Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỂN TỬ VIỄN THÔNG BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Đề tài ỨNG DỤNG 8051 ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Huy Hoàng Nhóm sinh viên thực hiện H.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỂN TỬ - VIỄN THÔNG BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Đề tài: ỨNG DỤNG 8051 ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Huy Hồng Nhóm sinh viên thực hiện: Họ tên MSSV Khóa Nguyễn Quốc Khánh 20172622 K62 Lê Đình Hữu 20182571 K63 Vũ Hữu Chiến 20172433 K62 Hà Nội , 02-2021 NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI CẢM ƠN GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI LỜI NÓI ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Phần GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ MSC-51 (8951) KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN 8951, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN 2.1 SƠ ĐỒ CHÂN 8951 .9 2.2 CHỨC NĂNG CÁC CHÂN CỦA 8951: .9 CẤU TRÚC BÊN TRONG VI ĐIỀU KHIỂN 11 3.1 TỔ CHỨC BỘ NHỚ .11 3.2 RAM CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT 12 3.3 CÁC THANH GHI CÓ CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT: .13 3.4 BỘ NHỚ NGOÀI (EXTERNAL MEMORY) 17 HOẠT ĐỘNG TIMER CỦA 8951: 19 4.1 GIỚI THIỆU: 19 4.2 CÁC THANH GHI ĐIỀU KHIỂN TIMER 20 4.2.1 THANH GHI ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ TIMER TMOD (TIMER MODE REGISTER) .20 4.2.2 THANH GHI ĐIỀU KHIỂN TIMER TCON (TIMER CONTROL REGISTER) .21 4.2.3 CÁC NGUỒN XUNG NHỊP CHO TIMER (CLOCK SOURCES) 22 4.2.4 SỰ BẮT ĐẦU, KẾT THÚC VÀ SỰ ĐIỀU KHIỂN CÁC TIMER (STARTING, STOPPING AND CONTROLLING THE TIMER) 22 Trang NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ 4.3 CÁC CHẾ ĐỘ TIMER VÀ CỜ TRÀN (TIMER MODES AND OVERFLOW) .23 4.3.1 MODE TIMER 13 BIT (MODE 0) 23 4.3.2 MODE TIMER 16 BIT (MODE 1) 23 4.3.3 MODE TỰ ĐỘNG NẠP BIT (MODE 2) .23 4.3.4 MODE TIMER TÁCH RA (MODE 3) 24 TỔ CHỨC NGẮT TRONG 8951 24 5.1 CHO PHÉP VÀ KHÔNG CHO PHÉP NGẮT 25 5.2 XỬ LÝ NGẮT 25 5.3 VÉCTƠ NGẮT 25 Phần MÔ PHỎNG 25 LINH KIỆN 26 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 26 Phần CODE CỦA CHƯƠNG TRÌNH 29 Phần KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Sơ đồ khối 8951 Hình Sơ đồ chân 8951 Hình Tổ chức nhớ 11 Hình Bản đồ nhớ Data Chip 12 Hình Bộ nhớ ngồi 17 Hình Sự giải mã địa 17 Hình Sự đè lên vùng nhớ liệu ngồi 18 Hình Sự đè lên vùng liệu 18 Hình Hoạt động Timer đơn giản bit 20 Hình 10 Các nguồn xung 22 Hình 11 Mode tự động nạp bit 24 Trang NHĨM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Hình 12 Mode timer tách 24 Hình 13 Sơ đồ nguyên lý 26 Hình 14 Kết mơ 28 Hình 15 Phần mềm Keil – version4 29 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Chức port 10 Bảng Trang thái chương trình địa D0H 14 Bảng Bảng Bank tích cực 15 Bảng Trạng thái sau reset 19 Bảng Chức Timer 8951 20 Bảng Thanh ghi mode 21 Bảng Hoạt động bit 22 Bảng Cho phép không cho phép ngắt 25 Bảng Vecto ngắt 25 Trang NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Huy Hoàng hướng dẫn chúng em môn học Kỹ thuật vi xử lý hoàn thành đề tài “ỨNG DỤNG 8051 ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG” Trang