Vi Điều Khiển

LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, ngành kỹ thuật điện tử công nghệ thông tin tiến không ngừng Chúng ngày phát triển đƣợc ứng dụng tất mặt đời sống Các thiết bị điện tử dùng Vi Điều Khiển đƣợc sử dụng rộng rãi khắp ứng dụng tự động Nó giúp cơng việc nhƣ giải trí Các Vi Điều Khiển ngày đại, tốc độ xử lý nhanh hơn, ứng dụng rộng Một ứng dụng quan trọng Vi Điển Khiển dựng đo lƣờng điều khiển Nhờ loại cảm biến, ứng dụng đo lƣờng Vi Điều Khiển không giới hạn đại lƣợng điện mà mở rộng tín hiệu khơng phải điện Sử dụng Vi Điều Khiển thu thập đại lƣợng cần đo dễ dàng hơn, cụ thể xử lý đại lƣợng đƣa đƣợc kết nhƣ mong muốn Với tầm quan trọng đo lƣờng Vi Điều Khiển nên em nhận đề tài làm đồ án tốt nghiệp để nghiên cứu hiểu biết thêm Vi Điều Khiển ứng dụng hay sống thƣờng ngày Trong trình làm đồ án tốt nghiệp, hạn chế thời gian, tài liệu trình độ có hạn nên khơng tránh khỏi có thiếu sót Em mong đƣợc góp ý kiến thầy cô bạn để đồ án tốt nghiệp em đƣợc hoàn thiện Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Điện tự động công nghiệp, đặc biệt thầy Nguyễn Trọng Thắng giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỌ IC8051 Có vi điều khiển bit Đó 6811 Motorola, 8051 Intel, z8 Xilog Pic 16 Microchip Technology Mỗi kiểu loại có tập lệnh ghi riêng nhất, chúng khơng tƣơng thích lẫn Cũng có vi điều khiển 16 bit 32 bit đƣợc sản xuất hãng sản xuất chíp khác Với tất vi điều khiển khác tiêu chuẩn để lựa chọn vi điều khiển là: *) Đáp ứng đƣợc nhu cầu tính tốn toán cách hiệu mặt giá thành đầy đủ chức nhìn thấy đƣợc Trong phân tích nhu cầu dự án dựa vi điều khiển phải biết vi điều khiển bit, 16 bit hay 32 bit đáp ứng tơt nhu cầu toán cách hiệu Nhứng tiêu chuẩn là: - Tốc độ: tốc độ lớn mà vi điều khiển hỗ trợ lạ - Kiểu đóng vỏ: Đóng vỏ kiểu DIP 40 chân hay QFP Đây yêu cầu quan trọng yêu cầu không gian, kiểu láp ráp tạo mẫu thử cho sản phẩm cuối - Công suất tiêu thụ: Điều đặc biệt khắt khe sản phẩm dùng pin, ắc quy - Dung lƣợng nhớ Rom Ram chíp - Số chân vào định thời chíp - Khả dễ dàng nâng cấp cho hiệu suất cao giảm công suất tiêu thụ - Giá thành cho đơn vị: Điều quan trọng định giá thành sản phẩm mà vi điều khiển đƣợc sử dụng *) Coppy sẵn công cụ phát triển phần mềm nhƣ trình biên dịch, trình hợp ngữ gỡ rối *) Nguồn vi điều khiển có sẵn nhiều tin cậy Khả sẵn sàng đáp ứng số lƣợng tƣơng lai Hiện vi điều khiển bit họ 8051 có số lƣợng lớn nhà cung cấp đa dạng nhƣ Intel, Atmel, Philip… 1.1.1 Bộ vi điều khiển 8051 Vào năm 1981 hãng Intel giới thiệu số vi điều khiển đƣợc gọi 8051 Bộ vi điều khiển có 128 byte RAM, 4K byte ROM chíp, hai định thời, cổng nối tiếp cổng (đều rộng bit) vào tất đƣợc đặt chíp Lúc đƣợc coi ‗hệ thống chíp‘ 8051 xử lý bit có nghĩa CPU có thẻ làm việc với bit liệu thời điểm Dữ liệu lớn bit đƣợc chia thành liệu bit xử lý 8051 có tất cổng vào I/O cổng rộng bit (hình vẽ) Mặc dù 8051 có ROM chíp cực đại 64Kbyte, nhƣng nhà sản xuất lúc xuất xƣởng với 4Kbyte Rom chíp 8051 trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến thể 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để lại mã tƣơng thích với 8051 Điều dẫn đến đời nhiều phiên 8051 với tốc độ khác dung lƣợng Rom chíp khác Điều quan trọng có nhiều biến thể khác 8051 tốc độ dung lƣợng nhớ ROM chíp nhƣng tất chúng tƣơng thích với 8051 ban đầu lệnh Điều có nghĩa ta viết chƣơng trình cho phiên chạy với phiên khác mà khơng phân biệt từ hãng sản xuất Bảng 1.1: Các đặc tính 8051 Đặc tính Số lƣợng ROM chíp RAM 4Kbyte 128 byte Bộ định thời Các chân vào 32 Cổng nối tiếp Nguồn ngắt Bộ vi điều khiển 8051 thành viên họ 8051, hãng Intel ký hiệu MSC51 Bảng đặc tính họ 8051 EXTERNAL INTERRUPTS ETC ON - CHIP TIME UPT RAM TIME BUS I/O SERIAL CONTRO PORTS PORT TXD RXD COUN TER INTERR CPU OSC PPPP ADDRESS/D Hình 1.1: Bố trí bên 8051 Mơ tả chân 8051 nhƣ Hình 1.2 Các thành viên họ 8051 (ví dụ 8751, 89C51, DS5000) có kiểu đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn nhƣ hai hàng chân DIP dạng vỏ dẹp vng QFP dạng chip khơng có chân đỡ LLC chúng có 40 chân cho chức khác nhƣ vào I/O, đọc RW , ghi WR , địa chỉ, liệu ngắt Cần lƣu ý số hãng cung cấp phiên 8051 có 20 chân với số cổng vào cho ứng dụng yêu cầu thấp Tuy nhiên, hầu hết nhà phát triển sử dụng chíp đóng vỏ 40 chân với hai hàng chân DIP nên ta tập chung mô tả phiên P1.0 P1.1 P1.2 P1 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD) P3.0 (TXD) P3.1 (NT0) P3.2 (NT1) P3.3 (T0) P3.4 (T1) P3.5 (WR) P3.6 (RD) P3.7 XTAL2 XTAL1 GND 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 8051 (8031) 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 Vcc P0.0 (AD0) P0.1 (AD1) P0.2 (AD2) P0.3 (AD3) P0.4 (AD4) P0.5 (AD5) P0.6 (AD6) P0.6 (AD6) EA/CPP ALE/PROG PSEN P2.7 (A15) P2.6 (A14) P2.5 (A13) P2.4(A12) P2.3 (A11) P2.2 (A10) P2.1 (A9) P2.0 (AB) Hình 1.2: Sơ đồ chân 8051 Từ Hình 1.2 ta thấy 40 chân có 32 chân dùng cho cổng P0, P1, P2, P3 với cổng có chân Các chân lại dành cho nguồn Vcc, đất GND, chân dao động XTAL1 XTAL2, khởi động lại RST cho phép chốt địa EA , cho ngắt cất chƣơng trình PSEN Trong chân chân Vcc, GND, XTAL1, XTAL2, RST EA đƣợc họ 8031 8051 sử dụng Hay nói cách khác chúng phải đƣợc nối hệ thống làm việc mà không cần biết vi điều khiển thuộc họ 8051 hay 8031 Còn chân PSEN chân ALE đƣợc sử dụng hệ thống dựa 8031  Chân Vcc chân GND tƣơng ứng với chân số 40 chân số 20 cung cấp nguồn (+5V) nối mass  Chân XTAL1 (chân 19) XTAL2 (chân 18): 8051 có dao động chíp nhƣng u cầu có xung đồng hồ ngồi để chạy Bộ dao động thạch anh đƣợc nối với XTAL1 XTAL2 hai tụ điện có giá trị 30pF Một phía tụ đƣợc nối xuống đất nhƣ Hình 1.3 Cần phải lƣu ý có nhiều tốc độ khác họ 8051 Tốc độ đƣợc coi nhƣ tần số cực đại giao động đƣợc nối tới chân XTAL Ta sử dụng nguồn tần số khác dao động thạch anh chẳng hạn nhƣ dao động TTL đƣợc nối tới chân XTAL1 chân XTAL2 để hở nhƣ Hình 1.4 C2 XTAL2 NC C1 XTAL2 EXTERRNAL XTAL1 OSCILLATAOR XTAL1 SIGNAL 30pF GND GND Hình 1.3: XTAL nối với 8051 Hình 1.4: XTAL nối với dao động  