Giáo trình Vi điều khiển - Nghề: Điện dân dụng - Trình độ: Trung cấp nghề (Tổng cục Dạy nghề)

Chia sẻ: Cuahuynhde Cuahuynhde | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

72
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Vi điều khiển được xây dựng nhằm phục vụ cho các yêu cầu nói trên. Nội dung bao gồm 5 bài như sau: Các hệ đếm và việc mã hóa thông tin trong máy tính; Cấu trúc họ vi điều khiển 8051; Tập lệnh của 8051; Lập trình I/O; Timer/Counter.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vi điều khiển - Nghề: Điện dân dụng - Trình độ: Trung cấp nghề (Tổng cục Dạy nghề)

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên mô đun: Vi điều khiển NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ 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
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN 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.
1 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 không chỉ về cấu tạo; nguyên lý làm việc hay các đặc tính; các thông số kỹ thuật ... mà với 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 nhau một cách hợp lý và hiệu quả, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động, tính năng cho các thiết bị điện tử gia dụng hay công nghiệp đòi hỏi những nguời thiết kế, lắp ráp 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 bắt giải 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 liên quan đến họ vi điều khiển 8051. Tuy nhiên, do thời gian hạn hẹp, kiến thức và nguồn 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 dung của 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 Email: khoadienbn@gmail.com Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2012 Nhóm biên soạn: 1. Chủ biên: Ngô Duy Khánh 2. Khúc Anh Phúc 3. Phạm Văn Việt
2 Mục lục Nội dung Trang Bài 1: Các hệ đếm và việc mã hóa thông tin trong máy tính 5 1. Hệ đếm mười và hệ đếm hai 5 1.1. Hệ đếm mười và hệ đếm hai 5 1.2. Chuyển đổi giữa hai hệ đếm 5 2. Các hệ đếm khác 6 2.1. Số BCD 6 2.2. Hệ 16 7 3. Mã hóa thông tin trong máy tính 7 4. Giới thiệu về mã ASCII-mã tiêu chuẩn cho trao đổi thông tin 7 Bài 2. Cấu trúc họ vi điều khiển 8051 10 1. Cấu trúc họ 8051 10 1.1. Cấu trúc tổng quát họ 8051 10 1.2. Khối ALU 11 1.3. Bộ nhớ Ram 12 1.4. Bộ nhớ Rom 14 2. Trao đổi thông tin trong 8051 14 3. Sơ đồ và ý nghĩa các chân của 89C51 16 3.1. Port0 16 3.2. Port1 16 3.3. Port 2 17 3.4. Port 3 17 3.5. Chân chốt địa chỉ ALE 17 3.6. Chân truy suất Rom ngoài 17 3.7. Chân Reset 17 3.8. Các chân XTAL1 và XTAL2 18 4. Các thanh ghi đặc biệt 18 4.1. Thanh ghi PC 18 4.2. Thanh ghi SP 20 4.3. Thanh ghi tích lũy A 21 4.4. Thanh ghi từ trạng thái PSW 21 4.5. Thanh ghi DPTR 22
