Thiết kế phần mềm thực hiện

nhi ệt độ tru ng bìn h lớn hơ n ho ặc nh ỏ hơ n giá trị giớ i hạ n M A X MI N tơn g ứn g Cá c giá trị M A X MI N đợc đặt tro ng 2ô nh củ a RA M Quá trình thiết kế 1/ Chän bé vi xö lý (8085, 8051 ) ThiÕt kÕ sơ dạng sơ đồ khối 2/ Thiết kế nhớ, cổng vào 8255, mạch giải mÃ, mạch chốt, ADC Xác định địa cho tín hiệu vào/ra, lập đồ nhớ 3/ Chọn linh kiện, nghiên cứu chọn chế độ làm việc linh kiện phù hợp với yêu cầu (logic vật lý) cho thiÕt kÕ ë bíc 4/ ThiÕt kÕ s¬ đồ chi tiết cho hệ 5/ Xây dựng phần mềm sở sơ đồ đà thiết kế phần 4: Xây dựn g lu đồ chơng trình xây dựn g cầu trúc chơng trình Soạn thảo chơng trình mà ngữ vi xử lý đà chọn Mở đầu Trong thập niên cuối kỷ 20 ,kỹ thuật đIện tử đà liên tục có nnhững tiến vợt bậc ,đặc biệt lĩnh vực chế tạo vi mạch đIện tử Sự đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật vi xử lý đà tạo bớc ngoặt quan träng sù ph¸t triĨn cđa khoa häc tÝnh to¸n xử lý thông tin , tác động tích cực ngày rộng khắp vào lĩnh vực hoạt động sản xuất Nhận thức đợc vai trò quan trọng kỹ thuật tiến này, năm qua, nhiều viện nghiên cứu, trờng đại học công ty, xí nghiệp nớc ta đà tÝch cùc t×m hiĨu, häc tËp, øng dơng kü tht vi xử lý Những kết đạt đợc bớc đầu đà khẳng định cần thiết phải phát triển nhanh việc học tập sử dụng kỹ thuật vào việc giải nhu cầu xử lý thông tin lĩnh vực khác Để việc häc tËp vµ øng dơng kü tht vi xư lý đạt hiệu hơn, gần nhiều trờng đại học đà đa vào chơng trình giảng dạy môn học kỹ thuật vi xử lý với nội dung yêu cầu môn học ngày đợc bổ sung Đến bây giê viƯc thiÕt kÕ hoµn chØnh mét hƯ vi xư lý yêu cầu không khó ngời học tập làm việc với vi xử lý Môn học Kỹ thuật vi xử lý đợc đa vào giảng dạy Bộ môn Tự động hoá XNCN nhằm cung cấp cho sinh viên khái niệm chủ yếu hệ vi xử lý : cấu trúc nguyên tắc hoạt động hệ vi xử lý gồm CPU mạch phụ trợ, tập lệnh vi xử lý ,cách lập trình hợp ngữ ,các phơng thức điều khiển việc vào liệu hệ vi xử lý cuối cách thực số phối ghép hệ vi xử lý Theo yêu cầu môn học sinh viên phải thực tập dài nh thiết kế hệ vi xử lý øng dơng ®o lêng ,®iỊu khiĨn Néi dung thiÕt kÕ bµi tËp dµi nµy lµ ThiÕt kÕ hƯ vi xử lý để đo điều khiển trình nhiệt Bản thiết kế hệ vi xử lý sau gåm ch¬ng :  Ch¬ng : Chän bé vi xư lý  P h Ç n m Ò m t h ù c h iÖ n Trong trình thiết kế, nhờ giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Bộ môn Tự động hoá XNCN, bạn sinh viên khác cộng với nỗ lực thân mà tập dài đà hoàn thành Tuy nhiên, thời gian tơng đối ngắn trình độ chuyên môn hạn chế nên tập không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đợc góp ý thầy cô giáo bạn để tập đợc hoàn thiện 48 đà nhanh chóng trở thành chuẩn