CHAPTER 1

14/01/2021 VI XỬ LÝ TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN GIẢNG VIÊN: TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG MOBIL: 0372630593 EMAIL: giangdth@epu.edu.vn TS Đoàn Thị Hương Giang Nội dung mơn học • Chương 1: – Ghép nối vi điều khiển với ngoại vi sử dụng họ 8051 • Chương 2: • Chương 3: – Ứng dụng vi xử lý đo lường – Ứng dụng vi xử lý điều khiển TS Đoàn Thị Hương Giang 14/01/2021 Tài liệu tham khảo Tài liệu học tập (Sách, giáo trình chính) • [1] Nguyễn Tăng Cường, Cấu trúc lập trình họ vi điều khiển 8051, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2012 • [2] Nguyễn Mạnh Giang, Cấu trúc – Lập trình – Ghép nối ứng dụng, tập 2, Nhà xuất giáo dục, 2012 Tài liệu tham khảo • [3] MCS51 Microcontroller family user’s manual • [4] Đỗ Xuân Tiến, Kỹ thuật vi xử lý lập trình Assembly cho hệ vi xử lý, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 Các tài liệu khác • Phần mềm Protues, Altium Designer, Keil C, CodeVisionAVR, Mplab IDE… TS Đồn Thị Hương Giang Mơ tả tóm tắt nội dung học phần • Cung cấp kiến thức tổng quát ứng dụng vi xử lý, vi điều khiển đo lường điều khiển • Ghép nối vi điều khiển với ngoại vi • Có khả thiết kế hệ thống đo lường điều khiển công nghiệp, dân dụng dựa vi điều khiển, vi xử lý TS Đồn Thị Hương Giang 14/01/2021 Q trình học tập • Lý thuyết + thực hành • Dự lớp (chuyên cần): 70% số lên lớp + 02 kiểm tra thường xuyên Thi cuối kỳ Câu 1: (4 điểm) Câu 2: (3 điểm) Câu 3: (3 điểm) Tự luận 60 phút TS Đoàn Thị Hương Giang Chương 1.1 Ghép nối ứng dụng hiển thị Ghép nối ứng dụng LED đơn, LED đơn&kép Ghép nối ứng dụng LED ma trận Ghé nối ứng dụng LCD 1.2 Ghép nối với bàn phím 1.3 Ghép nối với nhớ ngồi 1.4 Ghép nối với chuyển đổi ADC, DAC TS Đoàn Thị Hương Giang 14/01/2021 1.1 LED đơn  Cấu tạo nguyên lý hoạt động Led đơn: Là diot phát quang, có dịng điện chạy qua đủ lớn giới hạn nhà sản xuất đưa LED phát ánh sáng dải ánh sáng tần số để mắt người nhìn thấy Chúng có nhiều hình dạng kích cỡ, điều cho phép nhà thiết kế điều chỉnh tùy theo sản phẩm  Điện áp rơi Led khoảng từ 1.2 ÷ 3.4 V  Dòng điện chạy qua Led khoảng ÷ 30 mA TS Đồn Thị Hương Giang Phân loại Led  Có nhiều phương pháp cách phân loại Led khác nhau:   Theo công dụng:  Led nhà (Led indoor): Cường độ sáng yếu, góc nhìn hẹp …  Led ngồi trời (Led outdoor): Cường độ sáng mạnh, góc nhìn rộng… Theo kích thước:   Loại nhỏ, nhỡ, to Theo màu sắc:  Đỏ, xanh, vàng,… TS Đoàn Thị Hương Giang 14/01/2021 Phân loại Led (tt) • Các loại LED thường gặp: – LED thường (3mm 5mm): Là loại LED có màu lớp vỏ bên ngồi trùng với ánh sáng phát – LED siêu