Giao trinh vi su ly

Việc xử lý byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện dễ dàng nhờ vào kiểu định địa chỉ nhanh dùng để tuy xuất trên RAM nội.. 3.1 Tổ chức bộ nhớ RAM  80 byte RAM đa

Chương 1 Cấu trúc họ vi điều

khiển 8051

MCS-51 là họ vi điều khiển do hãng intel sn xuất Các IC tiêu biểu cho họ là 8051 và 8031 Các sản phẩn MCS-51 thích hợp cho nhưng ứng dụng điều khiển Việc

xử lý byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện dễ dàng nhờ vào kiểu định địa chỉ nhanh dùng

để tuy xuất trên RAM nội Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng của những lệnh số học 8 bit bao gồm tất cả các lệnh nhân và lệnh chia Hỗ trợ mở rộng trên chíp dùng cho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực tiếp trong điều khiển và những hệ thống logic đòi hỏi xử lý bit

1 Giới thiệu họ MCS-51

T1 1415 P3.5

20

RXD 10 P3.0 INT0/

INT1/

T0 TXD

12 P3.2P3.3

11 P3.1

13 P3.4

21 A8 P2.0

Vss

P2.2 P2.3 P2.1

P1.6 ALE

30 RST

P1.0

28 A15

27 A14 1

8051 P1.3

P1.2

P1.4

4 3 5

XTAL.2 30pF

29 PSEN/

12MHz

18

38 AD1 P0.1

Vcc

32 AD7 40

Sơ đồ chân của vi đIều khiển 8051

2 Giới thiệu cấu trúc phần cứng

họ MCS-51 (8051)

RST AE/

OSILLATOR

CPU

BUS CONTROL

TXD Address/data

P3 P0 P1 P2

RXD

SERIAL PORT I/O PORT

ALE PSEN/

128 byte RAM

128 byte RAM (8032/8052)

SERIAL PORT

INTERUP CONTROL

OTHER REGISTER

TIMER 2 TIMER 0 TIMER 1

INT1/

INT0/

TIMER 2 8032/8052 TIMER 1 TIMER 0

ROM 0K-8031/8032 4K-8051 8K-8052

T0 T1 T2 T2EX

Sơ đồ khối của vi đIũu khiển 8081

2.1 Chức năng các chân của 8051

2.1.2 Port 0

Port 0 (các chân từ 32 đến 39 ) có hai chức năng:

 Làm nhiệm vụ xuất/nhập dữ liệu – 8bit

 Làm nhiệm vụ bus địa chỉ – 8bit địa chỉ byte thấp

Địa chỉ của port 0 là 80H và có khả năng định địa chỉ bit

P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0

 Địa chỉ của port 1 là 90H và có khả năng định địa chỉ bit

P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0

 Làm nhiệm vụ xuất/nhập dữ liệu – 8bit

 Làm nhiệm vụ bus địa chỉ – 8bit địa chỉ byte cao

Địa chỉ của port 0 là A0H và có khả năng định địa chỉ bit

P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0

2.1 Chøc n¨ng c¸c ch©n cña 8051

 Làm nhiệm vụ xuất/nhập dữ liệu – 8bit

 Thực hiện các chức năng riêng (được mô tả trong bảng 1.1 )

Địa chỉ của port 3 là B0H và có khả năng định địa chỉ bit

P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0

2.1 Chức năng các chân của 8051

Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng

P3.0 RXT B0H Ngõ vào dữ liệu của port nối tiếp

P3.1 TXD B1H Ngõ xuất dữ liệu của port 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 của bộ định thờ/ đếm 0

P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thờ/ đếm 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

Bảng 1.1

2.1 Chøc n¨ng c¸c ch©n cña 8051

2.1 Chức năng các chân của 8051

2.1.6 Chân cho phép chốt địa chỉ ALE

 Khi 8051 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đương dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ra ALE ở chân

30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các

đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt.

 Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số dao động của

chip điều khiển (nếu dao động của chíp là 12MHz

thì tần của tín hiệu ALE là 2MHz )

2.1 Chức năng các chân của 8051

chương trình trong ROM nội.

chương trình trong ROM ngoài.

nạp chương trình cho EPROM nội (nạp

EPROM).