Chân RST: Chân số chân tái lập RESET Nó chân đầu vào có mức tích cực cao Khi cấp xung cao tới chân vi điều khiển tái lập kết thúc hoạt động Nó coi nhƣ tái bật nguồn Vcc + 10 F 8.2K 30 F 30 F 31 EA/Vpp Vcc 10 F 19 X1 11.0592 MHz 18 X2 RST 31 EA/Vpp X1 X2 Hình 1.5: Mạch tái bật nguồn RESET RST 8.2K Hình 1.6: Mạch tái bật nguồn với Debounce Muốn mạch RESET làm việc có hiệu phải có tối thiểu chu kì máy Hay nói cách khác, xung cao phải kéo dài tối thiểu chu kì máy trƣớc xuống thấp  Chân EA (là chân IN): Truy cập nhớ ngoài, chân số 31 vỏ chíp nhƣ 8751, 89C51 DS5000 chân EA đƣợc nối với nguồn Vcc Trƣờng hợp khơng có ROM chíp nhƣ 8031 8051 mã chƣơng trình đƣợc lƣu cất nhớ ngồi, chân EA đƣợc nối đất Nhƣ chân không đƣợc để hở  Chân PSEN chân có chức cho phép lƣu chƣơng trình Ở hệ thống 8031, chƣơng trình cất nhớ ROM ngồi chân đƣợc nối tới chân OE ROM  ALE cho phép chốt địa chân có mức tích cực cao Khi nối 8031 tới nhớ ngồi cổng đƣợc cấp địa liệu Hay nói cách khác, 8031 dồn địa liệu qua cổng để tiết kiệm số chân Chân ALE đƣợc sử dụng để phân kênh địa liệu cách nối tới chân G của chíp 73LS373  Nhóm chân cổng vào I/O: bốn cổng P0, P1, P2, P3 có chân tạo thành cổng bít Tất cổng RESET đƣợc cấu hình làm cổng Để làm đầu vào cần đƣợc lập trình Các cổng bình thƣờng cổng Cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào cổng P0 từ chân 32 đến 39 phải đƣợc nối với điện trở kéo 10K bên ngồi Cổng P1 có chân, từ chân đến chân 8, sử dụng làm đầu vào Khác với cổng P0, cổng P1 không cần đến điện trở kéo bên ngồi có điện trở kéo bên Cổng P2 có chân từ chân 21đến 28, sử dụng làm đầu vào Cũng giống nhƣ cổng P1, cổng P2 không cần điện trở kéo bên có điện trở kéo Cổng P3 có chân từ chân 10 đến chân 17 Cổng sử dụng làm đầu vào Cũng nhƣ chân P1và P2, cổng P3 không cần điện trở kéo Bảng 1.2: Chức chân cổng P3 Bít cổng P3 Chức Chân số P3.0 P3.1 Nhận liệu (RXD) Phát liệu (TXD) 10 11 P3.2 Ngắt 0(INT0) 12 P3.3 Ngắt 1(INT1) 13 P3.4 Bộ định thời (TO) 14 P3.5 Bộ định thời 1(T1) 15 P3.6 Ghi (WR) 16 P3.7 Đọc (RD) 17 Có hai vi điều khiển thành viên khác họ 8051 8052 8031 1.1.2 Bộ vi điều khiển 8052 Bộ vi điều khiển 8052 thành viên khác họ 8051, 8052 có tất đặc tính chuẩn 8051 ngồi có thêm 128 byte RAM định thời Hay nói cách khác 8052 có 256 byte RAM định thời, có 8K byte ROM chíp thay 4K byte nhƣ 8051 Bảng 1.3: So sánh đặc tính thành viên họ 8051 Đặc tính 8051 8052 8031 ROM chíp 4K byte 8K byte OK RAM 128 byte 256 byte 128 byte Bộ định thời Chân vào - 32 32 32 Cổng nối tiếp 1 Nguồn ngắt 8 Qua bảng ta thấy 8051 tập 8052, nên chƣơng trình viết cho 8051 chạy đƣợc 8052 nhƣng điều ngƣợc lại không 1.1.3 Bộ vi điều khiển 8031 Một thành viên khác 8051 chíp 8031 Chíp khơng có ROM chíp nên để sử dụng chíp ta phải bổ sung ROM ngồi cho nó, ROM ngồi phải chứa chƣơng trình mà 8031 nạp thực So với 8051 mà chƣơng trình đƣợc chứa ROM chíp bị giới hạn 4K byte, cịn ROM ngồi chứa chƣơng trình đƣợc gắn vào 8031 lớn đến 64K byte Khi bổ xung cổng, nhƣ lại hai cổng để thao