Đồ án: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051 - ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ CHUYỂN ĐỔI ADC

Chia sẻ: Truong Truong | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

413
lượt xem 139
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'đồ án: thiết kế và thi công vi điều khiển 8051 - đo nhiệt độ và chuyển đổi adc', luận văn - báo cáo, điện - điện tử - viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051 - ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ CHUYỂN ĐỔI ADC

1 Đồ án môn học BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051 - ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ CHUYỂN ĐỔI ADC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỦ
2 Đồ án môn học NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………
3 Đồ án môn học MỤC LỤC A - PHẦN GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN I/ LỜI NÓI ĐẦU II/ GIỚI THIỆU III/ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU B - PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN 8051 - ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ CHUYỂN ĐỔI ADC I/ VĐK 89C51 II/ ĐO LƯỜNG III/ CHUYỂN ĐỔI CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG I/ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ II/ SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI III/ THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TỪNG KHỐI IV/ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH V/ THI CÔNG CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ C – PHỤ LỤC – TÀI LIỆU THAM KHẢO
4 Đồ án môn học CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN LỜI NÓI ĐẦU I/
5 Đồ án môn học II/ GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
6 Đồ án môn học III/ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
7 Đồ án môn học CHƯƠNG II: VI ĐIỀU KHIỂN 8051 - ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ CHUYỂN ĐỔI ADC I / VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1 / GIỚI THIỆU CHUNG VỀ 8051: VĐK 8051 là sản phẩm của Intel ra đời năm 1981. Hiện nay được dùng khá phổ biến vì tính kinh tế và khả năng ứng dụng nhiều trong thực tiễn. Họ VĐK MCS – 51 có một số phiên bản sau: +> VĐK 80C31 có 126 byte nhớ RAM, không có ROM bên trong mà phải dùng ROM ngoài. +> VĐK 80C51 có 126 byte nhớ RAM, 4KB nhớ ROM chỉ lập trình một lần, không lập trình lại được, có 2 bộ timer 0, 1. +> VĐK 80C52 có 8 Kb nhớ ROM, 256 byte RAM và 3 bộ timer : 0, 1, 2. +> VĐK 87C51 có 256 byte nhớ RAM, 8 Kb nhớ EPROM có thể xóa bằng tia cực tím và ghi lại nhiều lần. +> VĐK 89C51 có 256 byte RAM, 4Kb nhớ FLASH ROM có thể xóa và nạp bằng điện nhiều lần.
8 Đồ án môn học EXTERNAL INTERRUPTS ETC COUNTER other INPUTS TIMER INTERRUP ON - 0 TIMER T CHIP 1 CPU OSC SERIAL 4 I/O BUS PORT PORTS CONTROL B¶ng 1.1.B¶ng th«ng sè c¬ b¶n cñaPc¸c hä P V§K TXD RXD PP ADDRESS/DAT A Hình 1. Sơ đồ khối của họ VĐK 8051 2 / Bảng thông số cơ bản của các họ VĐK 8051 8052 8031 Đặc tính ROM trên chíp 4K byte 8K byte OK RAM 128 byte 256 byte 128 byte Bộ định thời 2 3 2 Chân vào ra 32 32 32 Cổng nối tiếp 1 1 1 Nguồn ngắt 6 8 6
9 Đồ án môn học 3/ Mô tả chân của 8051. 3.1/ Sơ đồ chân: Hình 2. Sơ đồ chân của 8051
10 Đồ án môn học 3.2/ Chức năng các chân VĐK: - Port 0: Có 2 chức năng ở trên chân từ 32  39 trong các thiết kế cỡ nhỏ (Không dùng bộ nhớ mở rộng), có 2 chức năng như các đường I/O. Đối với các thiết kế cỡ lớn ( với bộ nhớ mở rộng ) nó được kết hợp kênh giữa các bus. - Port 1: Là cổng I/O trên các chân 18. Có thể dùng cho các thiết bị ngoài nếu cần. Cổng này không có chức năng khác, vì vậy chúng ta chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngoài. - Port 2: Là một cổng có công dụng kép trên các chân từ 21  28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng. - Port 3: Cũng là một cổng công dụng kép trên các chân 1017. Các chân của cổng này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có lien hệ với các đặc tính đặc biệt của 8051 như bảng sau: Chức năng chuyển đổi Bit Tên Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.0 RXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp P3.1 TXD Ngắt 0 bên ngoài P3.2 INT0 Ngắt 1 bên ngoài P3.3 INT1 Ngõ vào của timer / counter 0 P3.4 T0 Ngõ vào của timer / counter 1 P3.5 T0 Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.6 WR Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD Bảng chức năng của các chân trên Port 3.
