Bai giang Vi điều khiển 8051 (full)

Bai giang Vi điều khiển 8051 thầy Nguyễn Danh Huy Bai giang Vi điều khiển 8051 thầy Nguyễn Danh Huy Bai giang Vi điều khiển 8051 thầy Nguyễn Danh Huy Bai giang Vi điều khiển 8051 thầy Nguyễn Danh Huy Bai giang Vi điều khiển 8051 thầy Nguyễn Danh Huy Bai giang Vi điều khiển 8051 thầy Nguyễn Danh Huy Bai giang Vi điều khiển 8051 thầy Nguyễn Danh Huy Bai giang Vi điều khiển 8051 thầy Nguyễn Danh Huy Bai giang Vi điều khiển 8051 thầy Nguyễn Danh Huy Bai giang Vi điều khiển 8051 thầy Nguyễn Danh Huy

Trang 1

BÀI 1: Giới thiệu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Bài 1: Giới thiệu 1

Máy tính số, vi xử lý, vi điều khiển

• Máy tính số điển hình là loại thiết bị xử lý các dữ

liệu, tín hiệu số có ba bộ phận chính:

– Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit - CPU)

– Bộ nhớ (memory) gồm:

• Bộ nhớ chương trình (program memory - PM)

• Bộ nhớ dữ liệu (data memory - DM)

– Bộ nhớ trên các máy tính:

• Bộ nhớ sơ cấp (primary memory – ROM, RAM)

• Bộ nhớ thứ cấp(secondary memory – FDD, HDD, CD …)

– Hệ thống vào/ ra (Input/Output - I/O)

– Sự giao tiếp giữa các bộ phận trên được thực hiện

trên một hệ thống các đường dẫn gọi là bus

Trang 2

tâm của hệ thống.

• Chịu trách nhiệm điều khiển toàn bộ luồng

thông tin giữa các bộ phận của máy tính,

xử lý dữ liệu bằng cách thực hiện các

phép toán số (digital)

Các kiểu CPU và máy tính

• Single board CPU - gồm các modul xây dựng

trên một mạch đơn

– Máy tính xây dựng trên Single board CPU gọi là máy

tính nhỏ: minicomputer

• One chip CPU - được xây dựng (tích hợp) trong

một chíp đơn gọi là bộ vi xử lý : microprocessor

– Máy tính xây dựng với bộ vi xử lý gọi là máy vi tính:

micro computer – máy tính cực nhỏ

– Tuỳ theo ứng dụng, máy vi tính được tích hợp thiết bị

vào/ra và bộ nhớ, ví dụ máy tính cá nhân (PC) có

thiết bị vào/ra điển hình là bàn phím/chuột và màn

hình/máy in

Trang 3

• Microcontroller - One-chip computer:

– Có khả năng ghép nối trực tiếp với phần cứng và

thực hiện điều khiển các chức năng của ứng dụng

– Không cần hoặc cần rất ít các thiết bị hỗ trợ - ứng

dụng nhúng – embedded

– Khả năng xử lý số rất mạnh

– Khả năng lập trình và điều khiển mạnh

– Khả năng thực hiện các ứng dụng ở mức độ cao như

là điều khiển ôtô, thiết bị số…

Đặc điểm các ứng dung với

microcontroller

• Các hệ thống “nhúng” thường đòi hỏi khả năng

thực hiện real–time (thời gian thực) và multi-task

(đa nhiệm):

• Thực hiện real-time tức là bộ điều khiển phải có

khả năng nhận, xử lý và đưa ra thông tin rất nhanh

khi hệ thống cần hay nói cách khác nó không tạo

thành nút cổ chai thông tin trong hệ thống

• Đa nhiệm là khả năng thực hiện nhiều công việc

cùng lúc

Trang 4

cơ sở của máy tính số.

• 1890: Phát minh ra máy tính cơ khí chạy bằng điện

• 1906: Phát minh ra bóng chân không hay đèn chân

không ba cực

– Các phép toán có thể thực hiện bằng điện tử chứ không phải

bằng cơ khí.

– Thời gian thực hiện phép toán giảm từ giây xuống miligiây.

