Luận văn tốt nghiêp “Khảo sát và ứng dụng vi điều khiển – thiết kế - thi công mạch khống chế nhiệt độ phòng”

Chia sẻ: Nguyenthanhtuoc Tuoc | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

343
lượt xem 131
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành công nghiệp luyện kim, chề biến thực phẫm… vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đặc biệt được chú trọng đến vì nó là một yếu tố quyết định chất lượng sản phẫm. Nắm được tầm quan trọng của vấn đề trên nhóm thực hiện tiến hành nghiên cứu và thiết kế một hệ thống đo và khống chế nhiệt độ tự động, với mong muốn là giải quyết những yêu cầu trên, và lấy đó làm đề tài tốt nghiệp cho mình....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn tốt nghiêp “Khảo sát và ứng dụng vi điều khiển – thiết kế - thi công mạch khống chế nhiệt độ phòng”

Luân văn tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN- THIẾT KẾ-THI CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG SVTH :NGUYỄN HỒNG VŨ NGUYỄN THANH VŨ GVHD:LÊ THANH ĐẠO TP.HỒ CHÍ MINH 3-2000 Trang 1
Luân văn tốt nghiệp LỜI CẢM TẠ Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Thanh Đạo đã tận tình hướng dẫn và giúp đơ chúng em trong suốtthờigian thực hiện luận văn . Xin cảm ơn qúi thầy côKhoa Điện và các bạn sinh viên cùng khóa đã đóng góp những ý kiến qúi báo để tập luậnvănnàyhồn thành đúng thời gian. Nhóm sinh viên thực hiện. Trang 2
Luân văn tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành công nghiệp luyện kim, chề biến thực phẫm… vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đặc biệt được chú trọng đến vì nó là một yếu tố quyết định chất lượng sản phẫm. Nắm được tầm quan trọng của vấn đề trên nhóm thực hiện tiến hành nghiên cứu và thiết kế một hệ thống đo và khống chế nhiệt độ tự động, với mong muốn là giải quyết những yêu cầu trên, và lấy đó làm đề tài tốt nghiệp cho mình. Những kiến thức năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ đ ược đánh giá qua đợt bảo vệ luận văn cuối khóa. Vì vậy chúng em cố gắng tận dụng tất cả những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tồi nghiên cứu, để có thể hồn thành tốt luận văn này. Những sản phẫm những kết quả đạt được ngày hôm nay tuy không có vì lớn lao. Nhưng đó là những thành quả của năm học tập. Là thành công đầu tiên của chúng em trước khi ra trường . Mặt dù chúng em rất cố gắng để hồn thành tập luận văn này đúng thời hạn, nên không tránh khỏi những thiếu sót mong quí thầy cô thông cảm. Chúng em mong được đón nhận những ý kiến đóng góp. Cuối cùng xin chân thành cảm ơn quí thầy cô và các bạn sinh viên. Nhóm sinh viên thực hiện NGUYỄN HỒNG VŨ NGUYỄN THANH VŨ Trang 3
Luân văn tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Trang 4
Luân văn tốt nghiệp Trang 5
Luân văn tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP_ TỰ DO _HẠNH PHÚC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN _ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên thực hiện : Nguyễn Hồng Vũ__Nguyễn Thanh Vũ Lớp : 95 KĐĐ Ngành : điện _điện tử 1.Tên đề tài : KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN_THIẾT KẾ_THI CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG. 2. Các số liệu ban đầu : 3.Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn : 4.Các bản vẽ : 5.Giáo viên hướng dẫn : LÊ THANH ĐẠO 6. Ngày giao nhiệm vụ : 7.Ngày hồn thành nhiệm vụ : Thông qua bộ môn. Ngày___tháng___năm___ Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn Trang 6
