thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 19

Chia sẻ: Dang Cay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

207
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bản thân các vi mạch (IC: integrated circuit) này tuy không có nhiều hiệu quả sử dụng nhưng khi là một phần của máy tính đơn board (single-board computer) chúng trở thành phần trung tâm trong các sản phẩm có ích dùng để nghiên cứu và thiết kế. Các máy tính đơn board này, trong đó có D2 của Motorola, KIM-1 của MOS Technology và SDK-85 của Intel là đáng nhớ nhất, đã nhanh chóng xâm nhập vào các phòng thí nghiệm thiết kế của trường trung học, trường đại học và các công ty điện tử. ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 19

Chương 19: VI XÖÛ LYÙ TRONG ÑIEÀU KHIEÅN Vaøo naêm 1971 taäp ñoaøn Intel ñaõ giôùi thieäu 8080, boä vi xöû lyù (micro-processor) thaønh coâng ñaàu tieân. Sau ñoù khoâng laâu Motorola, RCA, keá ñeán laø MOS Thechnology vaø Zilog ñaõ giôùi thieäu boä vi xöû lyù töông töï: 6800, 1801, 6502 vaø Z80ø. Baûn thaân caùc vi maïch (IC: integrated circuit) naøy tuy khoâng coù nhieàu hieäu quaû söû duïng nhöng khi laø moät phaàn cuûa maùy tính ñôn board (single-board computer) chuùng trôû thaønh phaàn trung taâm trong caùc saûn phaåm coù ích duøng ñeå nghieân cöùu vaø thieát keá. Caùc maùy tính ñôn board naøy, trong ñoù coù D2 cuûa Motorola, KIM-1 cuûa MOS Technology vaø SDK-85 cuûa Intel laø ñaùng nhôù nhaát, ñaõ nhanh choùng xaâm nhaäp vaøo caùc phoøng thí nghieäm thieát keá cuûa tröôøng trung hoïc, tröôøng ñaïi hoïc vaø caùc coâng ty ñieän töû. Vaøo naêm 1976 Intel giôùi thieäu boä vi ñieàu khieån (microcontroller) 8748, moät chip töông töï nhö boä vi xöû lyù vaø laø chip ñaàu tieân trong hoï vi ñieàu khieån MCS-48. 8748 laø moät vi maïch chöùa treân 17000 transistor bao goàm moät CPU, 1K byte EPROM, 64 byte RAM, 27 chaân xuaát nhaäp vaø moät boä ñònh thì 8- bit. IC naøy vaø caùc IC khaùc tieáp theo cuûa hoï MCS-48 ñaõ nhanh choùng trôû thaønh chuaån coâng nghieäp trong caùc öùng duïng höôùng ñieàu khieån (control-oriented application). Vieäc thay theá caùc thaønh phaàn cô ñieän trong caùc saûn phaåm nhö maùy giaët vaø caùc boä ñieàu khieån ñeøn giao thoâng laø nhöõng öùng duïng phoå bieán ban ñaàu. Caùc saûn phaåm khaùc maø trong ñoù boä vi ñieàu khieån ñöôïc tìm thaáy bao goàm xe oâ toâ, thieát bò coâng nghieäp, caùc saûn phaåm tieâu duøng vaø caùc ngoaïi vi cuûa maùy tính (baøn phím cuûa IBM-PC laø moät thí duï söû duïng boä vi ñieàu khieån trong caùc thieát keá toái thieåu thaønh phaàn).