NHĨM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI LỜI NÓI ĐẦU Vi điều khiển máy tính tích hợp chip, thường sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất, hệ thống bao gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng giá thành thấp (khác với vi xử lý đa dùng máy tính) kết hợp với khối ngoại vi nhớ, module vào/ra, module biến đổi số sang tương tự tương tự sang số, Ở máy tính module thường xây dựng chip mạch Vi điều khiển 89C51 (VĐK8051) tích hợp nhớ, số mạch giao tiếp ngoại vi với vi xử lý vào IC gọi Microcontroller Họ 8051 vi điều khiển 8-bit mạnh linh hoạt nhất, trở thành vi điều khiển hàng đầu năm gần VĐK8051 có khả tương tự khả vi xử lý, cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn giản nhiều ĐẶT VẤN ĐỀ IC 89C51 có khả điều khiển bóng Led rời chạy theo hiệu ứng mạch led hào quang hay nhiều loại bóng Led khác IC 89C51 sử dụng nhiều biển quảng cáo cho thương hiệu, tên, dịch vụ hay bảng thông báo nơi công cộng viết tìm hiểu IC 89C51 Từ kiến thức học vi xử lý (Vi điều khiển) cộng với tài liệu tìm kiếm mạng nhóm em chọn đề tài “ỨNG DỤNG 8051 ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG” Trang NHĨM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Phần GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ MSC-51 (8951) MSC-51 họ Vi điều khiển (Microcontroller) nhiều hãng sản xuất Tiền thân Intel với vi xử lý kinh điển 8051 (được Intel sản xuất vào năm 1980), sau họ phát triển vượt bậc với 250 thành viên công ty bán dẫn hàng đầu thể giới chế tạo Intel, AMD, Atmel, Siemens, Philips, Dallas, OKI,… Các dẫn xuất có chung kiến trúc giống với vi điều khiển Intel 8051 , thêm vào đó, tùy theo loại mà chíp dẫn xuất tích hợp thêm ngoại vi khác (như ADC, SPI, EEPROM, capture/compare channels,…), tính nâng cao để phù hợp với ứng dụng ngày phức tạp Tiêu biểu cho họ MCS-51 vi điều khiển AT89C51 Các đặc điểm 8951 tóm tắt sau: - KB nhớ lập trình lại nhanh, có khả tới 1000 chu kỳ ghi xoá - Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz - mức khóa nhớ lập trình - Timer/counter 16 Bit - 128 Byte RAM nội - Port xuất /nhập I/O bit - Giao tiếp nối tiếp - 64 KB vùng nhớ mã - 64 KB vùng nhớ liệu ngoại - Xử lý Boolean (hoạt động bit đơn) - 210 vị trí nhớ định vị bit - s cho hoạt động nhân chia Trang NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Hình Sơ đồ khối AT89C51 Trang NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN 8951, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN 2.1 SƠ ĐỒ CHÂN 8951 Hình Sơ đồ chân 8951 2.2 CHỨC NĂNG CÁC CHÂN CỦA 8951: - 8951 có tất 40 chân có chức đường xuất nhập Trong có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa chân có chức năng), đường hoạt động đường xuất nhập, đường điều khiển, thành phần bus liệu bus địa a.Các Port: ■ Port : Port port có chức chân 32 – 39 8951 Trong thiết kế cỡ nhỏ không dùng nhớ mở rộng có chức đường IO Đối với thiết kế cỡ lớn có nhớ mở rộng, kết hợp bus địa bus liệu ■ Port 1: Port port IO chân 1-8 Các chân ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2, … dùng cho giao tiếp với thiết bị ngồi cần Port khơng có chức khác, chúng dùng cho giao tiếp với thiết bị bên ■ Port : Port port có tác dụng kép chân 21- 28 dùng đường xuất nhập