2.1 Chức năng các chân của 8051

của 8051 dùng để thiết lập lại trạng thái ban

đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống Khi ngõ vào ở mức logíc 1 tối thiểu hai chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong của 8051 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại

hệ thống

2.1 Chức năng các chân của 8051

khiển 8051, khi sử dụng 8051 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như

thạch anh thường sử dụng cho 8051 là 12Mhz.

RAM Ngoµi

82 Bank 1

08 00

07 Bank thanh ghi 0

(mặc định từ R0-R7)

81 88

17 0F 10 18 1F

87 Bank 2

83

Bank 3

88 89

DPL không đuợc địa chỉ hóa các bit

không đuợc địa chỉ hóa các bit 85

86

87 84 83

SP 80 81

82 P0

PCON không đuợc địa chỉ hóa các bit

không đuợc địa chỉ hóa các bit DPH

không đuợc địa chỉ hóa các bit

8B 8D

8E 8F 8C 8A 89 88 TCON

90

29 28 2B

2C 2F 2E 2D 2A 25

22 21 20

23 24

8C

11 10

16 15 14 13 12 17

0A 2 0C 0B 0F 0E 0D

1F 1E 1C 1B

25 26

27 24 23

19 18 8D

21 20 26

27

29 28

3A 32

37 36 35 34 33

3D 3F 3E 3C 3B

31 30

39 38 98

4A 42

4C 4B 4E 4D

2B 2C

2E 2D

62 5A 5F 5E 5D 5C 5B

74 73

76 75 77

6D 6E 6F 6C 6B

B0

71 70

69 68 30

D0 B8

RAM đa dụng

D E0

P2 A1 A0 A4 A3

không đuợc địa chỉ hóa các bit không đuợc địa chỉ hóa các bit

TL1 TL0 không đuợc địa chỉ hóa các bit TH1

9D 9F 9E 9C 9B 9A 99 98 SCON không đuợc địa chỉ hóa các bit BSUF

AF AC AB AA A9 A8 IE

B4 B3 B7 B6 B5 B2 B1 B0 P.3

PSW D0 D1 D3

D4 D6

D7 D5 D2

-

BC BB BA B9 B8 IP

E5 E6 E7 E4 E3 E2 E1 E0 ACC

Địa chỉ byte Địa chỉ bit

đặc biệt

RAM bên trong 8051 được phân chia như sau:

 Các thanh ghi R0ữR7có địa chỉ từ 00H đến 1FH

 Ram địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH

 Ram đa dụng từ 30H đến 7FH

 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH

3.1 Tổ chức bộ nhớ RAM

3.1 Tổ chức bộ nhớ RAM

 80 byte RAM đa dụng chiếm các địa chỉ từ 30H đến 7FH

 Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểu địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

VD: + địa chỉ trực tiếp

MOV A, 3FH + địa chỉ gián tiếp

MOV R0, #3FH MOV A, R0

3.1 Tổ chức bộ nhớ RAM

 3.1.2 RAM có thể truy xuất từng bit:

Vi điều khiển 8051 chứa 210 địa chỉ bit, trong đó:

VD: SETB P1.0 ; đặt bit P1.0 lên mức logic 1

CLR P1.0 ; xoá bit P1.0 về mức logic 0

3.1 Tổ chức bộ nhớ RAM

 3.1.3 Các dãy thanh ghi:

 32 byte thấp của bộ nhớ nội được dành cho các dãy thanh ghi

Bộ lệnh 8051 hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 ữ R7 và theo mặc

định sau khi reset hệ thống, các thanh ghi này có địa chỉ từ 00H ữ 07H

 Các lệnh dùng các thanh ghi R0 ữ R7 sẽ ngắn hơn và nhanh hơn

so với các lệnh dùng kiểu địa chỉ trực tiếp Các dữ liệu được dùng thường xuyên, nên dùng một trong các thanh ghi này

VD: Thanh ghi R0 có địa chỉ 00H

MOV A, 00H ; Kiểu địa chỉ trực tiếpMOV A, R0 ; Kiểu địa chỉ thanh ghi

3.1 Tổ chức bộ nhớ RAM

 3.1.3 Các dãy thanh ghi (tiếp):

 Các thanh ghi R0 ữ R7 có thể chuyển đổi vị trí trong các dãy thanh ghi (Bank1, Bank2, Bank3) bằng cách thay đổi các bit chọn dãy trong thanh ghi trạng thái (phần này sẽ đề cập đến sau)