Luân văn tốt nghiệp MỤC LỤC Trang A_PHẦN GIỚI THIỆU  TRANG TỰA  NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN  BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  LỜI NÓI ĐẦU  LỜI CẢM ƠN B_PHẦN NỘI DUNG 1 Chương 1: DẪN NHẬP 1 I.ĐẶT VẤN ĐỀ 1 II.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1 III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1 Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 3 I.GIỚI THIỆU 3 II.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 3 III.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051/8031 4 Chương 3: KHẢO SÁT IC GIAO TIẾP NGOẠI VI 8255A 38 I.CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 38 II.CẤU TRÚC PHẦN MỀM 40 III.GIAO TIẾP GIỮA VI XỬ LÝ VỚI 8255A 42 Chương 4: KHẢO SÁT BỘ NHỚ BÁN DẪN 43 I.BỘ NHỚ CHỈ ĐỌC (ROM : READ ONLY MEMORY) 43 II.BỘ NHỚ RAM (RANDOM ACCESS MEMORY) 46 Chương 5: ĐO NHIỆT ĐỘ 48 I.HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG 48 II.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 49 Chương 6: CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SANG SỐ 51 I.KHÁI NIỆM CHUNG 51 II. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN CHUYỂN ĐỔI AD 51 III.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI ADC 52 Trang 7
Luân văn tốt nghiệp Chương 7: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 56 I.NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 56 II.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI 56 III.THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHỐI 56 IV.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH 71 V.THI CÔNG 89 CHƯƠNG KẾT LUẬN 83 C_PHỤ LỤC – TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 I.PHỤ LỤC 85 II.TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 8
Luân văn tốt nghiệp Chương 1:DẪN NHẬP I.ĐẶT VẤN ĐỀ : Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hóa. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lí, vi mạch số … đựơc ứng dụng vào lỉnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước. Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắm bắt được nhiệt độ làm việc cuả các hệ thống. Dây chuyền sản xuất … giúp ta biết được tình trạng làm việc của c ác yêu cầu. Và có những xử lý kịp thời tránh đ ược những hư hỏng và sự cố có thể xảy ra. Để đáp ứng được yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động, thì có nhiều phương pháp để thực hiện, nghiên cửu khảo sát vi điều khiển 8051 nhóm thực hiện nhận thấy rằng: ứng dụng vi điều khiển 8051 vào việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là phương pháp tối ưu nhất. Đồng được sự đồng ý của khoa Điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật. Nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài “ Khảo sát và ứng dụng vi điều khiển thiết kế thi công mạch khống chế nhiệt độ phòng” . II.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI : Với thời gian gần mười tuần thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên môn có hạn, chúng em đã cố gắng hết sức để hồn thành tập luận văn này, nhưng ch ỉ gi ải quyết được những vấn đề sau : • Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong dải từ 00C – 1000C hiển thị số . • Khống chế nhiệt độ ở mức 200C . • Viết chương trình (phần mềm) để đáp ứng các yêu cầu trên . • Do thời gian quá hạn hẹp nên chúng em chỉ thiết kế một đầu đo và chỉ khống chế ở một mức nhiệt độ 200C . III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU : Mục đích trước hết khi thực hiện đề tài này là để hồn tất chương trình môn học để đủ điều kiện ra trường . • Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là chúng em muốn phát huy những thành quả ứng dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn, và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn. • Mặt khác tập luận văn này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viên khóa sau. Giúp họ hiểu rõ hơn về những ứng dụng của vi điều khiển . • Ngòai ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để chúng em tự kiểm tra lại những kiến thức đã được học ở trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra. Và đây cũng là dịp để chúng em tự khẳng định mình trước khi ra trường để tham gia vào các hoạt động sản xuất của xã hội. Trang 9