• 1938: Máy tính số điện tử đầu tiên

Quá trình phát triển (tiếp)

• 1946: Máy tính số cỡ lớn xuất hiện: Với tên gọi ENIAC

-Electronic Numerical Intergration and Calculation được

quân đội Mỹ sử dụng

• Kích thước: 30 tấn, 18000 bóng chân không

• Công suất tiêu hao:130kW

• Tốc độ: nhân 2 số hết 3 ms

• 1947: Transistor bán dẫn được phát minh

• 1954: Phát triển máy tính dùng Transistor

• 1957: Xuất hiện các ngôn ngữ cấp cao như FORTRAN,

COBOL,…

Trang 5

một mảnh silicon có kích thước rất nhỏ.

• 1964: Máy tính từ mạch tích hợp được IBM phát triển

• 1970: Phát triển mạch tích hợp cỡ lớn (LSI – Large scale

- IC)

– SSI: mật độ vài trăm transistor trên một chip silicon.

– MSI: mật độ vài ngàn transistor trên một chip silicon.

– LSI: mật độ vài chục ngàn transistor trên một chip silicon

• 1971: Bắt đầu thời kỳ của vi xử lý:

– Bộ vi xử lý 4004 đầu tiên do Intel chế tạo Đây là loại vi xử lý 4

bit với công nghệ LSI.

Lịch sử phát triển các vi xử lý (Intel)

4004 1971 4 First microprocessor

4040 1972 4 Enhanced version of the Intel 4004 processor

8008 1972 8 First 8-bit microprocessor

8080 1974 8 Successor to Intel 8008 CPU

8085 1976 8 Enhanced version of Intel 8080 CPU

8086 1978 16 First generation of Intel 80x86 processors

8088 1979 8/16 8 bit (external) version of Intel 8086 CPU

80186 1982 16 Next generation of 80x86 processors Used mostly as embedded processor

80188 1982 8/16 Next generation of 80x86 processors Used mostly as embedded processor

80286 1982 16 Second generation of 80x86 processors:new instructions, protected mode, support for

16MB of memory

Trang 6

80386 1985 32 Third generation of 80x86 processors: 32 bit architecture, new processor modes

80486 1989 32 Fourth generation of 80x86 processors: integrated FPU, internal clock multiplier

80486

overdrive 19?? 32 Overdrive/Upgrade processors for Intel 80486 family

Pentium 1993 32 Fifth generation of x86 processors: superscalar architecture, MMX

Pentium II 1997 32 Sixth generation of x86 processors

Celeron 1998 32 Low-cost version of Pentium II, Pentium III and Pentium 4 processors

Timna 32 Low-cost microprocessor with integrated peripherals (never released)

Lịch sử phát triển các vi xử lý (Intel)

Pentium III 1999 32 Enhanced and faster version of Pentium II

Pentium 4 2000 32, 64 New generation of Pentium processors

Pentium M 2003 32 Pentium microprocessor specifically designed for mobile applications

Celeron D 2004 32, 64 Low-cost version Pentium 4 desktop processors

Celeron M 2004 32 Low-cost microprocessor specifically designed for mobile applications

Pentium D 2005 64 Dual-core CPUs based on Pentium 4 architecture

Xeon 200? 32, 64 High-performance version of Pentium 4 CPU

80860 1989 32 Embedded 32-bit microprocessor with integrated 3D graphics

Trang 7

Core Duo 2006 32 32-bit dual-core microprocessor

Pentium

Dual-Core 2007 64 64-bit low-cost microprocessor

Celeron

Dual-Core 2008 64 64-bit low-cost microprocessor

Atom 2008 32, 64 Ultra-low power microprocessor

Core i7 2008 32, 64 64-bit microprocessor

Core i5 2009 32, 64 64-bit microprocessor

Một số vi xử lý Intel điển hình

• 4-bit microprocessor

• 740 KHz

• 4 KB program memory

• 640 bytes data memory

• 3-level deep stack

• No interrupts

• 16-pin DIP

Intel 4004 microprocessor family

Trang 8

Intel 8085 microprocessor family

AMD AM8085A-2DC / C8085A-2

• 5 MHz

• 40-pin ceramic DIP

• Purple ceramic/gold top/gold pins

Trang 9

Trang 10

BÀI 2: Cơ sở toán học

– Hệ đếm cơ số 10 là hệ đếm thường dùng trong các

tính toán và hiển thị kỹ thuật

– Để phân biệt với các hệ khác khi viết thường kèm

theo theo ký hiệu D

• Ví dụ: 2004D

– Các trọng số hệ 10: …1000; 100; 10; 1; 0,1; 0,01;