11 Đồ án môn học - PSEN : ( Program store Enable ) : 8051 có 4 tín hiệu điều khiển . Psen là tín hiệu điều khiển ở chân số 29. Nó là tín hiệu điều khiển cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE ( Out put Enable ) của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh. Psen sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội (8051) Psen sẽ ở mức thụ động ( mức cao ). - ALE: ( Address Latch Enable ): Tín hiệu ra ALE trên chân 30 cho phép chốt địa chỉ, là chân đầu ra và được tích cực ở mức cao. Chân ALE được sử dụng để phân kênh địa chỉ và dữ liệu bằng cách nối tới chân G của chip 74LS373. - RST . Chân số 9 là chân tái lập RESET. Nó là một đầu vào và có mức tích cực cao ( bình thường ở mức thấp ). Khi cấp xung cao tới chân này thì bộ VĐK sẽ tái lập và kết thúc mọi hoạt động. Điều này thường được coi như là sự tái bật nguồn. Khi kích hoạt tái bật nguồn sẽ làm mất mọi giá trị trên các thanh ghi. Nhằm làm cho đầu vào RESET có hiệu quả thì nó phải có tối thiểu 2 chu kỳ máy. Hay nói cách khác, xung cao phải kéo dài tối thiểu 2 chu kỳ máy trước nó xuống thấp. Trong 8051 một chu kỳ máy được định nghĩa bẳng 12chu kỳ dao động của thạch anh. - EA : Các thành viên họ 8051 như 8751, 89C51 hoặc DS5000 đều có ROM trên chip lưu cất chương trình. Trong các trường hợp như vậy thì chân EA được nối tới Vcc. Đối với các thành viên của họ như 8031 và 8032 mà không có ROM trên chip thì mã chương trình được lưu cất ở trên bộ nhớ ROM ngoài
12 Đồ án môn học và chúng được nạp cho 8031/8032. Do vậy, đối với 8031 thì chân EA phải được nối đất để báo rằng chương trình được cất ở ngoài. EA có nghĩa là truy cập ngoài ( External Acess ) là chân số 31 trên vỏ kiểu DIP. Nó là một chân đầu vào và phải được nối với Vcc hoặc GND. Hay nói cách khác là nó không được để hở. - Chân Vcc: Chân số 40 là chân Vcc cấp điện áp nguồn cho chip, nguồn điện áp là +5V. - Chân GND: Chân số 20 - Chân XTAL 1 và XTAL 2: 8051 có một bộ dao động trên chip nhưng nó yêu cầu một xung đồng hồ ngoài để chạy nó. Bộ dao động thạch anh thường xuyên nhất được nối tới chân đầu vào XTAL 1 ( chân 19 ) và XTAL 2 ( chân 18 ). Bộ dao động thạch anh này cũng cần 2 tụ điện giá trị 30PF. Một phía của tụ điện được nối xuống đất như hình a. C2 XTAL2 XTAL2 NC C1 EXTERRNAL XTAL1 OSCILLATA XTAL1 OR 30pF SIGNAL GND GND a, Nối XTAL tới 8051 b, Nối XTAL tới nguồn đồng bộ ngoài Hình 3. sơ đồ đấu nối thạch anh 4/ Các thanh ghi, bộ time/counter và ngắt 4.1/ Các thanh ghi
