Giáo trình Vi điều khiển (Nghề Tự động hoá Trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: VI ĐIỀU KHIỂN NGHỀ: TỰ ĐỘNG HỐ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP 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 Tự động hố 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 Tự động hố cấp trình độ Trung cấp 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 Tự động hoá 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 MỤC LỤC Lời giới thiệu .………………………………… ……… …………………………… Mục lục .………………………………… ……… ………………………………… Giới thiệu mô đun ………………………………… ………………… ……… Bài 1: Sơ lược lịch sử hướng phát triển vi điều khiển…………… …11 1.Lịch sử phát triển 12 Vi điều khiển …………………………………… …………………………14 2.1 Nguyên lý cấu tạo……………………………………………………….…13 2.2 Các kiểu cấu trúc nhớ………………………………………………… 14 2.2.1 Cấu trúc Von Neumann……………………………………………… 14 2.2.2 Cấu trúc Harvard .15 Lĩnh vực ứng dụng……………………………………….………………….16 Hướng phát triển 16 Bài 2: Cấu trúc vi điều khiển 8051………………………………………… 18 Cấu trúc phần cứng vi điều khiển 8051 18 1.1 Đặc điểm chung 18 1.2 Sơ đồ khối 18 1.3 Sơ đồ chân 19 Cấu trúc nhớ vi điều khiển 8051 23 2.1 Tổ chức nhớ…………………………………………………………….23 2.2 RAM đa dụng…………………………………………………………… 25 2.3 RAM truy xuất bit…………………………………………….25 2.4 Các bank ghi…………………………………………………….… 25 Các ghi chức đặc biệt……………………………………………26 3.1 Thanh ghi trạng thái chương trình …………………………………… …26 3.2 Thanh ghi B……………………………………………………………… 28 3.3 Con trỏ Ngăn xếp SP (Stack Pointer)…………………… ………………28 3.4 Con trỏ liệu DPTR (Data Pointer)…………………………………… 28 3.5 Các ghi Port (Port Register) ……………………………………… 28 3.6 Các ghi Timer (Timer Register)…………………………………….29 3.7 Các ghi Port nối tiếp (Serial Port Register)…………………………29 3.8 Các ghi ngắt (Interrupt Register)……………………………………29 3.9 Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power Control Register)……………29 Bộ nhớ ngồi……………………………………………………………… 29 4.1 Truy xuất nhớ chương trình 30 4.2 Truy xuất nhớ liệu ………………………………………… 31 Hoạt động reset …………………………………………………………… 30 Bài 3: Tập lệnh vi điều khiển 8051…………………………………… …… 36 Các cách định địa ………………………………………………………36 1.1 Định địa ghi ……… 36 1.2 Định địa trực tiếp 39 1.3 Định địa gián tiếp………………………………………………….… 40 1.4 Định địa tức thời ………………………………………………………41 1.5 Định địa tương đối.………………… 42 1.6 Định địa tuyệt đối 42 1.7 Định địa dài 42 1.8 Định địa chỉ số 42 Các nhóm lệnh …………………………………………………………… 43 2.1 Nhóm lệnh số học.…………………………………………………………43 2.2 Nhóm lệnh logic ………………………………………………………44 2.3 Nhóm lệnh di chuyển liệu…………………………………………… 45 2.4 Nhóm lệnh xử lý bit ………………………………………………………47 2.5 Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình ………………………………….48 Bài 4: Thi cơng mạch ứng dụng 8051 ………………… ………………….59 2.1 Thi công kit ứng dụng IC 89C51 ………………… …………………60 2.2 Viết chương trình ………………… ………………… …………………61 2.3 Nạp chương trình vào IC ………………… ……………………… 62 2.4 Sử dụng kit điều khiển để điều khiển mô đun ứng dụng………… .62 2.5 Luyện tập kiểm tra ……………………………………………… 63 Bài 5: Phần mềm lập trình vi điều khiển thông dụng mạch ứng dụng Phần mềm LeDimm ………………………………………………… 70 1.1 Cài đặt phần mềm………………………………………………………….70 1.2 Viết chương trình ứng dụng điều khiển Led ma trận…………………… 70 1.3 Nạp chương trình vận hành…………………………………………… 71 Phần mềm Ledshow …………………………………………………… 71 2.1 Cài đặt phần mềm………………………………………………………….71 2.2 Viết chương trình ứng dụng điều khiển Led ma trận…………………… 72 2.3 Nạp chương trình vận hành…………………………………………….73 Phần mềm HD …………………………………………………………… 74 3.1 Cài đặt phần mềm………………………………………………………….74 3.2 Viết chương trình ứng dụng điều khiển Led ma trận…………………… 74 3.3 Nạp chương trình vận hành…………………………………………….74 4 Luyện tập kiểm tra …………………………………………… …… 74 Tài liệu tham khảo………………………………………… .