ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ Thiết kế mạch giao tiếp với LCD và bàn phím HEX sử dụng họ 8051

ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ Thiết kế mạch giao tiếp với LCD và bàn phím HEX sử dụng họ 8051 Ngày nay khoa học kỹ thuật đang phát triển hết sức mạnh mẽ, đặc biệt là lĩnh vực điều khiển và tự...

ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ :

" Thiết kế mạch giao tiếp với LCD

và bàn phím HEX sử dụng họ 8051 "

MỤC LỤC

Chương I: TỔNG QUAN VỀ 8051 4

1.1 Cấu trúc vi điều khiển 8051 4

1.2 Tổ chức bộ nhớ vi điều khiển 5

Chương II : TỔNG QUAN VỀ LCD VÀ BÀN PHÍM HEX 8

I Tìm hiểu về màn hình LCD 8

1.1 Phân loại LCD 8

1.2 Nguyên tắc hiển thị ký tự trên màn hình LCD 11

II Giới thiệu về bàn phím HEX 12

Chương III : GIỚI THIỆU VỀ IC89S52 14

1.1 Giới thiệu về IC89S52: 14

1.2 Khảo sát sơ đồ chân 15

1.3 Sơ đồ khối củaIC89S52……… 18

ChươngIV : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN 19

1 Sơ đồ nguyên lý: 19

1.1 Khối nguồn: 19

1.2 Khối điều khiển: 19

1.3 Khối bàn phím hex:……… 20

1.4 Khối hiển thị: 20

2 Mạch nguyên lý: 21

3 Mạch in: 23

Chương V: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

24 1 Lưu đồ thuật toán ……….24

2 Chương trình điều khiển………25

ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Giáo viên hướng dẫn

Trần Thu Trà

Ngày nay khoa học kỹ thuật đang phát triển hết sức mạnh mẽ, đặc biệt là lĩnh vực điều khiển và tự động hoá.Để tăng tính năng điều khiển, các bộ vi điều khiển đã không ngừng được cải tiến và nâng cấp Và một trong những họ vi điều khiển đang được ửng dụng rộng rãi ngày nay là họ vi điều khiển 8051 Các bộ vi điều khiển thuộc họ 8051 đầu tiên ra đời vào năm 1981.Các bộ vi điều khiển này mới chỉ có

128 byte Ram, 4kb Rom, 2 bộ định thời, một cổng nổi tiếp và 4 cổng vào ra.Tất cả được đặt trên cùng một chíp Và sau này đã có nhiều bộ vi điều khiển thuộc họ 8051 ra đời với những sự cải tiến đặc biệt của nhiều hãng sản xuất như vi điều khiển 8052, AT89S52

Họ vi điều khiển 8051 được ửng dụng trong thực tế rất phổ biến như ứng dụng để điều khiển động cơ, điều khiển led, điều khiển đèn giao thông, làm bộ đếm sản phẩm Trongnhiều ứng dụng đó nhóm sinh viên chúng em gồm:

1 Thái Nam Thuật

2 Phan Văn Sâm

3 Phan Văn Thọ

4 Hà Văn Thực Tham gia vào thực hiện đề tài " Thiết kế mạch giao tiếp với LCD và bàn phím HEX sử dụng họ 8051 " Dưới sự hướng dẫn của cô giáo Trần Thu Trà.Chúng em mong rằng sự

nhiệt tình của cô giáo sẽ giúp chúng em thực hiện đề tài thành công

1.2 Tổ chức bộ nhớ vi điều khiển 8051

Các thanh ghi nằm giữa các thanh ghi 80H và FFh.Các địa chỉ này nằm trên thanh 80H,vìcác địa chỉ từ 00H đến 7FH là địa chỉ của bộ nhớ RAM bên trong 8051.Không phải tất cảmọi địa chỉ từ 80H đến FFH đều do FSR sử dụng,nhưng vị trí ngăn nhớ từ 80H đến FFHchưa dùng là để dự trữ và lập trình viên 8051cungx không được sử dụng

Bảng : Chức năng của các thanh ghi đặc biệt SFR

SFR định địa chỉ từng bít(những thanh ghi cần nhớ đối với khi lập trình C)

CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ LCD VÀ BÀN PHÍM HEX

I Tìm hiểu về màn hình LCD

1.1 Phân loại LCD

Có thể chia các module LCD làm hai loại chính :