13 Đồ án môn học Trong CPU các thanh ghi được dùng để lưu cất thong tin tạm thời, những thong tin này có thể là một byte dữ liệu cần được xử lý hoặc là một địa chỉ đến dữ liệu cần được nạp. Phần lớn các thanh ghi của 8051 là các thanh ghi 8 bit. Trong 8051 chỉ có một kiểu dữ liệu: Loại 8 bit, 8 bit của một thanh ghi được trình bày như sau: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Với MSB là bit có giá trị cao nhất D7 cho đến LSB là bít có giá trị thấp nhất D0. ( MSB – Most sigtican bit và LSB – Leart sigtician Bit ). Với một kiểu dữ liệu 8 bít thì bất kỳ dữ liệu nào lớn hơn 8 bit đều phải được chia thành các đoạn 8 bit trước khi được xử lý. A B DPTR DPH DPL R0 R1 PC PC (program counter) R2 R3 R4 R5 R6 R7 a)Một số thanh ghi 8 bít của 8051 b) Một số thanh ghi 16 bít của 8051 Hình 4. Cấu trúc của một số thanh ghi
14 Đồ án môn học Các thanh ghi được sử dụng rộng rãi nhất của 8051 là A ( thanh ghi tích lũy ), B, R0  R7, DPTR ( Con trỏ dữ liệu ) và PC ( Bộ đếm chương trình ). Tất cả các dữ liệu trên đều là thanh ghi 8 bit trừ DPTR và PC 16 bit. Thanh ghi tích lũy A được sử dụng cho tất cả mọi phép toán số học và logic. 4.2/ Hoạt động của bộ định thời timer. Mục đích Địa chỉ Địa chỉ từ hóa từng bít SFR B Điều khiển timer TCON 88H Có ả Chế độ timer TMOD 89H Không Byte thấp của timer 0 TL0 8AH Không Byte thấp của timer 1 TL1 8BH Không Byte cao của timer 0 TH0 8CH Không Byte cao của timer 1 TH1 8DH Không 4.2. Bảng các thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer 4.3/ Bộ ngắt của VĐK 8051. Ngắt Cờ Địa chỉ vector Reset hệ thống SRT 0000H Ngắt ngoài 0 IEO 0003H Timer 0 IFO 000BH Ngắt ngoài 1 IE1 0013H Timer 1 IF1 001BH Port nối tiếp TI hoặc RI 0023H TF2 hoặc IE2 Timer 2 002BH Bảng 4.3. Các vector ngắt
15 Đồ án môn học - Thanh ghi cho phép ngắt IE: Đây là thanh ghi 8 bít cho phép truy nhập ở mức bít. EA X X ES ET1 E X1 ETO E XO + EA ( Enable add ): EA = 1  Lúc này một trong các náy xảy ra EA = 0  Cấm tất cả các ngắt + EX0: Cho phép ngắt ngoài. EX0 = 0  Cho phép ngắt ngoài hoạt động EX1 = 1  Cấm ngắt ngoài hoạt động + ET0: Cho phép ngắt trong timer 0. ET0 = 1  Cho phép ngắt ET1 = 0  Cấm ngắt + EX1: Cho phép ngắt ngoài 1. EX1 = 0  Cho phép EX1 = 1  Cấm ngắt + ET1: Cho phép ngắt trong timer 1. ET1 = 0  Cho phép ngắt ET1 = 1  Cấm ngắt +ES: Cho phép ngắt nối tiếp. ES = 0  Cho phép ngắt ES = 1  Cấm ngắt - Thanh ghi ưu tiên ngắt IP ( Interupst priority ) PS P T1 P X1 P TO P XO + PXo: Ưu tiên ngắt ngoài. PXo = 1  Ưu tiên trước PX1 = 0  Ưu tiên sau + PTo: Ưu tiên ngắt timer 0. PTo = 1  Ưu tiên trước
