hệ thống cửa tự động sử dụng at89c51

đồ án sử dụng cửa thông minh tự động dùng mạch at89c51,đồ án sử dụng cửa thông minh tự động dùng mạch at89c51,đồ án sử dụng cửa thông minh tự động dùng mạch at89c51,đồ án sử dụng cửa thông minh tự động dùng mạch at89c51,đồ án sử dụng cửa thông minh tự động dùng mạch at89c51,đồ án sử dụng cửa thông minh tự động dùng mạch at89c51

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống cửa tự động

Giảng viên hướng dẫn : ThS

Sinh viên thực hiện : Lê Bá Đạt

Hà Nội - 2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH ẢNH III DANH MỤC BẢNG BIỂU V DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VI

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG 2

1.1 Tìm hiều về cửa tự động 2

1.2 Tìm hiểu về đèn tự động 8

1.3 Lí do chọn đề tài 14

1.4 Mục đích nghiên cứu của đề tài 15

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 15

1.6 Ý nghĩa của đề tài 16

1.6.1 Ý nghĩa khoa học 16

1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 16

1.7 Kết Luận 16

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17

2.1 Vi điều khiển AT89C52 17

2.1.1 Giới thiệu 17

2.1.2 Cấu trúc vi điều khiển AT89C51 17

2.1.3 Ứng dụng 18

2.2 Điện Trở 32

2.3 Tụ điện 35

2.4 Module hạ áp DC-DC LM2596S 36

2.5 Transistor C1815 37

2.6 Cảm biến vật cản hồng ngoại 38

2.7 Cảm biên chuyển động HC-SR501 40

2.8 Cảm biến ánh sáng 41

2.9 Các loại giao tiếp trong hệ thống 42

2.9.1 Giao tiếp vật cản hồng ngoại và at89c51 43

2.9.2 Giao tiếp cảm biến chuyển động và at89c51 43

2.9.3 Công tắc hành trình với AT89c51 43

2.10 Kết luận 44

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 45

3.1 Yêu cầu công nghệ 45

3.2 Sơ đồ khối hệ thống 45

3.2.1 Chức năng các khối 46

3.2.2 Khối reset 48

3.2.3 Khối tạo xung dao động 48

3.3 Thiết kế phần cứng hệ thống 48

3.3.1 Thiết kế mạch in 48

3.4 Thiết kế phần mềm hệ thống: 50

3.4.1 Chương trình chính: 50

3.4.2 Cảm biến hồng ngoại : 51

3.4.3 Module cảm biến ánh sáng: 1

3.5 Kết quả thực nghiệm: 2

3.5.1 Mô hình thực tế 2

3.5.2 Ưu nhược điểm của hệ thống: 3

3.5.3 Hướng phát triển của đề tài: 3

TỔNG KẾT 4

TÀI LIỆU THAM KHẢO 5

PHỤ LỤC 1

DANH MỤC HÌNH Ả

Hình 1 1 Cửa trượt tự động 2

Hình 1 3: Cửa mở cánh tự động 3

Hình 1 4 Cửa mở trượt gấp tự động 4

Hình 1 5 Cửa trượt lớp tự động 4

Hình 1 6 Bộ điều khiển và giá đỡ của cửa trượt xếp lớp 5

Hình 1 7 Cửa trượt cánh cong tự động 6

Hình 1 8: Ray của cửa trượt cánh cong tự động 6

Hình 1 9: Cửa xoay tự động 6

Hình 1 10 Cơ cấu quay của cửa cánh cong tự động 7

Hình 1 11 Cửa cuốn tự động 8

Hình 1 12 Philips Hue White 10

Hình 1 13 Lifx+ 11

Hình 1 14 Xiaomi Yeelight Wi-Fi LED Bulb 12

Hình 1 15 Philips Hue White and Color Ambiance 14

Y Hình 2 1: sơ đồ khối MSC-51 18

Hình 2 2 Sơ đồ chân của AT89C51 19

Hình 2 3: Tổ chức các vùng nhớ 21

Hình 2 4: sơ đồ mạch tự động reset 24

Hình 2 5: sơ đồ mạch reset bằng tay 24

Hình 2 6: Biểu đồ thời gian 25

Hình 2 7: Sơ đồ mode 0 27

Hình 2 8: Sơ đồ mode 1 28

Hình 2 9: Sơ đồ Mode 2 28

Hình 2 10: Sơ đồ Mode 3 28

Hình 2 11: Nguồn cấp xung nhịp 29

Hình 2 12: Thời gian hoạt động của mode 1 30