tác Để giải vấn đề ta bổ xung cổng vào cho 8031 cách phối ghép 8031 với nhớ cổng vào chẳng hạn với chíp 8255 Ngồi cịn có phiên khác tốc độ 8031 từ hãng sản xuất khác Bảng 1.4: Các phiên 8051 từ Atmel Số linh kiện ROM RAM Chân I/O Timer Ngắt Vcc Đóng vỏ AT89C51 4K 128 32 5V 40 AT89LV51 4K 128 32 3V 40 AT89C1051 1K 64 15 3V 20 AT89C2051 2K 128 15 3V 20 AT89C52 8K 128 32 5V 40 AT89LV52 8K 128 32 3V 40 1.2 CÁC HỆ VI ĐIỀU KHIỂN TIÊN TIẾN 1.2.1 Atmel AVR Hình 1.7: Atmel AVR ATmega8 PDIP AVR kiến trúc Harvard sửa đổi 8-bit RISC đơn chip vi điều khiển (μC) đƣợc phát triển Atmel vào năm 1996 Các AVR họ vi điều khiển sử dụng on-chip nhớ flash để lƣu trữ chƣơng trình, trái với One-Time Programmable ROM, EPROM EEPROM đƣợc sử dụng vi điều khiển khác vào lúc 1.2.1.1 Lịch sử họ AVR Ngƣời ta tin vào kiến trúc AVR đƣợc hình thành hai sinh viên Viện Công nghệ Na Uy (thứ n) Alf-Egil Bogen Vegard Wollan Các AVR MCU gốc đƣợc phát triển nhà ASIC thuộc địa phƣơng Trondheim, Na Uy, nơi mà hai thành viên sáng lập Atmel Na Uy làm việc nhƣ sinh viên Nó đƣợc biết đến nhƣ μRISC (Micro RISC) Khi công nghệ đƣợc bán cho Atmel, kiến trúc nội đƣợc phát triển thêm Alf Vegard Atmel Na Uy, công ty Atmel thành lập hai kiến trúc sƣ Atmel AVR nói tên từ viết tắt khơng phải điều đặc biệt Những ngƣời sáng tạo AVR khơng có câu trả lời dứt khoát thuật ngữ viết tắt "AVR" 10 3.7 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN #include #include #include #define W P1_1// Chan yeu cau xuat du lieu chuyen doi #define R P1_0// Chan yeu cau bat dau lay mau #define Mode #define Up P3_0// P3_1// Mode Up #define Down P3_2// Dowm #define Fan P1_2// Dowm unsigned char i=0; unsigned int time=0,dl=0; unsigned int nhiet_do_M=0,nhiet_do=0; float data_temp=0,data_in=0; bit enable_sampling=0,enable_display=0,Mode_M=0,Up_M=0,Down_M=0,enable _time=0,check_point=0; void init(void) { P3=0xFF; P1=0xFF; P0=0xFF; W=1; R=1; TMOD=0x02;// Chon timer che bit tu lap lai TH0=0xC8;// Thoi gian ngat ~100us_Clock=24MHz EA=1;// Cho phep ngat toan cuc 47 ET0=1;// Dung ngat dinh thoi timer EX1=1;// Dung ngat ngoai cua timer IT1=1;// Ngat theo suon xuong TR0=1;// Khoi dong timer } void sampling() { if(enable_sampling==1)// Neu dc phep lay mau { W=0;// Xung tich cuc thap delay_ms(100); W=1;// Tra lai tich cuc cao enable_sampling=0;// Thoi lay mau_Cho lan lay mau sau } } // Ham cai dat nhiet void Setup(void) { lcd_clear();// Xoa LCD Mode_M=0;// Da thuc hien Mode lcd_putsf("SetPoint: "); lcd_put_int(nhiet_do); nhiet_do_M=nhiet_do; while(Mode_M==0) { if(Up_M==1 || Down_M==1) { if(Up_M==1 && nhiet_do_M=80) lcd_gotoxy(0,10),nhiet_do_M=25,lcd_put_int(nhiet_do_M);// Quay vong cai dat else if(Down_M==1 && nhiet_do_M>25) lcd_gotoxy(0,10),nhiet_do_M ,lcd_put_int(nhiet_do_M);// Giam nhiet else if(Down_M==1 && nhiet_do_Mnhiet_do_M) P3_7=0,Fan=1;// Neu nhiet cai dat nho hon nhiet hien tai thi tat else if(nhiet_donhiet_do_M) Fan=1,P3_7=0;// Neu nhiet cai dat nho hon nhiet hien tai thi tat else if(nhiet_do