Thiết kế và thi công hệ thống kit vi điều khiển 8951

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP trang1 PHẦN MỞ ĐẦU I KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ Ngày kỹ thuật vi điều khiển trở nên quen thuộc ngành kỹ thuật dân dụng Từ dây chuyền sản xuất lớn đến thiết bị gia dụng, thấy diện vi điều khiển Các vi điều khiển có khả xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà cần chip vi mạch nhỏ, thay tủ điều khiển lớn phức tạp mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng Vi điều khiển góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà góp phần to lớn vào việc phát triển thông tin Đó đời hàng loạt thiết bị tối tân ngành viễn thông, truyền hình, đặc biệt đời mạng Internet –siêu xa lộ thông tin, góp phần đưa người đến đỉnh cao văn minh nhân loại Chính lý trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển điều mà sinh viên ngành điện mà đặc biệt chuyên ngành kỹ thuật điện-điện tử phải quan tâm Đó nhu cầu cần thiết cấp bách sinh viên, đề tài thực đáp ứng nhu cầu Các điều khiển sử dụng vi điều khiển đơn giản để vận hành sử dụng đươc lại điều phức tạp Phần công việc xử lý phụ thuộc vào người, chương trình hay phần mềm Tuy thấy máy tính ngày thông minh, giải toán phức tạp vài phần triệu giây, dựa hiểu biết người Nếu tham gia người hệ thống vi điều khiển vật vô tri Do nói đến vi điều khiển giống máy tính bao gồm phầân phần cứng phần mềm Các vi điều khiển theo thời gian với phát triển công nghệ bán dẫn tiến triển nhanh, từ vi điều khiển Bit đơn giản đến vi điều khiển 32 Bit Với công nghệ tiên tiến ngày máy tính đến việc suy nghó, tri thức thông tin đưa vào, máy tính thuộc hệ trí tuệ nhân tạo Mặc dù vi điều khiển bước dài để tiếp cận với kỹ thuật việc có sớm chiều Việc hiểu chế hoạt động vi điều khiển Bit sở để tìm hiểu sử dụng vi điều khiển tối tân hơn, bước muốn xâm nhập sâu vào lónh vực Để tìm hiểu vi điều khiển cách khoa học mang lại hiệu cao làm tản cho việc xâm nhập vào hệ thống tối tân Việc trang bị kiến thức vi điều khiển cho sinh viên cần thiết Xuất phát từ thực tiển em đến định Thiết kế thi công hệ thống Kit Vi Điều Khiển 8951 Nhằm đáp ứng nhu cầu ham muốn học hỏi thân LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP trang2 II.GIỚI HẠN VẤN ĐỀ Do thời gian nghiên cứu thực đề tài giới hạn vòng tuần lễ, vốn kiến thức việc tìm hiểu sâu hệ vi điều khiển hạn chế, luận án thực phạm vi sau: * Phần I : Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch * Phần II : Thiết kế thi công phần cứng * Phần III : Thiết kế phần mềm * Phần IV : Phụ lục III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Dựa sở đề tài vi xử lý vi điều khiển, đặc biệt tính chúng họ IC giao tiếp, hiển thị giải mã …, nhằm thiết kế hệ thống vi điều khiển góp phần làm phong phú thêm cho việc hiểu biết lónh vực đồng thời mở rộng định hướng cho đề tài sau LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP PHẦN I : GIỚI CHƯƠNG I trang3 THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH KHẢO SÁT VI ĐIỀU KHIỂN 8951 I GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ MCS-51 (8951): 1.Giới thiệu họ MCS-51: MCS-51 họ IC vi điều khiển hãng Intel sản xuất Các IC tiêu biểu cho họ 8051 8031 Các sản phẩm MCS-51 thích hợp cho ứng dụng điều khiển Việc xử lý Byte toán số học cấu trúc liệu nhỏ thực nhiều chế độ truy xuất liệu nhanh RAM nội Tập lệnh cung cấp bảng tiện dụng lệnh số học Bit gồm lệnh nhân lệnh chia Nó cung cấp hổ trợ mở rộng