Báo cáo đồ án đề tài mạch tạo số ngẫu nhiên sử dụng 8051 hiển thị trên lcd

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT Mà ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: MẠCH TẠO SỐ NGẪU NHIÊN SỬ DỤNG 8051 HIỂN THỊ TRÊN LCD Giảng viên hướng dẫn: Đặng Văn Hải Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Ninh Lê Minh Tuấn Nguyễn Ngọc Huy Hà Nội, ngày 18 tháng 12 năm 2020 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ 8051 1.1 GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1.1.1 Sơ lược lịch sử 1.1.2 Cấu trúc vi điều khiển 8051 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ LCD 16X2 .19 2.1 TỔNG QUAN VỀ LCD 19 2.1.1 Giới thiệu LCD 19 2.1.2 Sơ đồ, chức năng, liên kết chân LCD 20 CHƯƠNG 3: THỰC HIỆN MƠ HÌNH ĐỒ ÁN 25 3.1 MẠCH NGUYÊN LÝ 25 3.2 MẠCH IN, 3D 25 3.3 CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH 25 Kết luận 26 LỜI NÓI ĐẦU Trong thập niên cuối kỉ XX, từ đời công nghệ bán dẫn, kĩ thuật điện tử có phát triển vượt bậc Các thiết bị điện tử sau tích hợp với mật độ cao cao diện tích nhỏ, nhờ thiết bị điện tử nhỏ nhiều chức Các thiết bị điện tử ngày nhiều chức giá thành ngày rẻ hơn, điện tử có mặt khắp nơi Ngày nay, vi điều khiển có ứng dụng ngày rộng rãi thâm nhập ngày nhiều lĩnh vực kỹ thuật đời sống xã hội Hầu hết thiết bị kỹ thuật từ phức tạp đến đơn giản thiết bị điều khiển tự động, thiết bị văn phịng thiết bị gia đình có dùng vi điều khiển Rất nhiều họ vi điều khiển nhiều nhà chế tạo khác đưa thị trường Để tăng tính điều khiển, vi điều khiển không ngừng cải tiến, nâng cấp, chỉnh sửa tối ưu để phù hợp với công nghệ phát triển Đỉnh cao việc sử dụng vi điều khiển dùng người máy (Robot) thiết bị PLC để điều khiển logic chương trình hóa dây chuyền sản xuất tự động Và họ vi điều khiển ứng dụng rộng rãi ngày họ vi điều khiển 8051 Họ vi điều khiển 8051 ứng dụng thực tế phổ biến ứng dụng để điều khiển động cơ, điều khiển LED, điều khiển đèn giao thông, làm đếm sản phẩm, …trong nhiều ứng dụng nhóm sinh viên chúng em tham gia vào thực đề tài “MẠCH TẠO SỐ NGẪU NHIÊN SỬ DỤNG 8051 HIỂN THỊ TRÊN LCD” Trong trình thực làm chúng em chưa có kinh nghiệm nhiều nên cịn thiếu sót mong thầy (cô) dạy chúng em thêm lần để chúng em thực đề tài thành cơng Chúng em xin chân thành cảm ơn!!! NHĨM SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỒ ÁN CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ 8051 1.1 GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1.1.1 Sơ lược lịch sử Bộ xử lý bit: Vào năm 1971, vi xử lý giới Intel mắt với tên gọi 4004 Hình 1.1 Vi điều khiển 4004 Intel 4004 vi xử lý 4-bit, 16 chân, hoạt động tốc độ 740KHz - khoảng tám chu kỳ đồng hồ cho chu kỳ lệnh (nhận lệnh, giải mã, thực hiện), chip có khả thực 46250 đến 92500 lệnh giây Bộ xử lý bit: Ra đời năm 1972 có tên Intel 8008 có tốc độ từ 200kHz đến 800kHz cao phiên cũ Vào năm 1981, Hãng Intel giới thiệu vi điều khiển 8-bit gọi 8051 Vi điều khiển trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để mã lại tương thích với 8051 Hình 1.2 Vi điều khiển 8051 Bộ xử lý 64 bit: Ra đời từ năm 2004 với nhiều phiên có phiên như: P4 Prescott (2004), Premium D (2005), Premium Extreme Edition (2005), kiến trúc Core I (2006 đến nay), Core Duo, Core Quad, Core Extreme đỉnh cao vi xử lý năm 2007 có khả ép xung, QX9650 Hình 1.3 Chip Intel Core i Series 9th Gen Kể từ mắt năm 2006 dòng Core I liên tục phát triển qua hệ: Nehalem, Sandy Bridge, Ivy Bridge, Haswell, Broad Well, Skylake, Kabylake, Coffelake, Thế hệ hệ thứ 10 Ice Lake Ngày với tên Core i3, Core i5, Core i7, Core i9 ngày thông dụng Càng phiên cơng nghệ, tốc độ, tích hợp cao mạnh