- Loại hiển thị ký tự (character LCD ) gồm có các kích cỡ 16x1(16 ký tự 1dòng),16x2 ( 16 ký tự x 2 dòng) ; 16x 4(16 ký tự x 4 dòng); 20x 1(20 ký tự x1 dòng)v.v

- Loại hiển thị đồ họa (graphic LCD ) đen trắng hoặc màu ,gồm các kích cỡ 1,47inch (128 x128 điểm ảnh) ;1,8 inch( 128 x 160 điểm ảnh ); 2,4 inch( 240x 320 điểmảnh ) v.v…

 Mô tả về các chân của Màn hình LCD 16x2

Chức năng của các chân :

- Chân Vcc :cấp nguồn dương

- Chân Vss : cấp nguồn âm

- Chân V EE : điều khiển độ tương phản của LCD

- Chân chọn thanh ghi RS :có hai thanh ghi rất quan trọng trong LCD, chân RS(register select) được dùng để chọn thanh ghi như sau : Nếu RS=1 thì thanh ghi dữliệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiể thị về LCD; Nếu RS=0 thì

thanh ghi mà lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi một lệnh chẳng hạn nhưlệnh xóa màn hình ,đưa con trỏ về đầu dòng…

- Chân đọc/ghi (R/W) :đầu vào đọc/ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCDkhi R/W =0 hoặc đọc thông tin từ nó khi R/W=1

- Chân cho phép E(Enable) :Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt dữ liệucủa nó Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấp phảiđược áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liệu Xung này phảirộng tối thiểu 450 ns

- Chân D0 D7 : Đây là 8 chân dữ liệu 8 bit ,được dùng để gửi thông điệp lên LCDhoặc đọc nội dung các thanh ghi trong LCD Để hiển thị các chữ cái và các con

số ,chúng ta gửi mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z ,a đến z và các con số từ 0 đến

9 đến các chân này khi bật RS =1.Cũng có các mã lệnh có thể được gửi đến LCD đểxóa màn hình hoặc dưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ

- Chú ý :Chúng ta cũng được sử dụng RS=0 để kiểm tra bí cờ bận để xem LCD cósẵn sàng nhận thông tin.Cờ bận là bit D7 và có thể được đọc khi R/W=1 và RS=0như sau: Nếu R/W =1 ,RS=0 khi D7=1 (cờ bận 1)thì LCD bận bởi các công viêc bêntrong và sẽ không nhận bất cứ thông tin mới nào.Khi D7=0 thì LCD sẵn sàng nhậnthông tin mới.Lưu ý chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu nàolên LCD

Chân 15 và 16 :ghi là A và K Nó là a nốt và ca tốt của một đèn LED dùng để chiếusáng LCD trong bóng tối.Chúng ta không sử dụng.Nếu muốn dùng thì nối chân Aqua một điện trở từ 1k đến 5k lên dương 5V ,chân K xuống đất đèn sẽ sáng

Bảng mã lệnh của LCD

Mãlệnh(hex)

Lệnh đến thanh ghi của LCD

1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải

1.2 Nguyên tắc hiển thị ký tự trên màn hình LCD

Một chương trình hiển thị ký tự trên LCD sẽ đi theo 4 bước sau :

+ Các bước 3,4 có thể lặp đi lặp lại nhiều lần nếu hiển thị nhiều ký tự

+ Chế độ hiển thị mặc định sẽ là hiển thị dịch ,vị trí con trỏ mặc định sẽ là dòng thứnhất

Để điều khiển hoạt động của LCD nên sử dụng port 2 hoặc port 1 cho việc xuất nhập

dữ liệu ,các chân tạo tín hiệu điều khiển RS,RW,EN_LCD có thể chọn tùy ý trongcác chân của các Port còn lại Hình vẽ dưới là ví dụ về mạch ghép nối giữa vi điềukhiển 8051 với module LCD 16x2.Port 2 của vi điều khiển được nối tới buz dữ liệucủa LCD ,các chân P1.0,P1.1, và P1.2 của port 1 dùn để tạo các tín hiệu điều khiểnLCD

Sơ đồ giao tiếp với màn hình tinh thể lỏng LCD 16x2

II Giới thiệu về bàn phím HEX

Bàn phím trên khối PM 303 cũng được xây dựng theo cấu trúc ma trận gồm 16phím (từ 0-9 và từ A-F) bố trí thành 4 hàng ,4 cột ,gọi là bàn phím HEX.Để kiểm tra

có phím nhấn hay không máy tính xuất ra cột thứ nhất ở mức 0 và đọc vào hàng,nếuhàng nào xuống 0 tức là phím nhấn trên hàng đó.Tín hiệu quét đọc từ máy tính cấp