Chip dùng cho biến Bit kiểu liệu riêng biệt cho phép quản lý kiểm tra Bit trực tiếp điều khiển hệ thống logic đòi hỏi xử lý luận lý 8951 vi điều khiển Bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng cao, công suất thấp với KB PEROM (Flash Programmable and erasable read only memory) Thiết bị chế tạo cách sử dụng nhớ không bốc mật độ cao ATMEL tương thích với chuẩn công nghiệp MCS-51 tập lệnh chân PEROM ON-CHIP cho phép nhớ lập trình lập trình hệ thống lập trình viên bình thường Bằng cách kết hợp CPU Bit với PEROM Chip đơn, ATMEL AT89C51 vi điều khiển mạnh (có công suất lớn) mà cung ấp linh động cao giải pháp giá nhiều ứng dụng vi điều khiển AT89C51 cung cấp đặc tính chuẩn sau: KB nhớ đọc xóa lập trình nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường I/O, TIMER/COUNTER 16 Bit, vectơ ngắt có cấu trúc mức ngắt, Port nối tiếp bán song công, mạch dao động tạo xung Clock dao động ON-CHIP Thêm vào đó, AT89C51 thiết kế với logic tónh cho hoạt động đến mức không tần số hỗ trợ hai phần mềm lựa chọn chế độ tiết kiệm công suất, chế độ chờ (IDLE MODE) dừng CPU cho phép RAM, timer/counter, port nối tiếp hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động Chế độ giảm công suất lưu nội dung RAM treo dao động làm khả hoạt động tất chức khác Reset hệ thống 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  boä Timer/counter 16 Bit  128 Byte RAM noäi LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP trang4  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 2.Sơ đồ khối AT89C51 trình bày hình 1-1 INT1\ INT0\ SERIAL PORT TEMER0 TEMER1 TEMER2 8032\8052 128 byte RAM 8032\8052 INTERRUPT CONTROL OTHER REGISTER128 byte RAM TEMER2 8032\8052 ROM 0K: 8031\8032 TEMER1 4K:8951 8K:8052 TEMER1 CPU BUS CONTROL SERIAL PORT I/O PORT OSCILATOR EA\ RST ALE\ PSEN\ P0 P1 P2 P3 Address\Data TXD RXD LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP trang5 II KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN 8951, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN: 1.Sơ đồ chân 8951: 40 30pF Vcc XTAL.1 19 12 MHz XTAL.2 18 30pF PSEN\ 29 ALE 30 EA\ 31 RST 8951 RD WR T1 T0 INT1 INT0 TXD RXD 17 16 15 14 13 12 11 10 P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 Vss 32 AD7 33 AD6 34 AD5 35 AD4 36 AD3 37 AD2 38 AD1 39 AD0 28 A15 27 A14 26 A13 25 A12 24 A11 23 A10 22 A9 21 A8 20 Hình1-2 Sơ đồ chân IC 8951 2.Chức chân 8951 - 8951 có tất 40 chân có chức đường xuất nhập Trong có 24 chân có tác dụng kép (có nghóa chân có chức năng), đường hoạt động đường xuất nhập đường điều khiển thành phần bus liệu bus địa a.Các Port:  Port 0: - 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: LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP trang6 - Port port IO chân 1-8 Các chân ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2, … có thề dùng cho giao tiếp với thiết bị cần Port chức khác, chúng dùng cho giao tiếp với thiết bị bên  Port 2: - Port port có tác dụng kép chân 21- 28 dùng đường xuất nhập byte cao bus địa thiết bị dùng nhớ mở rộng  Port 3: - Port port có tác dụng kép chân 10-17 Các chân port có nhiều chức năng, công dụng chuyển đổi có liên hệ với đặc tính đặc biệt 8951 bảng sau: Bit P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Teân RXT TXD INT0\ INT1\ T0 T1 WR\ RD\ Chức chuyển đổi Ngõ vào liệu nối tiếp Ngõ xuất liệu nối tiếp Ngõ vào ngắt cứng thứ Ngõ vào ngắt cứng thư Ngõ vào củaTIMER/COUNTER thứ Ngõ vào củaTIMER/COUNTER thứ Tín hiệu ghi liệu lên nhớ Tín hiệu đọc nhớ liệu b.