3 4.6. Các thanh ghi PORT 23 5. Nguyên lý hoạt động của mạch Reset 23 Bài 3. Tập lệnh của 8051 24 1. Tổng quan về ngôn ngữ assembly 24 2. Cấu trúc câu lệnh và chương trình viết bằng assembly 24 2.1. Cấu trúc câu lệnh assemby 24 2.2. Cấu trúc chương trình viết bằng assembly 25 2.3. Chương trình soạn thảo và biên dịch ngôn ngữ assembly 26 3. Các kiểu đánh địa chỉ của 8051 26 3.1. Chế độ địa chỉ tức thời 27 3.2. Chế độ địa chỉ thanh ghi 28 3.3. Chế độ địa chỉ trực tiếp 28 3.4. Chế độ địa chỉ gián tiếp thành ghi 32 3.5. Chế độ định địa chỉ chỉ số và truy cập bộ nhớ Rom trên chip 34 4. Tập lệnh của 8051 37 5. Thực hành 48 Bài 4. Lập trình I/O 52 1. Các Port của 8051 52 1.1. Port0 52 1.2. Port1 52 1.3. Port2 53 1.4. Port3 53 2. Lập trình điểu khiển nháy Led 54 2.1. Sơ đồ nguyên lý 54 2.2. Lập trình điều khiển 54 3. Lập trình điểu khiển LCD 57 3.1. Sơ đồ nguyên lý 57 3.2. Lập trình điều khiển 69 Bài 5. Timer/Counter 73 1. Tổng quan 73 2. Các thanh ghi liên quan đến các bộ timer 73 2.1. Thanh ghi dữ liệu TH0 , TL0, TH1, TL1 73 2.2. Thanh ghi TMOD 74
4 2.3. Thanh ghi TCON 76 3 Lập trình cho chế độ 1 76 3.1. Đặc điểm 76 3.2. Các bước lập trình ở chế độ 1 77 3.3. Tìm các giá trị cần được nạp vào bộ định thời 79 3.4 Thực hành 79 4. Lập trình cho chế độ 2 83 4.1. Đặc điểm 83 4. 2. Các bước lập trình cho chế độ 2 84
5 Bài 1 CÁC HỆ ĐẾM VÀ VIỆC MÃ HÓA THÔNG TIN TRONG MÁY TÍNH Mã bài: MĐ25.01 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. Nội dung: 1. Hệ đếm mười và hệ đếm hai Mục tiêu - Phân biệt, chuyển đổi thành thạo giữa hệ đếm mười và hệ đếm hai 1.1. Hệ đếm mười và hệ đếm hai - Trong cuộc sống hàng ngày hệ đếm cơ số mười hay hệ mười đuợc sử dụngrộng rãi, hệ đếm cơ số mười sử dụng các số từ 0..9 để biểu diễn các giá trị số. đi kèm theo tập hợp đó có thể dùng thêm chữ D, trong cuộc sống hàng ngày các số hệ mười đuợc biểu diễn độc lập không kèm theo kí tự, nhưng trong ngôn ngữ máy tính khi sử dụng nhiều hệ đếm khác nhau phải có kí tự biểu diễn hệ đếm đi cùng để phân biệt với các hệ đếm khác. 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 để biểu diễn các giá trị số (ứng với hai trạng thái có điện và không có điện của các mạch điện tử cấu tạo lên máy). Khi dùng nhiều hệ đếm khác nhau các hệ hai thường 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 12345,67 đuợc biểu diễn theo trọng số 10 12345,67=1.104 +2.103 +3.102 +4.101 +5.100 +6.10-1 +7.10-2 - Tương tự một số hệ hai đuợc biểu diễn theo trọng số 2: 1100B= 1.23+1.22+0.21+0.20=12D 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 của phép chia trước đó chia cho 2 và ghi nhớ phần dư, làm như vậy cho đến khi đuợc thương bằng 0. Đảo ngược thứ tự dãy các số dư sẽ đuợc các chứ số của hệ hai cần tìm Ví dụ : Đổi số 34 sang hệ hai( 100010B.)
