nghiên cứu hệ thống điều khiển cho cầu trục 10 tấn

Tæng quan Vi ®iÒu khiÓn hä 8051 §å ¸n tèt nghiÖp MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển đi lên các doanh nghiệp thuộc nhiều thành phần, trong mọi lĩnh vực rất cần một chỗ đứng trên thị trường, đặc biệt là vấn đề quảng bá sản phẩm của mình để tăng tính cạnh tranh. Trong đó một hình thức đóng vai trò hết sức quan trọng cho sự thành công đối với doanh nghiệp chính là nhờ vào quảng cáo. Hiện nay có rất nhiều hình thức quảng cáo khác nhau như quảng cáo bằng pha nô áp phic, biển kẻ vẽ, đề can… Một trong số những hình thức có hiệu quả nhất và đang được sử dụng rộng rãi đó là thông tin quảng cáo bằng bảng điện tử. Để làm được một bảng điện tử chúng ta có thể dùng vi xử lý, dùng IC rời, dùng EPROM, dùng vi điều khiển, hay điều khiển bằng máy tính Trong Đồ án tốt nghiệp này em xin trình bày thiết kế Hệ Thống Quảng Cáo sử dụng vi điều khiển AT89C51. Trong quá trình học tập ở trường và đặc biệt thời gian thiết kế Đồ án tốt nghiệp. Đây là dịp có điều kiện tốt nhất để em có thể tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51 cũng như họ vi điều khiển 8051. Được sự hướng dẫn và đặc biệt quan tâm của thầy Phạm Mạnh Hùng do đó mà em đã chọn đề tài thiết kế Hệ Thống Quảng Cáo. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Mạnh Hùng cùng các thầy cô trong khoa ĐTVT đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hoµng Quang Lý -1- Tæng quan Vi ®iÒu khiÓn hä 8051 §å ¸n tèt nghiÖp CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỌ VI XỬ LÝ 8051 I. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN HỌ VI XỬ LÝ 8051 1.Tóm tắt về lịch sử của 8051. Vào năm 1981, hãng Intel giới thiệu một số bộ vi điều khiển được gọi là 8051. Bộ vi điều khiển này có 128 byte RAM, 4K byte ROM, hai bộ định thời, một cổng nối tiếp và 4 cổng 8 bit. Tất cả đều được tích hợp trên một chíp. Lúc bấy giờ, bộ vi điều khiển như vậy được coi là một “hệ thống trên chíp”. 8051 là một bộ xử lý 8 bit, tức là CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit dữ liệu. Dữ liệu lớn hơn 8 bit được chia ra thành các dữ liệu 8 bit để xử lý. 8051 có tất cả 4 cổng I/O mỗi cổng rộng 8 bit, có thể có một ROM trên chíp cực đại là 64 K byte. Tuy nhiên, lúc đó các nhà sản xuất đã cho xuất xưởng chỉ với 4K byte ROM trên chíp. 8051 đã trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất và bán bất kỳ dạng biến thể nào của 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để mã chương trình tương thích với 8051. Từ đó dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của 8051 với các tốc độ khác nhau. Tuy nhiên, điều quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể của 8051, như khác nhau về tốc độ và