byte cao bus địa thiết bị dùng nhớ mở rộng Trang NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ ■ Port 3: Port port có tác dụng kép chân 10 - 17 Các chân port có nhiều chức năng, cơng dụng chuyển đổi có liên hệ với đặc tính đặc biệt 8951 bảng sau: Bảng Chức port Các ngõ tín hiệu điều khiển : ■ Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable): - PSEN tín hiệu ngõ chân 29 có tác dụng cho phép đọc nhớ chương trình mở rộng thường nói đến chân OE\ (output enable) Eprom cho phép đọc byte mã lệnh - PSEN mức thấp thời gian Microcontroller 8951 lấy lệnh Các mã lệnh chương trình đọc từ Eprom qua bus liệu chốt vào ghi lệnh bên 8951 để giải mã lệnh Khi 8951 thi hành chương trình ROM nội PSEN mức logic ■ Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable ) : - Khi 8951 truy xuất nhớ bên ngồi, port có chức bus địa bus liệu phải tách đường liệu địa Tín hiệu ALE chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp đường địa liệu kết nối chúng với IC chốt - Tín hiệu chân ALE xung khoảng thời gian port đóng vai trị địa thấp nên chốt địa hoàn toàn tự động Các xung tín hiệu ALE có tốc độ 1/6 lần tần số dao động chip dùng làm tín hiệu clock cho phần khác hệ thống Chân ALE dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom 8951 Trang 10 NHĨM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Hình Hoạt động Timer đơn giản bit - Các Timer 8951 truy xuất việc dùng ghi chức đặc biệt sau : Bảng Chức Timer 8951 4.2 CÁC THANH GHI ĐIỀU KHIỂN TIMER 4.2.1 THANH GHI ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ TIMER TMOD (TIMER MODE REGISTER) Trang 20 NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ - Thanh ghi mode gồm hai nhóm bit là: bit thấp đặt mode hoạt động cho Timer bit cao đặt mode hoạt động cho Timer bit ghi TMOD tóm tắt sau: Bảng Thanh ghi mode 4.2.2 THANH GHI ĐIỀU KHIỂN TIMER TCON (TIMER CONTROL REGISTER) - Thanh ghi điều khiển bao gồm bit trạng thái bit điều khiển Timer Timer Thanh ghi TCON có bit định vị Hoạt động bit tóm tắt sau Trang 21 NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Bảng Hoạt động bit 4.2.3 CÁC NGUỒN XUNG NHỊP CHO TIMER (CLOCK SOURCES) - Có hai nguồn xung clock đếm định bên đếm kiện bên Bit C/T TMOD cho phép chọn Timer khởi động Hình 10 Các nguồn xung 4.2.4 SỰ BẮT ĐẦU, KẾT THÚC VÀ SỰ ĐIỀU KHIỂN CÁC TIMER (STARTING, STOPPING AND CONTROLLING THE TIMER) Trang 22 NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ 4.3 CÁC CHẾ ĐỘ TIMER VÀ CỜ TRÀN (TIMER MODES AND OVERFLOW) 4.3.1 MODE TIMER 13 BIT (MODE 0) - Mode mode Timer 13 bit, byte cao Timer (Thx) đặt thấp bit trọng số thấp byte thấp Timer (TLx) đặt cao đểhợp hành Timer 13 bit bit cao TLx không dùng 4.3.2 MODE TIMER 16 BIT (MODE 1) - Mode mode Timer 16 bit, tương tự mode ngoại trừ Timer hoạt động Timer đầy đủ 16 bit, xung clock dùng với kết hợp thanhghi cao thấp (TLx, THx) Khi xung clock nhận vào, đếm Timer tăng lên0000H, 0001H, 0002H, …, tràn xuất có chuyển bộđếm Timer từ FFFH sang 0000H set cờ tràn Time, sau Timer đếm tiếp - Cờ tràn bit TFx ghi TCON mà đọc ghi bởiphần mềm - Bit có trọng số lớn (MSB) giá trị ghi Timer bit 7của THx bit có trọng số thấp (LSB) bit TLx Bit LSB đổi trạngthái tần số clock vào chia 216= 65.536 - Các ghi