3.1 Tổ chức bộ nhớ RAM

 Cũng như các thanh ghi từ R0 ữ R7, 8051 có 21

thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR (special

function register) chiếm phần trên của RAM nội tử

địa chỉ 80H đến FFH

1. Thanh ghi trạng thái chương trình PSW:

PSW có địa chỉ D0H chức các bít trạng thái có chức

năng chỉ ra trong b ảng sau:

 Thanh ghi trạng thái chương trình(PSW: program status word):

Bit Ký hiệu địa chỉ Mô tả bit

PSW.7 CY D7H Cờ nhớ

PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ

PSW.5 F0 D5H Cờ 0

PSW.4 RS1 D4H Chọn dãy thanh ghi (bit 1)

PSW.3 RS0 D3H Chọn dãy thanh gh (bit 0)

3.1.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt(tiếp)

Cờ nhớ CY (carry flag).

Cờ có tác dụng kép Thông thường nó được dùng

cho các lệnh toán học:

 C = 1 nếu phép toán cộng có sự tràn hoặc phép trừ

có mượn và ngược lại

 C = 0 nếu phép toán cộng không tràn và phép trừ không mượn.

3.1.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt(tiếp)

Cờ nhớ phụ AC(Auxiliary Carry flag):

decimal), cờ nhớ phụ AC được set nếu kết quả 4

xóa sau khi reset hệ thống và

được thay đổi bởi phần mền khi

3.1.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt(tiếp)

Cờ tràn OV (over flag):

Cờ tràn được set sau khi hoạt động cộng hoặc trừ nếu có

sự tràn toán học Khi các số có dấu được cộng hoặc trừ với nhau, phần mền có thể kiểm tra bit này để xác

định kết quả có nằm trong tầm xác định không Khi các số không có dấu được cộng bit OV được bỏ qua Các kết quả lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn -128 thì bit

OV = 1.

Ví dụ: Thanh ghi A chứa 10101101B thì bit P set lên

1 để tổng số bit 1 trong A và P tạo thành số chẵn.

3.1.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt(tiếp)

 Con trỏ ngăn xếp stack SP (stack pointer):

 VD: Khi gọi chương trình con

3.1.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt(tiếp)

RET CTC:

CALL CTC

FFFFH FFFEH FFFDH

……

1005H 1004H 1003H 1002h 1001H 1000H

(SP) PC

PC

 Con trỏ ngăn xếp stack SP (tiếp):

 VD: Khi thực hiện cất thanh chứa ACC vào SP bằng lệnh PUSH

3.1.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt(tiếp)

PUSH ACC

FFFFH FFFEH FFFDH

……

1005H 1004H 1003H 1002h 1001H 1000H

(SP)

 Con trỏ ngăn xếp stack SP (tiếp):

 VD: Khi thực hiện khôI phục lại thanh chứa ACC từ SP bằng lệnh POP

3.1.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt(tiếp)

POP ACC

FFFFH FFFEH FFFDH

……

1005H 1004H 1003H 1002h 1001H 1000H

(SP) PC

ACC

 Con trỏ ngăn xếp stack SP (tiếp):

 Con trỏ ngăn xếp là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H

 SP chứa địa chỉ của byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh ngăn xếp.

là 07H

 Ta có thể đặt vùng ngăn xếp ở bất cứ địa chỉ nào trong

VD: Lệnh sau sẽ đặt vùng ngăn xếp bắt đầu từ địa chỉ 5BH

3.1.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt(tiếp)

 Con trỏ dữ liệu DPTR (Data Poiter):

Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi 16 bit ở địa chỉ 82H

(DPL: byte thấp) và 83H (DPH: byte cao) Ba lệnh sau sẽ ghi giá trị 55H vào RAM ngoài ở địa chỉ

1000H.