6 34 2 0 17 2 1 8 2 0 4 2 0 2 2 0 1 2 1 0 - 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 chuyển dổi 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 1100B= 1.23+1.22+0.21+0.20=12D 2. Các hệ đếm khác Mục tiêu - Sử dụng thành thạo hệ đếm BCD và thập lục phân 2.1. Số BCD Số BCD là số thập phân được mã hóa theo nhị phân. Đây là số rất quen thuộc bởi vì trong thực tế chúng ta thường sử dụng các số từ 0 đến 9 chứ không phải số nhị phân hay số Hexa. Biểu diễn nhị phân các số từ 0 đến 9 được gọi là BCD. Cóhai dạng số BCD là dạng nén và không nén. Số BCD 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0011 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001
7 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 8 bit. 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 1 byte bộ nhớ có thể lưu được hai toán hạng BCD. Đây là lý do tại sao sử dụng số BCD nén thì hiệu quả lưu dữ liệu tăng gấp đôi. 2.2. Hệ 16 - Hệ đếm 16 dùng các số từ 0 đến 9 và các chữ cái A, B,C, D,E, F tương ứng với giá trị 10 đến 15 để biểu diễn chữ số. - Hệ đếm 16 thường đuợc dùng thay thế cho các số dài khi biểu diễn dưới dạng hệ đếm hai Ví dụ: 255D= 11111111B= FFH 3. Mã hóa thông tin trong máy tính Mục tiêu Nắm bắt đuợc cách tổ chức thông tin, các đơn vị đo lường thông tinh trong máy tính - Đơn vị thông tin: Các hệ thống máy tính chỉ làm việc với hệ đếm hai, các thông tin đuợc máy tính xử lý phải đuợc mã hóa lưu trữ trong các bộ nhớ bán dẫn duới dạng nhị phân, một giá trị 0 hay 1 sẽ đuợc cất trữ trong một ô nhớ của bộ nhớ (0 ứng với mức 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 sẽ trạo 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 cùng bên phải trong dãy gọi là bit có ý nghĩa bé nhất. Ứng với việc đếm thứ tự 1,2,3…ở hệ 10 thì ở hệ 2 ta có 1,10,11… Nibble byte word Double Word - Các đơn vị khác: 1kbyte=1024byte= 210 Byte 1Mbyte= 1024Kbyte. 4. Giới thiệu về mã ASCII-mã tiêu chuẩn cho trao đổi thông tin Mục tiêu Nắm bắt đuợc cách mã hóa các kí tự thông thường theo tiêu chuẩn Ascii trong máy tính
8 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 các ngôn ngữ Tây Âu khác. Nó thường được dùng để hiển thị văn bản trong máy tính và các thiết bị thông tin khác. Nó cũng được dùng bởi các thiết bị điều khiển làm việc với văn bản. Cũng như các mã máy tính biểu diễn kí tự khác, ASCII quy định mối tương quan giữa kiểu bit số với kí hiệu/biểu tượng trong ngôn ngữ viết, vì vậy cho phép 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 hầu hết các máy tính thông thường, đặc biệt là máy tính cá nhân và máy trạm làm việc. 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 nhị phân (thập phân từ 0 đến 127) để biểu diễn thông tin về kí tự. Vào lúc ASCII được giới thiệu, nhiều máy tính dùng nhóm 8-bit (byte hoặc, chuyên biệt hơn, bộ tám) 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 đặc hiệu theo thiết bị. Các máy không dùng chẵn-lẻ thường thiết lập bit thứ tám là zero, nhưng một số thiết bị như máy PRIME chạy PRIMOS thiết lập bit thứ tám là một. ASCII được công bố làm tiêu chuẩn lần đầu vào năm 1963 bởi Hiệp hội tiêu chuẩn Hoa Kì (American Standards Association, ASA), sau này đổi thành ANSI. Có nhiều biến thể của ASCII, hiện tại phổ biến nhất là ANSI X3.4-1986, cũng được tiêu chuẩn hoá bởi Hiệp hội nhà sản xuất