Timer TLx Thx đọc ghi thời điểm phần mềm 4.3.3 MODE TỰ ĐỘNG NẠP BIT (MODE 2) Trang 23 NHĨM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Hình 11 Mode tự động nạp bit -Mode mode tự động nạp bit, byte thấp TLx Timer hoạt động Timer bit byte cao THx Timer giữ giá trị Reload Khi đếm tràn từ FFH sang 00H, không cờ tràn set mà giá trị THx nạp vào TLx : Bộ đếm tiếp tục từ giá trị lên đến chuyển trạng thái từ FFH sang 00H tiếp tục Mode phù hợp tràn xuất cụ thể mà lúc nghỉ ghi TMOD THx khởi động 4.3.4 MODE TIMER TÁCH RA (MODE 3) Hình 12 Mode timer tách - Mode mode Timer tách khác biệt cho Timer - Timer mode chia timer bit TL0 TH0 hoạt động Timer riêng lẻ với tràn set bit TL0 TF1 tương ứng - Timer bị dừng lại mode 3, khởi động việc ngắt vào mode khác Chỉ có nhược điểm cờ tràn TF1 Timer không bị ảnh hưởng tràn Timer TF1 nối với TH0 - Mode cung cấp Timer ngoại bit Timer thứ ba 8951 Khi vào Timer mode 3, Timer hoạt động tắt ngắt ngồi vào mode dùng Port nối tiếp máy phát tốc độ Baud, dùng hướng mà khơng sử dụng Interrupt TỔ CHỨC NGẮT TRONG 8951 Vi Điều Khiển có nguồn ngắt:2 nguồn ngắt ngoài,2 ngắt timer ngắt Port nối tiếp, tất nguồn ngắt bị cấm sau reset hệ thống cho phép phần mềm Trang 24 NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ 5.1 CHO PHÉP VÀ KHÔNG CHO PHÉP NGẮT Bảng Cho phép không cho phép ngắt 5.2 XỬ LÝ NGẮT Khi có ngắn xẩy CPU chấp nhận, chương trình bị ngắt qng Những hoạt động sau xẩy ra: - Thi hành hoàn chỉnh lệnh hành - Các DC vào ngắt xếp - Trạng thái ngắt hành cất bên - Các ngắt chặn mức ngắt - Nap vàp DC địa Vector ISR - ISR thực thi ISR thực thi đáp ứng ngắt ISR hoàn tất lệnh RET1 Điều làm lấy lại giá trị cũ PC từ ngăn xếp lấy lại trạng thái ngắt cũ Chương trình lại tiếp tục thi hành nơi mà dừng 5.3 VÉCTƠ NGẮT Khi ngắt chấp nhận giá trị đưa vào PC (Program Counter) gọi vector ngắt (Interrupt Vector) Bảng Vecto ngắt Phần MƠ PHỎNG Trang 25 NHĨM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ LINH KIỆN • IC AT89C51 • Trở 10k • Traffic Light • Led anot chung SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Hình 13 Sơ đồ nguyên lý Làn 1: theo trục dọc Làn 2: theo trục ngang Hiển thị LED đèn giao thông Địa chỉ: ➢ P3.0 : Nối với đèn xanh ➢ P3.1 : Nối với đèn vàng ➢ P3.2 : Nối với đèn đỏ ➢ P3.3 : Nối với đèn đỏ ➢ P3.4 : Nối với đèn vàng Trang 26 NHÓM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ ➢ P3.5 : Nối với đèn xanh Hiển thị thời gian đếm ngược LED đoạn Địa điều khiển: ➢ P2.0: Thanh A led đoạn ➢ P2.1: Thanh B led đoạn ➢ P2.2: Thanh C led đoạn ➢ P2.3: Thanh D led đoạn ➢ P2.4: Thanh E led đoạn ➢ P2.5: Thanh F led đoạn ➢ P2.6: Thanh G led đoạn Địa điều khiển chân Anot chung led đoạn: ➢ P1.0: Chân Anot chung (LED hàng chục) đường ➢ P1.1: Chân Anot chung (LED hàng đơn vị) đường ➢ P1.2: Chân Anot chung (LED hàng chục) đường ➢ P1.3: Chân Anot chung (LED hàng đơn vị) đường Kết mơ Proteus Trang 27 NHĨM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Hình 14 Kết mơ Trang 28 NHĨM 17 – KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Phần CODE CỦA CHƯƠNG TRÌNH Phần mềm lập trình C cho 8051: Keil - Hình 15 Phần mềm Keil – version4 Code: #include #include #include // -delay -void delay(int time){ int a,b; for(a=0;a