Sơ đồ kết nối của bàn phím HEX

Lưu ý rằng khi không nhấn phím thì hàng của bàn phím HEX nối với Vcc thông quađiện trở R nên có mức logic 1.Để phân biệt được trạng thái của phím nhấn thì mứclogic khi nhấn phím phải là mức 0.Mà khi nhấn một phím nào đó thì tương ứng hàng

và cột của bàn phím HEX sẽ kết nối với nhau.Do đó ,để thực hiện kiểm tra một phímthì ta phải cho trước cột chứa phím tương ứng ở mức logic 0,sau đó kiểm tra hàngcủa phím ,nếu hàng =0 thì có nhấn phím còn hàng bằng 1 thì không nhấn phím

Ví dụ như muốn kiểm tra phím 4 thì ta cho cột chứa phím 4 ở mức logic 0( chân 5của J1,các cột khác =1 ,nghĩa là dữ liệu tại J1 là 1000xxxxb),sau đó thực hiện kiểmtra chân 2 của J1(hàng phím 4), nếu chân này =0 thì phím được bấm

CHƯƠNG III : GIỚI THIỆU VỀ IC89S52

1.1 Giới thiệu về IC89S52:

Hiện nay có rất nhiều họ Vi điều khiển trên thị trường với nhiều ứng dụng khácnhau, trong đó họ Vi điều khiển họ MCS-51 được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới

và ở Việt nam.Vào năm 1980 Intel công bố chíp 8051(80C51), bộ vi điều khiển đầutiên của họ vi điều khiển MCS-51 Nó bao gồm 4KB ROM, 128 byte RAM, 32đường xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit Tiếp theo sau đó là sự rađời của chip 8052, 8053, 8055 với nhiều tính năng được cải tiến.Hiện nay Intelkhông còn cung cấp các loại Vi điều khiển họ MCS-51 nữa, thay vào đó các nhà sảnxuất khác như Atmel, Philips/signetics, AMD, Siemens, Matra&Dallas,Semiconductors được cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các chip của họ MSC-

51 Chip Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Namhiện nay là Vi điều khiển của hãng Atmel với nhiều chủng loại vi điều khiển khácnhau Hãng Atmel có các chip Vi điều khiển có tính năng tương tự như chip Vi điềukhiển MCS-51 của Intel, các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel sảnxuất Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel khi sản xuất ở Atmel mã

số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính năng chương trình tương tự nhưnhau Tương tự 8051,8053,8055 có mã số tương đương ở Atmel là89C51,89C53,89C55 Vi điều khiển Atmel sau này ngày càng được cải tiến và được

bổ sung thêm nhiều chức năng tiện lợi hơn cho người dùng

Bảng 1

Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp

Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị trường dòng Viđiều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt là có thêm khả năngnạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện lợi cho người sử dụng

Bảng 2

Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp

Tất cả các Vi điều khiển trên đều có đặc tính cơ bản giống nhau về phần mềm (các tậplệnh lập trình như nhau), còn phần cứng được bổ sung với chip có mã số ở hai số cuối caohơn, các Vi điều khiển sau này có nhiều tính năng vượt trội hơn Vi điều khiển thế hệtrước Các Vi điều khiển 89Cxx như trong bảng 1 có cấu tạoROM và RAM như 98Sxxtrong bảng 2, tuy nhiên 98Sxx được bổ sung một số tính năng và có thêm chế độ nạp nốitiếp

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại sách hướng dẫn về Vi điều khiển với nhiềuloại khác nhau như 8051, 89C51, 89S8252, 89S52 v.v các sách này đều hướng dẫn

cụ thể về phần cứng cũng như cách thức lập trình Chương trình phần mềm dành chocác Vi điều khiển này là như nhau, vì vậy bạn có thể tham khảo thêm về Vi điềukhiển ở các sách này

- VDK 89S tính năng hơn hẳn 89C , trong khi giá cả tương đương mà tính năng lạinhiều hơn so với 89C Ví dòng MCU này dùng chế độ nạpISP (In SystemProgramming) nên việc nạp cho nó rât đơn giản và rẻ tiền.89Sxx có chế độ nạp nốitiếp với mạch nạp đơn giản có khả năng nạp ngay trên bo mạch mà không cần tháochip vi điều khiển sang mạch khác để nạp chương trình và nhiều tính năng cải tiếnkhác.89S52 có khả năng xóa và viết lại chương trình nhiều lần