máy tính châu Âu (European Computer Manufacturers Association) ECMA-6, ISO/IEC 646:1991 Phiên bản tham khảo quốc tế, ITU-T Khuyến cáo T.50 (09/92), và RFC 20 (Request for Comments). Nó được dùng trong Unicode, một thay thế có thể xảy ra của nó, như là 128 kí tự 'thấp nhất'. ASCII được xem là tiêu chuẩn phần mềm thành công nhất từng được công bố từ trước tới nay Hệ 16 Biểu Hệ 2 Hệ 10 (Thập diễn Tên/Ý (Nhị (Thập lục Viết in Truy nhập Tên/Ý nghĩa nghĩa phân) phân) phân) tắt được bàn phím tiếng Anh tiếng Việt 000 0000 0 00 NUL ␀ ^@ Null character Kí tự rỗng Bắt đầu 000 0001 1 01 SOH ␁ ^A Start of Header Header Bắt đầu 000 0010 2 02 STX ␂ ^B Start of Text văn bản Kết thúc 000 0011 3 03 ETX ␃ ^C End of Text văn bản Kết thúc 000 0100 4 04 EOT ␄ ^D End of Transmission truyền 000 0101 5 05 ENQ ␅ ^E Enquiry Truy vấn
9 000 0110 6 06 ACK ␆ ^F Acknowledgement 000 0111 7 07 BEL ␇ ^G Bell Chuông Xoá 000 1000 8 08 BS ␈ ^H Backspace ngược 000 1001 9 09 HT ␉ ^I Horizontal Tab Tab ngang Xuống 000 1010 10 0A LF ␊ ^J New Line dòng 000 1011 11 0B VT ␋ ^K Vertical Tab Tab dọc 000 1100 12 0C FF ␌ ^L Form feed 000 1101 13 0D CR ␍ ^M Carriage return 000 1110 14 0E SO ␎ ^N Shift Out 000 1111 15 0F SI ␏ ^O Shift In 001 0000 16 10 DLE ␐ ^P Data Link Escape Device Control 1 — 001 0001 17 11 DC1 ␑ ^Q oft. XON 001 0010 18 12 DC2 ␒ ^R Device Control 2 Device Control 3 — 001 0011 19 13 DC3 ␓ ^S oft. XOFF 001 0100 20 14 DC4 ␔ ^T Device Control 4 Negative 001 0101 21 15 NAK ␕ ^U Acknowledgement 001 0110 22 16 SYN ␖ ^V Synchronous Idle 001 0111 23 17 ETB ␗ ^W End of Trans. Block 001 1000 24 18 CAN ␘ ^X Cancel 001 1001 25 19 EM ␙ ^Y End of Medium 001 1010 26 1A SUB ␚ ^Z Substitute 001 1011 27 1B ESC ␛ ^[ hay ESC Escape 001 1100 28 1C FS ␜ ^\ File Separator 001 1101 29 1D GS ␝ ^] Group Separator 001 1110 30 1E RS ␞ ^^ Record Separator 001 1111 31 1F US ␟ ^_ Unit Separator DEL hay 111 1111 127 7F DEL ␡ Delete Backspace
10 Bài 2 CẤU TRÚC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 Mã bài: MĐ25.02 Giới thiệu : Trong bài học này trình bày về cấu trúc tổng quát của vi điều khiển họ 8051 Mục tiêu: - Giải thích, phân biệt đuợc chức năng tác dụng các thành phần cấu tạo của họ vi điểu khiển 8051. Nội dung: 1. Cấu trúc họ 8051 Mục tiêu 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
11 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 anh ngoài. - 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 3 Driver. - 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:  Các thanh ghi tạm TMP1, TMP2 của khối ALU.  Thanh ghi tích lũy Acc.  Thanh ghi trung gian B.  Thanh ghi trạng thái PSW.  Thanh ghi con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer).  Thanh ghi bộ đếm chương trình PC (Program Counter).  Thanh ghi địa chỉ dữ liệu Ram Addr register.  Thanh ghi mã lệnh Instruction Register.  Thanh ghi truy cập dữ liệu trên ROM Dptr. - Hệ thống đường Bus trao đổi thông tin, bao gồm hai loại bus: đường Bus dữ liệu 8 bit (Data bus) và bus địa chỉ 16 bit (Address bus). Sơ đồ khối 1.2. Khối ALU 8051 ALU là một trong những thành phần chính của chip 8051. ALU chứa các khối logic thực hiện các phép tính số học và logic. Các khối này có tên gọi