Hình 2 13 Cảm biến vật cản hồng ngoại 39

Hình 2 14 các bộ phận của cảm biến chuyển động 41

Hình 2 15: module cảm biến ánh sáng 42

Hình 2 16: sơ đồ giao tiếp các thiết bị trong hệ thống 42

Hình 2 17 sơ đồ đấu nối cảm biến hồng ngoại 43

Hình 2 18 sơ đồ chân giao tiếp vi điêu khiển và HC-SR501 43

Hình 2 19 công tắc hành trình 44

Hình 3 1 Sơ đồ khối hệ thống 45

Hình 3 2 Cảm biến hồng ngoại KC7786 47

Hình 3 3 Vị trí gắn cảm biến trên cửa tự động 48

Hình 3 4: mạch in 49

Hình 3 5 mạch in 3D 49

Hình 3 6 Lưu đồ thuật toán chương trình chính 50

Hình 3 7 Lưu đồ thuật toán đọc cảm biến hồng ngoại 51 Hình 3 8 Lưu đồ thuật toán nhận giá trị cảm biến ánh sáng 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1: bảng tín chức năng chuyển đổi 23

Bảng 2 2: bảng thanh ghi TCON 29

Bảng 2 3: bảng thanh ghi TMOD 30

Bảng 2 4: Bảng tóm tắt thanh ghi IP 34

Bảng 2 5: Cảm biến vật cản hồng ngoại 42

Bảng 2 6: các bộ phận của cảm biến chuyển động 43

Bảng 2 7: bảng đầu ra của module 44

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

5 IDE Integrated Development

Environment

Môi trường tích hợpdùng để viết Code vàphát triển ứng dụng

6 SRAM Static random-access

memory

Bộ nhớ truy cập ngẫunhiên tĩnh

Electrically ErasableProgrammable Read-Only

Memory

Bộ nhớ không mất dữliệu khi ngừng cung cấp

điện

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, trong xã hội hiện đại của chúng ta bắt gặp rất nhiều loại cửa đóng

mở tự động ở những nơi công cộng Việc sử dụng các loại cửa tự động khôngnhững góp phần tăng sự sang trọng và hiện đại cho nơi sử dụng mà còn giúp tiếtkiệm thời gian, đem đến sự tiện lợi cho những người qua lại

Nhìn chung cửa tự động là một loại thiết bị thay thế cho các loại cửa thôngthường, nó có chức năng tự động cảm nhận đối với người qua lại, tự động mở ra khi

có người cần đi qua và tự động đóng lại khi không còn người qua lại

Ưu điểm chính của loại cửa này là nó hoàn toàn tự động không cần sự điềukhiển của con người, nó có thể hoạt động liên tục, chính xác 24/24 giờ mỗi ngày.Việc sử dụng các loại của tự động đã trở thành một nhu cầu gần như không thểthiếu tại những nơi công cộng như khách sạn, nhà ga, sân bay, siêu thị…

Cửa tự động là một thiết bị phục vụ cho việc ra vào của con người nên đòi hỏi:

Sự hoạt động chính xác cao và hoàn toàn tự động Bên cạnh đó vì thường lắp đặt ởmặt tiền nơi ra vào chính của các tòa nhà nên đòi hỏi cần phải có tính thẩm mỹ caomang lại sự sang trọng cho nơi sử dụng

Với những ưu điểm như vậy các loại của tự động đang được sử dụng ngày các

rộng rãi Vì vậy em quyết định chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là “Ứng dụng vi điều khiển 89C51 vào thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động”

Sau thời gian học tập và nghiên cứu cùng với sự nỗ lực của bản thân em đãhoàn thành nhiệm vụ thiết kế mô hình cửa tự động và bật tắt đèn thông minh Emxin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn đã giúp đỡ tận tình và đặc biệtcảm ơn cô hướng dẫn Mô hình không tránh khỏi những thiếu sót, em mong được

sự chỉ bảo của các thầy, cô để sản phẩm hoàn thiện hơn và có thể ứng dụng vàothực tế