MOV A, #55H MOV DPTR, #1000H MOVX @DPTR, A

3.1.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt(tiếp)

4 Bộ nhớ ngoài (Eternal Memory):

VĐK 8051 có khả năng mở rộng bộ nhớ lên 64K byte

bộ nhớ chương trình và 64K byte bộ nhớ dữ liệu ngoài Do

đó có thể dùng thêm RAM và ROM nếu cần

Khi dùng bộ nhớ ngoài, Port 0 không còn chức năng I/O nữa Nó được kết hợp giữa bus địa chỉ A0 ữ A7 và bus dữ liệu D0 ữ D7 với tín hiệu ALE để chốt byte của bus địa chỉ, chỉ khi bắt đầu mỗi chu kỳ bộ nhớ ngoài Port 2 được cho là byte cao của bus địa chỉ

4 Bộ nhớ ngoài (Eternal Memory):

4.1 Truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài

 Bộ nhớ chương trình bên ngoài là bộ nhớ chỉ đọc (ROM)

được cho phép của tín hiệu PSEN/

 Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ EPROM như sau:

 Trong một chu kỳ máy của 8051 có 12 chu kỳ dao

động Nếu bộ dao động trên chip có tần số 12MHz, một chu kỳ máy dài 1às Trong một chu kỳ máy điển hình, tín hiệu ALE có hai xung và hai byte của lệnh được đọc

từ bộ nhớ chương trình

4 Bộ nhớ ngoài (Eternal Memory):

4.1 Truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài (tiếp)

D0 - D7 Port 0

74HC373

4 Bộ nhớ ngoài (Eternal Memory):

4.1 Truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài (tiếp)

4 Bộ nhớ ngoài (Eternal Memory):

4.2 Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài

các tín hiệu RD/ và WR/ ở các chân P3.7 và P3.6 Lệnh MOVX được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài và dùng bộ đệm dữ liệu 16 bit

(DPTR) hoặc R0 hoặc R1 làm thanh ghi địa chỉ

trừ chân RD/ của 8051 nối với chân OE/ (output enable) của RAM và chân WR/ của 8051 nối với chân W/ của RAM Sự nối các bus địa chỉ và bus dữ liệu tương tự như cách nối của EPROM Bằng cách sử dụng các Port 0 và Port 2 như phần trên, ta có một dung lượng RAM ngoài lên đến 64K được kết nối với 8051.

4 Bé nhí ngoµi (Eternal Memory):

4.2 Truy xuÊt bé nhí d÷ liÖu ngoµI (tiÕp)

W/

A9

RAM

A0 - A7 D0 - D7

4 Bé nhí ngoµi (Eternal Memory):

4.2 Truy xuÊt bé nhí d÷ liÖu ngoµI (tiÕp)

4 Bé nhí ngoµi (Eternal Memory):

4.2 Truy xuÊt bé nhí d÷ liÖu ngoµI (tiÕp)

Chương 2

Tóm tắt tập lệnh

của 8051

<mã lệnh> : là mã gợi nhớ (ASSEMBLY) của lệnh

<toán hạng >, <toán hạng đích> và <toán hạng nguồn>: cung cấp các toán hạng cho lệnh và chúng có các loại địa chỉ khác nhau

ADD A, R5 ; (A)<- (A)+(R5)Céng néi dung cña thanh chøa A víi néi dung cña thanh ghi R5, kÕt qu¶ l­u ë thanh chøa A

MOV P1, A ; (91H)<- (A) Chuyển nội dung của thanh chứa A ra port 1 có địa chỉ 90H

chứa trong thanh ghi R1) vào thanh chứa A Lệnh trên tương đương với lệnh

MOV A, 40H

MOV DPRT, #8000H ; (DTRT)<- 8000H ChuyÓn gi¸ trÞ 16 bit: 8000H vµo con trá d÷ liÖu DPTR

2 Các loại lệnh

1.2 Các lệnh số học:

Lệnh cộng: ADD A, <toán hạng>

 Chức năng: Cộng nội dung thanh chứa A với

<toán hạng>, đặt kết quả vào A

 <toán hạng> có thể nhận một trong bốn loại địa chỉ sau: trực tiếp, gián tiếp, thanh ghi và tức thời

 Lệnh ADD được thực hiện trong 1 chu kỳ máy( 1 chu kỳ máy = 1/12 tần số mạch dao động)

 Sè byte : 2 ADD A, R0 ; (A) (R0) + (A)

 Sè byte : 1 ADD A, @R0 ; (A) ((R0)) + (A)

 Sè byte : 1

2 Các loại lệnh

1.2 Các lệnh số học (tiếp):

Lệnh cộng có nhớ: ADDC A, <toán hạng>

 Chức năng: Cộng đồng thời nội dung thanh chứa

A với <toán hạng> và cờ nhớ, đặt kết quả vào A Nếu phép cộng bị tràn số học thì cờ nhớ sẽ được