12 tương ứng như: bộ cộng, bộ trừ, bộ dịch, các so sánh, bù 2, tăng, giảm, phép logic 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 dữ liệu vào ALU. Cổng OUT để lấy kết quả xử lý dữ liệu của ALU ra ngoài. Các cổng IN đuợc nhớ đệm bằng các thanh ghi tạm thời TMP1 và TMP 2. Những thanh ghi này làm nhiệm vụ nhận dữ liệu từ các nơi khác nhau bên trong chip thông qua bus dữ liệu bên trong và lưu giữ tạm thời dữ liệu cho hai cổng IN trong quá trình xử lý dữ liệu trong ALU. Tương tự cổng OUT đuợc kết nối với bus dữ liệu bên trong, do đó kết quả phép toán có thể được đưa tới các nơi khác nhau. 1.3. Bộ nhớ Ram a. Cấu trúc tổng quảt Bộ nhớ Ram hay còn gọi là bộ nhớ dữ liệu, là nơi cung cấp các dữ liệu cho chương trình phần mềm điều khiển hoạt động của chip. Tùy vào từng dòng chip trong họ 8051 bộ nhớ RAM có các dung lượng khác nhau. Đối với dòng 8051 như 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 00 đến 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 phải qua trái lần lượt là D0 cho tới D7, trong đó D0 được gọi là bit có trọng số thấp nhất (LSB), D7 được gọi là bit có trọng số cao nhất (MSB). Do có dung lượng 8 bit nên một ô nhớ chỉ chứa được tối đa 256 giá trị (28). Nếu dữ liệu là số nguyên 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 có thể được truy cập đến từng bit được gọi là vùng Ram địng địa chỉ theo bit. D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 128 byte Ram trong 8051 được phân chia thành từng nhóm như sau:  Từ ngăn nhớ 00 đến 1FH tổng cộng 7F 32 byte, được dành làm các băng Ram bảng nháp thanh ghi và ngăn xếp. 30 2F  Từ ngăn nhớ 20H đến 2FH, tổng Ram định địa chỉ bit cộng 16 byte, được dành làm bộ 20 1F Băng thanh ghi 3 nhớ đọc/ghi định địa chỉ được theo 18 bit. 17 Băng thanh ghi 2  Từ ngăn nhớ 30H đến 7FH, tổng 10 0F cộng 80 byte, được dùng để lưu Băng thanh ghi 1 08 thông tin khi đọc và ghi, hay như 07 vẫn thường gọi là bảng nháp. 80 Băng thanh ghi 0 byte Ram này thường được các lập 00 Tổ chức Ram của 8051
13 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 băng thanh 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 8 thanh 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 đến ngăn nhớ 0FH. Băng thứ 3 bắt đầu từ ngăn nhớ 10H đến 17H và cuối cùng từ ngăn 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 trả lời là băng thanh ghi 0. Đó là các ngăn nhớ Ram số 0,1,2,3,4,5,6 và 7 được truy 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 nhớ đó. Ví dụ: Nội dung của các câu lệnh sau đều là chuyển giá trị 99H vào R0 của băng thanh ghi 0 MOV 00, #99H (00 là địa chỉ của ô nhớ Ram 00) MOV R0, #99H Băng 0 Băng 1 Băng 2 Băng 3 7 R7 F R7 17 R7 1F R7 6 R6 E R6 16 R6 1E R6 5 R5 D R5 15 R5 1D R5 4 R4 C R4 14 R4 1C R4 3 R3 B R3 13 R3 1B R3 2 R2 A R2 12 R2 1A R2 1 R1 9 R1 11 R1 19 R1 0 R0 8 R0 10 R0 18 R0 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. PSW.4 PSW.3 Băng được chọn 0 0 Băng thanh ghi 0 0 1 Băng thanh ghi 1 1 0 Băng thanh ghi 2
14 1 1 Băng thanh ghi 3 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 và CLR. Ví dụ câu lệnh “SETB PSW.3” sẽ thiết lập PSW.3 lên 1 và chọn băng thanh ghi 1 thay băng thanh ghi mặc định 1.4. Bộ nhớ Rom Bộ nhớ chương trình: Hình 2.3. Cấu trúc bộ nhớ chương trình Hình 2.4. Địa chỉ các ngắt trên bộ nhớ chương trình Hình 2.3 mô tả cấu trúc bộ nhớ chương trình. Sau khi khởi động, CPU bắt đầu 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
