự một số hệ hai đuợc biểu diễn theo trọng số 2:

1.2 Chuyển đổi giữa hai hệ đếm

- Cách chuyển đổi số nguyên từ hệ mười sang hệ hai

Quy tắc: Lấy số cần đổi chia cho 2 và ghi nhớ phần dư, tiếp theo lấy thương củaphép chia trước đó chia cho 2 và ghi nhớ phần dư, làm như vậy cho đến khiđuợc thương bằng 0 Đảo ngược thứ tự dãy các số dư sẽ đuợc các chứ số của hệhai cần tìm

Ví dụ : Đổi số 34 sang hệ hai( 100010B.)

- Chuyển số thập phân sang hệ hai:

Ví dụ: Đổi số 0.125 samg hệ hai:

Ta thực hiện theo quy tắc sau:

0,125 * 2 = 0 ,250

0,250 * 2 = 0 ,500

0,500 * 2 = 1 ,000

Kết quả cuối cùng thu đuợc 0,125 = 0,001B

Kết hợp với kết quả của phép chuyển đổi số nguyên 34 ta sẽ có kết quả chuyểndổi số thập phân 34,125 sang hệ đếm hai như sau 34,125 = 100010,001 B

- Cách chuyển đổi từ hệ hai sang hệ mười

Số BCD không nén có 4 bit thấp biểu diễn số BCD còn bốn bit cao bằng 0 Ví

dụ “00001001” và “00000101” là những số BCD không nén của số 9 và số 5

Để biểu diễn số BCD không nén cần dùng 1 byte bộ nhớ hay một thanh ghi 8bit

Số BCD nén thì một byte chứa được hai số BCD, một số ở 4 bit thấp và số thứ

2 ở 4 bit cao Ví dụ “0101 1001” là số BCD nén của số 59H Như vậy chỉ cần 1byte bộ nhớ có thể lưu được hai toán hạng BCD Đây là lý do tại sao sử dụng sốBCD nén thì hiệu quả lưu dữ liệu tăng gấp đôi

- Trong các hệ thống vi xử lý số âm được tính theo số bù hai

- Các bước để lấy số bù hai của một số hệ hai A:

Ví dụ: Tìm mã bù hai của 13

Mã nhị phân của 13: 13 = 0000 1101 B (Mã nhị phân của 13)

Số bù một của 13: 1111 0010 B (đảo giá trị các bit)

Bảng mô tả cách biểu diễn một số âm có độ dài 8 bit

- Phép trừ y = a- b đuợc hiểu theo nghĩa là phép cộng giữa a và số bù hai của b(giá trị âm của b)

Ví dụ: 15 - 13 = ?

Ta có thể viết lại phép trính trên thành 15 + (-13) và sử dụng kết quả của quá trình tìm số bù hai của 13 ta có: (

15 0000 1111 (-13) 1111 0011 Tổng 0000 0010 (nhớ 1)

Kết quả cho 2

3.3 Phép nhân

Phép nhân y= a.b tuân theo quy tắc sau:

Ví dụ:

1001 Số bị nhân (9)

0110 Số nhân (6)

0000 Thành phần 1 của tổng tích luỹ

1001 Thành phần 2 của tổng tích luỹ

1001 Thành phần 3 của tổng tích luỹ

0000 Thành phần 4 của tổng tích lũy

0110110 Tổng tích lũy (54)

Số 8 bit Số hệ mười Số hệ mười theo Số hệ mười

Hệ hai tương đương mã hệ hai có dấu tính theo mã bù hai

0000 0000 0 + 0 + 0

0000 0001 1 + 1 + 1

0000 0010 2 + 2 + 2

.

0111 1101 125 + 125 + 125

0111 1110 126 +126 +126

0111 1111 127 +127 +127

1000 0000 128 - 0 - 128

1000 0001 129 - 1 - 127

1000 0010 130 - 2 - 126

.

1111 1101 125 -125 - 3

1111 1110 126 -126 - 2

1111 1111 255 -127 - 1

3.4 Phép chia

Các bước thực hiện phép chia số nhị phân:

Buớc 1: Đổi số chia ra số bù hai của nó(để bước sau làm tính trừ bằng tínhcộng)

Bước 2: Lấy số bị chia trừ đi số chia Nếu kết quả của phép trừ này có bitdấu bằng 0 thì thương tương ứng bằng 1, nếu kết quả có bit dấu bằng 1 thì bittương ứng của thương bằng 0 và ta buộc phải khôi phục lại giá trị ban đầu của

số bị chia bằng cách cộng kết quả này với số chia ở mã hệ hai

Bước 4: Dịch trái kết quả thu đuợc ở trên và làm lại bước 2 cho đến khi kếtquả cuối cùng là 0(chia hết) hoặc nhỏ hơn số chia(chia dư)

Ví dụ: 36/5 = 7, dư 1 Thực hiện phép chia này trong hệ hai

Đầu tiên ta có 5 = 0101B và số bù hai của 5= 1011B

Các bước tính toán tiếp của phép chia theo thuật toán đã nêu ở trên được liệt kê

- Đơn vị thông tin:

Các hệ thống máy tính chỉ làm việc với hệ đếm hai, các thông tin đuợc máytính xử lý phải đuợc mã hóa lưu trữ trong các bộ nhớ bán dẫn duới dạng nhịphân, một giá trị 0 hay 1 sẽ đuợc cất trữ trong một ô nhớ của bộ nhớ (0 ứng vớimức điện áp 0V, 1 ứng với mức điện áp 5V) và được gọi là 1bit, Một cụm 4 bit

sẽ tạo thành 1 nibble, cụm 8 bit sẽ tạo thành 1 byte, cụm 16 bit thông thường sẽtrạo thành một từ(word), cụm 32 bit sẽ tạo thành một từ kép Chữ số đầu tiên

bên trái trong dãy các số hệ hai gọi là bít có ý nghĩa lớn nhất, còn bit cuối cùngbên phải trong dãy gọi là bit có ý nghĩa bé nhất Ứng với việc đếm thứ tự1,2,3…ở hệ 10 thì ở hệ 2 ta có 1,10,11…

ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Chuẩn mã

trao đổi thông tin Hoa Kì), thường được phát âm là át-xơ-ki, là bộ kí tự và bộ mã

kí tự dựa trên bảng chữ cái La Tinh được dùng trong tiếng Anh hiện đại và cácngôn ngữ Tây Âu khác Nó thường được dùng để hiển thị văn bản trong máytính và các thiết bị thông tin khác Nó cũng được dùng bởi các thiết bị điều

Cũng như các mã máy tính biểu diễn kí tự khác, ASCII quy định mối tươngquan giữa kiểu bit số với kí hiệu/biểu tượng trong ngôn ngữ viết, vì vậy chophép các thiết bị số liên lạc với nhau và xử lí, lưu trữ, trao đổi thông tin hướng

kí tự Bảng mã kí tự ASCII, hoặc các mở rộng tương thích, được dùng trong hầuhết các máy tính thông thường, đặc biệt là máy tính cá nhân và máy trạm làmviệc Tên MIME thường dùng cho bảng mã này là "US-ASCII"

ASCII chính xác là mã 7-bit, tức là nó dùng kiểu bit biểu diễn với 7 số nhịphân (thập phân từ 0 đến 127) để biểu diễn thông tin về kí tự Vào lúc ASCIIđược giới thiệu, nhiều máy tính dùng nhóm 8-bit (byte hoặc, chuyên biệt hơn, bộtám) làm đơn vị thông tin nhỏ nhất; bit thứ tám thường được dùng bit chẵn-lẻ(parity) để kiểm tra lỗi trên các đường thông tin hoặc kiểm tra chức năng đặchiệu theo thiết bị Các máy không dùng chẵn-lẻ thường thiết lập bit thứ tám làzero, nhưng một số thiết bị như máy PRIME chạy PRIMOS thiết lập bit thứ tám

như là 128 kí tự 'thấp nhất' ASCII được xem là tiêu chuẩn phần mềm thànhcông nhất từng được công bố từ trước tới nay