mẽ Các tính vi điều khiển 8051: - Bộ nhớ chương trình bên trong: KB (ROM) - Bộ nhớ liệu bên trong: 128 byte (RAM) - Bộ nhớ chương trình bên ngồi: 64 KB (ROM) - Bộ nhớ liệu bên ngoài: 64 KB (RAM) - port xuất nhập (I/O port) 8-bit - định thời 16-bit - Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz - Mạch giao tiếp nối tiếp - Bộ xử lý bit (thao tác bit riêng lẻ) - 210 vị trí nhớ định địa chỉ, vị trí bit - Nhân / Chia µs - 32 ghi đa dụng 8-bit - Thanh ghi PC DP 16-bit - UART, ADC, … Có hai vi điều khiển thành viên khác họ 8051 8052 8031 8052: vi điều khiển 8052 chứa tất đặc tính 8051 bổ sung thêm 128byte RAM, 4Kb ROM định thời 8031: Khơng có sẵn ROM Để sử dụng, bạn phải tự thêm ROM cho 8031 Bên cạnh đó, có port 8-bit thay port 8051 Đặc tính ROM chip RAM Bộ định thời Chân vào Cổng nối tiếp Nguồn ngắt 8051 4K byte 128 byte 32 8052 8K byte 256 byte 32 8031 OK 28 byte 32 Bảng 1.1 So sánh đặc tính thành viên họ 8051 1.1.2 Cấu trúc vi điều khiển 8051 1.1.2.1 Sơ đồ khối chức khối vi điều khiển 8051 Recommandé pour toi Suite du document ci-dessous 10 Preparing Vocabulary FOR UNIT Led hiển thị 100% (2) Hình 1.4 Sơ đồ khối vi điều khiển 8051 - CPU (Central Processing Unit): đơn vị xử lý trung tâm → tính tốn điều khiển q trình hoạt động hệ thống - OSC (Oscillator): Mạch dao động → tạo tín hiệu xung clock cung cấp cho khối chip hoạt động - Interrupt control: điều khiển ngắt → nhận tín hiệu ngắt từ bên (INT0\, INT1\), từ định thời (Timer 0, Timer 1) từ cổng nối tiếp (Serial port), đưa tín hiệu ngắt đến CPU để xử lý - Other registers: Các ghi khác → lưu trữ liệu port xuất/nhập, trạng thái làm việc khối chip suốt trình hoạt động hệ thống - RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ liệu chip → lưu trữ liệu - ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chương trình chip → lưu trữ chương trình hoạt động chip - I/O ports (In/Out ports): Các port xuất/nhập → điều khiển việc xuất nhập liệu dạng song song ngồi chip thơng qua port P0, P1, P2, P3 - Serial port: Port nối tiếp → điều khiển việc xuất nhập liệu dạng nối tiếp ngồi chip thơng qua chân TxD, RxD - Timer 0, Timer 1: Bộ định thời 0, → dùng để định thời gian đếm kiện (đếm xung) thông qua chân T0, T1 - Bus control: điều khiển bus → điều khiển hoạt động hệ thống bus việc di chuyển thông tin hệ thống bus - Bus system: Hệ thống bus → liên kết khối chip lại với 1.1.2.2 Sơ đồ chân chức vi điều khiển 8051 Hình 1.5 Sơ đồ chân 8051 Port 0: - Port (P0.0 – P0.7) có số chân từ 32 – 39 - Port có hai chức năng: • Port xuất nhập liệu (P0.0 - P0.7) → không sử dụng nhớ ngồi • Bus địa byte thấp bus liệu đa hợp (AD0 – AD7) → có sử dụng nhớ - Ở chế độ mặc định (khi reset) chân Port (P0.0 - P0.7) cấu hình port xuất liệu Muốn chân Port làm port nhập liệu cần phải lập trình lại, cách ghi mức logic cao (mức 1) đến tất bit port trước bắt đầu nhập liệu từ port - Khi lập trình cho ROM chip Port đóng vai trò ngõ vào liệu (D0 – D7) Port 1: - Port (P1.0 – P1.7) có số chân từ – - Port có chức năng: • Port xuất nhập liệu (P1.0 – P1.7) → sử dụng không sử dụng nhớ - Ở chế độ mặc định (khi reset) chân Port (P1.0 – P1.7) cấu hình port xuất liệu Muốn chân Port làm port nhập liệu cần phải lập trình lại, cách ghi mức logic cao (mức 1) đến tất bit port trước bắt đầu nhập liệu từ port - Khi lập trình cho ROM chip Port đóng vai trị ngõ vào địa byte thấp (A0 – A7) Port 2: - Port (P2.0 – P2.7) có số chân từ 21 – 28 - Port có hai chức năng: • Port xuất nhập liệu (P2.0 – P2.7) → khơng sử dụng nhớ ngồi • Bus địa byte cao (A8 – A15) → có sử dụng nhớ - Ở chế độ mặc định (khi reset) chân Port (P2.0 – P2.7) cấu hình port xuất liệu