- Đối với 89C thì ta phải sử dụng thêm một con làm master Còn với 89S52 thìkhông cần con master, ta nạp trực tiếp.Và giá thành cho một mạch là rất rẻ Toàn

bộ câu trúc phần cứng tương thích hoàn toàn, mọi chương trình viết cho 89C đềuchạy tốt trên 89S52

- 89S52 có dung lượng RAM 128 byte,dung lượng ROM 8 Kyte,chế độ nạp nối trựctiếp

1.2 Khảo sát sơ đồ chân

IC 89S52 có 40 chân cho các chức năng khác nhau như: vào ra I/0, đọc , ghi , địa chỉ,

dữ liệu và ngắt Tuy nhiên, vì hầu hết các nhà phát triển chính dụng chíp đóng vỏ 40chân với hai hàng chân DIP, nên chúng ta cùng khảo sát Vi điều khiển với 40 chândạng DIP

Hình 1.1

1 Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển

Nguồn điện cấp là +5V±0.5

2 Chân GND: Chân số 20 nối GND(hay nối Mass).

Khi thiết kế cần sử dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn giản

là sử dụng IC ổn áp 7805

3 Port 0 (P0)

Port 0 gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng:

- Chức năng xuất/nhập : Các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài vào

để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để điều khiển led đơn sáng tắt

- Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc Port 0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối với bộ nhớ

ngoài), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài.

Port 3 gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17):

- Chức năng xuất/nhập

- Với mỗi chân có một chức năng riêng thứ hai như trong bảng sau :

7 Chân RESET (RST)

Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho

vi điều khiển Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy

8 Chân XTAL1 và XTAL2

Hai chân này có vị trí chân là 18 và 19 được sử dụng để nhận nguồn xung clock

từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép nối với thạch anh và các tụ để tạo nguồn xung clock ổn định

9 Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN

PSEN ( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất

bộ nhớ chương trình ngoài Chân này thường được nối với chân OE (output enable) của ROM ngoài

Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra tín

Khi thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic không tích cực (logic 1)

(Không cần kết nối chân này khi không sử dụng đến)

10 Chân ALE (chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30)

Khi Vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là bus địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ.Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ

và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho các phần khác của hệ thống

- Ghi chú: khi không sử dụng có thể bỏ trống chân này

CHƯƠNG IV : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN

1 Sơ đồ nguyên lý:

1.1 Khối nguồn:

1.2 Khối điều khiển:

1.3 Khối bàn phím HEX

1.4 Khối hiển thị

2 Mạch nguyên lý:

Nguyên lí hoạt động:

Khi cấp nguồn Vcc thì mạch bắt đầu hoạt động

- Khi nhấn tổ hợp các phím thì ngay lập tức gửi một xung đến IC AT89S52.AT89S52 sẽ tiến hành mã hóa,giả mã và chuyển xung gửi đến thành dữ liệu và sau

đó tín hiệu được xuất lên LCD để hiển thị (từ p.0.0 => p.0.7)

Nhưng trước khi gửi dữ liệu lên LCD thì phải kiểm tra LCD Nếu LCD rỗi thì dữliệu sẽ được hiển thị và ngược lại nếu LCD bận thì dữ liệu chưa được hiển thị và gửithông báo cho IC vi xử lí (AT89S52) qua chân RS và RW

Nguyên tắc kiểm tra bận như sau:

Nếu RW=1;RS=0 khi D7=1 thì LCD bận bởi các công việc bên trong và sẽ khôngnhận bất cứ thông tin nào từ IC vi xử lí

Khi D7=0 thì LCD sẵn sang nhận thông tin từ IC vi xử lí

Ở đây: + RW là chân đọc/ghi,cho phép người dung ghi thông tin lên LCD

RW = 0 (ghi); RW = 1 ( đọc thông tin )

+ RS chọn thanh ghi :

RS = 0 thanh ghi lệnh được chọn để cho phép người dung gửi một lệnh lên LCD

RS = 1 thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thịlên LCD

- Khi không nhấn phím thì xung ở mức 0

CHƯƠNG V: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH

ĐIỀU KHIỂN

1. Lưu đồ thuật toán

ORG 00H

;***************KHAI BAO BAN DAU************

;***************KHAI BAO CAC CHAN DUOC SU DUNG CUA VDK******