Biểu diễn in được Truy nhậpbàn phím Tên/Ýtiếng Anh nghĩa

Tên/Ý nghĩa tiếng Việt

000 0000 0 00 NUL ␀ ^@ Null character Kí tự rỗng

000 0001 1 01 SOH ␀ ^A Start of Header Bắt đầuHeader

000 0010 2 02 STX ␀ ^B Start of Text Bắt đầuvăn bản

000 0011 3 03 ETX ␀ ^C End of Text Kết thúc

văn bản

000 0100 4 04 EOT ␀ ^D End of Transmission Kết thúctruyền

000 0110 6 06 ACK ␀ ^F Acknowledgement

000 1001 9 09 HT ␀ ^I Horizontal Tab Tab ngang

000 1010 10 0A LF ␀ ^J New Line Xuốngdòng

000 1011 11 0B VT ␀ ^K Vertical Tab Tab dọc

001 0101 21 15 NAK ␀ ^U NegativeAcknowledgement

001 0110 22 16 SYN ␀ ^V Synchronous Idle

001 0111 23 17 ETB ␀ ^W End of Trans Block

Phân biệt được chức năng của các bộ phận cấu tạo bên trong họ 8051

1.1 Cấu trúc tổng quát họ 8051

Cấu trúc tổng quát của 8051 gồm các phần chính sau:

- ALU : Khôi chuyên thực hiện các phép tính số học và logic

- Bộ tạo dao động Osc: tạo xung nhịp hoạt động cho chip từ nguồn thạch anhngoài

- Các bộ đệm cổng Port 0 Latch, Port 1 Latch, Port 2 Latch, Port 3 Latch

- Các bộ điều khiển cổng Port 0 Driver, Port 1 Driver, Port 2 Driver, Port 3Driver

- Khối Timing And Control: Khối điều khiển hoạt động của Bus

- Khối Timer: Điều khiển hoạt động của các bộ Timer

- Bộ nhỡ dữ liệu RAM

- Bộ nhớ chương trình Rom (Flash)

- Hệ thống các thanh ghi đặc biệt, gồm các thanh ghi chính sau:

Cấu trúc tổng quát của 8051

•Các thanh ghi tạm TMP1, TMP2 của khối ALU.

- Hệ thống đường Bus trao đổi thông tin, bao gồm hai loại bus: đường Bus dữliệu 8 bit (Data bus) và bus địa chỉ 16 bit (Address bus)

1.2 Khối ALU

ALU là một trong những thành phần chính của chip 8051 ALU chứa cáckhối logic thực hiện các phép tính số học và logic Các khối này có tên gọitương ứng như: bộ cộng, bộ trừ, bộ dịch, các so sánh, bù 2, tăng, giảm, phéplogic hoặc, phép logic và, XOR, đảo NOT, hoặc đảo NOR

ALU có 2 cổng vào (IN) và một cổng ra (OUT) Các cổng IN để nhận từ dữliệu vào ALU Cổng OUT để lấy kết quả xử lý dữ liệu của ALU ra ngoài Cáccổng IN đuợc nhớ đệm bằng các thanh ghi tạm thời TMP1 và TMP 2 Nhữngthanh ghi này làm nhiệm vụ nhận dữ liệu từ các nơi khác nhau bên trong chipthông qua bus dữ liệu bên trong và lưu giữ tạm thời dữ liệu cho hai cổng INtrong quá trình xử lý dữ liệu trong ALU Tương tự cổng OUT đuợc kết nối vớibus dữ liệu bên trong, do đó kết quả phép toán có thể được đưa tới các nơi khácnhau

1.3 Bộ nhớ Ram

a Cấu trúc tổng quảt

Sơ đồ khối 8051

Bộ nhớ Ram hay còn gọi là bộ nhớ dữ liệu, là nơi cung cấp các dữ liệu chochương trình phần mềm điều khiển hoạt động của chip Tùy vào từng dòng chiptrong họ 8051 bộ nhớ RAM có các dung lượng khác nhau Đối với dòng 8051như 89C51, 89S51 có dung lượng 128 byte, đối với dòng 8052 có dung lượng

256 byte

8051 có 128 byte RAM, 128 byte Ram bên trong này được gán địa chỉ từ 00đến 7FH, các ô nhớ này sẽ được truy cập trực tiếp như các ô nhớ có dung lượng

8 bit (vì 8051 là vi điều khiển 8 bit)

Các ô nhớ của Ram được cấu tạo từ 8 bit nhớ, đuợc đánh số thứ tự từ phảiqua trái lần lượt là D0 cho tới D7, trong đó D0 được gọi là bit có trọng số thấpnhất (LSB), D7 được gọi là bit có trọng số cao nhất (MSB) Do có dung lượng 8

dương thì một ô nhớ sẽ chứa giá trị từ 0 – 255, nếu giá trị là kí tự thì một ô nhớ

sẽ chứa được 256 kí tự trong bảng mã Ascii Một số ô nhớ trong vùng Ram cóthể được truy cập đến từng bit được gọi là vùng Ram địng địa chỉ theo bit

128 byte Ram trong 8051 được phân chia thành từng nhóm như sau:

32 byte, được dành làm các băng

thanh ghi và ngăn xếp

cộng 80 byte, được dùng để lưu

thông tin khi đọc và ghi, hay như

vẫn thường gọi là bảng nháp 80

byte Ram này thường được các lập

trình viên sử dụng để lưu dữ liệu và

tham số

b Băng thanh ghi của 8051

Như đã nói ở trên, tổng cộng 32 byte Ram được dành riêng cho các băngthanh ghi và ngăn xếp 32 byte này được chia thành 4 băng thanh ghi, mỗi băng

có 8 thanh ghi từ R0 đến R7 Các ngăn nhớ từ ô nhớ 0 đến 7 là băng 0 gồm 8thanh ghi R0-R7, trong đó R0 ơ ngăn nhớ 0, R1 ở ngăn nhớ 1,R2 ở ngăn nhớ 2 v.v Băng thanh ghi thứ hai (cũng từ R0 đến R7) bắt đầu từ ngăn nhớ 8 cho đếnngăn nhớ 0FH Băng thứ 3 bắt đầu từ ngăn nhớ 10H đến 17H và cuối cùng từngăn nhớ 18H đến 1FH là dùng cho băng thứ tư

c Băng thanh ghi mặc định

Như đã biết, các ngăn nhớ từ 00 đến 1F được dành cho bốn băng thanh ghi,vậy băng thanh ghi nào cần được truy cập mỗi khi 8051 được cấp nguồn? Câu

00 07 08 0F 10 17 18 1F 20 2F 30 7F

Băng thanh ghi 0 Băng thanh ghi 1 Băng thanh ghi 2 Băng thanh ghi 3 Ram định địa chỉ bit Ram bảng nháp

Tổ chức Ram của 8051

D0D1

D2D3

D4D5

D6D7

trả lời là băng thanh ghi 0 Đó là các ngăn nhớ Ram số 0,1,2,3,4,5,6 và 7 đượctruy cập với tên lập trình là R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6 và R7 Dĩ nhiên sử dụng tên

để truy cập ngăn nhớ thuận lợi hơn nhiều so với sử dụng trực tiếp các ngăn nhớđó

Ví dụ: Nội dung của các câu lệnh sau đều là chuyển giá trị 99H vào R0 củabăng thanh ghi 0

