Thiết kế hệ vi xử lý 8 bít
Bài tập dài: Thiết kế hệ Vi xử lý 8 bít 1
ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ VI XỬ LÝ 8 BIT
YÊU CẦU
Phần cứng :
1. Bộ vi xử lý 8 bit (8085, 89C51 ….)
2. Bộ nhớ chương trình ROM : 8KB từ địa chỉ 0000H
3. Bộ nhớ dữ liệu RAM 8kB có địa chỉ tuỳ chọn.
4. Cổng vào tương tự 8 kênh nhận tín hiệu nhiệt độ từ 0 – 10V
tương ứng vói nhiệt độ từ 0 – 200 độ C.
5. Nhập dữ liệu vào từ bàn phím 16 phím
6. Khối hiển thị dữ liệu dùng màn hình tinh thể lỏng LCD.
Phần mềm :
1. Tín hiệu cho phép chạy và dừng chương trình.Tín hiệu dừng
khẩn cấp.
2. Đọc tín hiệu từ 8 kênh đo lư trữ trong vùng nhớ RAM .
3. Sau mỗi lần đọc tính giá trị trung bình của nhiệt độ và gửi kết
quả ra cổng hiển thị bằng LCD
4. Chương trinh dừng lại báo động bằng còi nếu xảy ra một số
điều kiện sau:
- Giá trị trung bình < hoặc > giá trị min hoặc max tương ứng
cho trước.Các giá trị max & min này được đặt ở trong 2 ô
nhớ RAM.
- Có 4 kênh đo vượt quá hoặc nhỏ hơn giá trị giới hạn cho
phép so với giá trị trung bình.
Thiết kế hệ vi xử lý 8 bít
Bài tập dài: Thiết kế hệ Vi xử lý 8 bít 2
PHẦN I
THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG
CHƯƠNG I
định hướng thiết kế
Thiết kế một hệ vi xử lý bao gồm cả việc thiết kế tổ chức phần cứng và
viết phần mềm cho nền phần cứng mà ta thiết kế. Việc xem xét giữa tổ chức
phần cứng và chương trình phần mềm cho một thiết kế là một vấn đề cần phải
cân nhắc. Vì khi tổ chức phần cứng càng phức tạp, càng có nhiều chức năng
hỗ trợ cho yêu cầu thiết kế thì phần mềm càng được giảm bớt và dễ dàng thực
hiện nhưng lại đẩy cao giá thành chi phí cho phần cứng, cũng như chi phí bảo
trì. Ngược lại với một phần cứng tối thiểu lại yêu cầu một chương trình phần
mềm phức tạp hơn, hoàn thiện hơn; nhưng lại cho phép bảo trì hệ thống dễ
dàng hơn cũng như việc phát triển tính năng của hệ thống từ đó có thể đưa ra
giá cạnh tranh được.
Từ yêu cầu và nhận định trên ta có những định hướng sơ bộ cho thiết kế
như sau:
1. Chọn bộ vi xử lý:
Từ yêu cầu dùng VXL 8 bit ta dự kiến dùng các chip vi điều khiển thuộc
họ MCS-51 của Intel, mà cụ thể ở đây là dùng chip 89C51 vì những lý do sau:
+ AT89C51 thuộc họ MCS-51, là chip vi điều khiển 8 bít đơn chíp
CMOS có hiệu suất cao, công suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4 Kb bộ nhớ
ROM Flash xoá được lập trình được. Chíp này được sản xuất dựa theo công
nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao của Atmael
+ AT89C51 có các đặc trưng chuẩn sau: 4Kb Flash, 128 byte RAM, 32
đường xuất nhập, bộ định thời / đếm 16 bit, một cấu trúc ngắn hai mức ưu tiên
và 5 nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song song công, mạch dao động và
mạch dao động và mạch tạo xung trên chíp.
Vì những lý do trên mà việc lựa chọn vi điều khiển 89C51 là một giải
pháp hoàn toàn phù hợp cho thiết kế.
2. Tổ chức ngoại vi:
+ Xử lý tín hiệu vào ta dùng thiết bị chuyển đổi tương tự/ số (ADC) có 8
kênh vào tương tự kết nối với 8 tín hiệu đo nhiệt độ từ 0 ÷ 10V tương ứng với
nhiệt độ từ 0o ÷ 200oC.
+ Xử lý việc hiển thị kết quả nhiệt độ trung bình ta dùng 3 LED 7 thanh
để hiển thị tương ứng với các nhiệt độ trong dải 0 ÷ 2000C.