Em xin chân thành cảm ơn!Sinh viên thực hiện

Lê Bá Đạt

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG

Những cánh cửa trượt luôn được xem là một giải pháp gắn với tinh thần tiếtkiệm diện tích trong thiết kế nội thất, tiết kiệm diện tích là một ưu thế, còn mộtđiểm mạnh khác khiến cửa trượt là lựa chọn cho những không gian hiện đại chính là

vẻ đẹp đơn giản đến mức tối đa – một phong cách của thiết kế tối giản

Kết hợp với những hỗ trợ về kỹ thuật tiến tiến như bánh xe, hệ thống ray trượtcao cấp, thậm chí cả điều khiển tự động vận hành bằng hệ thống điều khiển từ xahay mắt điện tử thông minh những cánh cửa càng trở nên tuyệt với hơn

Nguyên lý cửa tự động đóng khi không có người, mở khi có người qua lại

Cửa mở cánh tự động – Automatic swing door:

Hình 1 2: Cửa mở cánh tự động

Dựa trên sự phát triển của các loại cửa mở cánh sử dụng bản lề thông thườngcửa mở cánh tự động thực sự tạo nên một phong cách mới cho công nghệ sản xuấtcửa tự động đó là hiện đại và tiện lợi

Khi không có chỗ để lắp ray cửa trượt thì giải pháp cửa mở cánh tự động làgiải pháp tối ưu, người sử dụng hoàn toàn không còn phải bận tâm về chiều rộngcủa nơi lắp đặt Khi có người vào thì cửa sẽ tránh được va chạm người hoặc đồ vậttrong phạm vi hoạt động của cửa

Toàn bộ bộ điều khiển, mô tơ của cửa đều nằm gọn trong hộp kỹ thuật kíchthước nhỏ gọn ngay trên khung cửa nên có thể lặp cho cửa nhôm kính, cửa gỗ hoặccửa thép

Cửa mở trượt gấp tự động –Automatic folding door:

Hình 1 3 Cửa mở trượt gấp tự động

Cửa mở trượt gấp được sử dụng rất hiện quả với những công trình có lưulượng người qua lại lớn hoặc cần có độ mở thông thủy lớn nhất Cửa mở trượt gấpkhông chỉ phù hợp với các showroom, siêu thị, garage ô tô mà còn sử dụng rộng rãitrong các nhà máy, phòng thí nghiệm, …

Cửa trượt xếp lớp tự động – Automatic telescopic door:

Hình 1 4 Cửa trượt lớp tự độngCửa trượt xếp lớp dựa trên nguyên lý hoạt động của cửa trượt thông thườngđược

thiết kết lại bộ giá, dây curoa phụ Thay vì chỉ có hai cánh trượt sang hai bên nhưcác loại cửa trượt thông thường, cửa trượt xếp có đến 4 cánh trượt sang hai bên Sửdụng cửa trượt xếp sẽ làm cho cửa có động mở thông thoáng lên tới 75% so với50%

của cửa trượt thông thường Cửa trượt xếp được sử dụng rất hiệu quả và thực sự phùhợp với những công trình đòi hỏi chỉ lặp cửa trượt theo yêu cầu độ mở thông thủylớn hơn hoặc có lưu lượng người qua lại lớn Cửa trượt xếp koong chỉ phù hợp vớicác showroom, siêu thị, garage ô tô mà còn được sử dụng rộng rãi trong các nhàmáy, phòng thí nghiệm …

Hình 1 5 Bộ điều khiển và giá đỡ của cửa trượt xếp lớpĐộng cơ, được cải tiến thông qua động cơ điện một chiều không chổi than, sựchuyển động của các bánh răng

Cấu trúc bộ giá con lăn, bộ giá hợp kim và sử dụng hai con lăn hợp kim bọcmột hợp chất nhựa luôn giữ cho cánh cửa vững chắc cân bằng, chống nọi trườnghợp xô lật cánh và giúp cho cửa vận hành êm hơn

Khi tải vượt quá mức, tín hiệu sẽ được thông báo, bộ điều khiển trung tâm sẽđiều chỉnh giảm tốc độ cũng như thời gian vận hành xuống và cửa vẫn hoạt động ởcường độ thấp Nếu không tiếp tục có sự quá tải, cửa sẽ trở lại hoạt động bìnhthường, tốc độ hoạt động của cửa lại tự phục hồi Tuy nhiên, khi sự quá tải lại tiếptục, cửa sẽ dừng lại để bảo vệ động cơ

Mắt cảm biến an toàn, giúp cho cửa giữ nguyên mở nếu có người hoặc vật nằmtrong vùng hoạt động của cửa