0,001; 0,0001;…

Trang 11

Các hệ thống số (tiếp) – Hệ cơ số 2

• Hệ cơ số 2 – Hệ nhị phân – Binary

– Cơ số: 2

– Chữ số cơ bản: 0, 1

– Sử dụng cho các thiết bị tính toán điện tử.H

– Hai chữ số cơ bản của hệ 2 tương ứng với các

trạng thái đóng/cắt, cao/thấp trong mạch điện

– Để phân biệt số hệ 2 với các hệ khác, khi viết ta

thường dùng thêm ký hiệu B

Trang 12

Các hệ thống số – Hệ cơ số 2 (tiếp)

• Trọng số trong hệ nhị phân;

• MSB - Most Significant Bit: bit có vị trí quan trọng nhất,

đó là bit đầu tiên bên trái

• LSB - Less Significant Bit: bit có vị trí ít quan trọng nhất,

đó là bit cuối cùng bên phải

– Ví dụ một số nhị phân - Tương tự với số thập phân

• Từ khái niệm trọng số có biểu thức tổng quát

cho giá trị theo hệ 10 từ một hệ bất kỳ.

D X A V

Trang 13

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Bài 2: Cơ sở toán học 7

Đổi hệ 10 sang hệ 2 (tiếp)

• Cách thứ hai ngược với cách chuyển từ hệ 2 sang hệ 10

0,6 x 2 = 1 ,2 0,2 x 2 = 0 ,4 0,4 x 2 = 0 ,8 0,8 x 2 = 1 ,6 LSB 0,65D ≈ 0,101001B

Trang 14

Các hệ thống số – Hệ cơ số 16

• Hệ cơ số 16 – Hệ lục thập phân – Hexa

– Trong phần lớn các hệ vi xử lý cũng như tính toán

số thường sử dụng dữ liệu là số nhị phân có độ dài

là bội số của nhóm 4 bit: 8, 12, 16, 32…

– Để thuận tiện nên sử dụng một loại mã biểu diễn

thay thế nhóm 4 bit nhị phân

– Với nhóm 4 bit có thể tổ hợp được 24= 16 giá trị

nên cần có 16 chữ số tương ứng để biểu diễn

– Do đó gọi là mã hexa decimal gọi tắt là hexa

• Cơ số 16

• Các chữ số cơ bản: 0, 1…9, A, B, C, D, E, F.

Các hệ thống số – Hệ 16 (tiếp)

• Để biểu diễn một số nhị phân theo dạng hexa:

– Nhóm các nhóm 4 bit từ phải sang trái

– Dùng các chữ số hexa tương ứng nhóm 4 bit đó

– Ví dụ :

• Khi muốn chuyển đổi một giá trị hệ 10 sang

hexa cũng dùng phương pháp tương đương

đổi hệ 10 sang hệ 2.

Trang 15

– Trong các ứng dụng vi xử lý có ghép nối với các thiết

bị như là bộ đếm, hiển thị giá trị thập phân thường

dùng mã BCD – Binary Coded Decimal tức là số

thập phân được mã bằng nhị phân

– Trong mã BCD, mỗi chữ số thập phân được mã

Trang 16

• ASCII là bộ mã được dùng để trao đổi thông

tin chuẩn của Mỹ Lúc đầu chỉ dùng 7 bit (128

ký tự) sau đó mở rộng cho 8 bit và có thể biểu

diễn 256 ký tự khác nhau trong máy tính

• Bộ mã 8 bit => biểu diễn được 28 ký tự khác

nhau, mã 00(16)->FF(16)

– 128 kí tự chuẩn có mã từ 0016 7F16

– 128 kí tự mở rộng có mã từ 8016 FF16

Trang 17

Các hệ thống số – Mã ASCII (tiếp)