Ñoä phöùc taïp, kích thöôùc vaø khaû naêng cuûa boä vi ñieàu khieån ñöôïc taêng theâm moät baäc quan troïng vaøo naêm 1980 khi Intel coâng boá chip 8051, boä vi ñieàu khieån ñaàu tieân cuûa hoï vi ñieàu khieån MCS-51. So vôùi 8048, chip 8051 chöùa treân 60000 transistor bao goàm 4K byte ROM, 128 byte RAM, 32 ñöôøng xuaát nhaäp, moät port noái tieáp vaø 2 boä ñònh thì 16-bit, moät löôïng maïch ñaùng chuù yù trong moät IC ñôn. Caùc thaønh vieân môùi ñöôïc theâm vaøo cho hoï MCS-51 vaø caùc bieán theå ngaøy nay gaàn nhö coù gaáp ñoâi ñaëc tröng naøy. Taäp ñoaøn Siemens, nguoàn saûn xuaát thöù hai caùc boä vi ñieàu khieån thuoäc hoï MCS-51 cung caáp chip SAB80515, moät caûi tieán cuûa 8051 chöùa trong moät voû 68 chaân, coù 6 port xuaát nhaäp 8-bit, 13 nguoàn taïo ra ngaét vaø moät boä bieán ñoåi A/D 8-bit vôùi 8 keânh ngoõ vaøo. Hoï 8051 laø moät trong nhöõng hoï ñieàu khieån 8-bi t maïnh vaø linh hoaït nhaát, ñaõ trôû thaønh boä vi ñieàu khieån haøng ñaàu trong nhöõng naêm gaàn ñaây. ÔÛ ñeà taøi naøy em söû duïng chip vi ñieàu khieån (coù theå goïi laø chip vi xöû lyù do ít thoùi quen. Maët khaùc, hieän nay ít coù söï phaân ñònh roõ giöõa hai thuaät ngöõ naøy) AT 8951, ñaây cuõng thuoäc MCS –51. Veà cô baûn caáu taïo cuûa AT9851 cuõng gioáng nhö 8051, nhöng AT9851 laø moät heä vi tính 8-bit ñôn chip CMOS coù hieäu suaát cao, coâng suaát nguoàn tieâu thuï thaáp vaø coù 4K byte boä nhôù ROM Flash xoùa ñöôïc/laäp trình ñöôïc. Chip naøy ñöôïc saûn xuaát döïa vaøo coâng ngheä boä nhôù khoâng maát noäi dung coù ñoä tích hôïp cao cuûa Atmel. 8.2.1 Toùm taét phaàn cöùng AT8951 Chip AT 8951 cuõng töông thích vôùi taäp leänh vaø caùc chaân ra cuûa chuaån coâng nghieäp MCS-51. Flash treân chip naøy cho pheùp boä nhôù chöông trình ñöôïc laäp trình laïi treân heä thoáng hoaëc baèng boä laäp trình boä nhôù khoâng maát noäi dung quy öôùc. Baèng caùch keát hôïp moät CPU linh hoaït 8-bit vôùi Flash treân moät chip ñôn theå, Atmel 89C51 laø moät heä vi tính 8-bit ñôn chip maïnh cho ta moät
giaûi phaùp coù hieäu quaû vaø raát linh hoaït ñoái vôùi caùc öùng duïng ñieàu khieån. AT8951 coù caùc ñaëc tröng chuaån sau:  4K byte ROM Flash.  128 byte RAM.  32 ñöôøng xuaát nhaäp.  Hai boä ñònh thôøi/ñeám 16-bit.  Moät caáu truùc ngaét hai möùc öu tieân vaø 5 nguyeân nhaân ngaét.  Moät port noái tieáp song coâng.  Maïch dao ñoäng vaø taïo xung clock treân chip. Ngoaøi ra AT8951 ñöôïc thieát keá vôùi logic tónh cho hoaït ñoäng coù taàn soá giaûm xuoáng 0 vaø hoã trôï hai cheá ñoä tieát kieäm naêng löôïng ñöôïc löïa choïn baèng phaàn meàm. Cheá ñoä nghæ döøng CPU trong khi vaãn cho pheùp RAM, caùc boä ñònh thôøi/ñeám, port noái tieáp vaø heä thoáng ngaét tieáp tuïc hoaït ñoäng. Cheá ñoä nguoàn giaûm duy trì noäi dung cuûa RAM nhöng khoâng cho maïch dao ñoäng cung caáp xung clock nhaèm voâ hieäu hoùa caùc hoaït ñoäng khaùc cuûa chip cho ñeán khi coù reset cöùng tieáp theo. 8.2.1.1 Caáu hình chaân ra: Vcc chaân cung caáp nguoàn. GND chaân noái ñaát (0V). Port 0 Port 0 laø port xuaát nhaäp 8-bit hai chieàu cöïc D hôû. Khi laøm nhieäm vuï laø port xuaát, moãi chaân cuûa port coù theå huùt doøng cuûa 8 ngoõ vaøo TTL. Khi caùc logic 1 ñöôïc ghi vaøo caùc chaân cuûa port 0,