2 Các loại lệnh

1.2 Các lệnh số học (tiếp):

VD:

ADDC A, R1 ; (A) = (R1)+(A)+(C)

 Nếu kết quả > FFH (255) thì cờ nhớ C = 1, ngược lại C = 0

2 Các loại lệnh

1.2 Các lệnh số học (tiếp):

Lệnh giảm 1 đơn vị: DEC <toán hạng>

 <toán hạng> có thể nhận một trong ba loại địa chỉ sau: trực tiếp, gián tiếp, thanh ghi

2 Các loại lệnh

1.2 Các lệnh số học (tiếp):

Lệnh trừ : SUBB A, <toán hạng>

- Trừ bớt A bởi một toán hạng và cờ nhớ (số mượn)

- <toán hạng> có thể nhận một trong ba loại địa chỉ sau: trực tiếp, gián tiếp, thanh ghi

VD : SUBB A, R0 ; (A) = (A)-(R0)-(C)

SUBB A, @R0 ; (A) = (A)-((R0))-(C)SUBB A, 40H ; (A) = (A)-(40H)-(C)

1.2 Các lệnh số học (tiếp):

Lệnh nhân : MUL AB ;(A) x(B) = (A) (B)

-Tích số 16bit: A chứa byte cao ; B chứa byte thấp Lệnh chia:

DIV AB ; (A) /(B) = (A), số dư đặt vào B.

- Lệnh MUL và DIV chỉ tác dụng với thanh ghi A

và B

2 Các loại lệnh

2 C¸c lo¹i lÖnh

2 Các loại lệnh

1.3 Các lệnh di chuyển dữ liệu :

Lệnh MOV :

MOV <toán hạng đích>,<toán hạng nguồn>

Chức năng: Di chuyển nội dung của <toán hạng nguồn> đến

<toán hạng đích> trong RAM nội

- <toán hạng đích>: có thể là thanh ghi, địa chỉ trực tiếp, gián tiếp

- <toán hạng nguồn>: có thể là thanh ghi, địa chỉ trực tiếp, gián tiếp và tức thời

2 Các loại lệnh

1.3 Các lệnh di chuyển dữ liệu (tiếp) :

Lệnh MOVC :

MOVC A, @A+ <thanh ghi nền>

Chức năng: Di chuyển một byte mã hoặc byte hằng số

trong bộ nhớ chương trình (ROM) vào thanh ghi A

- <thanh ghi nền>: có thể là thanh ghi DPTR hoặc thanh ghi

bộ đếm chương trình PC

MOVC A, @A+ DPTR ;(A) = ((A)+(DPTR))

MOVC A, @A+ PC ;(A) = ((A)+(PC))

2 Các loại lệnh

1.3 Các lệnh di chuyển dữ liệu (tiếp) :

VD : Chương trình con sau đây sẽ thực hiện tra bảng mã:

BANG_MA: INC A

MOVC A, @A+PCRET

DB 00H

DB 11H

DB 22H

2 Các loại lệnh

1.3 Các lệnh di chuyển dữ liệu (tiếp) :

Lệnh MOVX :

MOVX <toán hạng đích>,<toán hạng nguồn>

Chức năng: Di chuyển nội dung của <toán hạng nguồn>

đến <toán hạng đích> trong RAM ngoài

- <toán hạng đích>, <toán hạng đích>: chỉ có thể là thanh ghi và địa chỉ gián tiếp

LÖnh ghi d÷ liÖu tõ thanh ghi A ra RAM ngoµi:

MOVX @Ri, AMOVX @DPTR, A

2 Các loại lệnh

1.3 Các lệnh di chuyển dữ liệu (tiếp) :

Lệnh cất vào stack : PUSH <toán hạng>

Chức năng: Di chuyển nội dung của <toán hạng> vào trong

ngăn xếp (stack)

-<toán hạng> : chỉ có thể là địa chỉ trực tiếp và thanh ghi A

VD :

PUSH ACC ; cất thanh ghi A vào stack

PUSH 00H ; cất thanh ghi R0 vào stack

PUSH 50H ; cất ô nhớ có địa chỉ 50H vào stack