• 95 kí tự hiển thị được:có mã từ 2016÷ 7E16

– 26 chữ cái hoa Latin 'A' ÷ 'Z' có mã từ 4116÷ 5A16

– 26 chữ cái thường Latin 'a' ÷ 'z' có mã từ 6116÷ 7A16

Trang 18

Phép toán – Operation

Các phép toán nhị phân (tiếp)

Trang 19

• Phép nhân không dấu

Trang 20

• Phép chia không dấu

• Phép dịch logic - Dịch trái logic

– Tịnh tiến tất cả các bít của dãy nhị phân sang trái

Trang 21

• Phép dịch logic - Dịch phải logic

– Tịnh tiến tất cả các bít của dãy nhị phân sang phải

• Số bù 1: (One’s complement)

– Số bù 1 của một số nhị phân có các bit là đảo các

bit của số đã cho

– Ví dụ:

X: 10011101

Bù 1 của X: 01100010

X+ bù 1 của X: 11111111

Trang 22

• Số bù 2: (tiếp)

– Ví dụ: X+ bù 2 của X

X: 10011101

Bù 2 của X: 01100011 X+ bù 2 của X: 1 00000000

Trang 23

• Số nhị phân có dấu:

– Khi lấy một số nhị phân cộng với số bù 2 của nó,

nếu không xét đến bit đầu tiên bên trái (bit 1) thì

được kết quả bằng “0”

– Bit đầu tiên bên trái coi là bit dấu:

“1”: là dấu “ - ”

”0”: là dấu “ + ”

– Như vậy với khái niệm số bù 2 ta có thể biểu diễn

số nguyên âm và dương Số X và bù 2 của nó là

một cặp số đối (VD: 2 và -2)

• Số nhị phân có dấu : (tiếp)

– Khi muốn biểu diễn số nhị phân có dấu phải cần

xác định số bit sử dụng (độ dài dữ liệu) trong đó:

• Bit đầu tiên bên trái dùng làm dấu

• Phần còn lại dùng để biểu diễn biên độ (giá trị tuyệt đối).

Trang 24

– Khi có một số nhị phân, để tìm số đối của nó tức là

– Với một độ dài số nhị phân cho trước thì số nguyên

có dấu được biểu diễn thế nào ?

– Ví dụ với số nhị phân 8 bit:

• Với 8 bit thì có thể biểu diễn 2 8 = 256 giá trị

• Một nửa số tổ hợp với bít đầu tiên bên trái là bit 0 dùng để

biểu diễn các số dương: từ 0 – 127

• Một nửa số tổ hợp với bít đầu tiên bên trái là bit 1 dùng để

biểu diễn các số âm: từ -1 đến -128.

Trang 25

Số không

dấu

7 6 5 4 3 2 1 0 Số có dấu

255 254

129 128 127

1 0

-127 -128 +127

+1 +0

bit “dấu”

Trang 26

BÀI 3: Các mạch số cơ bản

CHƯƠNG 1:

CƠ SỞ KỸ THUẬT VI XỬ LÝ

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Bài 3: Các mạch số cơ bản 1

Khái niệm về vi mạch logic

• Vi mạch logic là một mạch gồm các phần tử được chế

tạo ở dạng các mạch tích hợp

• Mạch tích hợp còn gọi là IC (Integrated Circuit ) là một

sơ đồ mạch bán dẫn đầy đủ được xây dựng trên một

mảnh silic và được đóng vỏ

• IC có đặc điểm:

– Ưu điểm: số linh kiện trên một đơn vị diện tích – mật độ linh kiện

là lớn, làm giảm thể tích, giảm trọng lượng và kích thước chip.

– Nhược điểm: Hỏng một phần tử thì hỏng cả mạch.

• Phân loại: có 2 loại:

– Mạch tích hợp tương tự: làm việc với các tín hiệu tương tự

– Mạch tích hợp số: làm việc với các tín hiệu số

Trang 27

Phân loại vi mạch logic

• Nếu phân loại theo mật độ linh kiện, người ta thường

tính đơn vị mật độ theo số lượng cổng Trong đó, 1 cổng

- gate có 210 transistor

• Thí dụ: cổng NAND 2 đầu vào có cấu tạo từ 4 transistor

– SSI - Small Scale Integration: Các vi mạch có mật độ tích hợp

Phân loại vi mạch logic (tiếp)

• Theo bản chất linh kiện được sử dụng

• MOS Metal Oxide Semiconductor

Trang 28

Dạng xung logic lý tưởng

Sườn lên

Sườn dương

Mức cao

Mức thấp

Trang 29

Khái niệm cổng logic bán dẫn

• Một số nhị phân chỉ có hai giá trị, 0 hoặc 1.