caùc chaân naøy coù theå ñöôïc söû duïng laøm caùc ngoõ vaøo coù toång trôû cao. Port 0 coøn ñöôïc caáu hình laøm bus ñòa chæ (byte thaáp) vaø bus döõ lieäu ña hôïp trong khi truy xuaát boä nhôù döõ lieäu ngoaøi vaø boä nhôù chöông trình ngoaøi. Trong cheá ñoä ña hôïp naøy, port 0 coù caùc ñieän trôû keùo leân beân trong. Port 0 cuõng nhaän caùc byte maõ trong khi laäp trình cho Flash vaø xuaát caùc byte maõ trong khi kieåm tra chöông trình. Caùc ñieän trôû keùo leân beân ngoaøi ñöôïc caàn ñeán trong khi kieåm tra chöông trình. Port 1 Port1 laø port xuaát nhaäp 8-bit hai chieàu coù caùc ñieän trôû keùo leân beân trong. Caùc boä ñeäm xuaát cuûa port 1 coù theå huùt vaø caáp doøng vôùi 4 ngoõ vaøo TTL. Khi caùc logic 1 ñöôïc ghi leân caùc chaân cuûa port1, caùc chaân naøy ñöôïc keùo leân möùc cao bôûi caùc ñieän trôû keùo leân beân trong vaø coù theå ñöôïc söû duïng nhö caùc ngoõ vaøo. Khi laøm nhieäm vuï cuûa port nhaäp, caùc chaân cuûa port 1 ñang ñöôïc keùo xuoáng möùc thaáp do taùc ñoäng beân ngoaøi seõ caáp doøng do coù caùc ñieän trôû keùo leân beân trong. Port1 cuõng nhaän byte ñòa chæ thaáp trong thôøi gian laäp trình cho Flash vaø kieåm tra chöông trình. Port 2 Port 2 cuûa port xuaát nhaäp 8-bit hai chieàu coù caùc ñieän trôû keùo leân beân trong. Caùc boä ñeäm xuaát cuûa port 2 coù theå huùt vaø caáp doøng cho vôùi 4 ngoõ vaøo TTL. Khi caùc logic 1 ñöôïc ghi leân caùc chaân port 2, caùc chaân naøy ñöôïc keùo leân möùc cao bôûi caùc ñieän trôû keùo leân beân trong vaø coù theå ñöôïc söû duïng nhö caùc ngoõ vaøo. Khi laøm nhieäm vuï cuûa port nhaäp, caùc chaân cuûa port 2 ñang ñöôïc keùo
xuoáng möùc thaáp do taùc ñoäng beân ngoaøi seõ caáp doøng do coù caùc ñieän trôû keùo leân beân trong. Port 2 taïo ra caùc byte cao cuûa bus ñòa chæ trong thôøi gian tìm naïp leänh töø boä nhôù chöông trình ngoaøi vaø trong thôøi gian truy xuaát boä nhôù döõ lieäu ngoaøi söû duïng caùc ñòa chæ 16-bit (MOVX @DPTR). Trong öùng duïng naøy, port 2 söû duïng caùc ñieän trôû keùo leân beân trong khi phaùt caùc bit 1. Trong thôøi gian truy xuaát boä nhôù döõ lieäu ngoaøi söû duïng caùc ñòa chæ 8-bit (MOVX @Ri), port 2 phaùt caùc noäi dung cuûa thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät P2. Port 2 cuõng nhaän caùc bit ñòa chæ cao vaø vaøi tín hieäu ñieàu khieån trong thôøi gian laäp trình cho Flash vaø kieåm tra chöông trình. Port 3 Port 3 laø port xuaát nhaäp 8-bit hai chieàu coù caùc ñieän trôû keùo leân beân trong. Caùc boä ñeäm xuaát cuûa port 3 coù theå huùt vaø caáp doøng vôùi 4 ngoõ vaøo TTL. Khi caùc logic 1 ñöôïc ghi leân caùc chaân port 3, caùc chaân naøy ñöôïc keùo leân möùc cao bôûi caùc ñieän trôû keùo leân beân trong vaø coù theå ñöôïc söû duïng nhö caùc ngoõ vaøo. Khi laøm nhieäm vuï cuûa port nhaäp, caùc cuûa port 3 ñang ñöôïc keùo xuoáng möùc thaáp do taùc ñoäng beân ngoaøi seõ caáp doøng do coù caùc ñieän trôû keùo leân beân trong. Port 3 coøn ñöôïc söû duïng laøm caùc chöùc naêng khaùc cuûa AT8951 caùc chöùc naêng naøy ñöôïc lieät keâ nhö sau: Chaân cuûa port Chöùc naêng P3.0 RxD (ngoõ vaøo cuûa port noái tieáp). P3.1 TxD (ngoõ ra cuûa port noái tieáp). P3.2 INT0 (ngoõ vaøo ngaét ngoaøi 0).