dung lượng nhớ ROM trên chíp, nhưng tất cả các lệnh đều tương thích với 8051 ban đầu. Điều này có nghĩa là nếu ta viết chương trình của mình cho một phiên bản nào đó thì nó cũng sẽ chạy với mọi phiên bản bất kỳ khác mà không phân biệt nó từ hãng sản xuất nào. Hoµng Quang Lý -2- Tæng quan Vi ®iÒu khiÓn hä 8051 §å ¸n tèt nghiÖp 2. Bộ ví điều khiển 8051 Bộ vi điều khiển 8051 là thành viên đầu tiên của họ 8051. Hãng Intel ký hiệu nó như là MCS51 Đặc tính Số lượng ROM trên chíp 4K byte RAM 128 byte Bộ định thời 2 Các chân vào - ra 32 Cổng nối tiếp 1 Nguồn ngắt 6 Bảng 1.1. Các đặc tính của 8051 đầu tiên 3. Sơ đồ khối chung của họ vi điều khiển 8051 Interrupt control : Điều khiển ngắt. Other registers : Các thanh ghi khác. 128 Byte RAM : RAM 128 Byte. Timer 2, 1 , 0 : Bộ định thời 2 , 1 , 0 CPU : Đơn vị điều khiển trung tâm. Oscillator : Mạch dao động. Bus control: Điều khiển Bus I/O ports: Các ports vào/ ra Serial port: port nối tiếp Address/data : địa chỉ/ dữ liệu Hoµng Quang Lý -3- Tæng quan Vi ®iÒu khiÓn hä 8051 §å ¸n tèt nghiÖp Interrupt Control Timer 2 ( 8032,8052) Timer 1 Timer 0 Serial port INT 1 INT 0 CPU Oscillator Bus control EA RST ALE PSEN I/O Port SERIAL PORT RXD TXD P 0 P 1 P 2 P 3 Address/Data Other registers 128 Byte RAM 128 Byte RAM (8032/8052) ROM 0K - 8031/8032 4K - 8051 8K - 8052 Timer 0 Timer 1 Timer 2 (8032/8052) T 0 T 1 T 2 T 2 EX Hình 1.1. Bố trí bên trong của sơ đồ khối 8051 II. THÀNH VIÊN HỌ VI XỬ LÝ 8051 1. Bộ vi điều khiển 8052: Bộ vi điều khiển 8052 là một thành viên khác của họ 8051, 8052 có tất cả các đặc tính chuẩn của 8051 ngoài ra nó có thêm 128 byte RAM và một bộ định thời nữa. Hay nói cách khác là 8052 có 256 byte RAM 3 bộ định thời và có 8K byte ROM trên chíp thay vì 4K byte như 8051. Hoµng Quang Lý -4- Tæng quan Vi ®iÒu khiÓn hä 8051 §å ¸n tèt nghiÖp Đặc tính 8051 8052 8031 ROM trên chíp 4K byte 8K byte RAM 128 byte 256 byte 128 byte Bộ định thời 2 3 2 Chân vào - ra 32 32 32 Cổng nối tiếp 1 1 1 Nguồn ngắt 6 8 6 Bảng 1.2. So sánh các đặc tính của các thành viên họ 8051. Như nhìn thấy từ bảng 1.2 thì 8051 là tập con của 8052, do vậy tất cả mọi chương trình viết cho 8051 đều chạy trên 8052 nhưng điều ngược lại là không đúng. 2. Bộ vi điều khiển 8031: Một thành viên khác nữa của 8051 là chíp 8031. Chíp này thường được coi như là 8051 không có ROM trên chíp vì nó có OK byte ROM trên chíp. Để sử dụng chíp này ta phải bổ xung ROM ngoài cho nó. ROM ngoài phải chứa chương trình mà 8031 sẽ nạp và thực hiện. So với 8051 mà chương trình được chứa trong ROM trên chíp bị giới hạn bởi 4K byte, còn ROM ngoài chứa chương trinh được gắn vào 8031 thì có thể lớn đến 64K byte. Khi bổ xung cổng, như vậy chỉ còn lại 2 cổng để thao tác. Để giải