sáng (3mm 5mm): LED siêu sáng khơng khác nhiều so với LED thường, có chung kích cỡ, có điều sáng lớp vỏ bên ngồi suốt Loại đắt gần gấp đôi LED thương, sáng rõ, sáng đẹp "trong suốt" Lớp vỏ không màu phát ánh sáng khác TS Đoàn Thị Hương Giang Phân loại Led (tt) • Các loại LED thường gặp: – LED dán (SMD): Là Loại có nhiều kiểu kích thước, đặc điểm chung nhỏ hàn mặt đồng mạch Loại LED dùng cho mạch đồng mặt (loại đắt) loại mạch in – LED RGB (5mm): loại LED siêu sáng lại có đến màu LED (R = red = đỏ; G = Green = xanh lá; B = Blue = Xanh dương) Có thể làm LED sáng với màu yêu cầu Có chân, có chân dương chung chân R-G-B TS Đoàn Thị Hương Giang 10 14/01/2021 Các tham số lưu ý thiết kế LED đơn Điện áp: • Mỗi đèn LED có mức điện áp đầu vào định để tạo ánh sáng  Phải tính mức điện áp cần cấp cho LED • Ví dụ: – – LED 5mm có mức điện áp đầu vào 3,4V  cấp nguồn cho pin AA 1,5V  khơng sáng Thêm pin AA để cấp nguồn khoảng 3V  LED sáng Dịng điện • Dịng điện thơng số cần quan tâm Nếu dịng điện vượt qua ngưỡng cho phép, tương đương  tăng nhiệt độ  đèn nhanh hỏng • Dịng điện phù hợp với đèn LED 5mm thường mức 20mA-> 30mA • Có thể kiểm sốt dịng điện cách đặt điện trở nối tiếp với đèn LED Ánh sáng • Bước sóng cách xác để giải thích màu sắc • Trên bảng thông số đèn LED 5mm thấy bước sóng tối thiểu tối đa TS Đồn Thị Hương Giang 11 Chip LED DIP – LED thường 5mm • LED biến thể diode (điốt) bản, khác biệt tạo ánh sáng dòng điện qua (Diode thành phần điện tử dẫn điện theo hướng) • Điều khiển LED cách tạo độ chênh điện áp nhỏ Anode (+) Cathode (-) TS Đoàn Thị Hương Giang 12 14/01/2021 Điều khiển LED • Điều khiển vào chân Anode, chân Kathode nối đất • Điều khiển vào chân Kathode, chân Anode nối nguồn TS Đoàn Thị Hương Giang 13 Ghép nối Led đơn với VĐK • Theo cách mắc cổng kết nối với Led xuất dòng (I source) < 1mA, cường độ sáng Led tối Theo chuẩn, cổng I/O (TTL) 8051 cho dòng sink up 16 mA source 250 µA TS Đồn Thị Hương Giang 14 14/01/2021 Thiết kế LED ghép nối VĐK • Giá trị điện trở hạn dịng tính theo cơng thức: • Trong đó:  Vcc: nguồn cấp  V: áp rơi Led  I: dịng điện chạy qua Led TS Đồn Thị Hương Giang 15 Ví dụ: Muốn dịng chạy qua Led 6mA giá trị điện trở hạn dịng là? - Trong cách mắc 1: Có thể tùy chọn cường độ sáng Led thơng qua tính điện trở hạn dòng - Với Led siêu sáng, cường độ dòng điện chạy qua Led lớn, nên dùng mạch khuếch đại hình DÙNG VI MẠCH DÙNG BJT TS Đồn Thị Hương Giang 16 14/01/2021 Ví dụ • Sơ đồ ghép nối LED đơn với VĐK 8051 TS Đoàn Thị Hương Giang org ljmp 0000h main org 200h ljmp main 17 main: CT Chính Xuoi: …… ret Nguoc: …… ret wait1s: mov