P3.3 INT1 (ngoõ vaøo ngaét ngoaøi 1). P3.4 T0 (ngoõ vaøo beân ngoaøi cuûa boä ñònh thôøi 0). P3.5 T1 (ngoõ vaøo beân ngoaøi cuûa boä ñònh thôøi 1). P3.6 WR (ñieàu khieån ghi boä nhôù döõ lieäu ngoaøi). P3.7 RD (ñieàu khieån ñoïc boä nhôù döõ lieäu ngoaøi). Port 3 cuõng nhaän moät vaøi tín hieäu ñieàu khieån cho vieäc laäp trình Flash vaø kieåm tra chöông trình. RST Ngoõ vaøo reset. Möùc cao treân chaân naøy trong hai chu kyø maùy trong khi boä dao ñoäng ñang hoaït ñoäng seõ reset AT8951. ALE/ PROG Xung cuûa ngoõ ra cho pheùp choát ñòa chæ ALE (address latch enable) cho pheùp choát byte thaáp cuûa ñòa chæ trong thôøi gian truy xuaát boä nhôù ngoaøi. Chaân naøy cuõng ñöôïc duøng laøm ngoõ vaøo xung laäp trình ( PROG ) trong thôøi gian laäp trình cho Flash. Khi hoaït ñoäng bình thöôøng, xung cuûa ALE luoân coù taàn soá baèng 1/6 taàn soá cuûa maïch dao ñoäng treân chip, coù theå ñöôïc söû duïng cho caùc muïc ñích ñònh thôøi töø beân ngoaøi vaø taïo xung clock. Tuy nhieân caàn löu yù laø moät xung ALE seõ bò boû qua trong moãi moät chu kyø truy xuaát boä nhôù döõ lieäu ngoaøi. Khi caàn, hoaït ñoäng cho pheùp choát byte thaáp cuûa ñòa chæ seõ ñöôïc voâ hieäu hoùa baèng caùch set bit 0 cuûa thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät coù ñòa chæ byte laø 8EH. Khi bit naøy ñöôïc set, ALE chæ tích cöïc trong thôøi gian thöïc thi leänh MOVX hoaëc MOVC. Ngöôïc laïi chaân naøy seõ ñöôïc keùo leân möùc cao. Vieäc set bit khoâng cho pheùp hoaït ñoäng choát byte thaáp cuûa ñòa chæ seõ khoâng coù taùc
duïng neáu boä vi ñieàu khieån ñang ôû cheá ñoä thöïc thi chöông trình ngoaøi. PSEN Chaân cho pheùp boä nhôù chöông trình PSEN (program store enable) ñieàu khieån truy xuaát boä nhôù chöông trình ngoaøi. Khi AT8951 ñang thöïc thi chöông trình trong boä nhôù chöông trình ngoaøi, PSEN tích cöïc hai laàn cho moãi chu kyø maùy, ngoaïi tröø tröôøng hôïp taùc ñoäng cuûa PSEN bò boû qua cho moãi laàn truy xuaát boä nhôù döõ lieäu ngoaøi. EA /Vpp Chaân cho pheùp truy xuaát boä nhôù ngoaøi EA (external access enable) phaûi ñöôïc noái vôùi GND ñeå cho pheùp chip vi ñieàu khieån tìm naïp leänh töø caùc vò trí nhôù cuûa boä nhôù chöông trình ngoaøi, baét ñaàu töø ñòa chæ 0000H cho ñeán FFFFH. Tuy nhieân caàn löu yù laø neáu bit khoùa 1 (lock bit 1) ñöôïc laäp trình, EA seõ ñöôïc choát beân trong khi reset. EA neân noái vôùi Vcc ñeå thöïc thi chöông trình beân trong chip Chaân EA /Vpp coøn nhaän ñieän aùp cho pheùp laäp trình Vpp trong thôøi gian laäp trình cho Flash, ñieän aùp naøy caáp cho caùc boä phaân coù yeâu caàu ñieän aùp 12V. XTAL1 Ngoõ vaøo ñeán maïch khueách ñaïi ñaûo cuûa maïch dao ñoäng vaø ngoõ vaøo ñeán maïch taïo xung clock beân trong chip. XTAL2 Ngoõ ra töø maïch khueách ñaïi ñaûo cuûa maïch dao ñoäng.