công nghiệp ứng dụng hớng điều khiển (controller oriented application) Việc thay thành phần điện trong sản phẩm nh máy giặt điều khiển đèn giao thông ứng dụng phổ biến ban đầu Các sản phẩm khác mà Sinh viên vi điều đợc tìm thấy thực khiển : bao gồm xe ô tô, thiết bị công nghiệp, sản phẩm tiêu dùng ngoại vi Nguyễn máy tính Độ phức tạp Quang Huy kích thớc khả vi điều khiển đợc thêm bậc quan Chơng tăng trọng vào năm1980 Intel 1: Chọn công bố chip 8051, vi vi điều khiển họ điều khiĨn MCS-51 So xư lý vi víi 8048 chÝp 8051 chøa trªn 60000 Transistor bao I.1.Giíi gåm 4K byte ROM,128 thiệu Vào năm byte RAM, 32 đờng xuất 1971 tập ®oµn nhËp,1 port nèi tiÕp vµ bé Intel ®· giới định thời 16 bit thiệu 8085, số lợng mạch đáng ý vi xử lý IC đơn Các thành viên đợc thêm vào cho (microhọ MCS 51 biến processor) thành công đầu thể ngày gần nh có gấp tiên Sau đôi đặc trng Họ vi điều khiển 8051 vào năm 1976 vi điều Intel tiếp tục khiển 8-bit mạnh linh giới thiệu vi hoạt nhất, đà trở thành vi điều khiển điều khiển hàng đầu (micronhững năm gần controller) Hệ vi xử lý theo định 8748, chip nghĩa hệ thống số tơng tự nh làm việc theo chơng trình đbộ vi xử lý ợc lu giữ nhớ, liên chíp lạc với giới bên họ vi qua cổng vào Cấu điều khiển tróc phÇn cøng cđa hƯ vi xư MCS-48 IC lý điển hình đợc mô tả IC sơ đồ khối dới khác họ MCS- Bộ vi xử lý CPU đơn chip Sự khác vi điều khiển vi xư lý thĨ hiƯn qua phèi c¶nh : cấu trúc phần cứng, ứng dụng đặc trng cđa tËp lƯnh CÊu tróc phÇn cøng Trong vi xử lý CPU đơn chip, vi điều khiển vi mạch đơn chứa bên CPU mạch khác tạo nên hệ máy vi tính đầy đủ Ngoài CPU, vi điều khiển chứa bên chúng RAM, ROM, m¹ch giao tiÕp nèi tiÕp, m¹ch giao tiÕp song song, định thời mạch điều khiển ngắt, tất diện bên vi mạch Dĩ nhiên BàI tập lớn kĩ thuật vi xử lý K43 i hiể n thị, đa cá c thô ng tin nh bá o M C C Đ T D T I H    gh ép nối tín hiệ u Sơ đồ khối sơ cđa hƯ vi xư lý nh sau:  Khèi k h è i c đ a h Ư v i x l ý đ ợ c t h i ế t k ế Chơng 2: Thiết kế ghép nèi 2.1 ThiÕt kÕ bé nhí  Dung lỵng bé nhớ yêu cầu : Bộ nhớ chHì ơng nh trình 1.3 RO : Sơ M : đồ 8KB Nguyễn Quang Huy.TĐH1- có địa từ 0000H Bộ nhớ liệu RAM : 4KB (địa tuỳ chọn) khiển WR thống RD hệ Bộ nhớ chơng trình : Do yêu cầu thiết kế nhớ ROM có dung lợng 8KB nên ta chọn vi điều khiển 8052 có 8K byte ROM, địa bắt đầu chơng trình từ 0000H Việc tìm đọc chơng trình hoàn toàn ROM nên chân EA/VP 8052 đợc nối víi ngn +5V nhí liƯu Bé d÷ : Chän vi mạch nhớ HC32C23 có dung lợng 4KB Chip HC32C23 vi mạch nhớ đọc / ghi loại TTL, thoả mÃn yêu cầu đặt dung lợng nhớ liệu Bộ nhớ RAM đợc thiết kế có địa ( tự chọn ) 0000H nên tín hiệu chọn chip đa vào chân CE lấy từ chân Y0 