MOV 00, #99H (00 là địa chỉ của ô nhớ Ram 00)

MOV R0, #99H

d Chuyển băng thanh ghi

Như đã nói ở trên, băng thanh ghi 0 là mặc định khi 8051 được cấp nguồn.Chúng ta có thể chuyển sang các băng thanh ghi khác bằng cách sử dụng bit D3

và D4 của thanh ghi PSW

Bit D3 và D4 của thanh ghi PSW còn được viết dưới dạng PSW.3 và PSW.4

và chúng có thể được truy cập bằng các lệnh định địa chỉ theo bit như SETB vàCLR Ví dụ câu lệnh “SETB PSW.3” sẽ thiết lập PSW.3 lên 1 và chọn băngthanh ghi 1 thay băng thanh ghi mặc định

R0R1R2R3R4R5R6R7

R0R1R2R3R4R5R6

R76

F

16

101112131415

17

1E

18191A1B1C1D1F

Hình 2.3 Cấu trúc bộ nhớ chương trình

Hình 2.4 Địa chỉ các ngắt trên bộ nhớ chương trình

thực hiện chương trình ở vị trí 0000H Hình 2.4 mô tả địa chỉ ngắt mặc định trên

bộ nhớ chương trình Mối khi xảy ra ngắt, con trỏ của CPU sẽ nhảy đến đúng địa chỉ ngắt tương ứng và thực thi chương trình tại đó Ví dụ ngắt ngoài 0 sẽ có địa chỉ là 0003H, khi xảy ra ngắt ngoài 0 thì con trỏ chương trình sẽ nhảy đến đúng địa chỉ 0003H để thực thi chương trình tại đó Nếu trong chương trình ứng dụng không xử dụng đến ngắt ngoài 0 thì địa chỉ 0003H vẫn có thể dùng cho mục đích khác (sử dụng cho bộ nhớ chương trình) Bởi vậy khi lập trình bằng ngôn ngữ Assembly, phần đầu chương trình bao giờ cũng phải cho chương trình nhảy đến địa chỉ cao hơn địa chỉ chứa các ngắt và mã lệnh viết cho các ngắt thì phải viết đúng địa chỉ của các ngắt tương ứng

2 Trao đổi thông tin trong 8051

Mục tiêu

- Giải thích đuợc nguyên lý trao đổi thông tin giữa các thành phần bên trong họ 8051

RAM

ROMALU

Bus

Việc trao đổi thông tin bên trong vi điều khiển được thực hiện chủ yếu giữaALU với bộ nhớ chương trình ROM và bộ nhớ RAM, thông qua các khối điềukhiển, các thanh ghi và hệ thống bus nội bộ gồm bus địa chỉ và bus dữ liệu.

Bộ nhớ ROM là nơi lưu giữ nội dung chương trình điều khiển cho 8051 dướidạng các chuỗi số nhị phân Việc truy cập thông tin giữa ALU và ROM đượcthực hiện thông qua thanh ghi bộ đếm chương trình PC, thanh ghi địa chỉchương trình Program address register, thanh ghi con trỏ Dptr, bộ tăng giá trị PC(PC incrementer) Việc truy cập bộ nhớ dữ liệu được ALU thực hiện thông quathanh ghi địa chỉ Ram (Ram addr register)

Chương trình sau khi được soạn thảo, biên dịch và được nạp vào Rom sẽ tồntại vĩnh viễn, kể cả khi mất nguồn nuôi, còn dữ liệu trong Ram sẽ mất khi bị mấtnguồn nuôi Khi mới bật nguồn, thông qua thanh ghi địa chỉ chương trình, contrỏ PC sẽ xác định được địa chỉ bắt đầu của chương trình điều khiển, thông qua

hệ thống bus địa chỉ nội dung của câu lệnh sẽ được chuyển xuống thanh ghi lệnh(Instruction register) ALU sẽ đọc nội dung của thanh ghi lệnh và thực hiệnđúng nội dung của câu lệnh Trong quá trình thực hiện lệnh nếu cần lấy toánhạng trên Ram, ALU truy cập đến các ô nhớ Ram thông qua thanh ghi địa chỉRam Các toán hạng trước khi được đưa vào ALU xử lý tính toán được lưu trữtạm thời ở các thanh ghi tạm của ALU, sau khi thực hiện xong phép tính ALUtrả kết quả về các thanh ghi chứa kết quả hay thanh ghi tích lũy Acc

Các thành phần khác nhau trong 8051 đều sử dụng chung nguồn tài nguyênbus, do đó việc điều phối hoạt động của bus được thực hiện thông qua khối điềukhiển bus (Timing and Control) Khối điều khiển bus hoạt động nhịp nhàng theoxung nhịp của tần số thạch anh, khối điều khiển bus xác định thời điểm cácthành phần được phép trao đổi thông tin với ALU và trả kết quả ra ngoài Mỗimột câu lệnh được thực hiện mất một vài chu kì máy, đối với họ 8051 một chu lìmáy gồm 12 chu kì thạch anh Ví dụ nếu tần số dao động của thạch anh bằng11,0592Mhz, thì tần số chu kì máy bằng :

11,0592Mhz/12=921,6Khzhay nói cách khác chu kì máy sẽ bằng 1/921,6Khz= 1,085µs

Trong tập lệnh của 8051, mỗi lệnh sẽ có thời gian thực hiện khác nhau, cólệnh thực hiện mất một chu kì máy nhưng có lệnh thực hiện mất hai chu kì máy.Thời gian thực hiện lệnh phụ thuộc vào độ dài của câu lệnh và được nhà sảnxuất cung cấp Thông qua thời gian thực hiện lệnh người viết chương trình tínhđược thời gian để thực hiện một đoạn chương trình bằng bao nhiêu

3 Sơ đồ và ý nghĩa các chân của 89C51

Mục tiêu

- Giải thích đuợc tác dụng, chức năng của các chân IC họ 8051

3.1 Port0

Cổng P0 có 8 chân(từ 32 đến 39) Bình thường đây là cổng ra/ Để có thể vừalàm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi chân phải được nối tới một điện trở kéo10kΩ bên ngoài Sở dĩ như vậy là vì cổng P0 có dạng cực máng hở, đây là điểmkhác biệt so với cổng P1, P2, P3 Khái niệm cực máng hở cũng tương tự nhưnhư colectơ hở, tuy nhiên ở đây áp dụng cho các chip dạng MOS Ở mọi hệthống 8751, 89C51 hoặc DS5000 thì P0 luôn được nối với các điện trở kéo, vànhư vậy ta có được cổng vào ra(I/O) P0 Với các điện trở kéo ngoài, khi khởiđộng lại, cổng P0 được cấu hình làm cổng ra

Cổng P0 được sử dụng để ghép nối với thiết vị ngoại vi, khi ghép nối vớithiết bị ngoại vi ngoài cổng P0 vừa có chức năng gửi/nhận dữ liệu, vừa là cổnggửi/nhận địa chỉ

3.2 Port1

Cổng P1 cũng có 8 chân, từ chân 1 đến chân 8, và có thể sử dụng làm đầuvào hoặc ra, việc là cổng vào hay cổng ra phụ thuộc vào việc khai báo khi lậptrình cho cổng Khác với cổng P0, cổng P1 không cần đến điện trở kéo vì nó đã

có các điện trở kéo bên trong Khi Reset cổng P1 được cấu hình làm cổng ra.3.3 Port 2

Cổng P2 cũng có 8 chân từ chân 21 đến 28, và có thể được sử dụng vừa làmđầu vào hoặc đầu ra phụ thuộc vào việc lập trình khai báo cho cổng Cũng giốngnhư P1, cổng P2 không cần điện trở kéo vì bên trong đã có các điện trở kéo KhiReset, thì cổng P2 được

cấu hình làm đầu ra

Hình dáng và sơ đồ chân của 8051

Cổng P2 được sử dụng để ghép nối với các thiết bị ngoại vi bên ngoài, khighép nối với thiết bị ngoại vi ngoài, cổng P2 được sử dụng làm cổng gửi haynhận địa chỉ với thiết bị ngoại vi.