quyết vấn đề này ta có thể bổ xung cổng vào - ra cho 8031. Phối phép 8031 với bộ nhớ và cổng vào - ra chẳng hạn với chíp 8255. Ngoài ra còn có các phiên bản khác nhau về tốc độ của 8031 từ các hãng sản xuất khác nhau. 3. Các bộ vi điều khiển 8051 từ các hãng khác nhau. Mặc dù 8051 là thành viên phổi biến nhất của họ 8051 nhưng chúng ta sẽ thấy nó trong kho linh kiện. Đó là do 8051 có dưới nhiều dạng kiểu bộ nhớ khác nhau như UV - PROM, Flash và NV - RAM mà chúng đều có Hoµng Quang Lý -5- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp s ng ký linh kin khỏc nhau. Phiờn bn UV-PROM ca 8051 l 8751 Phiờn bn Flash ROM c bỏn bi nhiu hóng khỏc nhau chng hn ca Atmel corp vi tờn gi l AT89C51 cũn phiờn bn NV-RAM ca 8051 do Dalas Semi Conductor cung cp thỡ c gi l DS5000. Ngoi ra cũn cú phiờn bn OTP (kh trỡnh mt ln) ca 8051 c sn xut bi rt nhiu hóng. 3.1. B vi iu khin 8751 Chớp 8751 ch cú 4K byte b nh UV-EPROM trờn chớp. s dng chớp ny phỏt trin yờu cu truy cp n mt b t PROM cng nh b xoỏ UV- EPROM xoỏ ni dung ca b nh UV-EPROM bờn trong 8751 trc khi ta cú th lp trỡnh li nú. Do mt thc t l ROM trờn chớp i vi 8751 l UV-EPROM nờn cn phi mt 20 phỳt xoỏ 8751 trc khi nú cú th c lp trỡnh tr li. iu ny ó dn n nhiu nh sn xut gii thiu cỏc phiờn bn FLASH ROM v UV-RAM ca 8051. Ngoi ra cũn cú nhiu phiờn bn vi cỏc tc khỏc nhau ca 8751 t nhiu hóng khỏc nhau. 3.2. B vi iu khin AT8951 t Atmel Corporation. Chớp 8051 ph bin ny cú ROM trờn chớp dng b nh Flash. iu ny l lý tng i vi nhng phỏt trin nhanh vỡ b nh Flash cú th c xoỏ trong vi giõy trong tng quan so vi 20 phỳt hoc hn m 8751 yờu cu. Vỡ lý do ny m AT89C51 phỏt trin mt h thng da trờn b vi iu khin yờu cu mt b t ROM m cú h tr b nh Flash. Tuy nhiờn li khụng yờu cu b xoỏ ROM. Lu ý rng trong b nh Flash ta phi xoỏ ton b ni dung ca ROM nhm lp trỡnh li cho nú. Vic xoỏ b nh Flash c thc hin bi chớnh b t PROM v õy chớnh l lý do ti sao li khụng cn n b xoỏ. loi tr nhu cu i vi mt b t PROM hóng Atmel ang nghiờn cu mt phiờn bn ca AT 89C51 cú th c lp trỡnh qua cng truyn thụng COM ca mỏy tớnh IBM PC . S linh kin ROM RAM Chõn I/O Timer Ngt Vcc úng v Hoàng Quang Lý -6- Tæng quan Vi ®iÒu khiÓn hä 8051 §å ¸n tèt nghiÖp AT89C51 4K 128 32 2 6 5V 40 AT89LV51 4K 128 32 2 6 3V 40 AT89C1051 1K 64 15 1 3 3V 20 AT89C2051 2K 128 15 2 6 3V 20 AT89C52 8K 256 32 3 8 5V 40 AT89LV52 8K 128 32 3 8 3V 40 Bảng 1.3: Các phiên bản của 8051 từ Atmel (Flash ROM). Chữ C trong ký hiệu AT89C51 là CMOS. Cũng có những phiên bản đóng vỏ và tốc độ khác nhau của những sản phẩm trên đây xem bảng 1.4. Ví dụ để ý rằng chữ “C” đứng trước số 51 trong AT 89C51 -12PC là ký hiệu cho CMOS “12” ký hiệu cho 12 MHZ và “P” là kiểu đóng vỏ DIP và chữ “C” cuối cùng là ký hiệu cho thương mại (ngược