Cửa trượt cánh cong tự động – Automatic circle sliding door

Hình 1 6 Cửa trượt cánh cong tự động

Ray của cửa trượt vòm cong

Hình 1 7: Ray của cửa trượt cánh cong tự động

Thật là đẹp với một công trình cửa cong tự động Dường như có một sự cáchđiệu từ cửa trượt và cửa mở cánh thông thường để tạo nên sự khác biệt của cửacong tự động đó là sự mềm mại và tính tiện dụng

Chỉ cần kết hợp 2 bộ cửa cong, chúng ta đã có một hệ thống cửa tự động liênhoàn khép kín gọi là: Phòng ngăn gió, nó thực sự thích hợp với những công trình sửdụng điều hòa không khí trung tâm hoặc muốn ngăn chặn tối đa bụi và gió từ bênngoài

Cửa xoay tự động – Automatic revolving door

Hình 1 8: Cửa xoay tự động

Với nét kiến trúc khác biệt, cửa xoay tự động được dùng tại các ngân hàng,khách sạn, những tòa nhà có lưu lượng người qua lại lớn, tốc độ lưu thông caonhững vẫn bảo đảm độ an toàn Giữ nhiệt, tránh gió, tránh bụi, tránh được nguy cơgió đập.

Cửa có thể làm việc tự động hoàn toàn, hoặc bán tự động (có sự trợ giúp củađộng cơ điện để mở cửa) và bằng tay

Cửa được gắn mắt thần cảm biến, khi có người ra vào, cửa tự động hoạt động,bình thường cửa sẽ dừng lại để tiết kiệm năng lượng Cảm biến cũng sẽ đảm bảo antoàn cho người đi qua vì khi vướng hành lý hoặc người đi vào buồng cửa dừng lạithì cửa cũng sẽ dừng lại

Khung cửa được làm bằng nhôm hợp kim nên bền đẹp và nhẹ

Mô tả thiết bị:

2 radar phát hiện chuyển động lắp phía trong và phía ngoài, tín hiệu radio

2 sensor phát hiện vật cản lắp trong và ngoài, chếch lối đi bên phải tránh kẹt

2 sensor phát hiện va chạm lắp dọc hai vách cong, chếch lối đi bên phải

2 sensor phát hiện va chạm lắp dưới 3 cánh xoay

1 hộp điều khiển nút bấm điều khiển có 5 chế độ

1 khóa key switch để dùng khóa xích

Hình 1 9 Cơ cấu quay của cửa cánh cong tự động

Cửa cuốn tự động

Hình 1 10 Cửa cuốn tự động

Cửa cuốn tự động mang những đặc tính vượt trội, thân cửa làm bằng hợp kimAlumi siêu bền có độ đàn hồi cao Vận hành ấn tượng: Siêu êm – siêu nhẹ - siêunhanh Tự động đảo chiều khi gặp chướng ngại vật, báo động khi có đột nhập, đượcthiết kế dễ dàng thoát hiểm trong trường hợp khẩn cấp, khi mất điện có thể mở cửabằng tay một cách nhẹ nhàng Kiểu dáng hiện đại, màu sắc đa dạng và phong phú,

có thể bổ xung nhiều lựa chọn: Đèn báo sáng, còi báo động, UPS, mắt hồng ngoại(sensor), card điều khiển trung tâm, hẹn giờ đóng cửa Cửa cuốn động phù hợp vớimọi công trình: Nhà ở - cửa hàng – ki ốt – kho hàng – nhà xưởng Gara ô tô – siêuthị

Motor của cửa cuốn tự động dùng điện áp 24v DC không gây nguy hiểm chongười sử dụng Khi đóng cửa, hệ thống motor sẽ tự động khóa bộ ly hợp, khi chốt lyhợp bị mở/gẫy thì còi báo động sẽ được kích hoạt và thông báo có đột nhập

Có thể đóng mở cửa một cách dễ dàng và thuật tiện trong khoảng cách 50m vàtrong mọi điều kiện thời tiết nhờ bộ điều khiển từ xa

Chính vì vậy, chúng em quyết định thiết kế một sản phẩm giúp nhận biết sự dichuyển của cơ thể con người để bật tắt đèn, tạo sự tiện nghi cho người sử dụng đồngthời tiết kiệm điện năng, tránh lãng phí khi không có người sử dụng.