R1,#200 mov R2,#50 Chương trình - CTC here1: here2: nop nop nop djnz djnz ret end R2,here2 R1,here1 TS Đoàn Thị Hương Giang 18 14/01/2021 wait1s: mov here1: mov here2: nop nop nop djnz djnz ret N=(2+N2+1)= R1,#200 R2,#50 N N1 =(3+3)*50 N2=(2+N1+3)*200 R2,here2 R1,here1 TS Đồn Thị Hương Giang 19 • Cho Fta = 12MHz  Hãy tính thời gian trễ: Giải: (đổi 12MHz = 12.106Hz) -Chu kỳ thạch anh là: Tta = 1/Fta = 1/12.106(s) -Một chu kỳ lệnh dài là: T=12*Tta = 12.(1/12.106)=10-6(s)=1(𝜇𝑠) - Thời gian trễ là: ‘t = N*T=… (s) TS Đoàn Thị Hương Giang 20 10 14/01/2021 TS Đoàn Thị Hương Giang 59 chuV: mov mov lcall mov mov lcall mov mov lcall mov mov lcall mov mov lcall mov mov lcall mov mov lcall mov mov lcall mov lcall ret TS Đoàn Thị Hương Giang P3,#01111111B P2,#11000011B waits P3,#10111111B P2,#11000011B waits P3,#11011111B P2,#11000011B waits P3,#11101111B P2,#11000011B waits P3,#11110111B P2,#11000011B waits P3,#11111011B P2,#11100111B waits P3,#11111101B P2,#01111110B waits P3,#11111110B P2,#00111100B waits p3,#11111111B waits 60 30 14/01/2021 LCD TS Đoàn Thị Hương Giang  61 LCD (Liquid Crystal Display) • Dùng để hiển thị thông tin linh hoạt tiết kiệm lượng • Nhiều loại module LCD khác • Module LCD thiết kế chuẩn phép ta giao tiếp với LCD (dùng IC điều khiển HD44780) Loại 16 chân hàng Loại 16 chân hàng TS Đoàn Thị Hương Giang 51 31 14/01/2021 Phân loại  Có thể chia modul LCD thành loại chính: • Loại hiển thị ký tự (character LCD): 16x1 (16 ký tự x dòng) , 16x2, 16x4, 20x1, 20x2 (20 ký tự x dòng), 20x4, 40x1, 40x2, 40x4 (40 ký tj x dòng) Mỗi ký tự tạo ma trận điểm sáng kích thước 5x7 5x10 điểm ảnh • Loại hiển thị đồ họa (graphic LCD): đen trắng màu gồm có kích cỡ: 1.8 inch (128x160 điểm ảnh), 2.4 inch (240x320 điểm ảnh), 3.5 inch (320x240 điểm ảnh), inch (800x480 điểm ảnh)… TS Đoàn Thị Hương Giang 52 Sơ đồ chân LCD  LCD có 14 chân Kết nối bố trí dạng hàng 14 chân hàng chân, chia làm nhóm • Nhóm (cấp nguồn): Vcc, Vss, Vee • Nhóm (dữ liệu vào ra): D0 D7 • Nhóm (điều khiển liệu vào ra): RS, R/W, E TS Đoàn Thị Hương Giang 53 32 14/01/2021 Sơ đồ chân LCD (tt) TS Đoàn Thị Hương Giang  54 Bảng mã lệnh LCD : • D/C: = Display shift, = cursor move • x = don’t care * = đặt ban đầu TS Đoàn Thị Hương Giang 57 33 14/01/2021  Địa LCD 16x2:  Chế độ điều khiển: Có chế độ làm việc với LCD • Chế độ điều khiển bit: Chỉ sử dụng bit từ D4 ÷ D7 để gửi thơng tin lên LCD đọc nội dung ghi LCD Khi byte giao tiếp với LCD truyền thành lần theo quy tắc byte thấp trước, byte cao sau • Chế độ điều khiển bit: Sử dụng bit từ D0 ÷ D7 để giao tiếp với LCD Khi byte giao tiếp với LCD truyền