vi mạch giải mà 74LS138 Các chân tÝn hiƯu H×nh 2.1 : GhÐp nèi HC32C23 víi hƯ vi xử lý OE , WE lần lợt đợc nối với tín hiệu điều BàI tập lớn kĩ tht vi xư lý K43 ADC080 T 9hiƯn thùc chip đơn hầu hết thiết bị thu thập liệu chuẩn Nó chứa biến đổi tơng tựsố bit, 8-bộ dồn kênh có chốt địa đầu vào, đợc kết hợp với mạch logic điều khiển Nó cung cấp toàn chức logic ®Ĩ giao tiÕp víi nhiỊu bé vi xư lý Nó đơc chế tạo theo công nghệ CMOS Công nghệ đặc biệt phù hợp với ứng dụng mà chức tơng tự số đợc thực chip Sơ đồ khối chức ADC0809 nh sau: Hình 2.2 : Sơ đồ khối chức ADC0809 Thiết kế ADC0809 đà đợc tối u nhờ vào việc sử dụng mặt mạnh kỹ thuật chuyển đổi A/ D khác ADC0809 có tốc độ độ xác cao, ổn định, tiêu tốn lợng, chịu ảnh hởng nhiệt độ Những đặc điểm cho phép ADC0809 phù hợp với ứng dụng từ điều khiển máy móc, điều khiển trình Nguyễn Quang Huy.TĐH1- tới ứng dụng công nghiệp ôtô đồ gia dụng Đầu đệm trạng thái Giải tín hiệu vào tơng tự 5V nguồn nuôi +5V Không đòi hỏi điều chỉnh Thời gian biến đổi 100s Đảm bảo sai số tuyến tính dải nhiệt độ 4085oC Việc ghép ADC0809 với hệ VXL đợc thể hình 2.4 Các kênh vào analog đợc nối với đầu vào tơng ứng ADC Mỗi kênh có địa riêng từ 000H đến 111H tổ hợp bit ABC quy định Các chân ABC ADC0809 đợc nối với dây địa A0A1A2 hệ VXL Hìn h 2.3 : Bản g châ n lý thực chä n kªn h cđa AD C08 09 Trong hƯ sử dụng ADC0809 đợc đánh địa 4000H, tín hiệu từ giải mà ứng với địa dùng để chọn chip Tín CS từ hiệu chân Y2 giải mà kết hợp với tín hiệu WR hệ thống mạch NOR đợc đa tới chân ALE để chốt địa kênh có địa ứng với chân ABC (hình vẽ) Chân vào Start dùng để bắt đầu trình biến ®ỉi Sau biÕn ®ỉi xong, ADC0809 dïng tÝn hiƯu EOC để báo cho hệ VXL kết thúc BµI tËp lín kÜ tht vi xư lý K43 t 2.4 rS Ghép nối mạch chốt địa Bộ vi điều khiển 8052 có đờng Hình 2.4 : địa Ghép nối thấp ADC0809 vớiđờng hệ vidữ xử liệu lý trùng K cần thiết phải có chốtChọn địa Cchỉ Vi Xmạch sử Xdụng Xđây 74LS373 , đợc chế tạo theo công nghệ TTL Dữ liệu chân đầu vào Hình 2.5 đợc : Bảng chốt chân lại lý có tín 74LS138 hiệu chốt T địa a ALE từ hệ thống đa vào chân LE chip 74LS373 Chân Hình 2.6 : đất phần bus liệu đợc chốt xuất đầu vi mạch chốt có xung chốt ®Þa chØ ALE 2.5 ghÐp nèi bé hiĨn thÞ Kết sau đo lờng tính toán đợc hiển thị LED Đây kiểu ®iỊu khiĨn ®Ìn LED ë chÕ ®é hiĨn thÞ tÜnh, đơn giản kết cấu nhng tốn lợng cần dòng liên tục qua để thắp sáng LED ta dùng vi mạch MC14547 giải mà số BCD sang dạng thanh, điều khiển việc hiển thị Vi mạch có Ghép nối chân BI đợc OE đ74138 với nối đất dùng ợc nối hệthẳng vi xửvới lý để điều khiển Nguyễn Quang Huy.TĐH1- việc đóng mở đèn LED Dữ liệu hiển thị sau đợc xử lý BCD đợc đa đệm