Các sản phẩm trên thị trường

Hiện nay, trên thị trường đã có những sản phẩm với tính năng cảm biến hồngngoại phát hiện người tuy nhiên phạm vi còn hạn chế, dễ bị tác động nhiễu Các sảnphẩm có chất lượng và giá cả tuy đa dạng nhưng khó đáp ứng được nhu cầu chungcủa người sử dụng

1.1.1 Philips Hue White

Thông số kỹ thuật:

- Hoạt động với: Alexa, Google Assistant, HomeKit

- Yêu cầu Hub: Có

Nhược điểm:

Giá đắt

Yêu cầu bridge

Hình 1 11 Philips Hue White

White Starter Kit của Philips Hue có hai hoặc bốn bóng đèn trắngdimmable và một Hub cho bạn lựa chọn Điều khiến Philips nổi bật hơn sovới các đối thủ cạnh tranh là ứng dụng có nhiều tính năng như thiết lập theothói quen, tự động bật, tắt khi mặt trời mọc, mặt trời lặn, tính nănggeofencing, chế độ vacation Điểm cộng là Philips Hue có thể hoạt động vớitất cả các hệ thống và thiết bị nhà thông minh như: Alexa, Google Home,IFTTT, Nest, SmartThings và nhiều thứ khác nữa Nếu đang tìm kiếm bóngđèn ánh sáng trắng thông minh linh hoạt cho nhà thông minh của mình, hãycân nhắc Philips Hue White

1.1.2 Lifx+

Thông số kỹ thuật:

 Hoạt động với: Alexa, Google Assistant, HomekKit, Cortana

 Yêu cầu Hub: Không

 Tuổi thọ: 200 nghìn giờ

 Cường độ sáng: 1100 lumen

 Công suất: 11W

 Loại bóng đèn: A19

Ưu điểm:

 Rất sáng

 Có các tùy chọn tự động nâng cao

 Đèn hồng ngoại Nhược điểm:

 Giá đắt

Hình 1 12 Lifx+

Giống như các sản phẩm cao cấp khác của Lifx, Lifx+ có thể tạo ra 16triệu màu và có cường độ sáng lên đến 1100 lumen, khiến nó trở thành mộttrong những bóng đèn thông minh sáng nhất trên thị trường Nó có thể tạomột số hiệu ứng thú vị như ánh nến nhấp nháy và có thể đồng bộ với âm nhạchoặc các âm thanh khác gần đó Tính năng độc đáo của bóng đèn thông minhnày là khả năng hồng ngoại, mang đến ánh sáng vào ban đêm cho camera

an ninh trong nhà và ngoài trời

1.1.3 Xiaomi Yeelight Wi-Fi LED Bulb

Thông số kỹ thuật:

 Hoạt động với: Alexa, Google Assistant

 Yêu cầu Hub: Không

Bóng đèn LED Color Yeelight của Xiaomi là loại đèn hỗ trợ Wifi tuyệtvời chỉ có giá chưa đến 500 nghìn VND, dễ dàng lắp đặt và hoạt động vớiAlexa và Google Assistant.

Trong ứng dụng Mi Home, bạn có thể lên lịch và thiết lập bộ hẹn giờ chobóng đèn Ngoài ra bạn có thể làm mờ hoặc thay đổi màu khi thiết bị thôngminh khác của Xiaomi bật hoặc tắt Bóng đèn này có cường độ sáng là 600lumen và không bị nóng

1.1.4 Philips Hue White and Color Ambiance

Thông số kỹ thuật:

 Hoạt động với: Alexa, Google Assistant, HomeKit

 Yêu cầu Hub: Có

 Tích hợp với bên thứ ba rộng rãi

 Có hiệu ứng màu tuyệt đẹp

Nhược điểm:

 Giá đắt

 Yêu cầu Bridge

Tính năng thú vị nhất của bóng đèn Philips Hue này là Philips Hue Sync, chophép người dùng đồng bộ bóng đèn thông minh với nội dung đa phương tiện trênmáy Mac hoặc Windows Ví dụ, bạn có thể thiết lập bóng đèn nhấp nháy hoặc thayđổi màu sắc khi phát nhạc, video hoặc phim trên máy tính

Hình 1 14 Philips Hue White and Color Ambiance

1.3 Lí do chọn đề tài.

Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa và đèn điện là một bộ phận không thểthiếu được trong từng công trình kiến trúc Nhưng hầu hết việc đóng mở cửa và bậttắt đèn đều là con người tác động trực tiếp vào vì thế nó cũng gây nhiều phiền phứccho người sử dụng

Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích, một hệ thống đèn điện thông minh, đanăng hơn, phục vụ tốt hơn cho đời sống con người là vô cùng cần thiết Xuất phát từnhu cầu đó ta thiết kế một hệ thống đóng mở cửa tự động và bật tắt đèn thông minh,khi người dùng sử dụng thì không cần phải tác động trực tiếp vào cửa và công tắcđiện mà vẫn đảm bảo được đúng mục đích của mình

Đặc biệt hệ thống này được sử dụng ở những nơi công sở, các phòng họp thìcửa tự động giúp cho quá trình lưu thông qua cửa được nhanh chóng dễ dàng, có thểkiểm soát được số lượng người trong phòng và áp dụng được hệ thống bật tắt đènthông

minh giúp tiết kiệm được điện và đảm bảo được sáng trong phòng

1.4 Mục đích nghiên cứu của đề tài.

 Phát triển các công thức lý thuyết để tính toán các thông số chế tạo cho

hệ khung dàn và hệ dẫn động cơ khí

 Thiết kế mạch tối ưu nhất

 Áp dụng vào thực thế

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu.

 Các hệ thống cửa tự động

 Kết cấu giá đỡ, hệ truyền động cơ khí

 Mô hình thực tế

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu.

a) Nghiên cứu lý thuyết:

 Dựa trên cơ sở lý thuyết tính toán về sức bền, chi tiết máy, bài toán vịtrí, động học, động lực học…để thiết lập công thức tính toán chung chohệ

 Thiết kế mạch tối ưu chi phí nhất

b) Nghiên cứu thực nghiệm:

 Thiết kế và thực hiện thí nghiệm so sánh

 Chế tạo mô hình tế

1.6 Ý nghĩa của đề tài.

1.6.1 Ý nghĩa khoa học.

 Xây dựng cơ sở khoa học về việc chế tạo cửa thông minh

 Chứng minh hiệu quả của việc ứng dụng cửa thông minh vào sinh hoạtnói riêng cũng như góp phần cải thiện môi trường, đẩy mạnh nguồn tàinguyên mới nói chung

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Vi điều khiển AT89C52.

8051 có 4KB ROM, 128 byte RAM và 8031, không có ROM nội, phải sử dụng bộnhớ ngoài

AT89C51 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS có tốc độ cao và công suấtthấp với bộ nhớ flash có thể lập trình được Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớkhông bay hơi mật độ cao của hãng Atmel và tương thích với chuẩn công nghiệpcủa 80C51 và 80C52 về chân ra và bộ lệnh Vì lý do đó, kể từ đây về sau sẽ dùngthuật ngữ “80C51” hoặc 8051

2.1.2 Cấu trúc vi điều khiển AT89C51

AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS

có các đặc tính như sau:

- 4 KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory),

có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá

- Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 128 Byte RAM nội.

- 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.

- Là bước đệm để con người hướng tới thế giới vạn vật.

- Điều kiển các thiết bị từ xa

2.1.3.1 Sơ đồ khối

Hình 2 1: sơ đồ khối MSC-51

+ Port 1: là port IO trên các chân 1-8 Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2,

… có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần Port 1 không có chứcnăng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài+ Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21- 28 được dùng như cácđường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ

mở rộng

+ Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10-17 Các chân của port này cónhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của89C51 như ở bảng sau:

INT1\

T0T1WR\

RD\

Ngõ vào dữ liệu nối tiếpNgõ xuất dữ liệu nối tiếpNgõ vào ngắt cứng thứ 0Ngõ vào ngắt cứng thứ 1Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 0Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 1Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoàiTín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng 2 1: bảng tín chức năng chuyển đổi

 Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable): PSEN là tín hiệu ngõ ra ởchân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thườngđược nối đến chân 0E\ (output enable) của Epromcho phép đọc các byte

mã lệnh PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 89C51 lấylệnh Các mã lệnh của chương trình được đọc từ EPROM qua bus dữliệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 89C51 để giải mã lệnh.Khi 89C51 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức 1

 Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable): Tín hiệu ra ALE

ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địachỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt Tín hiệu ra ở chân ALE làmột xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nênchốt địa chỉ hoàn toàn tự động