với chữ “M” là quân sự ). Thông thường AT89C51 - 12PC rất lý tưởng cho các dự án của học sinh, sinh viên. Mã linh kiện Tốc độ Số chân Đóng vỏ Mục đích AT89C51-12PC 42MHZ 40 DTP Thương mại Bảng 1.4: Các phiên bản 8051 với tốc độ khác nhau của Atmel 3.3. Bộ vi điều khiển DS5000 từ hãng Dallas Semiconductor. Một phiên bản phổ biến khác nữa của 8051 là DS5000 của hãng Dallas Semiconductor. Bộ nhớ ROM trên chíp của DS5000 ở dưới dạng NV-RAM. Khả năng đọc/ ghi của nó cho phép chương trình được nạp vào ROM trên chíp trong khi nó vẫn ở trong hệ thống (không cần phải lấy ra). Điều này còn có thể được thực hiện thông qua cổng nối tiếp của máy tính IBM PC. Việc nạp chương trình trong hệ thống (in-system) của DS5000 thông qua cổng nối tiếp của PC làm cho nó trở thành một hệ thống phát triển tại chỗ lý tưởng. Một ưu việt của NV-RAM là khả năng thay đổi nội dung của ROM theo từng byte tại một thời điểm. Điều này tương phản với bộ nhớ Flash và EPROM mà bộ nhớ của chúng phải được xoá sạch trước khi lập trình lại cho chúng. Hoµng Quang Lý -7- Tæng quan Vi ®iÒu khiÓn hä 8051 §å ¸n tèt nghiÖp Mã linh kiện ROM RAM Chân I/O Timer Ngắt Vcc Đóng vỏ DS5000-8 DS5000-32 DS5000T-8 DS5000T-8 8K 32K 8K 32K 128 128 128 128 32 32 32 32 2 2 2 2 6 6 6 6 5V 5V 5V 5V 40 40 40 40 Bảng 1.5: Các phiên bản 8051 từ hãng Dallas Semiconductor. Chữ “T” đứng sau 5000 là có đồng hồ thời gian thực. Lưu ý rằng đồng hồ thời gian thực RTC là khác với bộ định thời Timer. RTC tạo và giữ thời gian l phút giờ, ngày, tháng - năm kể cả khi tắt nguồn. Còn có nhiều phiên bản DS5000 với những tốc độ và kiểu đóng gói khác nhau. Ví dụ DS5000-8-8 có 8K NV-RAM và tốc độ 8MHZ. Thông thường DS5000-8-12 hoặc DS5000T-8-12 là lý tưởng đối với các dự án của sinh viên. Mã linh kiện NV- RAM Tốc độ DS5000-8-8 DS5000-8-12 DS5000-32-8 DS5000T-32-12 DS5000-32-12 DS5000-8-12 8K 8K 32K 32K 32K 8K 8MHz 12MHz 8MHz 8MHz (with RTC) 12MHz 12MHz (with RTC) Bảng 1.6: Một số thành viên của họ 8051 3.4. Phiên bản OTP của 8051. Các phiên bản OTP của 8051 là các chíp 8051 có thể lập trình được một lần và được cung cấp từ nhiều hãng sản xuất khác nhau. Các phiên bản Hoµng Quang Lý -8- Tæng quan Vi ®iÒu khiÓn hä 8051 §å ¸n tèt nghiÖp Flash và NV-RAM thường được dùng để phát triển sản phẩm mẫu. Khi một sản phẩm được thiết kế và được hoàn thiện tuyệt đối thì phiên bản OTP của 8051 được dùng để sản hàng loạt vì giá thành một đơn vị sản phẩm sẽ rẻ hơn. 3.5. Họ 8051 từ Hãng Philips Một nhà sản xuất chính của họ 8051 khác nữa là Philips Corporation. Thật vậy, hãng này có một dải lựa chọn rộng lớn cho các bộ vi điều khiển họ 8051. Nhiều sản phẩm của hãng đã có kèm theo các đặc tính như các bộ chuyển đổi ADC, DAC, cổng I/0 mở rộng và cả các phiên