Luân văn tốt nghiệp Chương 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN I.GIỚI THIỆU : Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống. Theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó. Trong các thiếh bị điện và điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển, điều khiển hoạt động của TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thọai, lò vi-ba … Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự động. Các hệ thống càng “thông minh” thì vai trò của hệ vi điều khiển càng quan trọng. II.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA C ÁC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN : Bộ vi điều khiển thực ra, là một loại vi xử lí trong tập hợp các bộ vi x ử lý nói chung. Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lí, từ những năm 70 do s ự phát triển và hồn thiện về công nghệ vi điện tử dựa trên kỹ thuật MOS (Metal-Oxide- Semiconductor) , mức độ tích hợp của các linh kiện bán dẫn trong một chip ngày càng cao. Năm 1971 xuất hiện bộ vi xử lí 4 bit loại TMS1000 do công ty texas Instruments vừa là nơi phát minh vừa là nhà sản xuất. Nhìn tổng thể thì bộ vi xử lí chỉ có chứa trên một chip những chức năng cần thiết để xử lí chương trình theo một trình tự, còn tất cả bộ phận phụ trợ khác cần thiết như : bộ nhớ dữ liệu , bộ nhớ chương trình , bộ chuển đổi AID, khối điều khiển, khối hiển thị, điều khiển máy in, hối đồng hồ và lịch là những linh kiện nằm ở bên ngồi được nối vào bộ vi xử lí. Mãi đến năm 1976 công ty INTEL (Interlligen-Elictronics). Mới cho ra đời bộ vi điều khiển đơn chip đầu tiên trên thế giới với tên gọi 8048. Bên cạnh bộ xử lí trung tâm 8048 còn chứa bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình, bộ đếm và phát thời gian các cổng vào và ra Digital trên một chip. Các công ty khác cũng lần lược cho ra đời các bộ vi điều khiển 8bit tương tự như 8048 và hình thành họ vi điều khiển MCS-48 (Microcontroller-sustem-48). Đến năm 1980 công ty INTEL cho ra đời thế hệ thứ hai của bộ vi điều khiển đơn chip với tên gọi 8051. Và sau đó hàng loạt các vi điều khiển cùng lo ại với 8051 ra đời và hình thành họ vi điều khiển MCS-51 . Đến nay họ vi điều khiển 8 bit MCS51 đã có đến 250 thành viên và hầu hết các công ty hàng dẫn hàng đầu thế giới chế tạo. Đứng đầu là công ty INTEL và rất nhiều công ty khác như : AMD, SIEMENS, PHILIPS, DALLAS, OKI … Ngồi ra còn có các công ty khác cũng có những họ vi điều khiển riêng như: Họ 68HCOS của công ty Motorola Họ ST62 của công ty SGS-THOMSON Họ H8 của công ty Hitachi Họ pic cuả công ty Microchip III.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ 8031: IC vi điều khiển 8051/8031 thuộc họ MCS51 có các đặt điểm sau : - 4kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051) - 128 búyt RAM - 4port I10 8bit - Hai bộ định thời 16bit Trang 10