15 Mục tiêu - Giải thích đuợc nguyên lý trao đổi thông tin giữa các thành phần bên trong họ 8051 Bus RA ALU RO Việc trao đổi thông tin bên trong vi điều khiển được thực hiện chủ yếu giữa ALU với bộ nhớ chương trình ROM và bộ nhớ RAM, thông qua các khối điều khiển, 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 dưới dạng các chuỗi số nhị phân. Việc truy cập thông tin giữa ALU và ROM được thực hiện thông qua thanh ghi bộ đếm chương trình PC, thanh ghi địa chỉ chương 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 qua thanh ghi địa chỉ Ram (Ram addr register). Chương trình sau khi được soạn thảo, biên dịch và được nạp vào Rom sẽ tồn tại vĩnh viễn, kể cả khi mất nguồn nuôi, còn dữ liệu trong Ram sẽ mất khi bị mất nguồn nuôi. Khi mới bật nguồn, thông qua thanh ghi địa chỉ chương trình, con trỏ 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 hiện đúng nội dung của câu lệnh. Trong quá trình thực hiện lệnh nếu cần lấy toán hạng trên Ram, ALU truy cập đến các ô nhớ Ram thông qua thanh ghi địa chỉ Ram. Các toán hạng trước khi được đưa vào ALU xử lý tính toán được lưu trữ tạm thời ở các thanh ghi tạm của ALU, sau khi thực hiện xong phép tính ALU trả 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 nguyên bus, do đó việc điều phối hoạt động của bus được thực hiện thông qua khối điều khiển bus (Timing and Control). Khối điều khiển bus hoạt động nhịp nhàng theo xung nhịp của tần số thạch anh, khối điều khiển bus xác định thời điểm các thành phần được phép trao đổi thông tin với ALU và trả kết quả ra ngoài. Mỗi một câu lệnh được thực hiện mất một vài chu kì máy, đối với họ 8051 một chu lì máy gồm 12 chu kì thạch anh. Ví dụ nếu tần số dao động của thạch anh bằng 11,0592Mhz, thì tần số chu kì máy bằng : 11,0592Mhz/12=921,6Khz hay nói cách khác chu kì máy sẽ bằng 1/921,6Khz= 1,085µs.
16 Trong tập lệnh của 8051, mỗi lệnh sẽ có thời gian thực hiện khác nhau, có lệnh 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 sản xuất cung cấp. Thông qua thời gian thực hiện lệnh người viết chương trình tính được 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 Hình dáng và sơ đồ chân của 8051 3.1. Port0 Cổng P0 có 8 chân(từ 32 đến 39). Bình thường đây là cổng ra/ Để có thể vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi chân phải được nối tới một điện trở kéo 10kΩ bên ngoài. Sở dĩ như vậy là vì cổng P0 có dạng cực máng hở, đây là điểm khác biệt so với cổng P1, P2, P3. Khái niệm cực máng hở cũng tương tự như như colectơ hở, tuy nhiên ở đây áp dụng cho các chip dạng MOS. Ở mọi hệ thống 8751, 89C51 hoặc DS5000 thì P0 luôn được nối với các điện trở kéo, và như vậy ta có được cổng vào ra(I/O) P0. Với các điện trở kéo ngoài, khi khởi động 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 với thiết bị ngoại vi ngoài cổng P0 vừa có chức năng gửi/nhận dữ liệu, vừa là cổng gửi/nhận địa chỉ. 3.2. Port1 Cổng P1 cũng có 8 chân, từ chân 1 đến chân 8, và có thể sử dụng làm đầu vào hoặc ra, việc là cổng vào hay cổng ra phụ thuộc vào việc khai báo khi lập
