Giáo trình Lập trình vi điều khiển (Nghề Điện công nghiệp CĐLT)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG LIÊN THÔNG Ban hành kèm theo Quyết định số: / QĐ-CĐCG ngày … tháng… năm Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Lập trình vi điều khiển mơ đun chun mơn mang tính đặc trưng cao thuộc nghề Điện cơng nghiệp Mơ đun có ý nghĩa định đến kỹ kiến thức người học Sau học tập mô đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp mô đun nâng cao Trang bị điện Kỹ thuật lập trình Giáo trình thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cấp trình độ Cao đẳng nghề, dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo chun ngành Ngồi ra, tài liệu sử dụng cho đào tạo ngắn hạn cho kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật tham khảo Mô đun triển khai sau môn học, mô đun điện tử bản, kỹ thuật xung – số Các kỹ lắp ráp, lập trình hay sửa chữa mạch điện tử khả trình máy cơng nghiệp yêu cầu bắt buộc kỹ thuật viên nghề Điện công nghiệp Mặc dù cố gắng, song sai sót khó tránh Tác giả mong nhận ý kiến phê bình, nhận xét bạn đọc để giáo trình hồn thiện Quảng Ngãi, ngày tháng năm Biên Soạn Hồ Văn Tịnh - Chủ biên MỤC LỤC Bài 1: Sơ lược lịch sử hướng phát triển vi điều khiển……………… 14 1.Lịchsử phát triển 15 Vi điều khiển …………………………………… …………………………16 2.1 Nguyên lý cấu tạo………………………………………………………….16 2.2 Các kiểu cấu trúc nhớ………………………………………………… 17 2.2.1 Cấu trúc Von Neumann……………………………………………… 18 2.2.2 Cấu trúc Harvard .19 Lĩnh vực ứng dụng……………………………………….………………….19 Hướng phát triển 20 Bài 2: Cấu trúc vi điều khiển 8051………………………………………… 23 Cấu trúc phần cứng vi điều khiển 8051 24 1.1 Đặc điểm chung 24 1.2 Sơ đồ khối 25 1.3 Sơ đồ chân 26 Cấu trúc nhớ vi điều khiển 8051 28 2.1 Tổ chức nhớ…………………………………………………………….28 2.2 RAM đa dụng…………………………………………………………… 31 2.3 RAM truy xuất bit…………………………………………….31 2.4 Các bank ghi…………………………………………………….… 31 Các ghi chức đặc biệt……………………………………………32 3.1 Thanh ghi trạng thái chương trình …………………………………… …32 3.2 Thanh ghi B……………………………………………………………… 33 3.3 Con trỏ Ngăn xếp SP (Stack Pointer)…………………… ………………34 3.4 Con trỏ liệu DPTR (Data Pointer)…………………………………… 34 3.5 Các ghi Port (Port Register)……………………………………… 34 3.6 Các ghi Timer (Timer Register)…………………………………….34 3.7 Các ghi Port nối tiếp (Serial Port Register)…………………………35 3.8 Các ghi ngắt (Interrupt Register)……………………………………35 3.9 Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power Control Register)……………35 4 Bộ nhớ ngoài……………………………………………………………… 35 4.1 Truy xuất nhớ chương trình ngồi 37 4.2 Truy xuất nhớ liệu ………………………………………… 38 Hoạt động reset …………………………………………………………… 39 Bài 3: Tập lệnh vi điều khiển 8051…………………………………… …… 43 Các cách định địa ………………………………………………………44 1.1 Định địa ghi ……… 45 1.2 Định địa trực tiếp 46 1.3 Định địa gián tiếp………………………………………………….… 47 1.4 Định địa tức thời ………………………………………………………48 1.5 Định địa tương đối.………………… 48 1.6 Định địa tuyệt đối 49 1.7 Định địa dài 49 1.8 Định địa chỉ số 49 Các nhóm lệnh …………………………………………………………… 49 2.1 Nhóm lệnh số học.…………………………………………………………50 2.2 Nhóm lệnh logic ………………………………………………………52 2.3 Nhóm lệnh di chuyển liệu…………………………………………… 54 2.4 Nhóm lệnh xử lý bit ………………………………………………………56 2.5 Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình ………………………………….57 Bài 4: Bộ định thời (TIMER)………………………………………………….69 Hoạt động định thời ……… 70 Các ghi định thời …………………… .70 2.1 Thanh ghi điều khiển chế độ timer TMOD.………………………… … 71 2.2 Thanh ghi điều khiển timer TCON ………………………… 72 Các chế độ làm việc ……………………………………………….……….73 3.1 Chế độ 13-bit (chế độ 0) …………………………………………… … 73 3.2 Chế độ 16-bit (chế độ 1) ……………………………… ………… …74 3.3 Chế độ tự nạp 8-bit (chế độ 2) ………………………… …… …… 75 3.4 Chế độ chia xẻ (chế độ 3) ……………………………… ……….…….76 Bộ định thời 8052 ……………………………………………… … 77 4.1 Chế độ tự nạp lại ………………………………………………………… 78 4.2 Chế độ thu nhận ………………………………………………………… 78 Bài 5: Cổng nối tiếp…… ……………………………………………… …….112 Giới thiệu ………………………………………………………………….112 Các ghi cổng nối tiếp ………………………………………… 113 2.1 Thanh ghi đệm cổng nối tiếp (SBUF)………………………………… ….114 2.2 Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp (SCON)………………………….