Giáo trình Vi điều khiển (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: VI ĐIỀU KHIỂN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG 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 mô đun chuyên môn 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 mơ 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 mơ đun thuộc hệ thống mơ đun/ mơn 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 công 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 Biên Soạn Hồ Văn Tịnh - Chủ biên MỤC LỤC Bài 1: Sơ lược lịch sử hướng phát triển vi điều khiển……………… 1.Lịchsử phát triển Vi điều khiển …………………………………… …………………………10 2.1 Nguyên lý cấu tạo………………………………………………………….10 2.2 Các kiểu cấu trúc nhớ………………………………………………… 11 2.2.1 Cấu trúc Von Neumann……………………………………………… 11 2.2.2 Cấu trúc Harvard .12 Lĩnh vực ứng dụng……………………………………….………………….13 Hướng phát triển 13 Bài 2: Cấu trúc vi điều khiển 8051………………………………………… 15 Cấu trúc phần cứng vi điều khiển 8051 15 1.1 Đặc điểm chung 15 1.2 Sơ đồ khối 15 1.3 Sơ đồ chân 16 Cấu trúc nhớ vi điều khiển 8051 19 2.1 Tổ chức nhớ…………………………………………………………….19 2.2 RAM đa dụng…………………………………………………………… 21 2.3 RAM truy xuất bit…………………………………………….21 2.4 Các bank ghi…………………………………………………….… 21 Các ghi chức đặc biệt……………………………………………22 3.1 Thanh ghi trạng thái chương trình …………………………………… …22 3.2 Thanh ghi B……………………………………………………………… 24 3.3 Con trỏ Ngăn xếp SP (Stack Pointer)…………………… ………………24 3.4 Con trỏ liệu DPTR (Data Pointer)…………………………………… 24 3.5 Các ghi Port (Port Register)……………………………………… 24 3.6 Các ghi Timer (Timer Register)…………………………………….25 3.7 Các ghi Port nối tiếp (Serial Port Register)…………………………25 3.8 Các ghi ngắt (Interrupt Register)……………………………………25 3.9 Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power Control Register)……………25 4 Bộ nhớ ngoài……………………………………………………………… 26 4.1 Truy xuất nhớ chương trình ngồi 27 4.2 Truy xuất nhớ liệu ………………………………………… Hoạt động reset …………………………………………………………… 30 Bài 3: Tập lệnh vi điều khiển 8051…………………………………… …… 33 Các cách định địa ………………………………………………………33 1.1 Định địa ghi ……… 33 1.2 Định địa trực tiếp 34 1.3 Định địa gián tiếp………………………………………………….… 35 1.4 Định địa tức thời ………………………………………………………36 1.5 Định địa tương đối.………………… 36 1.6 Định địa tuyệt đối 37 1.7 Định địa dài 37 1.8 Định địa chỉ số 37 Các nhóm lệnh …………………………………………………………… 38 2.1 Nhóm lệnh số học.…………………………………………………………38 2.2 Nhóm lệnh logic ………………………………………………………40 2.3 Nhóm lệnh di chuyển liệu…………………………………………… 42 2.4 Nhóm lệnh xử lý bit ………………………………………………………44 2.5 Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình ………………………………….45 Bài 4: Bộ định thời (TIMER)………………………………………………….56 Hoạt động định thời ……… 56 Các ghi định thời …………………… .56 2.1 Thanh ghi điều khiển chế độ timer TMOD.………………………… … 56 572.2 Thanh ghi điều khiển timer TCON ………………………… .58 Các chế độ làm việc ……………………………………………….……….59 3.1 Chế độ 13-bit (chế độ 0) …………………………………………… … 59 3.2 Chế độ 16-bit (chế độ 1) ……………………………… ………… …60 3.3 Chế độ tự nạp 8-bit (chế độ 2) ………………………… …… …….61 3.4 Chế độ chia xẻ (chế độ 3) ……………………………… ……….