17 trình 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 làm đầu vào hoặc đầu ra phụ thuộc vào việc lập trình khai báo cho cổng. Cũng giống như P1, cổng P2 không cần điện trở kéo vì bên trong đã có các điện trở kéo. Khi Reset, thì cổng P2 được cấu hình làm đầu ra. Cổng P2 được sử dụng để ghép nối với các thiết bị ngoại vi bên ngoài, khi ghép nối với thiết bị ngoại vi ngoài, cổng P2 được sử dụng làm cổng gửi hay nhận 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 sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra. Cũng như P1 và P2, cổng P3 không cần điện trở kéo. Khi Reset, cổng P3 được cấu hình làm một cổng ra, tuy nhiên đây không phải là ứng dụng chủ yếu. Cổng P3 có thêm một chức năng quan trọng khác là cung 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 nối tiếp. Bit P3.2 và P3.3 được dùng cho ngắt ngoài. Bit P3.4 và P3.5 được dùng cho 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. Ở 8031/8051, 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 8 bit D0-D7. Như vậy, các chân P0.0-P0.7 vừa được dùng để làm bus địa chỉ vừa được dùng làm bus dữ liệu. Cách tổ chức như vậy được gọi là dồn kênh dữ liệu/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), phương pháp 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 nếu 8031/8051 muốn dùng P0 làm bus địa chỉ thì cần nối bus địa chỉ A0-A7 vào các chân 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 trình PSEN(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 sử dụng tín hiệu PSEN. Cần nhấn mạnh đến vai trò của EA và PSEN khi ghép nối 8031/8051 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 hoạt chân PSEN, điều này báo rằng mã lệnh đặt ở ROM trên chip. 3.7. Chân Reset
18 Reset là chân khởi động lại chip, đó là chân vào số 9, mức tích cực cao, bình thường ở mức thấp. Khi có xung đặt tới chân này thì bộ vi điều khiển sẽ kết thúc mọi hoạt động hiện tại và tiến hành khởi động lại. Quá trình xảy ra hoàn toàn tương 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 như vậy CPU nhận mã lệnh đầu tiên tại địa chỉ 0000 của bộ nhớ ROM. Do đó, tại địa chỉ 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 tối thiểu 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 có một bộ tạo dao động trên chip nhưng vẫn cần một bộ tạo dao dộng đồng hồ bên ngoài chip để kích hoạt. Bộ dao động thạch anh ngoài được nối với các chân XTAL1(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 được hiểu 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 động thạch anh mà cũng có thể dùng bộ dao động TTL. Khi đó bộ dao động được nối tới chân XTAL1, còn chân XTAL2 để hở. 4. Các thanh ghi đặc biệt Mục tiêu - Giải thích đuợc tác dụng, chức năng của các thanh ghi đặc biệt của họ 8051 4.1. Thanh ghi PC a. Bộ đếm chương trình Một thanh ghi quan trọng khác của 8051 là bộ đếm chương trình. Bộ đếm chương trình có tác dụng trỏ tới địa chỉ của lệnh kế tiếp cần được thực hiện. Mỗi khi CPU nhận mã lệnh từ bộ nhớ ROM, thì bộ đếm chương FFFH trình tăng lên để trỏ đến lệnh kế tiếp. Bộ đếm chương trình của 8051 rộng 16 bit, điều đó Mã chương có nghĩa là, 8051 có thể truy trình trong cập được địa chỉ chương trình Con trỏ chương trình ROM từ 0000 đến FFFFH, tổng cộng PC là 64Kbyte. Tuy nhiên, không 0000H phải tất cả mọi thành viên của 8051 đều có đủ 64k byte ROM trên chip. Vấn đề tiếp theo là khi bắt đầu bật nguồn 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 khác nhau. Đối với họ 8051 thì địa chỉ bắt đầu đều từ 0000. Nói cách khác khi 8051 được 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