3.4 Port 3

Cổng P3 chiếm 8 chân, từ chân 10 đến chân 17 Cổng này có thể được sửdụng làm đầu vào hoặc đầu ra Cũng như P1 và P2, cổng P3 không cần điện trởkéo Khi Reset, cổng P3 được cấu hình làm một cổng ra, tuy nhiên đây khôngphải là ứng dụng chủ yếu Cổng P3 có thêm một chức năng quan trọng khác làcung cấp một số tín hiệu đặc biệt, chẳng hạn như ngắt

Bit P3.0 và P3.1 được dùng để thu và phát dữ liệu trong truyền thông nốitiếp Bit P3.2 và P3.3 được dùng cho ngắt ngoài Bit P3.4 và P3.5 được dùngcho các bộ định thời 0 và 1 Bit P3.6 và P3.7 dùng để ghi đọc với bộ nhớ ngoài.3.5 Chân chốt địa chỉ ALE

Do bộ đếm PC của 8031/8051 là 16bit nên có thể truy cập được 64Kbyte Ở8031/8051, cổng P0 và P2 cung cấp địa chỉ 16 bit để truy cập tới bộ nhớ ngoài,trong đó, P0 cấp 8bit địa chỉ thấp là A0-A7, còn P2 cấp 8 bit địa chỉ cao từ A8-A15 Một nhiệm vụ quan trọng nữa đó là P0 còn được dùng để cấp bus dữ liệu 8bit D0-D7 Như vậy, các chân P0.0-P0.7 vừa được dùng để làm bus địa chỉ vừađược dùng làm bus dữ liệu Cách tổ chức như vậy được gọi là dồn kênh dữliệu/địa chỉ chỉ là để tiết kiệm số chân của vi mạch 8031/8051 Vậy làm thế nào

để biết được khi nào thì P0 được dùng làm Bus dữ liệu khi nào làm Bus địa chỉ

Đó là nhiệm vụ của chân cho phép chốt địa chỉ ALE để chốt địa chỉ (H), phươngpháp mở rộng địa chỉ như vậy được gọi là phân kênh dữ liệu/địa chỉ

Bình thương ALE = 0 cổng P0 được dùng làm bus dữ liệu Nhưng nếu8031/8051 muốn dùng P0 làm bus địa chỉ thì cần nối bus địa chỉ A0-A7 vào cácchân của P0 và kích hoạt ALE=1 để báo trên P0 có địa chỉ

3.6 Chân truy suất Rom ngoài

Một tín hiệu quan trọng khác của 8031/8051 là cho phép cất chương trìnhPSEN(Program Store Enable) Đây là tín hiệu ra và được nối với chân OE của

bộ nhớ ROM Như vậy, để truy cập bộ nhớ ROM bên ngoài thì 8031/8051 sửdụng tín hiệu PSEN Cần nhấn mạnh đến vai trò của EA và PSEN khi ghép nối8031/8051 với ROM ngoài Khi chân EA được nối đất thì 8031/51 nạp mã lệnh

từ ROM ngoài vào thông qua chân PSEN Khi EA= Vcc, chip không kích hoạtchân PSEN, điều này báo rằng mã lệnh đặt ở ROM trên chip

3.7 Chân Reset

Reset là chân khởi động lại chip, đó là chân vào số 9, mức tích cực cao, bìnhthường ở mức thấp Khi có xung đặt tới chân này thì bộ vi điều khiển sẽ kết thúcmọi hoạt động hiện tại và tiến hành khởi động lại Quá trình xảy ra hoàn toàntương tự như khi bật nguồn Khi Reset, mọi giá trị trên các thanh ghi sẽ bị xóa.Lưu ý rằng khi Reset giá trị của bộ đếm chương trình PC sẽ bằng 0, và nhưvậy CPU nhận mã lệnh đầu tiên tại địa chỉ 0000 của bộ nhớ ROM Do đó, tại địachỉ này phải có lệnh đầu tiên chương trình nguồn ROM

Để Reset có hiệu quả, chân RST cần duy trì trạng thái tích cực mức cao tốithiểu 2 chu kỳ máy

3.8 Các chân XTAL1 và XTAL2

XTAL1 và XAL2 là các chân vào của bộ dao động thạch anh ngoài 8051 cómột bộ tạo dao động trên chip nhưng vẫn cần một bộ tạo dao dộng đồng hồ bênngoài chip để kích hoạt Bộ dao động thạch anh ngoài được nối với các chânXTAL1(chân 19) và XTAL2(chân 18) Khi mắc dao động thạch anh, phải có hai

tụ điện 30pF, một đầu mỗi tụ nối với XTAL1 và XTAL2 còn đầu kia nối đất

Cần lưu ý rằng họ 8051 có nhiều phiên bản tốc độ khác nhau Tốc độ đượchiểu là tần số cực đại của bộ dao động nối tới chân XTAL1, ví dụ chip 20MHz,12MHz hoặc thấp hơn Dao động đồng hồ ngoài không nhất thiết là bộ dao độngthạch anh mà cũng có thể dùng bộ dao động TTL Khi đó bộ dao động được nốitới chân XTAL1, còn chân XTAL2 để hở

4 Các thanh ghi đặc biệt

là 64Kbyte Tuy nhiên, không

phải tất cả mọi thành viên của

8051 đều có đủ 64k byte ROM trên chip Vấn đề tiếp theo là khi bắt đầu bậtnguồn thì địa chỉ khởi đầu được bắt đầu từ đâu

b Địa chỉ bắt đầu của bộ đếm chương trình khi 8051 được cấp nguồn

Mỗi họ vi điều khiển khi bật nguồn đều được bắt đầu từ những địa chỉ khácnhau Đối với họ 8051 thì địa chỉ bắt đầu đều từ 0000 Nói cách khác khi 8051được cấp nguồn, thì bộ đếm chương trình có giá trị 0000 Điều này có nghĩa là

nó sẽ thực hiện mã lệnh đầu tiên được lưu ở địa chỉ ROM 0000H Tại sao lại ở

vị trí lệnh đầu tiên 0000H của bộ nhớ ROM ? Đó là nhờ chỉ dẫn ORG khi soạnthảo chương trình phần mềm, điều này sẽ nói rõ hơn trong bài sau

c Mã chương trình ở ROM

Để hiểu rõ hơn về bộ đếm chương trình, chúng ta sẽ xem xét hoạt động của

bộ đếm chương trình mỗi khi nhận và thực hiện lệnh Trước hết, chúng ta khảosát một lần nữa tệp liệt kê của chương trình mẫu ở ROM Như có thể thấy, mãlệnh và toán hạng của từng lệnh được liệt kê ở bên trái của tệp liệt kê

Địa chỉ ROM Ngôn ngữ máy Chương trình hợp

ngữ

Nội dung câu lệnh

0000H

FFFH

Mã chương trình trong ROMCon trỏ chương trình

PC

quả lưu vào A

quả lưu vào A

0008 2412 ADD A,#12H Cộng A với 12H, kết

quả lưu vào A

HERE

Đứng nguyên tại nhãn Here(SJMP là lệnh nhảy không điều kiện)