…….61 Bộ định thời 8052 ……………………………………………… 62 4.1 Chế độ tự nạp lại ………………………………………………………….63 4.2 Chế độ thu nhận …………………………………………………………64 Bài 5: Cổng nối tiếp…… ……………………………………………… …….97 Giới thiệu ………………………………………………………………… 97 Các ghi cổng nối tiếp ………………………………………… 98 2.1 Thanh ghi đệm cổng nối tiếp (SBUF)………………………………… ….98 2.2 Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp (SCON)………………………….… 99 Khởi động truy xuất ghi ………………………….………… 99 3.1 Cho phép thu, phát liệu …………………………………………… 99 3.2 Bit liệu thứ …………………………………………………… 100 3.3 Thêm bit chẵn lẻ …………………………………………………………100 3.4 Các cờ ngắt ……………………………………………………… … 100 Tốc độ baud ……………………………………………………………….101 Các chế độ làm việc cổng nối tiếp …………………………………….102 5.1 Chế độ 0_ Thanh ghi dịch bit ………………………………… ……102 5.2 Chế độ 1_UART bit tốc độ baud thay đổi ……………………………103 5.3 Chế độ 2_UART bit tốc độ baud cố định ………………………………103 5.4 Chế độ 3_UART bit tốc độ baud thay đổi…………………… ………103 Bài 6: Ngắt……………………………………………………………………106 Mở đầu 106 Tổ chức ngắt 107 2.1 Thanh ghi cho phép không cho phép ngắt 108 2.2 Thanh ghi ưu tiên ngắt………………………………………… ……… 108 2.3 Chuỗi Pooling 109 2.4 Vector ngắt……………………………………………………………….110 Thiết kế ngắt…………………………………………….………………….110 Ngắt Timer…………………………………………………………………111 Ngắt ngoài………………………………………………………………….111 Ngắt cổng nối tiếp……………………………………………………… 112 Bài Phần mềm hợp ngữ……………………………………………………… MƠ ĐUN: LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN Mã mơ đun: MĐ 24 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 Mã MH/ MĐ/ HP I MH 01 MH 02 MH 03 MH 04 MH 05 MH 06 II II.1 Tên mơn học, mơ đun Số tín Thời gian đào tạo (giờ) Trong Thực hành/thực Tổng Lý tập/Thí Kiểm số thuyết nghiệm/bài tra tập/thảo luận Các mơn học chung/đại cương 18 435 157 255 Chính trị 75 41 29 Pháp luật 30 18 10 Giáo dục thể chất 60 51 Giáo dục quốc phòng - An ninh 75 36 35 Tin học 75 15 58 Ngoại ngữ (Anh văn) 120 42 72 Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề Các mô đun, môn học kỹ 18 360 160 180 23 4 20 MH 07 MH 08 MĐ 09 MĐ 10 thuật sở Ngoại ngữ chuyên ngành An toàn điện Điện Vẽ kỹ thuật – vẽ điện MĐ 11 Khí cụ điện MĐ 12 Kỹ thuật Điện tử II.2 Các mô đun, môn học chuyên môn MĐ 13 Điều khiển điện khí nén MH 14 Điện tử cơng suất MĐ 15 Máy điện MĐ 16 Kỹ thuật quấn dây máy điện MH 17 Cung cấp điện MĐ 18 Trang bị điện MĐ 19 Kỹ thuật số MĐ 20 Kỹ thuật cảm biến MĐ 21 PLC MĐ 22 Truyền động điện MĐ 23 Kỹ thuật lắp đặt điện MĐ 24 Lập trình vi điều khiển MĐ 25 Kỹ thuật lạnh giảm MĐ 26 ĐKLT cỡ nhỏ - điều khiển thông minh MH 27 Tổ chức sản xuất 4 2 78 60 30 90 45 45 90 2005 30 15 45 15 27 14 40 27 20 35 543 22 50 1389 4 5 5 4 90 60 90 120 90 30 20 48 40 60 55 37 37 75 26 180 75 75 120 90 120 90 85 30 37 30 47 37 20 32 25 140 35 42 67 48 92 53 56 5 10 3 4 90 37 48 30 20 240 30 210 360 2800 860 360 1824 MĐ 28 Đồ án môn học / Đào tạo doanh nghiệp MĐ 29 Thực tập tốt nghiệp Tổng cộng 114 Chương trình chi tiết mơ đun: Số TT Tên mô đun Sơ lược lịch sử hướng phát 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 Tổng số 13 20 20 10 10 15 90 Thời gian(giờ) Lý Thực thuyết hành 7 4 32 12 12 53 3 73 116 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 cơng 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 mơn học + Nghiêm túc q trình học tập 4.2 Phương pháp: Người học đánh giá tích lũy môn 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 đánh giá Phương pháp tổ chức Hình thức kiểm tra Chuẩn đầu đánh giá Số cột Thời điểm kiểm tra 10