• Một hệ thống vật lý nào có thể thay đổi giữa hai

trạng thái bão hoà thì có thể biểu diễn số nhị phân.

• Mạch điện tử với các transistor là một loại thiết bị

lý tưởng để biểu diễn số nhị phân

Các cổng logic bán dẫn

• Transistors , khi làm việc ở các giới hạn sẽ ở một

trong hai trạng thái, “tắt – khoá” (khi không có dòng

điều khiển) và “mở bão hoà” (khi dòng điều khiển

cực đại).

• Mạch điện được thiết kế để transistor chỉ làm việc

với hai trạng thái như vậy có thể thực hiện các

mạch biểu diễn nhị phân với điện áp ra ở mức

thấp thể hiện bít “0” và điện áp ra ở mức tương đối

cao thể hiện bit “1”

Trang 30

Mạch nhị phân dùng transistor

• Transistor mở bão hoà • Transistor khoá

Mạch nhị phân dùng transistor (tiếp)

Trang 31

Mạch nhị phân dùng transistor (tiếp)

Một số cổng logic TTL

Trang 32

Mạch NAND

• Ký hiệu và bảng chân lý • Mạch nguyên lý

Mạch AND

Trang 33

Mạch NOR

Mạch OR

Trang 34

Một số cổng logic CMOS

Nguyên lý cơ bản

• Mạch đảo dùng CMOS

Trang 35

Trang 36

Các kiểu đầu ra của cổng logic

Trang 37

Bộ đệm – Buffer (tiếp)

• Về mặt thông tin thì không làm thay đổi thông tin qua

hai lần “đảo”

• Về mặt tín hiệu thì được khuyếch đại hai lần

• Khi đầu ra của cổng logic có công suất yếu không đủ

để phát hoặc nhận dòng cho tải (là cổng vào của một

cổng locgic khác) thì có thể “tăng” công suất qua hai

khâu “khuyếch đại đảo” như trênfed into the input

• Mức logic (thông tin - dữ liệu) không đổi nhưng khả

năng tương thích “công suất tín hiệu” tăng nên gọi là

bộ đệm – buffer

Bộ đệm 3 trạng thái – tristate buffer

Nguyên lý Điều khiển không đảo Điều khiển đảo

Trang 38

• Đầu ra có 3 trạng thái khác nhau.:

– Đầu ra ở mức thấp

– Đầu ra ơ mức cao

– Đầu ra thả nổi (trạng thái trở kháng cao – Z)

• Ngoài đầu vào và đầu ra, bộ đệm 3 trạng thái có

một đầu để điều khiển, còn gọi là đầu vào “cho

phép”

– Khi đầu vào này là “1”, bộ đệm cho phép dẫn như bộ

đệm thông thường

– Khi đầu vào này ở mức “0”, đầu ra sẽ ở trạng thái Z

bất kể tín hiệu tại đầu vào

• Khi đầu vào điều khiển ở mức “0” sẽ “ngắt” cổng

khỏi đường tín hiệu nối với đầu ra và nó sẽ

không tác động tới đường tín hiệu và ngược lại.

• Bộ đệm 3 trạng thái còn có thể được thiết kế với

các đầu vào/ra và điều khiển là đảo.

Trang 39

Một số cổng logic đóng vỏ DIP

Một số cổng logic đóng vỏ DIP (tiếp)

Trang 40

Mạch lật – Flip Flop - FF

• Mạch lật (Flip Flop) là phần tử có khả năng giữ

đầu ra ổn định ở một trong hai trạng thái cao

hoặc thấp.

• Có khả năng nhớ logic nhị phân (0 -1)

• Được gọi là thanh ghi 1 bit.

Mạch lật RS – RS Flip Flop

S

Q CK

Định dạng
Số trang	270
Dung lượng	10,68 MB