Luân văn tốt nghiệp - Giao tiếp nối tiếp - 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng - 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng - một bộ xử lí luận lí (thao tác trên các bit đơn) - 210 bit được địa chỉ hóa - bộ nhân / chia 4µs 1.CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA 8051 / 8031 : INT\*1 INT\*0 TIMER2 TIMER1 PORT nối tiềp Rom T1* Điều Các 128 4K-8051 Timer1 khiển ngắt ùthanh ghi byte Timer2 T2* OK-8031 khác Ram CP U Tạo dao Điều khiển Các port I\O Port nối động bus tiếp P0 P1 P2 EA\ RST PSEN ALE P3 TXD* RXD* Hình 2.1 : Sơ Đồ Khối 8051 / 8031 Phần chính của vi điều khiển 8051 / 8031 là bộ xử lí trung tâm (CPU: central processing unit ) bao gồm : - Thanh ghi tích lũy A - Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia - Đơn vị logic học (ALU : Arithmetic Logical Unit ) - Từ trạng thái chương trình (PSW : Prorgam Status Word) - Bốn băng thanh ghi - Con trỏ ngăn xếp Trang 11
Luân văn tốt nghiệp - Ngồi ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic. Đơn vị xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ giao động, ngồi ra còn có khả năng đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngồi. Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong. Các nguồn ngắt có thể là : các biến cố ở bên ngồi , sự tràn bộ đ ếm đ ịnh thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp. Hai bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm. Các cổng (port0, port1, port2, port3 ). Sử dụng vào mục đích điều khiển. Ơû cổng 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ nhớ bên ngồi, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn bên ngồi. Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ, làm việc độc lập với nhau. Tốc độ truyền qu ổng nối tiếp có thể đặt trong vảy rộng và được ấn định bằng một bộ định thời. Trong vi điều khiển 8051 / 8031 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi : Bộ nhớ gồm có bộ nhớ Ram và bộ nhớ Rom (chỉ có ở 8031) dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh. Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lí. Khi CPU làm việc nó làm thay đổi nội dung củ ác thanh ghi. 2.CHỨC NĂNG CÁC CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN : Trang 12
Luân văn tốt nghiệp 40 30 19 32 p Vc Po.7 AD7 XTAL1 c Po.6 33 AD6 12MH 34 z Po.5 AD5 XTAL2 Po.4 35 AD4 18 36 30 Po.3 AD3 Po.2 37 AD2 p Po.1 38 AD1 Po.0 39 AD0 29 PSEN\ 30 ALE 8 P2.7 31 7 EA\ P2.6 9 6 RET P2.5 5 P2.4 4 P2.3 3 17 P2.2 RD\ 2 16 P2.1 WR\ 1 15 P2.0 T1 T0 14 13 2 A1 INT1 P1.7 12 8 5 INT0 P1.6 11 2 A1 TXD P1.5 10 7 4 RXD P1.4 2 A1 P1.3 6 3 P1.2 2 A1 P1.1 5 2 P1.0 Vss 2 A1 4 1 2 A1 20 3 0 2 Hình 2.2 : Sơ Đồ Chân 8051 A9 2 A8 a.port0 : là port có 2 chức năng ở trên chân từ 32 2 ến 39 đ trong các thiết kế cỡ nhỏ 1 ( không dùng bộ nhớ mở rộng ) có hai chức năng như các đường IO. Đối với các thiết kế cỡ lớn ( với bộ nhớ mở rộng ) nó được kết hợp kênh giữ a các bus ) b.port1 : port1 là một port I/O trên các chân 1-8. Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2 … có thể dùng cho các thiết bị ngồi nếu cần. Port1 không có ch ức năng khác, vì vậy chúng ta chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngồi. c.port2 : port2 là một port công dụng kép trên các chân 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. d.Port3 : port3 là một port công dụng kép trên các chân 10 – 17. Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tín đặc biệt của 8051 / 8031 như ở bảng sau : Trang 13
Luân văn tốt nghiệp Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp P3.2 INTO Ngắt 0 bên ngồi P3.3 INT1 Ngắt 1 bên ngồi P3.4 TO Ngõ vào của timer/counter 0 P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter 1 P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngồi P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngồi Bảng 2.1 : Chức năng của các chân trên port3 e.PSEN (Program Store Enable ) : 8051 / 8031 có 4 tín hiệu điều khiển PSEN là tín hiệu ra trên chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes 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). f.ALE (Address Latch Enable ) : tín hiệu ra ALE trên chân 30 tương hợp với các thiết bị làm việc với các xử lí 8585, 8088, 8086, 8051 dùng ALE một cách tương tự cho làm việc giải các kênh các bus địa chỉ và dữ liệu khi port 0 được dùng trong chế độ chuyển đổi của nó : vừa là bus dữ liệu vừa là búyt thấp của địa chỉ, ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngồi trong nữa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó, các đ ường port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nữa sau chu kỳ của bộ nhớ. Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống. Nếu xung trên 8051 là 12MHz thì ALE có tần số 2MHz. Chỉ ngoại trừ khi thi hành lệnh MOVX, một xung ALE s ẽ bị mất. Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong 8051. g.EA (External Access) : Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, 8051 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp (4K). Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng. Khi dùng 8031, EA luôn được nối mức thấp vì không có bộ nhớ chương trình trên chip. Nếu EA được nối mức thấp bộ nhớ bên trong chương trình 8051 sẽ bị cấm và chương trình thi hành từ EPROM mở rộng. Người ta còn dùng chân EA làm chân cấp điện áp 21V khi lập trình cho EPROM trong 8051. h.SRT (Reset) : Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8051. Khi tín hiệu này được đưa lên múc cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy ), các thanh ghi trong 8051 được tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. i.Các ngõ vào bộ dao động trên chip : Trang 14
Luân văn tốt nghiệp Như đã thấy trong các hình trên , 8051 có một bộ dao động trên chip. Nó thường được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19. Các tụ giữa cũng cần thiết như đã vẽ. Tần số thạch anh thông thường là 12MHz. j.Các chân nguồn : 8051 vận hành với nguồn đơn +5V. Vcc được nối vào chân 40 và Vss (GND) được nối vào chân 20. 3.Tổ chức bộ nhớ : 8051 / 8031 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard : có những vùng cho bộ nhớ riêng biệt cho chương trình dữ liệu. Như đã nói ở trên, cả chương trình và dữ liệu có thể ở bên trong 8051, dù vậy chúng có thể được mơ ûrộng bằèng các thành phần ngồi lên đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ chương trình và 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu. Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM (8051) và RAM trên chip, RAM trên chip bao gồm nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt. FFFF FFFF Bộ nhớ Bộ nhớ chương dữ liệu trình FF được chọn được chọn qua PSEN qua WR Và RD 00 0000 0000 Hình 2.3 : Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 8031 / 8051 Hai đặc tính cần lưu ý là : - Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được xếp trong bộ nhớ và có thể được truy xuất trực tiếp như các địa chỉ bộ nhớ khác. - Ngăn xếp bân trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngồi như trong các bộ vi xử lí khác. • Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip : Như ta đã thấy trên hình sau, RAM bên 8051/ 8031 được phân chia giữa các bank thanh ghi (00H – 1FH), RAM địa chỉ hóa từng bit (20H – 2FH), RAM đa dụng (30H – 7FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H – FFH). a. RAM đa dụng. Địa chỉ byte Địa chỉ bit 7F RAM đa dụng 30 2F 2E 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 2D 77 76 75 74 73 72 71 70 2C 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 2B 67 66 65 64 63 62 61 60 2A 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 Trang 15