lần TS Đoàn Thị Hương Giang  58 Nguyên tắc hiển thị LCD: Một chương trình hiển thị ký tự LCD theo bốn bước sau Xóa tồn hình Đặt chế độ hiển thị Đặt vị trí trỏ (nơi bắt đầu ký tự thị) Hiển thị ký tự Chú ý: • Các bước 3,4 lặp lại nhiều lần cần hiển thị nhiều ký tự • Mỗi thực ghi lệnh ghi liệu hiển thị lên LCD phải kiểm tra cờ bận (busy_flag) • Chế độ hiển thị mặc định bit data, hiển thị dịch, vị trí trỏ đầu dịng thứ TS Đồn Thị Hương Giang 59 34 14/01/2021  Ghép nối với LCD BITS DỮ LIỆU: TS Đoàn Thị Hương Giang 60 Chương trình điều khiển LCD Chương trình ghi lệnh đk LCD command: lcall Ready mov P2,a clr P3.0 ;RS=0 de gui data dang lenh nhu xoa/chuyen vi tri tro clr P3.1 ;RW=0 de ghi data vap LCD setb P3.2 ;E=1 de chot du lieu clr P3.2 ;E=0 ret TS Đồn Thị Hương Giang 70 35 14/01/2021 ;Chương trình hiển thị/ghi liệu LCD Display: lcall mov setb clr setb clr ret Ready P2,a P3.0 ;RS=1 de gui data dang van ban P3.1 ;RW=0 de ghi data vao LCD P3.2 P3.2 ;CTC kiểm tra trạng thái sãn sàng LCD Ready: setb clr setb P2.7 P3.0 P3.1 clr setb jb ret P3.2 P3.2 P2.7,Back Back: TS Đoàn Thị Hương Giang 71 main: mov a,#38H ; khoi tao LCD dong 5x7 lcall Command lcall Delay mov a,#0EH ;Hien thi vi tri tro lcall Command lcall Delay mov a,#01H ;Xoa man hinh lcall Command lcall Delay mov a,#01H lcall Command lcall Delay DSP_D12TDH_DKTB2: mov a,#80H ;dua tro ve dau man hinh dong lcall Command mov a,#“D" lcall Display lcall Delay mov a,#06H ;dich tro lcall Command lcall Delay mov a,#“1" lcall Display …… TS Đoàn Thị Hương Giang 72 36 14/01/2021 TS Đoàn Thị Hương Giang  73 Ghép nối với LCD BITS DỮ LIỆU: TS Đoàn Thị Hương Giang 60 37 14/01/2021 KEY/SWITCH TS Đồn Thị Hương Giang 75 Phím đơn • Cơng tắc/khóa (hay phím đơn) chân cổng I/O TS Đoàn Thị Hương Giang 76 38 14/01/2021 DIP Switch Đọc liệu vào: MOV P1,#0FFH ; đặt cấu hình cổng P1 MOV A, P1 TS Đoàn Thị Hương Giang 77 Mạch phím sử dụng giải mã phím TS Đồn Thị Hương Giang 78 39 14/01/2021 Chương trình đọc phím sử dụng ngắt ngồi • • • • • org ljmp org LJMP org • main: • SETB • SETB • SETB • mov 0000h main 0003H INT0ISR 200h EA EX0 IE0 ; ep ngat P1,#00H • main1: • sjmp main1 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • INT0ISR: mov a,P2 lcall check_key reti check_key: anl a, #00000111b ckeck1: cjne a, #00000110B, ljmp dis_1 check2: cjne a, #00000101B, ljmp dis_2 check3: cjne a, #00000100B, ljmp dis_3 check4: cjne a, #00000011B, ljmp dis_4 check5: cjne a, #00000010B, ljmp dis_5 check6: cjne a, #00000001B, ljmp dis_6 the_end: ret TS Đoàn Thị Hương Giang check2 check3 check4 check5 check6 the_end 79 Chương trình đọc