 Ngõ tín hiệu EA\(External Access) : Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thườngđược mắc lên mức 1 hoặc mức 0 Nếu ở mức 1, 89C51 thi hành chương

trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8Kbyte Nếu ở mức 0, 89C51

sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng Chân EA\ được lấy làm châncấp nguồn 21V

 Ngõ tín hiệu RST (Reset): Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của

8951 Khi cấp điện mạch tự động Reset

 Các ngõ vào bộ giao động X1, X2: Bộ dao động được được tích hợp bêntrong 8951, khi sử dụng 8951 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạchanh và các tụ

 Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V

 GND chân 20 chân nối đất

89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biết chochương trình và dữ liệu Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 89C51nhưng

89C51 vẫn có thể kết nỗi với 64k byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữliệu

Các đặc tính cần chú ý là:

- Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được định vị trong bộ nhớ và có

thể truy xuất trực tiếp giống như của cơ sở địa chỉ bộ nhớ khác

- Ngăn xếp bên trong Ram nội nhỏ hơn so với Ram ngoại

- Ram bên trong 89C51 được phân chia như sau:

o Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00h đên 1FH

o Ram địa chỉ hóa từng bít có địa chỉ từ 20H đến 2FH

o Ram đa dụng từ 30H đến 7FH

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

 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt:

- Các thanh ghi nội của AT 89C51 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh

- Các thanh ghi trong 8951 được định dạng như một phần của RAM trên

chip vì vậy mỗi thanh ghi sẽ có một địa chỉ

- Tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa, chỉ có 21

thanh ghi có chức năng đặc biết được định nghĩa sẵn các địa chỉ

- Ngoại trừ thanh ghi A có thể được truy xuất ngầm như đã nói, đa số các

thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR có thể địa chỉ hóa từng bít hoặcbyte

 Chức năng từng bit trạng thái chương trình

- Cờ Carry CY (Carry Flag): Thông thường nó được dùng cho các lệnh

toán học C=1 nếu phép toán cộng có sự tràn hoặc phép trừ có mượn vàngược lại C= 0 nếu phép toán cộng không tràn và phép trừ không cómượn

- Cờ Carry phụ AC (Auxiliary Carry Flag): Khi cộng những giá trị BCD

(Binary Code Decimal), cờ nhớ phụ AC được set nếu kết quả 4 bit thấpnằm trong phạm vi điều khiển 0AH ÷ 0FH Ngược lại AC= 0

- Cờ 0 (Flag 0): Cờ 0 (F0) là 1 bit cờ đa dụng dùng cho các ứng dụng của

người dùng

- Cờ tràn OV (Over Flag): Cờ tràn được set sau một hoạt động cộng hoặc

trừ nếu có sự tràn toán học Khi các số không có dấu được cộng bit OVđược bỏ qua Các kết quả lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn –128 thì bit OV =1

 Con trỏ dữ liệu DPTR (Data Pointer):

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 ghi55H vào RAM ngoài ở địa chỉ 1000H:

Các thanh ghi ngắt (Interrupt Register):

AT89C51 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên Các ngắt bị cấm sau khi bịreset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địachỉ A8H Cả hai được địa chỉ hóa từng bit

 Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power Control Register):

Thanh ghi PCON không có bit định vị Nó ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điều khiển

2.1.3.5 Bộ nhớ ngoài (External memory):

89C51 có khả năng mở rộng bộ nhớ lên đến 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bộ nhớ dữ liệu ngoài là một bộ nhớ RAM được đọc hoặc ghi khi được cho phép của tín hiệu RD\ và WR Hai tín hiệu này nằm ở chân P3.7 (RD) và P3.6 (WR)

Hoạt động Reset:

89C51 có 2 cách thực hiện reset: reset bằng tay hoặc reset tự động:

- Reset tự động:

Hình 2 4: sơ đồ mạch tự động reset

Mạch Autoreset thường được dùng để xác định trạng thái đầu tiên của mạch ngay khi vừa cấp nguồn để mạch luôn luôn hoạt động đúng như yêu cầu thiết kế

- Reset bằng tay:

Hình 2 5: sơ đồ mạch reset bằng tay

Việc thiết kế mạch Reset bằng tay rất đơn giản chỉ việc thêm vào mạch Reset tự động một SW và điện trở như hình Nguyên lý mạch giống như mạch Reset tự động