Luân văn tốt nghiệp 29 57 56 55 54 53 52 51 50 28 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 27 47 46 45 44 43 42 41 40 26 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 25 37 36 35 34 33 32 31 30 24 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 23 27 26 25 24 23 22 21 20 22 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 21 17 16 15 14 13 12 11 10 20 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 1F 07 06 05 04 03 02 01 00 18 17 BANK 3 10 BANK 2 0F 08 BANK 1 07 Default register 00 Bank for RO÷ R7 Bảng tóm tắt bản bản đồ vùng nhớ trên chip data 8051 Địa chỉ byte Địa chỉ bit FF F0 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B E0 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 ACC D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW B8 - - - BC BB BA B9 B8 IP B0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P3 A8 AF - - AC AB AA A9 A8 IE A0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2 SBUF 99 Not bit addressable 98 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCON Trang 16
Luân văn tốt nghiệp 90 97 96 95 94 93 92 91 90 P1 8D TH1 8C Not bit addressable TH0 8B Not bit addressable 8A Not bit addressable TL1 89 Not bit addressable TL0 Not bit addressable TMOD 88 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON 87 Not bit addressable PCON 83 Not bit addressable DPH 82 Not bit addressable DPL 81 Not bit addressable SP 80 87 86 85 84 83 82 81 80 PO Tóm tắt bộ nhớ dữ liệu trên chip Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Ví dụ, để đọc nội dung ở địa chỉ 5FH của RAM nội vào thanh ghi tích lũy lệnh sau sẽ được dùng : MOV A, 5FH Lệnh này di chuyển một búyt dữ liệu dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp để xác định “địa chỉ nguồn” (5FH). Đích nhận dữ liệu được ngầm xác định trong mã lệnh là thanh ghi tích lũy A. RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián tiếp qua RO hay R1. Ví dụ, sau khi thi hành cùng nhiệm vụ như lệnh đơn ở trên : MOV R0, #5FH MOV A, @R0 Lệnh đầu dùng đị hỉ tức thời để di chuyển giá trị 5FH vào thanh ghi R0 và lệnh thứ hai dùng địa trực tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi R0” vào thanh ghi tích lũy. b.RAM địa chỉ hóa từng bit : 8051 / 8031 chứa 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó 128 bit là ở các địa chỉ byte 20H đến 2FH, và phần còn lại trong các thanh ghi chức năng đặc biệt . Y tưởng truy xuất từng bit riêng rẽ bằng mềm là một đặc tín tiện lợi c ủa vi điều khiển nói chung. Các bit có thể được đặt, xóa, AND,OR …với một lệnh đơn. Đa số các chi xử lí đòi hỏi một chuổi lệnh đọc – sữa – ghi đ ể đ ạt đ ược hi ệu quả tương tự. Hơn nữa, các port I/0 cũng được địa chỉ từng bit làm đợn giản phần mềm xuất nhập từng bit. Có 128 bit được địa chỉ hóa đa dụng ở các byte 20H đến 2FH. Các địa chỉ này được truy xuất như các byte hoặc các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng . ví d ụ, đ ể đặt bit 67H, ta dùng lệnh sau : SETB 67H Chú ý rằng “địa chỉ bit 67H” là bit có trọng số lớn nhất (MSB) ở “địa chỉ byte 2CH” lệnh trên sẽ không tác động đến các bit khác của địa chỉ này. c.Các bank thanh ghi : Trang 17
Luân văn tốt nghiệp 32 byte thấp nhất của bộ nhớ nội là dành cho các bank thanh ghi. Bộ lệnh của 8051 / 8031 hổ trợ 8 thanh ghi (RO đến R7) và theo mặc định (sau khi Reset hệ thống) các thanh ghi này ở các địa chỉ 00H-07H. Lệnh sau đây sẽ đọc nội dung ở địa chỉ 05H vào thanh ghi tích lũy. MOV A,R5 Đây là lệnh một byte dùng địa chỉ thanh ghi. Tất nhiên, thao tác tương t ự có thể được thi hành bằng lệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ hai: MOV A,05H Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn các lệnh tương ứng nhưng dùng địa chỉ trực tiếp. Các giá trị dữ liệu được dùng thường xuyên nên dùng một trong các thanh ghi này. Bank thanh ghi tích cực có thể chuyển đổi bằng cách thay đổi các bit chọn bank thanh ghi trong từ trạng thái chương trình (PSW). Giả sử rằng bank thanh ghi 3 được tích cực, lệnh sau sẽ ghi nội dung của thanh ghi tích lũy vào địa chỉ 18H: MOV R0,A Yù tưởng dùng “các bank thanh ghi” cho phép “chuyển hướng” chương trình nhanh và hiệu qủa (từng phần riêng rẽ của phần mềm sẽ có một bộ thanh ghi riêng không phụ thuộc vào các phần khác). 