bản OTP và Flash. Hoµng Quang Lý -9- Tæng quan Vi ®iÒu khiÓn hä 8051 §å ¸n tèt nghiÖp CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 1. Sơ Đồ Khối Của Vi Điều Khiển AT89C51 P1.0 - P1.7 PORT 1 LATCH ALU PORT 1 DRIVE P0.0 - P0.7 PORT 0 DRIVE RAM ADD REGISTER ALE/PROG RST EA/Vpp PSEN INTRUCTION REGISTER OSC TIMING AND CONTROL PSW B REGISTER TMP2 ACC RAM GND Vcc P3.0 - P3.7 PORT 2 LATCH PORT 0 LATCH INTERRUPT SERIAL PORT AND TIMER BLOCKS PORT 3 LATCH PORT 3 DRIVE TMP1 STACK POINTER FLASH DPTR PROGRAM COUNTER PC INCREMENTER BUFFER PROGRAM ADDRESS REGISTER P2.0 - P2.7 PORT 0 DRIVE Hình 2.1: Sơ Đồ Khối Của Vi Điều Khiển AT89C51 Hoµng Quang Lý -10- [...]... bit cho phột tng ng IE.6 ET2 IE.5 D phũng cho tng li Cho phộp hoc cm ngt chn hoc thu ca timer 2 (89C52) ES IE.4 Cho phộp hoc cm cng ni tip ET1 IE.3 Cho phộp hoc cm ngt trn ca time 1 EX1 IE.2 Cho phộp hoc cm ngt ngoi 1 ET0 IE.1 Cho phộp hoc cm ngt trn ca time 0 EX0 IE.0 Cho phộp hoc cm ngt ngoi 0 * Cỏc bit ny cú th dựng cỏc b vi iu khin cú c tớnh mi trong Hoàng Quang Lý -26- Tổng quan Vi điều khiển. .. ca PORT 3 - Chõn cho phộp b nh chng trỡnh PSEN 8051 Cung cp cho ta 4 tớn hiu iu khin BUS Tớn hiu cho phộp b nh chng trỡnh PSEN (Program Store Enable) l tớn hiu xut trờn chõn 29 õy l tớn hiu iu khin cho phộp ta truy xut b nh chng Hoàng Quang Lý -13- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp trỡnh ngoi Chõn ny thng c ni vi chõn cho phộp xut OE ( Output Enable) ca EPROM hoc ROM cho phộp c cỏc Byte... lm vic RST Hoàng Quang Lý -27- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp cú th kớch tay bng mt phớm nhn thng m s mch RESET nh hỡnh sau: Thanh ghi quan trng nht l thanh ghi b m chng trỡnh PC c RESET ti a ch 0000H Ni dung ca RAM trong chớp khụng b thay i bi tỏc ng ca ngừ vo RESET RESET INTEL 89C51 + 5V C1 10/ 16 9 R2 100 RST R1 10K Hình 1a : Mạch RESET cho 89C51 Hỡnh 2.8: Mch RESET Bng giỏ tr ca... cho chy, dng cỏc bớt c kim tra v xúa, cỏc thanh ghi timer c c v cp nht theo dừi hi cỏc ng dng TMOD l thanh ghi th nht c khi ng vỡ nú t ch hot ng Vớ d, cỏc lnh sau khi ng timer 1 nh timer 16 bớt (Ch 1) cú xung nhp t b dao ng trờn chớp cho vic nh khong thi gian MOV TMOD, #1B Hoàng Quang Lý -32- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Lnh ny s t M1 = 1 v M0 = 0 cho ch 1, C/T=0 v Gate = 0 cho. .. 