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 0E\ (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 ngoài, 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 trò 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  Ngõ tín hiệu EA\(External Access) : - Tín hiệu vào EA\ chân 31 thường mắt lên mức mức Nếu mức 1, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội khoảng địa thấp Kbyte Nếu mức LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP trang7 0, 8951 thi hành chương trình từ nhớ mở rộng Chân EA\ lấy làm chân cấp nguồn 21V lập trình cho Eprom 8951  Ngõ tín hiệu RST (Reset): -Ngõ vào RST chân ngõ vào Reset 8951 Khi ngõ vào tín hiệu đưa lên cao chu kỳ máy, ghi bên nạp giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch tự động Reset  Các ngõ vào giao động X1,X2: -Bộ dao động được tích hợp bên 8951, sử dụng 8951 người thiết kế cần kết nối thêm thạch anh tụ hình vẽ sơ đồ Tần số thạch anh thường sử dụng cho 8951 12Mhz  Chân 40 (Vcc) nối lên nguồn 5V III.CẤU TRÚC BÊN TRONG VI ĐIỀU KHIỂN Tổ chức nhớ: FFFF FF ON-CHIP Memory 00 0000 CODE Memory Enable via PSEN FFFF 0000 DATA Memory Enable via RD & WR Baûng tóm tắt vùng nhớ 8951 Hình 1.3 : External Momery LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP trang8 Bản đồ nhớ Data Chip sau: Địa byte Địa byte Địa bit 7F Địa bit FF F0 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B E0 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 ACC D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW RA M đa dụn g 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 B8 7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 - - - 7C 74 6C 64 5C 54 4C 44 7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 BC BB BA B9 B8 79 71 69 61 59 51 49 41 78 70 68 60 58 50 48 40 27 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 26 25 24 23 37 2F 27 1F 36 2E 26 1E 35 2D 25 1D 34 2C 24 1C 33 2B 23 1B 32 2A 22 1A 31 29 21 19 30 28 20 18 IP B0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P.3 A8 AF AC AB AA A9 A8 IE A0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2 99 khô SBUF ng đượ c địa hoá bit 98 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SC ON 90 97 96 95 94 93 92 91 90 P1 8D khô ng đượ c địa hoá TH1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 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 Ba nk 18 17 Ba nk 10 0F Ba trang9 bit 8C khô ng đượ c địa hoá bit 8B khô ng đượ c địa hoá bit 8A khô ng đượ c địa hoá bit TMOD 89 khô ng đượ c địa hoaù bit 88 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 87 khô PCON ng đượ c địa hoá bit 83 khô DPH TH0 TL1 TL0 TCON LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP nk 08 07 Ba nk tha nh ghi 00 (m ặc địn h cho R0 R7) ng đượ c địa hoá bit 82 khô DPL ng đượ c địa hoá bit 81 khô SP ng đượ c địa hoá bit 88 87 86 85 84 83 82 81 80 trang10 P0 RAM CAÙC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT - Bộ nhớ 8951 bao gồm ROM RAM RAM 8951 bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa hóa bit, bank ghi ghi chức đặc biệt - 8951 có nhớ theo cấu trúc Harvard: có vùng nhớ riêng biệt cho chương trình liệu Chương trình liệu chứa bên 8951 8951 kết nối với 64K byte nhớ chương trình 64K byte liệu Hai đặc tính cần ý là:  Các ghi port xuất nhập định vị (xác định) nhớ truy xuất trực tiếp giống địa nhớ khác  Ngăn xếp bên Ram nội nhỏ so với Ram ngoại Microprocontroller khác