PPI8255A đa vào MC14547B H×nh 2.8 : GhÐp nèi MC14 547 víi hƯ vi xử lý Hình 2.9 : Bảng chân lý MC14 547 2.6 ghÐp nèi cỉng vµo b»ng PPI 8255A Mạch 8255A thờng đợc gọi mạch phối ghép vào/ra lập trình đợc Do khả mềm dẻo ứng dụng thực tế mạch phối ghép đợc dïng rÊt phỉ biÕn cho c¸c hƯ vi xư lý 8-16 bit Sơ đồ khối chức thể hình sau : Hìn h 2.10 : Sơ đồ khối c năn g PPI 825 5A PPI8255A có 24 chân hớng chia BàI tËp lín kÜ tht vi xư lý K43 t h ch ©n hín g   DE : mỗ i nh óm đợc lập trì nh với đầ u o ho ặc ra, tro ng ch ân cò n lại ch ân đợc dù ng để bắt tay : mod e dùn g chân cho MO bus định hớng chiề u chân (tron g có chân mợn từ nhó m khác ) dùn g để bắt tay Chân Reset PPI8255 đợc nối với tín hiệu Reset chung toàn hệ Các chân tín hiệu đọc RD WR ghi lần lợt đợc nối với tín hiệu điều khiển RD vµ WR cđa hƯ thèng TÝn hiƯu chän chip CS MO DE với Nguyễn Quang Huy.TĐH1- chọn thiết bị Vi mạch PPI8255 ta chọn địa hệ 2000H, vËy tÝn hiƯu chän chip CS cđa vi m¹ch 8255 đợc nối với chân Y1 ( CS 1) mạch giải mà 74LS138 Hai chân A0 A1 hai chân dùng để chọn ghi nội chip 8255, chúng đợc nối lần lợt với với chân địa A0 A1 hệ thống Hìn h 2.12 : GhÐ p nèi PPI 825 5A víi hệ vi xử lý 2.7 định địa cho vi mạch Hình 2.11 : Chọn ghi PPI8255A Một cách phổ biến Mode hoạt động PPI8255 đợc chọn mode 0, cổng PPI8255 cổng vào/ra hớng lập trình đợc Cổng A PPI 8255A đợc nối với đầu bit ADC0809 Các vi mạch hệ thống nèi ghÐp víi vi xư lý ®Ịu cã tÝn hiƯu chọn chip Ta sử dụng phần không gian nhớ liệu để lu địa cho số vi mạch Không gian nhớ hệ vi xư lý dïng chip vi ®iỊu khiĨn 8052 gåm : 64KB nhớ chơng trình 64KB nhớ liệu 256B nhớ liệu đợc nối tín hiệu BàI tập lớn kĩ thuËt vi xö lý K43 T chØ dïng u 4KB nhớ liệu nên vi mạch ghép nối đợc đánh địa với nhớ liệu, cụ thể nh sau : Nguyễn Quang Huy.TĐH1- dịch vụ ngắt 3.1 lu đồ chơng trình INT đáp ứng với tín hiệu startcấp dừng khẩn DOC-adc - INT _ E X I S R Hien thi đáp ứng tín hiệu báo kết thúc trình d chuyển đổi tín hiệu từ tơng tự sang số, chơng tb>max trình thực việc s đọc liệu vào d nhớ s Qua=0 kenh=0 - 3.2 Cấu trúc chơng trình Ta chia chơng trình phần mềm thành chơng trình nhỏ sau: - Chơng trình - Chơng trình dịch vụ ngắt tbtb bao gồm một vòng lặp thực định thời 20d lần định thời đợc nạp led-hight giá trị 50000s Thời gian trễ giây xuất để báo cho biết kênh d (số hiệu qua=4 kênh hiển thị LED sthanh) có nhiệt ®é kh¸c nhiỊu so víi kenh ++ nhiƯt ®é trung bình kenh=8 d _ D Es L A Y Chơng trình đọc liệu từ kênh đo nhiệt độ ghi giá trị đo đợc vào vùng nhớ RAM 0000h _READD ATA - Chơng trình thực speaker việc tính toán liệu đo đợc với kết là: giá trị đo đợc trung bình lu ô nhớ 0100h; giá s trị độ kenh