Sau khi chương trình được soạn thảo biên dịch và được nạp vào ROM của họ

8051 như 89C51, DS50000 thì mã lệnh và toán hạng được đặt luôn bắt đầu từđịa chỉ 0000H Tại địa chỉ 0000 có mã 7D là mã lệnh chuyển một giá trị vàothanh ghi R5, còn địa chỉ 0001 chứa toán hạng (giá trị 25H) cần được chuyểnvào R5 Do vậy, lệnh “MOV R5,#25H” có mã là “7D25” trong đó 7D là mãlệnh, còn 25 là toán hạng Tương tự, mã máy “7F34” được ghi ở địa chỉ 0002 và

0003 biểu diễn mã lệnh và toán hạng của lệnh “MOV R7,#34H” Cũng như vậy,

mã máy “7400” tại địa chỉ 0004 và 0005 la biểu diễn lệnh “MOV A,#0” Ô nhớ

0006 có mã 2D là mã lệnh của “ADD A,R5”, còn ô nhớ 0007 có nội dung 2F là

mã lệnh của “ADD A,R7” Mã lệnh của “ADD A,#12H” được đặt ở ô nhớ 0008

và toán hạng 12H được đặt ở ô nhớ 0009 Ô nhớ 000A có mã lệnh của lệnhSJMP và địa chỉ đích của nó được đặt ở ô nhớ 000B

0002, tại đây có chứa mã 7F là mã lệnh chuyển mộ toán hạng vào R7 ( MOVR7, )

2 Khi thực hiện mã lệnh 7F thì giá trị 34H được chuyển vào R7 sau đó PC đượctăng lên 0004

3 Ô nhớ 0004 chứa mã lệnh của “MOV A, 0” Lệnh này được thực hiện và sau

đó PC tăng lên 2 đơn vị: PC=0006 Lưu ý tất cả các lệnh trên đều là những lệnh

2 BYTE nghĩa là mỗi lệnh chiếm 2 ô nhớ

Địa chỉ Nội

dung 0B

0A

09

08

Bắt đầu SP=07

4 Với PC=0006, bộ đếm chương trình trỏ đến lệnh kế tiếp là “ADD A,R5” Đây

là lệnh một byte, sau khi thực hiện lệnh PC=0007

5 Ngăn nhớ 0007 chứa mã 2F là mã lệnh của “ADD A,R7” Đây cũng là lệnhmột byte, sau khi thực hiện lệnh, PC được tăng lên 0008 Quá trình này cứ tiếptục cho đến khi tất cả mọi lệnh đều được nhận và thực hiện

Khi 8051 được cấp nguồn thì SP chứa giá trị 07, có nghĩa là ngăn nhớ 08 củaRAM là ngăn nhớ đầu tiên được dùng làm ngăn xếp Mỗi lần lưu thanh ghi vàongăn xếp được gọi là cất và lệnh tương ứng là PUSH, còn ngược lại, mỗi lần nạpnội dung ngăn xếp trở lại thanh ghi được gọi lấy ra và lệnh tương ứng là POP

Để hiểu thêm về quá trình làm việc của ngăn xếp chúng ta sẽ xem xét các lệnhPUSH và POP dưới đây

c Cất thanh ghi vào ngăn xếp

Ở 8051 con trỏ ngăn xếp luôn trỏ đến ngăn nhớ sử dụng cuối cùng (gọi làđỉnh ngăn xếp) Khi cất dữ liệu vào ngăn xếp thì con trỏ ngăn xếp được tăng lên

1 Xét ví dụ dưới đây:

d Lấy nội dung từ ngăn xếp

Lấy nội dung từ ngăn xểp trở lại thanh ghi là quá trình ngược với cất nộidung thanh ghi vào ngăn xếp Mỗi lần lấy ra thì byte trên đỉnh ngăn xếp đượcsao vào thanh ghi được xác định trong lệnh và con trỏ ngăn xếp giảm xuống 1

Ví dụ câu lệnh sau lấy nội dung đỉnh của ngăn xếp mà con trỏ SP đang trỏ tớicất vào R3

POP 3 ; lấy ngăn xếp trở lại R3

e Giới hạn trên của ngăn xếp

Như đã nói ở trên, các ngăn nhớ RAM từ 08 đến 1FH có thể được dùng làmngăn xếp Và khi đó, các ngăn nhớ RAM từ 20H đến 2FH dành cho bộ nhớ địnhđịa chỉ bit và không thể dùng làm ngăn xếp Nếu trong một chương trình cần có

Địa chỉNội dung0B0A0912 0825SP = 09

Sau Push 1

Địa chỉNội dung0B0AF30912

0825SP = 0A

Sau Push 4 Địa chỉNội

dung0B0A0908 25SP =08 Sau Push 6

ngăn xếp lớn hơn 24byte thì ta có thể đổi SP trỏ tới các ngăn nhớ 30 đến 7FH.Điều này được thực hiện bởi lệnh “MOV SP,#XX”.

f Lệnh Call và ngăn xếp

Ngăn xếp, ngoài việc dùng để lưu cất nội dung các thanh ghi thì còn đượcCPU sử dụng để lưu cất tạm thời địa chỉ của lệnh đứng ngay sau lệnh CALL.Nhờ vậy mà CPU biết được địa chỉ quay về sau khi thực hiện xong chương trìnhcon

4.3 Thanh ghi tích lũy A

Thanh ghi A được gọi là thanh ghi tích lũy, hay còn gọi là thanh ghi trunggian có mặt trong hầu hết các câu lệnh của 8051 Thanh ghi A là thanh ghi lưutrữ tạm thời kết quả trong các phép tính số học, logic và trong một số các câulệnh khác

Ví dụ:

ADD A, #F5H ; cộng nội dung thanh ghi A với F5H kết quả lưu vào thanh ghiA

4.4 Thanh ghi từ trạng thái PSW

a Thanh ghi từ trạng thái PSW

D2D3

D4D5

D6D7

b Lệnh ADD và PSW

Bây giờ ta xem xét tác động của lệnh ADD chủ yếu tác động lên 3 bit CY,

AC và P của thanh ghi PSW

Hãy xác định trạng thái các bit cờ CY,AC và P sau lệnh cộng 38H với 2FH:

Ví dụ:

MOVX A, @DPTR ; chuyển nội dung của ô nhớ của bộ nhớ ngoài có địa chỉlưu trong DPTR vào thanh ghi A

38 00111000+ 2F 00101111

= 67 01100111

MOVC A, @A+DPTR ; chuyển nội dung của ô nhớ được lưu trong không gianROM trong của 8051 có địa chỉ A+DPTR vào thanh ghi A.

4.6 Các thanh ghi PORT

8051 có 4 cổng I/O(Vào/Ra) lần lượt từ P0 – P3, tương ứng với mỗi cổng làcác thanh ghi đệm cổng từ Port0 - Port3 Các thanh ghi đệm cổng được dùng đểchứa dữ liệu trước khi các cổng xuất ra ngoài, hay được dùng để chứa dữ liệu viđiều khiển tiếp nhận từ thiết bị ngoại vi vào trước khi dữ liệu được đưa đến cácthanh ghi khác xử lý Các thanh ghi cổng được gọi khi trong các lệnh xuất hiệntên các cổng, ví dụ lệnh MOV P0,#0xFF chuyển giá trị 0XFF ra cổng P0 Khigặp lệnh này giá trị 0xFF sẽ được chuyển vào thanh ghi cổng Port0 sau đó mớiđược chuyển ra ngoài các chân của cổng P0(P0.0-P0.7)

5 Nguyên lý hoạt động của mạch Reset

Mục tiêu

Giải thích đuợc nguyên lý hoạt động, tác dụng của mạch Reset

Chân RESET (RST): chân 9 Ngõ vào RST là ngõ xóa chính (master reset) của8051dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu của hệ thống Ngõ vào tín hiệu phàiđưa lên mức cao ít nhất 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp nhữnggiá trị thích hợp đề khởi động lại hệ thống

BÀI 3 TẬP LỆNH CỦA 8051

Mã bài: MĐ28.03 Giới thiệu :

Trong bài học này trình bày về ngôn ngữ assembly, bố cục của các chương

trình viết bằng ngôn ngữ assembly.