16 Đồ án môn học PTo = 0  Ưu tiên sau + PS (Priority senial ): Ưu tiên ngắt nối tiếp, PS = 1  Ưu tiên ngắt Nếu để mặc định thì sẽ tuần tự từ PX0  PT0  PX1  PT1  PS - Thanh ghi điều khiển trạng thái TCON IE1 IT1 IEO ITO + ITx: Xác lập kiểu ngắt của timer 0 hoặc 1 *> ITo = 0  Xác lập kiểu ngắt ở mức xung *> ITo = 1  Xác lấp kiểu ngắt ở cạnh xung + IEx: Cờ ngắt. 4/ Các tập lệnh của họ VĐK 8051 4.1/ Các chế dộ định địa chỉ 4.1.1/ Chế độ điịnh địa chỉ tức thời. - Cú pháp : Mov a,#Data; Di chuyển giá trị data vào thanh ghi a - Ví dụ: +.Mov R0,#10H; Di chuyển giá trị 20 hệ hecxa vào thanh ghi R0 +.Mov DPTR,#50; Di chuyển giá trị 50 vào con trỏ dữ liệu DPTR 4.1.2/ Chế độ định địa chỉ trực tiếp. Đây là chế độ có thể truy nhập toàn bộ không gian nhớ của RAM, áp dụng cho RAM trong và SFR ( thanh ghi chức năng đặc biệt ) VD: Mov a,4 ; Di chuyển nội dung ô nhớ 4 trong RAM trong vào thanh ghi A Mov 50H,A ; Di chuyển nọi dung thanh ghi A vào ô nhớ có địa chỉ là 50H trong RAM trong
17 Đồ án môn học 4.1.3. Chế độ định địa chỉ thanh ghi Chế độ này toán hạng phải là một trong các thanh ghi từ R0R7, A, B, DPTR VD: Mov A,R0 ; Di chuyển nội dung thanh ghi R0 vào thanh ghi A Mov R2, A ; Di chuyển nội dung thanh ghi A vào thanh ghi R0 Chế độ này yêu cầu toán hạng nguồn và toán hạng đích phải có cùng kích thước. 4.1.4. Chế độ này các thanh ghi dùng để trỏ đến dữ liệu có trong bộ nhớ. Chỉ dùng các thanh ghi R0, R1 còn định địa chỉ gián tiếp. - Chế độ các thanh ghi từ R2R7 không dùng đến. - R0, R1 đều có dấu @ đứng trước. Nếu không có @ thì đó là lệnh chuyển nội dung R0 và R1 chứ không phải là di chuyển nội dung ngăn nhớ có trong R0, R1. VD: Mov a,@R0 ; Di chuyển nội dung ô nhớ có trong ROM có địa chỉ xác định bởi thanh ghi R0 vào thanh ghi A - Đối với RAM ngoài ta phải MovX ( X : Extenal ) 4.1.5. Chế độ định địa chỉ chỉ số thanh ghi. Chế độ này được sử dụng rộng rãi khi truy cập các phần tủ dữ liệu của bảng trong không gian ROM của 8051. VD: MovC A,@A+DPTR ; Di chuyển nội dung ô nhớ trong ROM có địa chỉ xác định bởi tổng nội dung của thanh ghi DPTR và thanh ghi A vào trong thanh ghi A. 4.2. TẬP LỆNH CỦA 8051 4.2.1. Nhóm lệnh di chuyển dữ liệu.