Thiết kế hệ vi xử lý 8 bít
Bài tập dài: Thiết kế hệ Vi xử lý 8 bít 3
+ Tín hiệu cho phép chạy được xử lý bằng cách dùng một nút ấn Reset
hệ thống.
+ Tín hiệu báo động được xử lý bằng một còi báo động kết nối với một
cổng bất kỳ phục vụ cho vào/ra.
+ Nếu có yêu cầu dùng các phím để định các mode hoạt động, cũng như
đặt lại giá trị MAX và MIN thì bàn phím cũng phải được kết nối với các cổng
giao tiếp vào/ra (ở đây yêu cầu dùng 8255).
Tất cả các thiết bị phải được kết nối với nhau thông qua các bus cần thiết
gồm bus dữ liệu, bus địa chỉ và bus điều khiển.
Sơ đồ khối cho thiết kế phần cứng của hệ thống như sau:
VXL
89C51
Khối vào
tương tự
8 kênh
Khối
hiển thị
Control Bus
Address Bus
Mạch
giao
tiếp
8255
Data Bus
ROM
RAM
Thiết kế hệ vi xử lý 8 bít
Bài tập dài: Thiết kế hệ Vi xử lý 8 bít 4
CHƯƠNG II
NỘI DUNG THIẾT KẾ
I. tổ chức phần cứng hệ VXL89C51.
1. Hệ vi xử lý AT89C51:
1.1 Sơ đồ chân hệ vi xử lý AT89C51:
Port 0
Port 0 là port xuất nhập 8 bit hai chiều cực D hở.
Port 0 còn được cấu hình làm bus địa chỉ ( byte thấp ) và bus dữ liệu đa
hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài vcà bộ nhỡ chư[ng trình ngoài.
Port 0 cũng nhận các byte mã trong khi lập trình cho Flash và các byte
mã trong khi kiểm tra chương trình.
Port 1
Port 1 là port xuất nhập 8 bít.
Port 1 cũng là byte địa chỉ thấp trong thừi gian lập trình cho Flash và
kiểm tra chương trình.
Port 2
Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều.
Port 2 tạo ra byte cao của địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ
chương trình ngoài và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng
địa chỉ 16 bit
Port 2 cũng nhận các địa chỉ cao và tín hiệu điều khiển trong thời gian
lập trình cho Flash và kiểm tra chương trình.
Port 3
Thiết kế hệ vi xử lý 8 bít
Bài tập dài: Thiết kế hệ Vi xử lý 8 bít 5
Port 3 là port xuất nhập 8 bit hai chiều.
Port 3 cũng còn được dùng làm chức năng khác của AT89C51 các chức
năng được liệt kê như sau:
Chân của port Chức năng
P3.0 RxD ( ngõ vào của port nối tiếp )
P3.1 TxD ( ngõ ra của port nối tiếp )
P3.2 0INT ( ngõ và ngắt ngoài 0 )
P3.3 1INT ( ngõ vào ngắn ngoài 1 )
P3.4 TO ( ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 0 )
P3.5 T1 ( ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1 )
P3.6 RW ( điều khiển bộ nhớ dữ liệu ngoài )
P3.7 RD ( điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài )
Port 3 cũng nhận một vài tín hiệu điều khiển cho việc lập trình Flash và
điều khiển chương trình.
RST
Ngõ vào reset.
ALE/ PROG xung của ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE cho phép chốt
byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài. Chân này cũng
được dùng làm ngõ vào xung lập trình ( PROG ) trong thời gian lập trình
Flash.
PSEN
Chân cho phép bộ nhớ chương trình ngoài , điều khiển truy xuất bộ nhớ
chương trình ngoài.
pp
V/EA
Chân cho phép truy nhập bộ nhớ ngoài EA , phải được nối với GND để
cho phép chíp vi điều khiển tìm nạp lệnh tờ các vị trí ô nhớ của bộ nhớ
chương trình ngoài
Chân
EA nối với VCC để thực hiện chương trình bên trong chíp.
pp
V/EA còn nhận điện áp cho phép lập trình VPP trong thời gian lập
trình cho Flash , điện áp này cấp cho bộ phận có yêu cầu điện áp 12V
XTAL1
Ngõ vào đến mạch khuyếch đại dảo của mạch dao động và ngõ đến
mạch xung clock bên trong chíp.