4./ Các thanh ghi chức năng đặc biệt: Các thanh ghi nội của 8051/8031 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh. Ví dụ lệnh “INC A” sẽ tăng nội dung của thanh ghi tích lũy A lên 1. Tác động này được ngầm định trong mã lệnh. Các thanh ghi trong 8051/8031 được định dạng như một phần của RAM trên chip. Vì vậy mỗi thanh ghi sẽ có một địa chỉ (ngoại trừ thanh ghi trực tiếp, sẽ không có lợi khi đặt chúng vào trong RAM trên chip). Đó là lý do để 8051/0831 có nhiều thanh ghi. Cũng như R0 đến R7, có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special Funtion Rgister) ở vùng trên của RAM nội, từ địa chỉ 80H đến FFH. Chú ý rằng hầu hết 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa. Chỉ có 21 địa chỉ SFR là được định nghĩa. Ngoại trừ tích lũy (A) có thể được truy xuất ngầm như đã nói, đa số các SFR được truy xuất dùng địa chỉ trực tiếp. chú ý rằng một vài SFR có thể đ ược đ ịa ch ỉ hóa bit hoặc byte. Người thiết kế phải thận trọng khi truy xuất bit và byte. Ví dụ lệnh sau: SETB 0E0H Sẽ Set bit 0 trong thanh ghi tích lũy, các bit khác không thay đổi. Ta thấy rằng E0H đồng thời là địa chỉ byte của thanh ghi tích lũy và là địa chỉ bit có trọng số nhỏ nhất trong thanh ghi tích lũy. Vì lệnh SETB chỉ tác động trên bit, nên chỉ có địa chỉ bit là có hiệu quả. a. Từ trạng thái chương trình: Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word) ở địa chỉ D0H chứa các bit trạng thái như bảng tóm tắt sau: Trang 18
Luân văn tốt nghiệp Bit Ký hiệu Địa chỉ Yù nghĩa PSW.7 CY D7H Cờ nhớ PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ PSW.5 F0 D5H Cờ 0 PSW.4 RS1 D4H Bit 1 chọn bank thanh ghi PSW.3 RS0 D3H Bit chọn bank thanh ghi. 00=bank 0; địa chỉ 00H-07H 01=bank 1: địa chỉ 08H-0FH 10=bank 2:địa chỉ 10H-17H 11=bank 3:địa chỉ 18H-1FH PSW.2 OV D2H Cờ tràn PSW.1 D1H Dự trữ PSW.0 P D0H Cờ Parity chẵn. Bảng 21: Từ trạng thái chương trình • Cờ nhớ (CY) có công dụng kép. Thông thường nó được dùng cho các l ệnh tốn học: nó sẽ được set nếu có một số nhớ sinh ra bởi phép cộng hoặc có một số mượn phép trừ . Ví dụ, nếu thanh ghi tích lũy chứa FFH, thì lệnh sau: ADD A,#1 Sẽ trả về thanh ghi tích lũy kết qủa 00H và set cờ nhớ trong PSW. Cờ nhớ cũng có thể xem như một thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thi hành trên bit. Ví dụ, lệnh sẽ AND bit 25H với cờ nhớ và đặt kết qủa trở vào cờ nhớ: ANL C,25H • Cờ nhớ phụ: Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ (AC) được set nếu kết qủa của 4 bit thấp trong khoảng 0AH đến 0FH. Nếu các giá trị cộng được là số BCD, thì sau lệnh cộng cần có DA A( hiệu chỉnh thập phân thanh ghi tích lũy) để mang kết qủa lớn hơn 9 trở về tâm từ 0÷ 9. • Cờ 0 Cờ 0 (F0)là một bit cờ đa dụng dành các ứng dụng của người dùng. • Các bit chọn bank thanh ghi Các bit chọn bank thanh ghi (RSO và RS1) xác định bank thanh ghi đ ược tích cực. Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bằng phần mềm nếu cần. Ví dụ, ba lệnh sau cho phép bank thanh ghi 3 và di chuyển nội dung của thanh ghi R7 (địa chỉ byte IFH) đến thanh ghi tích lũy: SETB RS1 SETB RSO MOV A,R7 Khi chương trình được hợp dịch các địa chỉ bit đúng được thay thế cho các ký hiệu “RS1” và “RS0”. Vậy lệnh SETB RS1 sẽ giống như lệnh SETB 0D4H. • Cờ Tràn Cờ tràn (OV) được set một lệnh cộng hoặc trừ nếu có một phép tốn bị tràn. Khi các số có dấu được cộng hoặc trừ với nhau, phần mềm có thể kiểm tra bit này để xác định xem kết qủa của nó có nằm trong tầm xác định không. Khi các số không dấu được cộng, bit OV có thể được bỏ qua. Các kết qủa lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn –128 sẽ set bit OV. b. Thanh ghi B: Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích lũy A cho các phép tốn nhân và chia. Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trị không dấu 8 bit trong A và B rồi Trang 19
Luân văn tốt nghiệp trả về kết qủa 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao). Lệnh DIV AB sẽ chia A cho B rồi trả về kết qủa nguyên trong A và phần dư trong B. Thanh ghi B cũng có th ể được xem như thanh ghi đệm đa dụng. Nó được địa chỉ hóa ttừng bit bằng các địa chỉ bit FOH đến F7H. c. Con trỏ ngăn xếp: Con trỏ ngăn xếp (SP) là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H. Nó chứa địa chỉ của byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp. Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm các thao tác cất dữ liệu vào ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp. Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu, và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp sẽ dọc dữ liệu và làm giảm SP. Ngăn xếp của 8051/8031 được giữ trong RAM nội và được giới hạn các địa chỉ có thể truy xuất bằng địa chỉ gián tiếp. chúng là 128 byte đầu của 8051/8031. Để khởi động lại SP với ngăn xếp bắt đầu tại 60H, các lệnh sau đây được dùng: MOV SP,#%FH Trên 8051/8031 ngăn xếp bị giới hạn 32 byte vì địa chỉ cao nhất của RAM trên chip là 7FH. Sở dĩ cùng giá trị 5FH vì SP sẽ tăng lên 60H trước khi cất byte dữ lệu đầu tiên. Người thiết kế có thể chọn không phải khởi động lại con trỏ ngăn xếp mà để nó lấy giá trị mặc định khi reset hệ thống. Giá trị măc định đó là 07H và kết qủa là ngăn đầu tiên để cất dữ liệu có địa chỉ 08H. Nếu phần mềm ứng dụng không khởi động lại SP , bank thanh ghi 1 (có thể cả 2 và 3) sẽ không dùng được vì vùng RAM này đã được dùng làm ngăn xếp. Ngăn xếp được truy xuất trực tiếp bằng các lệnh PUSH và POP để lưu giữ tạm thời và lấy lại dữ liệu hoặc được truy xuất ngầm bằng các lệnh gọi chương trình con (ACALL, LACALL) và các lệnh trở về (RET,RETI) để cất và lấy lại bộ đếm chương trình. d. Con trỏ dữ liệu: Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngồi là một thanh ghi 16 bit ở địa chỉ 82H(DPL: byte thấp) và 83H (DPH:byte cao). Ba lệnh sau sẽ ghi 55H vào RAM ngồi ở địa chỉ 1000H: MOV A,#55H MOV DPTR,#1000H MOVX @DPTR,A Lệnh đầu tiên dùng địa chỉ tức thời để tải dữ liệu 55H vào thanh ghi tích lũy, lệnh thứ hai cũng dùng địa chỉ tức thời, lần này để tải dữ liệu 16 bit 1000H vào con trỏ dữ liệu. Lệnh thứ ba dùng địa chỉ gián tiếp để di chuyển dữ liệu trong A (55H) đến RAM ngồi ở địa chỉ được chứa trong DPTR (1000H) e. Các thanh ghi port xuất nhập: Các port của 8051/8031 bao gồm Port 0 ở địa chỉ 80H, Port 1 ở địa chỉ 90 H, Port 2 ở địa chỉ A0H và Port 3 ở địa chỉ B0H. Tất cả các Port đều đ ược đ ịa chỉ hóa t ừng bit. Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi. f. Các thanh ghi timer: 8051/8031 chứa 2 bộ định thời đếm 16 bit được dùng trong việc định thời hoặc đếm sự kiện. Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0:byte thấp) và 8CH (TH0:byte cao).Timer 1 ở địa chỉ 8BH (TL1:byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao). việc vận hành timer được set bởi thanh ghi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển timer (TCON) ở địa chỉ 88H. Chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit. g. Các thanh ghi port nối tiếp: Trang 20