Mục tiêu:

- Giải thích đuợc công dụng của các câu lệnh thuộc tập lệnh của họ 8051.

- Nẳm bắt đuợc cách tổ chức, bố cục của một phần mềm viết bằng ngôn ngữ assembly.

Nội dung:

1 Tổng quan về ngôn ngữ assembly

Mục tiêu

Giới thiệu tổng quan về ngôn ngữ assembly

8051 chỉ có thể tính toán được trên các số nhị phân và với tốc độ rất cao Tuynhiên, đối với con người nếu phải lập trình với các số nhị phân thì thật nhàmchán và chậm chạp Chương trình chỉ gồm các số 0 và 1 là ngôn ngữ máy

Thời kỳ đầu của máy tính, các lập trình viên phải viết chương trình dưới dạngngôn ngữ máy, Mặc dù số thập lục phân (số Hexa) đã biểu diễn khá hiệu quả sốnhị phân, song làm việc trên mã máy vẫn còn là công việc nặng nhọc đối vớicon người Cuối cùng, hợp ngữ đã được xây dựng, trong đó có sử dụng các từgợi nhớ và cùng với những đặc tính khác nữa, hợp ngữ đã giúp cho công việclập trình dễ dàng hơn và ít lỗi hơn Thuật ngữ từ gợi nhớ hay từ gợi thường được

sử dụng trong các tài liệu kỹ thuật máy tính để chỉ các mã lệnh và từ viết tắttương đối dễ nhớ Các chương trình hợp ngữ cần được dịch ra dạng mã máy nhờmột chương trình được gọi là trình hợp dịch Hợp ngữ được coi là ngôn ngữ bậcthấp vì nó có quan hệ trực tiếp với cấu trúc bên trong của CPU Để lập trình hợpngữ, lập trình viên cần nắm vững tất cả các thanh ghi của CPU, kích thước củachúng cũng như các chi tiết liên quan khác

2 Cấu trúc câu lệnh và chương trình viết bằng assembly

Mục tiêu

- Giải thích đuợc các thành phần của một câu lệnh viết bằng assembly.

- Nắm rõ bố cục, cách tổ chức của một phần mềm viết bằng ngôn ngữ assembly.

2.1 Cấu trúc câu lệnh assemby

Một chương trình hợp ngữ bao gồm một chuỗi các dòng lệnh hợp ngữ, mộtlệnh hợp ngữ có một từ gợi nhớ, và tùy theo từng lệnh mà sau đó có một hoặchai toán hạng Từ gợi nhớ là lệnh yêu cầu CPU thực hiện còn các toán hạng làcác dữ liệu cần thao thác

Chương trình trong ví dụ trên là một chuỗi các câu lệnh hay dòng lệnh, trong

đó có các lệnh hợp ngữ như ADD và MOV đi cùng với các chỉ dẫn Lệnh hợpngữ luôn yêu cầu CPU phải thực thi một nhiệm vụ, còn chỉ dẫn có nhiệm vụhướng dẫn cho hợp ngữ chứ không yêu cầu CPU thực hiện hành động nào Ở ví

dụ trên ADD và MOV là lệnh, còn ORG và END là chỉ dẫn hợp ngữ ORGhướng dẫn hợp ngữ bố trí mã lệnh bắt đầu từ ngăn nhớ 0, còn END là thông báo

ORG 0x00 ; Khai báo địa chỉ ô nhớ bắt đầu của phần mềm trong không gian ROM

MOV R5,#25H ; Nạp 25H vào R5

MOV R7, #34H ; Nạp 34H vào R7

MOV A, #0 ; Nạp 0 vào thanh ghi A

ADD A,R5 ; Cộng nội dung R5 vào A(A=A+R5)

ADD A,R7 ; Cộng nội dung R7 vào A

ADD A,#12H ; Cộng giá trị của 12H vào A

Here: SJMP Here; Ở lại nhãn Here

END ; Kết thúc

Ví dụ về chương trình hợp ngữ

cho hợp ngữ biết chương trình được kết thúc Như vậy, một chươgn trình hợpngữ luôn được bắt đầu và kết thúc bằng các chỉ dẫn.

Nói chung, lệnh hợp ngữ có cấu trúc gồm 4 trường sau

[Nhãn:] [Từ gợi nhớ] [Các toán hạng] [ ; Chú giải]

Dấu ngoặc vuông là tùy chọn, do vậy không phải dòng lệnh nào cũng có đủ 4trường như trên Có mấy điểm cần lưu ý như sau:

- Trường nhãn cho phép chương trình tham chiếu đến một dòng lệnh bằng tênnhãn Tên nhãn có độ dài tối đa được qui định Cần kiểm tra độ dài tối đa chophép khi viết chương trình hợp ngữ

- Từ gợi nhớ lệnh và các toán hạng là các trường kết hợp với nhau để thực hiệncác nhiệm vụ của chương trình Ở các lệnh:

ADD A,B MOV A,#67thì ADD và MOV là các từ gợi nhớ (hay câu lệnh), còn “A,B” và “A,#67” lànhững toán hạng Ở hai trường “từ gợi nhớ” và “toán hạng” có thể là các chỉ dẫnhợp ngữ Nên nhớ các chỉ dẫn không tạo ra mã lệnh nào và chúng chỉ cần chotrình hợp dịch Ngược lại, các lệnh thì đựoc dịch ra mã máy để CPU thực hiện

- Trường chú giả luôn được bắt đầu bằng dấu chấm phẩy “;” Chú giải có thể bắtđầu ở đầu dòng hoặc giữa dòng Chú giải được trình hợp dịch bỏ qua, nhưng lạicần thiết cho các lập trình viên Chú giải là phần tùy chọn, tuy vậy, lập trình viênnên dùng để mô tả chương trình nhằm giúp cho người khác đọc và hiểu chươngtrình dễ dàng hơn

- Về nhãn Here của chương trình: Sau mỗi nhãn tham chiếu đến một lệnh có dấuhai chấm “:” Ở lệnh nhảy ngắn SJMP, thì 8051 sẽ lặp vô hạn vòng lặp này Nếu

hệ thống có chương trình giám sát thì sẽ không cần đến vòng lặp này và có thểxóa khỏi chương trình

2.2 Cấu trúc chương trình viết bằng assembly

Một chương trình viết bằng assembly là một tập hợp một chuỗi các câu lệnhhợp ngữ được viết theo một bố cục nhất định Khởi đầu chương trình hợp ngữđuợc đánh dấu bằng chỉ dẫn ORG để xác định địa chỉ xuất phát của phần mềmtrong không gian bộ nhớ ROM và kết thúc bằng chỉ dẫn END Một chương trìnhhợp ngữ thường được tổ chức thành chương trình chính và các chương trình con.Chương trình chính thường chứa các khai báo phần cứng của 8051, khai báo

sử dụng thuộc tính nào của phần cứng Các chương trình con dùng để thực hiệnmột công việc đơn lẻ nào đó trong tổng thể một chương trình lớn gồm nhiều cáccông việc khác nhau.Việc phân chia bố cục chương trình theo chương trìnhchính và chương trình con giúp chương trình trở lên rõ ràng, thuận tiện hơn choviệc theo dõi, xây dựng phần mềm lớn