…… 75 MƠ ĐUN: LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN Mã mơ đun: MĐ 23 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 chun ngành - Mơ đun có vai trị cung cấp cho người học kiến thức vi điều khiển họ 8051 từ giải thích nguyên 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 cơng việc C2 Giữ gìn vệ sinh cơng nghiệp, đảm bảo an toàn cho người thiết bị Chương trình khung nghề Tự động hố Mã Thời gian học tập (giờ) MH/ MĐ I Tên mô đun, mơn học Số tín Tổng số Trong Thực Lý Kiểm hành/ thực tập/thí thuyết tra nghiệm/bài tập Các môn học chung/đại cương 12 255 94 148 13 MH 01 Chính trị 30 15 13 MH 02 Pháp luật 15 MH 03 30 24 2 45 21 21 MH 05 Giáo dục thể chất Giáo dục quốc phòng an ninh Tin học 45 15 29 MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) 90 30 56 MH 04 Mã Thời gian học tập (giờ) Số tín Tổng số 77 24 1668 435 468 185 1088 214 112 36 30 21 3 45 31 10 MH 09 Kỹ thuật an toàn lao động Nguyên lý máy - chi tiết máy Điện kỹ thuật 30 21 MH 10 Vẽ kỹ thuật 30 15 13 MĐ 11 Máy điện 90 35 49 MĐ 12 Điện 60 23 31 MĐ 13 Kỹ thuật điện tử 60 13 43 MĐ 14 AutoCAD 60 18 36 MĐ 15 30 19 53 1233 283 874 76 MĐ 16 Kỹ thuật nguội Môn học, mô đun chuyên môn Kỹ thuật số 75 20 49 MĐ 17 Kỹ thuật cảm biến 45 15 27 MĐ 18 Điện tử công suất 45 15 28 MĐ 19 PLC 90 26 56 MĐ 20 PLC nâng cao 60 10 42 MĐ 21 Trang bị điện Thiết bị hệ thống tự động Vi điều khiển Gia cơng khí máy cơng cụ Điều khiển khí nén - thủy lực Lắp đặt vận hành hệ thống điện tử Mạng truyền thông công nghiệp 120 28 84 90 26 58 90 26 57 75 24 48 90 30 55 90 23 61 75 25 46 MH/ MĐ II II.1 MH 07 MH 08 II.2 MĐ 22 MĐ 23 MĐ 24 MĐ 25 MĐ 26 MĐ 27 Tên mô đun, môn học Các môn học, mô đun chuyên môn ngành nghề Môn học, mô đun sở Trong Thực Lý Kiểm thuyết hành/ thực tập/thí tra nghiệm/bài tập Mã MH/ MĐ MĐ 28 Tên mô đun, môn học Thực tập tốt nghiệp Tổng cộng Thời gian học tập (giờ) Số tín Tổng số 10 288 89 1923 Trong Thực Lý Kiểm thuyết hành/ thực tập/thí tra nghiệm/bài tập 15 263 10 562 1236 125 Chương trình chi tiết mơ đun: Thời gian Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Tổng số Lý thuyết Sơ Lược lịch sử hướng phát triển vi điều khiển 3 Cấu trúc họ vi điều khiển 8051 3 Tập lệnh họ vi điều khiển 8051 10 4 Thi công mạch ứng dụng 8051 30 21 40 29 90 26 57 stt Tên mô đun Phần mềm lập trình vi điều khiển thơng dụng mạch ứng dụng Cộng: Kiểm tra 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 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 4.2.2 Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp đánh giá tổ chức Thường xuyên 60% Hình thức kiểm tra Chuẩn đầu đánh giá Viết/ Tự luận/ A1, C1, C2 Thuyết trình Trắc nghiệm/ Báo cáo Định kỳ Viết Tự luận/ A2, B1, C1, C2 thực hành Trắc nghiệm/ thực hành Kết thúc Vấn đáp Vấn đáp A1, A2, B1, B2, môđun thực hành thực hành C1, C2 mơ hình 4.2.3 Cách tính điểm Số cột Thời điểm kiểm tra Sau 10 Sau 40 Sau 90 - Điểm đánh giá thành phần điểm thi kết thúc mô đun chấm theo thang điểm 10 (từ đến 10), làm tròn đến chữ số thập phân - Điểm mô đun tổng điểm tất điểm đánh giá thành phần mô đun nhân với trọng số tương ứng Điểm mô đun theo thang điểm 10 làm tròn đến chữ số thập phân Hướng dẫn thực mô đun 5.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Tự động hoá 5.2 Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun 5.2.1 Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm… * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực tập thực hành theo nội dung đề - Khi giải tập, làm Thực hành, thí nghiệm, tập: Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu sửa sai chỗ cho nguời học - Sử dụng mơ hình, học cụ mơ để minh họa tập ứng dụng hệ truyền động dùng vi điều khiển, loại thiết bị điều khiển * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng thành viên nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung học, nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép viết báo cáo nhóm 5.2.2 Đối với người học: Người học phải thực nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu kỹ học nhà trước đến lớp Các tài liệu tham khảo cung cấp nguồn trước người học vào học môn học (trang web, thư viện, tài liệu ) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực thực hành báo cáo kết - Tham dự tối thiểu 70% giảng tích hợp Nếu người học vắng >30% số tích hợp phải học lại mơ đun tham dự kì thi lần sau - Tự học thảo luận nhóm: Là phương pháp học tập kết hợp làm việc theo nhóm làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học cung cấp chủ đề thảo luận trước học lý thuyết, thực hành Mỗi người học chịu trách nhiệm số nội dung chủ đề mà nhóm phân cơng để phát triển hoàn thiện tốt toàn chủ đề thảo luận nhóm - Tham dự đủ kiểm tra thường xuyên, định kỳ - Tham dự thi kết thúc mô đun - Chủ động tổ chức thực tự học