… 114 Khởi động truy xuất ghi ………………………….………… 115 3.1 Cho phép thu, phát liệu …………………………………………… 115 3.2 Bit liệu thứ ………………………………………………… 116 3.3 Thêm bit chẵn lẻ ………………………………………………………….116 3.4 Các cờ ngắt ……………………………………………………… … 116 Tốc độ baud …………………………………………………………….….117 Các chế độ làm việc cổng nối tiếp ………………………………….….118 5.1 Chế độ 0_ Thanh ghi dịch bit …………………………………….……118 5.2 Chế độ 1_UART bit tốc độ baud thay đổi ………………………….….119 5.3 Chế độ 2_UART bit tốc độ baud cố định ……………………………….119 5.4 Chế độ 3_UART bit tốc độ baud thay đổi…………………… ……….119 Bài 6: Ngắt…………………………………………………………………… 122 Mở đầu 122 Tổ chức ngắt 124 2.1 Thanh ghi cho phép không cho phép ngắt .125 2.2 Thanh ghi ưu tiên ngắt………………………………………… ……… 125 2.3 Chuỗi Pooling 126 2.4 Vector ngắt………………………………………………………….…….126 Thiết kế ngắt…………………………………………….……………….….127 Ngắt Timer……………………………………………………………… …128 Ngắt ngoài………………………………………………………………… 128 Ngắt cổng nối tiếp……………………………………………………… .129 Bài Phần mềm hợp ngữ……………………………………………………142 GIÁO TRÌNH MƠDUN Tên modun: LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN Mã mơ đun: MĐ 11 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun - Mơ đun lập trình vi điều khiển học sau môn học Kỹ thuật số, Linh kiện điện tử mạch điện tử - Là mô đun đào tạo chuyên ngành - Mô đun có vai trị cung cấp cho người học kiến thức vi điều khiển họ 8051 từ giải thích ngun lý hoạt động hệ dùng vi điều khiển viết chương trình ứng dụng dùng vi điều khiển Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: A1: Hiểu kiến thức vi điều khiển họ 8051 A2: Giải thích nguyên lý hoạt động hệ dùng vi điều khiển - Kỹ năng: B1: Kiểm tra viết chương trình ứng dụng dùng vi điều khiển B2: Vận hành thiết bị dây chuyền sản xuất dùng vi điều khiển - Năng lực tự chủ tự chịu trách nhiệm: C1 Chủ động, nghiêm túc học tập công việc C2 Giữ gìn vệ sinh cơng nghiệp, đảm bảo an tồn cho người thiết bị Chương trình khung nghề điện công nghiệp cao đẳng liên thông Thời gian đào tạo (giờ) Trong Thực Mã MH/ MĐ/ Số Tên mơn học, mơ đun HP tín Tổng số hành/thực Lý tập/Thí thuyết nghiệm/bài Kiểm tra tập/thảo luận I Các môn học chung/đại cương 180 63 107 10 MH01 MH02 MH03 MH04 MH05 MH06 II MH07 MĐ08 MĐ09 MĐ10 MĐ11 MH12 MĐ13 MĐ14 Chính trị Pháp luật Giáo dục thể chất Giáo dục quốc phòng - An 1 45 15 30 26 16 27 30 15 14 ninh Tin học 30 19 Ngoại ngữ (Anh văn) 30 12 16 Các mô đun, môn học chuyên môn nghành, nghề Ngoại ngữ chuyên ngành 60 45 10 Kỹ thuật số 75 37 35 Kỹ thuật cảm biến 75 30 42 Truyền động điện 90 37 48 Lập trình vi điều khiển 90 32 53 Tổ chức sản xuất 30 20 Đồ án môn học / Đào tạo 240 30 210 doanh nghiệp Thực tập tốt nghiệp 60 60 Tổng cộng 38 900 294 563 1 3 5 33 Chương trình chi tiết mô đun: Số Thời gian(giờ) Lý Thực Tên mô đun Tổng Sơ lược lịch sử hướng phát thuyết hành số 2 triển vi điều khiển Cấu trúc vi điều khiển 8051 Tập lệnh vi điều khiển 8051 Bộ định thời (Timer) Cổng nối tiếp Ngắt Phần mềm hợp ngữ Tổng 13 20 20 10 10 15 90 7 4 32 12 12 53 TT Kiểm tra* 1 Điều kiện thực mơn học: 3.1 Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ 3.3 Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực hành, dụng cụ nghề điện, điện tử,… 3.4 Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế mạch điện tử công suất nhà máy, xí nghiệp cơng nghiệp Nội dung phương pháp đánh giá: 4.1 Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kỹ - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập 4.2 Phương pháp: Người học đánh giá tích lũy mơn học sau: 4.2.1 Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh Xã hội - Hướng dẫn thực quy chế đào tạo áp dụng Trường Cao đẳng Cơ giới sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môđun 60% 4.2.2 Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp đánh giá Thường tổ chức Viết/ Hình thức Chuẩn đầu Số Thời điểm kiểm tra Tự luận/ đánh giá A1, C1, C2 cột kiểm tra Sau 10 10