0 D nhiờn, timer khụng tht s bt u nh thi cho n khi bớt iu khin chy TR1 c t lờn 1 Nu cn s m ban u, cỏc thanh ghi TL1/TH1 cng phi c khi ng, mt khong 100 àm cú th c khi ng bng cỏc khi ng giỏ tr cho TH1/TL1 l FF9CH MOV TL1 , #9CH MOV TH1 , #0FFH Ri timer c cho chy bng cỏch t bớt iu khin chy nh sau: SETB TR1 C bỏo trn c t ng t lờn mt sau 100 àm Phn mm cú th i trong 100 àm bng cỏch dựng lnh r nhỏnh cú iu kin... END Bng 2.3: Bng vector ngt ca 8051 - Cho phột ngt v cm ngt Khi reset thỡ tt c mi ngt b cm, cú ngha l khụng cú ngt no c b vi iu khin ỏp ng nu chỳng c kớch hot cỏc ngt phi c cho phộp bng phn mm b vi iu khin cú th ỏp ng c Cú mt thanh ghi c gi l cho phộp ngt IE (Interrup Enable), chu trỏch nhim v vic cho phộp ngt v cm cỏc ngt IE l thanh ghi cú th nh a ch bit Thanh ghi cho phột ngt IE D7 EA EA D0 IE.7... nh tn s lm vic cho mch dao ng bờn trong CHIP Kt hp vi thch anh cú thờm 2 t gm n nh tn s dao ng Tn s danh nh ca thch anh l 12MHz cho hu ht cỏc CHIP ca h MCS - 51 Hoàng Quang Lý -15- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp IC 1 8051 Oscillator 18 C1 30pF 19 X1 12MHz C2 30pF Hỡnh 2.3: Mch dao ng Thch Anh XTAL 1 v XTAL 2 Hoc ta cng cú th dựng mt ngun xung CLOCK TTL to dao ng cho 8051 nh mch... tốt nghiệp tng lai Bng 2.4: Thanh ghi cho phột ngt IE - Cỏc bc thc hin khi cho phộp mt ngt cho phộp 1 ngt, trỡnh t thc hin cỏc bc nh sau bit D7 ca thanh ghi IE l EA phi c bt lờn cao cho phộp cỏc bit cũn li ca thanh ghi cú hiu lc Nu EA=1 thỡ tt c mi ngt u c phộp v s c ỏp ng nu cỏc bit tng ng ca cỏc ngt ny trong IE cú mc cao Nu EA=0 thỡ khụng cú ngt no c ỏp ng cho dự bit tng ng trong IE cú giỏ tr... tớch hp trờn ú h vi x lớ - IC AT98C51 cú 40 chõn - 4KB ROM trong v cú th ghi xoỏ c 100 0 ln - Di tn s hot ng t 0MHz 24MHz - 128x8 bit RAM trong - 4 Cng vo ra 8 bit - 2 B nh thi 16 bit - Cú 6 nguyờn nhõn ngt - Cú th lp trỡnh c qua cng ni tip - 210 bit c a ch hoỏ - Giao tip ni tip Hoàng Quang Lý -11- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp 3 S chõn v chc nng cỏc chõn ca Chớp AT89C51 1 P 1.0... 18 22 17 16 15 14 13 12 11 10 21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 20 07 06 05 04 03 02 01 00 1F BANK 3 8 BANK 2 8 BANK 1 8 Defauk register Bank for R0 - R7 8 18 32 Byte Địa chỉ Bit ( Bit Address ) 17 10 0F 08 07 00 RAM Thanh ghi chức năng đặc biệ t (Cấu trúc RAM nội) Hỡnh 2.6: T chc b nh RAM B nh bờn trong 89C51 bao gm ROM v RAM Hoàng Quang Lý -18- DPH DPL SP P0 Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp . lý, dùng IC rời, dùng EPROM, dùng vi điều khiển, hay điều khiển bằng máy tính Trong Đồ án tốt nghiệp này em xin trình bày thiết kế Hệ Thống Quảng Cáo sử dụng vi điều khiển AT89C51. Trong quá trình. họ vi điều khiển 8051 Interrupt control : Điều khiển ngắt. Other registers : Các thanh ghi khác. 128 Byte RAM : RAM 128 Byte. Timer 2, 1 , 0 : Bộ định thời 2 , 1 , 0 CPU : Đơn vị điều khiển trung. WR B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài. P 3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài. Bảng 2.1: Các chức năng của PORT 3 - Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN 8051 Cung cấp cho ta