18 Đồ án môn học *> Lệnh Mov dạng byte: Cú pháp : Mov ( dest – byte ),( src – byte ) Chức năng: Lệnh sao chép nội dung của toán hạng nguồn cào toán hạng đích, nội dung của toán hạng nguồn không thayh đổi. Lệnh này không làm ảnh hưởng đến các cờ. *> Lệnh Mov dạng word. Cú pháp : Mov dptr,#data Chức năng: Giá trị 16 bít chính là toán hạng thứ 2 trực tiếp trong câu lệnh được nạp vào thanh ghi con trỏ dữ liệu byte cao của dữ liệu được nạp vào thanh ghi , còn byte thấp được nạp vào thanh ghi . Lệnh này không làm ảnh hưởng đến cờ hiệu. Kichd thước 3byte, thời gian thực hiện là 2 chu kỳ máy, mã lệnh là 1001 0000 *> Lệnh Mov dạng bít Cú pháp: Mov , Chức năng: Chuyển dữ liệu ở dạng sao chép toán hạng nguồn vào toán hạng đích, 1 toán hạng nguồn là cờ hiệu và một toán hạng còn lại là bít địa chỉ trực tiếp. Lệnh này không làm ảnh hưởng đến thanh ghi hoặc cờ khác. *> Lệnh chuyển số liệu vào ngăn xếp. Cú pháp: PUSH direct Chức năng: Để chuyển số liệu có trong câu lệnh vào ngăn xếp, trước tiên con trỏ ngăn xếp sẽ được tăng lên 1, sau đó số liệu sẽ được chuyển vào đỉnh của ngăn xếp mà địa chỉ này được định bởi Kích thước là 2 byte, thời gian thực hiện là 2 chu kỳ máy, mã lệnh là : 1100 0000
19 Đồ án môn học *> Lệnh chuyển số liệu ra khỏi ngăn xếp. Cú pháp: POP direct, kích thước là 2 byte, thời gian thực hiện là 2 chu kỳ máy, mã lệnh la 1101 0000 *> Lệnh hoán chuyển dữ liệu. Cú pháp : XCH A, Chức năng: Hoán chuyển nội dung của thanh ghi tích lũy với thanh ghi hoặc bộ nhớ có địa chỉ trong toán hạng thứ 2 của câu lệnh, toán hạng thứ 2 có thể là thanh ghi, thanh ghi này có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp. *> Lệnh hoán chuyển 4 bít thấp. Cú pháp: XCHD a,@R1 Kích thước : dài 1 byte, thời gian thực hiện : 1 chu kỳ máy; Mã lệnh 1100 0111 *> Lệnh xóa bít. Cú pháp : CLR (bít) Chức năng: Lệnh xóa 1 bit về không, với 1 bít được định địa chỉ trực tiếp, lệnh này không ảnh hưởng đến các cờ. *> Lệnh xóa thanh ghi tích lũy Cú pháp: CLR A Chức năng: Lệnh xóa tất cả các bít của thanh ghi tích lũy về 0. lệnh này không ảnh hưởng đến trạng thái của các cờ. Kích thước 1 byte; thời gian thực hiện là 1 chu kỳ máy *> Lệnh thiết lập bít. Cú pháp : CPL Chức năng: Lệnh lấy bù của bit, làm bit đã cho sẽ được lấy bù với bít được định địa chỉ trực tiếp.
20 Đồ án môn học *> Lệnh lấy bù thanh ghi tích lũy. Cú pháp : CPL Chức năng: Lệnh lấy bù tất cả các bit của thanh ghi tích lũy. Lệnh này không làm ảnh hưởng đến trạng thái của cờ. Kích thước là 1 byte, thời gian thực hiện là 1 chu kỳ máy, mã lệnh là 1111 0100. 4.2.2. Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình. *> Lệnh quay trở về từ chương trình con. Cú pháp : Ret; Kích thước: 1 byte; Thời gian thực hiện : 2 chu kỳ máy; Mã lệnh: 0010 0010. *> Lệnh quay trở về từ ngắt. Cú pháp : Reti; Kích thước: 1 byte ; Thời gian thực hiện: 2 chu lỳ máy; Mã lệnh : 0010 0010. *> Lệnh nhảy gián tiếp. Cú pháp: JMP @A+DPTR; Kích thước: 1 byte; Thời gian thực hiện : 2 chu kỳ máy ; Mã lệnh: 00100000. *> Lệnh nhảy nếu 1 bít không được thiết lập. Cú pháp : JBN bit,rel; Kích thước: 3 byte; Thời gian thực hiện: 2 chu kỳ máy; Mã lệnh: 0011 0000. *> Lệnh nhảy nếu 1 bít được thiết lập và xóa bít đó. Cú pháp: JBC bit,rel ; Kích thước : 3 byte ; Thời gian thực hiện : 2 chu kỳ máy; Mã lệnh: 0001 0000. *> Lệnh nhảy nếu cờ CF không được thiết lập. Cú pháp : JC rel ; Kích thước : 2 byte ; Thời gian thực hiện: 2 chu kỳ máy ; Mã lệnh : 0101 0000. *> Lệnh nhảy nếu thanh ghi tích lũy bằng 0.