2.1.3.6 Hoạt động Timer của AT89C51

(a) Giới thiệu

Bộ định thời của Timer là một chuỗi các Rlip Flop được chia làm 2, nó nhậntín hiệu vào là một nguồn xung clock, xung clock được đưa vào Flip Flop thứ nhất

là xung clock của Flip Flop thứ hai mà nó cũng chia tần số clock này cho 2 và cứtiếp tục

Vì mỗi tầng kế tiếp chia cho 2, nên Timer n tầng phải chia tần số clock ngõvào cho 2n Ngõ ra của tầng cuối cùng là clock của Flip Flop tràn Timer hoặc cờ mà

nó kiểm tra bởi phần mềm hoặc sinh ra ngắt Giá trị nhị phân trong các FF của bộTimer có thể được nghỉ như đếm xung clock hoặc các sự kiện quan trọng

Hoạt động của Timer đơn giản 3 bit được minh họa như sau

Hình 2 6: Biểu đồ thời gian

89C51 có 2 bộ Timer 16 bit, mỗi Timer có 4 mode hoạt động Các Timer dùng

để đếm giờ, đếm các sự kiện cần thiết và sự sinh ra tốc độ của tốc độ Baud cho Portnối tiếp

Mỗi sự định thời là một Timer 16 bit, do đó tầng cuối cùng là tầng thứ 16 sẽchia tần số clock vào cho 216=65536

Trong các ứng dụng định thời, 1 Timer được lập trình để tràn ở một khoảngthời gian đều đặn và được set cờ tràn Timer

(b) Thanh ghi điều khiển Timer TCON

Thanh ghi điều khiển bao gồm các bit trạng thái và các bit điều khiển bởiTimer 0 và Timer 1 Thanh ghi TCON có bit định vị Hoạt động của từng bit đượctóm tắt như sau:

Cờ tràn Timer 1 được set bởiphần cứng ở sự tràn, được xóa bởiphần mềm hoặc bởi phần cứng khi cácvectơ xử lý đến thủ tục phục vụ ngắtISR

Bit điều khiển chạy Timer 1 đượcset hoặc xóa bởi phần mềm để chạyhoặc ngưng chạy Timer

Cờ kiểu ngắt 1 ngoài được sethoặc xóa bằng phần mềm bởi cạnhkích hoạt bởi sự ngắt ngoài

TCON.1 IE0 89H Cờ cạnh ngắt 0 ngoài

TCON IT0 88H Cờ kiểu ngắt 0 ngoài

Bảng 2 2: bảng thanh ghi TCON

(c) Thanh ghi mode timer (TMOD):

Thanh ghi TMOD gồm hai nhóm 4 bit là: 4 bit thấp đặt mode hoạt động choTimer 0 và 4 bit cao đặt mode hoạt động cho Timer 1, 8 bit của thanh ghi TMODđược tóm tắt như sau:

7 GATE 1 Khi GATE = 1, Timer chỉ làm việc khi

INT1 = 1

Bit cho đếm sự kiện hay ghi giờC/T= 1: Đếm sự kiện

C/T= 0: Ghi giờ đều đặn

5 M1 1 Bit chọn mode của Timer 1

4 M0 1 Bit chọn mode của Timer 1

3 GATE 0 Bit cổng của Timer 0

2 C/T 0 Bit chọn Counter/ Timer của Timer 0

1 M1 0 Bit chọn mode của Timer 0

0 M0 0 Bit chọn mode của Timer 0

Bảng 2 3: bảng thanh ghi TMOD

Timer 0 ở mode 3 được chia là 2 timer 8 bit.

Timer 1 bị dừng lại ở mode 3, nhưng có thể được khởi động bởi việc ngắt nóvào một trong các mode khác

Khi timer 0 ở chế độ 3, timer 1 vẫn có thể sử dụng bởi port nối tiếp như tạo tốc

độ baud

(e) Các ng uồ n xung clock (CLOCK SOURCES):

Có hai nguồn xung clock có thể đếm giờ là sự định giờ bên trong và sự đếm sựkiện bên ngoài Bit C/T trong TMOD cho phép chọn 1 trong 2 khi Timer được khởiđộng

Hình 2 11: Nguồn cấp xung nhịp

(f) S ự bắ t đầ u, d ừng và đ iều khiển các timer:

Để bắt đầu cácTimer ta set bit TRx và để kết thúc Timer ta Clear TRx

Thêm phương pháp nữa để điều khiển các Timer là dùng bit GATE trongthanh ghi TMOD và ngõ nhập bên ngoài INTx