phím sử dụng ngắt ngồi • • • • INT0ISR: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • check_key: anl a, #00000111b ckeck1: cjne a, #00000110B, check2 ljmp dis_1 check2: cjne a, #00000101B, check3 ljmp dis_2 check3: cjne a, #00000100B, check4 ljmp dis_3 check4: cjne a, #00000011B, check5 ljmp dis_4 check5: cjne a, #00000010B, check6 ljmp dis_5 check6: cjne a, #00000001B, the_end ljmp dis_6 the_end: ret mov lcall reti a,P2 check_key TS Đoàn Thị Hương Giang 80 40 14/01/2021 Bàn phím 4x4 TS Đồn Thị Hương Giang  81 Nguyên tắc hoạt động bàn phím: - Khi phím nhấn, hàng cột chứa phím kết nối với Do ngõ vào nối với cột chứa phím bị nhấn có mức logic ngõ nối với hàng chứa phím nhấn - Theo mạch ghép nối, cột (ngõ vào) mức logic cao chúng nối với điện trở kéo lên Vcc, cách để đưa mức logic thấp nhấn phím đặt hàng nối với phím mức thấp - Bằng cách đưa hàng mức logic thấp cách nhau, đọc mức logic ngõ vào nối với cột lần đưa hàng mức thấp đó, ta phím bị nhấn 41 14/01/2021  Thuật tốn quét phím: - Một cột đặt mức cao (ngõ ra) - Các hàng đặt mức thấp (ngõ vào) sau cột đọc - Nếu hay nhiều cột (thuộc hàng mức thấp), mức thấp phím cột tương ứng tích cực (phím nhấn) - Để đọc tồn bàn phím, hàng đặt sau: +/ Dữ liệu 0111 ghi bit cổng xuất +/ Các bit cổng nhập đọc vào, có phím nhấn hàng có bit tương ứng +/ Dữ liệu 1011 ghi cổng xuất cách dịch bit vào cột giá trị cổng nhập đọc vào +/ Dữ liệu 1101 ghi cổng xuất cách dịch bit vào cột giá trị cổng nhập đọc vào +/ Dữ liệu 1110 ghi cổng xuất cách dịch bit vào cột giá trị cổng nhập đọc vào +/ Chu kỳ lặp lại vô tận cách quay bit 42 14/01/2021  Kết quả: Với cách ghép nối bàn phím 4x4 với VĐK hình bên, giá trị (code) thu phím nhấn có kết bảng kê TS Đoàn Thị Hương Giang 85 Mạch ghép nối LED MATRIX TS Đoàn Thị Hương Giang 86 43 14/01/2021 Mạch ghép nối LED MATRIX CALCULATOR TS Đoàn Thị Hương Giang 87 …To continuous TS Đoàn Thị Hương Giang 88 44 ... P3,# 011 111 11B P2, #11 000 011 B waits P3, #10 111 111 B P2, #11 000 011 B waits P3, #11 011 111 B P2, #11 000 011 B waits P3, #11 1 011 11B P2, #11 000 011 B waits P3, #11 110 111 B P2, #11 000 011 B waits P3, #11 111 011 B P2, #11 10 011 1B... lcall ret P2,#00000001B wait1s P2,#00000 011 B wait1s P2,#0000 011 1B wait1s P2,#000 011 11B wait1s P2,#00 011 111 B wait1s P2,#0 011 111 1B wait1s P2,# 011 111 11B wait1s P2, #11 111 111 B wait1s main: xuoi: • •... lcall ret P2,# 011 111 11B wait1s P2,#0 011 111 1B wait1s P2,#00 011 111 B wait1s P2,#000 011 11B wait1s P2,#0000 011 1B wait1s P2,#00000 011 B wait1s P2,#00000001B wait1s P2,#00000000B wait1s mov R1,#255 mov R2,#255