Muốn chân Port làm port nhập liệu cần phải lập trình lại, cách ghi mức logic cao (mức 1) đến tất bit port trước bắt đầu nhập liệu từ port - Khi lập trình cho ROM chip Port đóng vai trị ngõ vào địa byte cao (A8 – A11) tín hiệu điều khiển Port 3: - Port (P3.0 – P3.7) có số chân từ 10 – 17 - Port có hai chức năng: • Port xuất nhập liệu (P3.0 – P3.7) → khơng sử dụng nhớ ngồi chức đặc biệt • Các tín hiệu điều khiển → có sử dụng nhớ ngồi chức đặc biệt - Ở chế độ mặc định (khi reset) chân Port (P3.0 – P3.7) cấu hình port xuất liệu Muốn chân Port làm port nhập liệu cần phải lập trình lại, cách ghi mức logic cao (mức 1) đến tất bit port trước bắt đầu nhập liệu từ port - Khi lập trình cho ROM chip Port đóng vai trị ngõ vào tín hiệu điều khiển vào ghi cho phép ngắt IE (interrupt enable register) địa A8H Mức ưu tiên ngắt thiết lập qua ghi ưu tiên ngắt IP (interrupt priority register) địa Hoạt động Reset: 8051 reset cách giữ chân RST mức cao tối thiểu chu kỳ máy sau chuyển mức thấp RST tác động tay đựơc tác động cấp nguồn cách dùng mạch RC Thanh ghi Nội dung Bộ đếm chương trình Thanh chứa A Thanh ghi B PSW SP DPTR Port 0-3 IP 0000H 00H 00H 00H 07H 0000H FFH xxx00000B (8051) xx000000B (8052) 0xx00000B (8051) 0x000000B (8052) 00H 00H 00H 0xxxxxxxB 0xxx0000B IE Các ghi định thời SCON SBUF PCON (HMOS) PCON (CMOS) Bảng 1.5 Trạng thái ghi sau reset 18 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ LCD 16X2 2.1 TỔNG QUAN VỀ LCD 2.1.1 Giới thiệu LCD Thế kỷ 21 chứng kiến phát triển vượt bậc ngành công nghệ Một số cơng nghệ phải kể đến cơng nghệ LCD Nhà vật lý người Áo Frinitzen Reinitzer phát tinh thể lỏng vào năm 1888 Màn hình tinh thể lỏng đuợc sản xuất vào năm 70 ký 20 với ứng dụng ban đầu máy tính, đồng hồ quan sát phần tử… Cơng nghệ hình tinh thể lỏng phát triển mạnh mẽ với giá thành ngày thấp, tiêu hao luợng kiểu dáng gọn nhẹ với nhiều ứng dụng thực tế như: tivi, hình máy tính, hình điện thoại… Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng VĐK LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác: Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẽ … LCD tên viết tắt (Liquid Crystal Display) hay biết đến tên dân dã hình tinh thể lỏng Có nhiều loại hình LCD khác Với ứng dụng nhỏ thường sử dụng loại hình cỡ nhỏ đơn giản loại LCD16x2 Các ký tự hiển thị hình với hàng, hàng hiển thị 16 ký tự Hình 2.1 Màn hình LCD 16x2 Có thể chia module LCD làm loại chính: + Loại hiển thị ký tự (charater LCD) gồm có các kích cỡ 16x1(16 kí tự x1 dòng) ;16x2(16 ký tự x2 dòng); 16x4 (16 ký tự x4 dòng); 20x1 (20 ký tự x1 dòng) + Loại hiển thị đồ họa (graphic LCD) đen trắng màu gồm kích cỡ 1,47 inch (128x128 điểm ảnh); 1,8 inch (128x160 điểm ảnh); 2,4 inch (240x320 điểm ảnh) 19 Thông số kỹ thuật:  Điện áp hoạt động V  Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm  Chữ đen, xanh  Khoảng cách hai chân kết nối 0.1 inch tiện dụng kết nối với Breadboard  Tên chân ghi mặt sau hình LCD hổ trợ việc kết nối, dây điện  Có đèn led nền, dùng biến trở PWM điều chình độ sáng để sử dụng điện  Có thể điều khiển với dây tín hiệu 2.1.2 Sơ đồ, chức năng, liên kết chân LCD Sơ đồ chân LCD: Hình 2.2 Sơ đồ chân LCd 16x2 Mô tả chân, loại 16 chân - VDD (chân 2): cấp nguồn dương 5v +/ VSS (chân 1): cấp nguồn âm (GND) - VEE (chân 3): điều khiển độ tương phản LCD (contrast), chân cần nối với biến trở 10k để chia áp Trong hoạt động, chỉnh để thay đổi giá trị biến trở để đạt độ tương phản cần thiết, sau giữ mức biến trở Các chân điều khiển RS, R/W, EN đường liệu nối trực tiếp với vi điều khiển Tùy theo chế độ hoạt động 4bit hay 8bit mà chân từ D0 đến D3 bỏ qua nối với vi điều khiển 20