ORG 0x00

main:

- các câu lệnh trong chương trình chính

- gọi chương trình con(Acall, Lcall…v.v)

here: Sjmp here ; duy trì vòng quét chương trình chính

;============================================

chương _trinh_con1:

- Nội dung chương trình con

Ret ; viết tắt của Return quay lại chương trình chính sau khi kết thúc chương trình con

2.3 Chương trình soạn thảo và biên dịch ngôn ngữ assembly

Câu hỏi đặt ra là là chương trình được viết, hợp dịch và chạy thế nào? Trình tựthực hiện có thể như sau:

- Trước hết, cần sử dụng một trình soạn thảo để viết được chương trình chính, ví

dụ như chườn trình 2.1 Có nhiều trình soạn thảo tuyệt vời, trong số đó có thể kểđến như EDIT của MS-DOS, Read51 của Rigel Lưu ý là trình soạn thảo phảitạo ra tệp mã ở dạng Text theo ký tự ASCII, còn phần mở rộng của tệp nguồnphải là “asm” hay “src” tùy theo trình hợp dịch sử dụng

- Tệp nguồn có phần mở rộng “asm” được tạo ra ở bước 1 sẽ được chương trìnhhợp ngữ của 8051 hợp dịch Trình hợp dịch sẽ dịch các lệnh của tệp tin nguồn ra

mã máy và tạo ra tệp đối tượng, tệp liệt kê với phần mở rộng tương ứng là “obj”

và “lst”

- Bước thứ ba gọi là liên kêt Trình liên kết sẽ liên kết một hoặc nhiều tệp đốitượng để tạo ra tệp đối tượng tuyệt đối có phần mở rộng “abs”

- Tiếp theo, tệp “abs” được cấp cho chương trình chuyển tệp đối tượng về dạng

số Hexa gọi là “OH” để tạo ra tệp mới có phần mở rộng là “Hexa” để có thể nạpvào ROM, Chương trình này có ở mọi bộ hợp dịch của 8051

3 Các kiểu đánh địa chỉ của 8051

Các chế độ đánh địa chỉ khác nhau của bộ vi xử lý được xác định như nóđược thiết kế và do vậy người lập trình không thể tự đánh địa chỉ, các chế độ địachỉ khác nhau bao gồm :

1 Tức thời

2 Theo thanh ghi

3 Trực tiếp

4 Gián tiếp qua thanh ghi

5 Theo chỉ số

3.1 Chế độ địa chỉ tức thời

Trong chế độ đánh địa chỉ này toán hạng nguồn là một hằng số Và như têngọi của nó thì khi một lệnh được hợp dịch toán hạng đi tức thi ngay sau mã lệnh Lưu ý rằng trước dữ liệu tức thời phải được đặt dấu (#) chế độ đánh địa chỉnày có thể được dùng để nạp thông tin vào bất kỳ thanh ghi nào kể cả thanh ghicon trỏ dữ liệu DPTR Ví dụ:

Mặc dù thanh ghi DPTR là 16 bit nó cũng có thể được truy cập như 2 thanhghi 8 bit DPH và DPL trong đó DPH là byte cao và DPL là byte thấp Xét đoạn

Ta có thể dùng chỉ lệnh Equ để truy cập dữ liệu tức thời như sau

3.2 Chế độ địa chỉ thanh ghi

Chế độ đánh địa chỉ theo thanh ghi liên quan đến việc sử dụng các thanh ghi

để dữ liệu cần được thao tác các ví dụ về đánh địa chỉ theo thanh ghi như sau:

MOV R2, A ; Sao nội dung thanh ghi A vào thanh ghi R2

Cũng nên lưu ý rằng các thanh ghi nguồn và đích phải phù hợp về kíchthước Hay nói cách khác, nếu viết “ MOV DPTR, A” sẽ cho một lỗi vì nguồn làthanh ghi 8 bit và đích lại là thanh ghi 16 bit Xét đoạn mã sau:

Trong hai chế độ đánh địa chỉ đầu tiên, các toán hạng có thể hoặc ở bên trongmột trong các thanh ghi hoặc được gắn liền với lệnh Trong hầu hết các chươngtrình dữ liệu cần được xử lý thường ở trong một số ngăn của bộ nhớ RAM hoặctrong không gian mà của ROM Có rất nhiều cách để truy cập dữ liệu này màphần tiếp theo sẽ xét đến

3.3 Chế độ địa chỉ trực tiếp

a Tổng quan

Như đã nói ở chương 2 trong 8051 có 128 byte bộ nhớ RAM Bộ nhớ RAMđược gán các địa chỉ từ 00 đến FFH và được phân chia như sau:

1 Các ngăn nhớ từ 00 đến 1FH được gán cho các băng thanh ghi và ngăn xếp

2 Các ngăn nhớ từ 20H đến 2FH được dành cho không gian đánh địa chỉ theobit để lưu các dữ liệu 1 bit

3 Các ngăn nhớ từ 30H đến 7FH là không gian để lưu dữ liệu có kích thước1byte

Mặc dù toàn bộ byte của bộ nhớ RAM có thể được truy cập bằng chế độđánh địa chỉ trực tiếp, nhưng chế độ này thường được sử dụng nhất để truy cậpcác ngăn nhớ RAM từ 30H đến 7FH Đây là do một thực tế là các ngăn nhớdành cho băng ghi được truy cập bằng thanh ghi theo các tên gọi của chúng làR0 - R7 còn các ngăn nhớ khác của RAM thì không có tên như vậy Trong chế

độ đánh địa chỉ trực tiếp thì dữ liệu ở trong một ngăn nhớ RAM mà địa chỉ của

nó được biết và địa chỉ này được cho như là một phần của lệnh Khác với chế

độ đánh địa chỉ tức thì mà toán hạng tự nó được cấp với lệnh Dấu (# 0 là sựphân biệt giữa hai chế độ đánh địa chỉ Xét các ví dụ dưới đây và lưu ý rằng cáclệnh không có dấu (#):

R0

MOV 56H, A ; Lưu nội dung thanh ghi A vào ngăn nhớ 56H của

RAM

MOV R4, 7FH ; Chuyển nôi dung ngănnhớ 7FH của RAM vào

R4

Như đã nói ở trước thì các ngăn nhớ trừ 0 đến 7 của RAM được cấp cho bằng

0 của các thanh ghi R0 - R7 Các thanh ghi này có thể được truy cập theo 2 cáchnhư sau:

ghi R4 vào AMOV A, R4

thanh ghi AMOV A,R7

Để nhấn mạnh sự quan trọng của dấu (#) trong các lệnh của 8051 Xét các

mã cho sau đây:

không hợp lệ

Mặc dù sử dụng các tên R0 - R7 dễ hơn các địa chỉ bộ nhớ của chúng nhưngcác ngăn nhớ 30H đến 7FH của RAM không thể được truy cập theo bất kỳ cáchnào khác là theo địa chỉ của chúng vì chúng không có tên

b Các thanh ghi SFSR và các địa chỉ của chúng

Trong các thanh ghi được nói đến từ trước đến giờ ta thấy rằng các thanh ghi R0

- R7 là một phần trong 128 byte của bộ nhớ RAM Vậy còn các thanh ghi A, B,PSW và DPTR là một bộ phận của nhóm các thanh ghi nhìn chung được gọi làcác thanh ghi đặc biệt SFR (Special Funtion Register) Có rất nhiều thanh ghivới chức năng đặc biệt và chúng được sử dụng rất rộng rãi mà ta sẽ trình bày ởcác chương sáu Các thanh ghi FR có thể được truy cập theo tên của chúng (mà

dễ hơn rất nhiều) hoặc theo các địa chỉ của chúng Ví dụ địa chỉ của thanh ghi A

là EOH và thanh ghi B là FOH như cho ở trong bảng 5.1 Hãy để ý đến nhữngcặp lệnh có cùng ý nghĩa dưới đây:

MOV 0F0, R0 ; Sao nội dung thanh ghi R0 vào B

Bảng 3.l dưới đây liệt kê các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR của 8051 và các địa chỉ của chúng Cần phải lưu ý đến hai điểm sau về các địa chỉ của SFR:

1 Các thanh ghi SFR có địa chỉ nàm giữa 80H và FFH các địa chỉ này ở trên80H, vì các địa chỉ từ 00 đến 7FH là địa chỉ của bộ nhớ RAM bên trong 8051

2 không phải tất cả mọi địa chỉ từ 80H đến FFH đều do SFH sử dụng, nhưng

vị trí ngăn nhớ từ 80H đến FFH chưa dùnglà để dữ trữ và lập trình viên 8051cũng không được sử dụng

Bảng 3.1: Các địa chỉ của thanh ghi chức năng đặc biệt SFR

PCON Điều khiển công suất 87H

*Các thanh ghi có thể đánh địa chỉ theo bit

Xét theo chế độ đánh địa chỉ trực tiếp thì cần phải lưu ý rằng giá trị địa chỉđược giới hạn đến 1byte, 00 - FFH Điều này có nghĩa là việc sử dụng của chế

độ đánh địa chỉ này bị giới hạn bởi việc truy cập các vị trí ngăn nhớ của RAM

và các thanh ghi với địa chỉ được cho bên trong 8051

c Ngăn xếp và chế độ đánh địa chỉ trực tiếp

Một công dụng chính khác của chế độ đánh địa chỉ trực tiếp là ngăn xếp.Trong họ 8051 chỉ có chế độ đánh địa chỉ trực tiếp là được phép đẩy vào ngănxếp Do vậy, một lệnh như “PVSH A” là không hợp lệ Việc đẩy thanh ghi Avào ngăn xếp phải được viết dưới dạng “PUSH 0E0H” với 0E0H là địa chỉ củathanh ghi A Tương tự như vậy để đẩy thanh ghi R3 rãnh 0 vào ngăn xếp ta phảiviết là “PUSH 03” Chế độ đánh địa chỉ trực tiếp phải được sử dụng cho cả lệnhPOP Vì dụ “POP 04” sẽ kéo đỉnh của ngăn xếp vào thanh ghi R4 rãnh 0

Ví dụ 5.2:

Trình bày mã để đẩy thanh ghi R5, R6 và A vào ngăn xếp và sau đó kéochùng ngược trở lại R2, R3 và B tương ứng

Lời giải:

3.4 Chế độ địa chỉ gián tiếp thành ghi

a Tổng quan

Trong chế độ này, một thanh ghi được sử dụng như một con trỏ đến dữ liệu Nếu dữ liệu ở bên trong CPU thì chỉ các thanh ghi R0 và R1 được sử dụng cho mục đích này Hay nói cách khác các thanh ghi R2 - R7 không có thể dùng được

để giữ địa chỉ của toán hạng nằm trong RAM khi sử dụng chế độ đánh địa chỉ này khi Ro và R1 được dùng như các con trỏ, nghĩa là khi chúng giữ các địa chỉ của các ngăn nhớ RAM thì trước chúng phải đặt dấu (@) như chỉ ra dưới đây

MOV A, @ R0 ; Chuyển nội dung của ngăn nhớ RAM có địa chỉ

trong RO và A MOV @ R1, B ; Chuyển nội dung của B vào ngăn nhớ RAM có

địa chỉ ở R1

Lưu ý rằng R0 cũng như R1 luôn có dấu “@” đứng trước Khi không có dấu này thì đó là lệnh chuyển nội dung các thanh ghi Ro và R1 chứ không phải dữ liệu ngăn nhớ mà địa chỉ có trong R0 và R1

chỉ

MOV @R0, A ; Sao chép A vào vị trí ngăn nhớ RAM do R0 chỉ

MOV @R0, A

c)

AGAIN: MOV @R0, A ; Sao chép A vào vị trí ngăn nhớ RAM do Ro chi

đến

b Ưu điểm của chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi.

Một trong những ưu điểm của chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi là nó làmcho việc truy cập dữ liệu năng động hơn so với chế độ đánh địa chỉ trực tiếp

Ví dụ 5.3 trình bày trường hợp sao chép giá trị 55H vào các vị trí ngăn nhớcủa RAM từ 40H đến 44H

Lưu ý rằng lời giải b) có hai lệnh được lặp lại với một số lần Ta có thể tạo ravòng lặp với hai lệnh này như ở lời giải c) Lời giải c) là hiệu quả nhất và chỉ cóthể khi sử dụng chế độ đánh địa chỉ gián tiếp qua thanh ghi Vòng lặp là khôngthể trong chế độ đánh địa chỉ trực tiếp Đây là sự khác nhau chủ yếu giữa đánhđịa chỉ trực tiếp và gián tiếp

DJNZ R7, AGAiN ; Lặp lại cho đến khi bộ đếm = 0

Một ví dụ về cách sử dụng cả R0 và R1 trong chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi khi truyền khối được cho trong ví dụ 5.5

c Hạn chế của chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi trong 8051.

Như đã nói ở phần trước rằng R0 và R1 là các thanh ghi duy nhất có thể đượcdùng để làm các con trỏ trong chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi Vì R0 vàR1 là các thanh ghi 8 bit, nên việc sử dụng của chúng bị hạn chế ở việc truy cậpmọi thông tin trong các ngăn nhớ RAM bên trong (các ngăn nhớ từ 30H đến7FH và các thanh ghi SFR) Tuy nhiên, nhiều khi ta cần truy cập dữ liệu đượccắt trong RAM ngoài hoặc trong không gian mã lệnh của ROM trên chip Hoặc

là truy cập bộ nhớ RAM ngoài hoặc ROM trên chíp thì ta cần sử dụng thanh ghi

Ví dụ 5.6:

Giả sử từ “VSA” được lưu trong ROM có đĩa chỉ bắt đầu từ 200H và chươngtrình được ghi vào ROM bắt đầu từ địa chỉ 0 Hãy phân tích cách chương trìnhhoạt động và hãy phát biểu xem từ “VSA” sau chương trình này được cất vàođâu?

Lời giải:

trình

INC DPTR ; DPTR = 202 con trỏ chỉ đến ký tự sau

đó

ORG 200H ; Dữ liệu được đốt trong không gian mã lệnh tại địa chỉ200H

tự “S” Sau khi chương trình này chạy ta có R0 = 55H, R1 = 53H và R2 = 41H

là các mã ASCII của các ký tự “U”, “S” và “A”

Ví dụ 5.7:

Giả sử không gian ROM bắt đầu từ địa chỉ 250H có chứa “America”, hãy viếtchương trình để truyền các byte vào các vị trí ngăn nhớ RAM bắt đầu từ địa chỉ40H

Lời giải

; (a) Phương pháp này sử dụng một bộ đếm

Bảng xắp xế là khái niệm được sử dụng rất rộng rãi trong lập trình các bộ vi

xử lý Nó cho phép truy cập các phần từ của một bảng thường xuyên được sửdụng với thao tác cực tiểu Như một ví dụ, hãy giả thiết rằng đối với một ứng

bảng xắp xếp thay cho việc tính toán nó Điều này được chỉ ra trong ví dụ 5.8