KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN- THIẾT KẾ-THI CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG

KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN- THIẾT KẾ-THI CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI :

KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN- THIẾT KẾ-THI CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG

SVTH :NGUYỄN HOÀNG VŨ

NGUYỄN THANH VŨ GVHD:LÊ THANH ĐẠO

TP.HỒ CHÍ MINH 3-2000

LỜI CẢM TẠ

Chúng em xin chân thành

cảm ơn Thầy Lê Thanh Đạo

đã tận tình hướng dẫn và giúp

đơ chúng em trong suốtthờigianthực hiện luận văn

Xin cảm ơn qúi thầy

côKhoa Điện và các bạn sinh

viên cùng khóa đã đóng góp những ý kiến qúi báo để tập luậnvănnàyhoàn thành đúng thời gian

Nhóm sinh viên thực

hiện.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành côngnghiệp luyện kim, chề biến thực phẫm… vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đặc biệtđược chú trọng đến vì nó là một yếu tố quyết định chất lượng sản phẫm Nắm đượctầm quan trọng của vấn đề trên nhóm thực hiện tiến hành nghiên cứu và thiết kếmột hệ thống đo và khống chế nhiệt độ tự động, với mong muốn là giải quyếtnhững yêu cầu trên, và lấy đó làm đề tài tốt nghiệp cho mình

Những kiến thức năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ đượcđánh giá qua đợt bảo vệ luận văn cuối khóa Vì vậy chúng em cố gắng tận dụng tấtcả những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tồi nghiên cứu, để có thể hoànthành tốt luận văn này Những sản phẫm những kết quả đạt được ngày hôm naytuy không có vì lớn lao Nhưng đó là những thành quả của năm học tập Là thànhcông đầu tiên của chúng em trước khi ra trường

Mặt dù chúng em rất cố gắng để hoàn thành tập luận văn này đúng thời hạn,nên không tránh khỏi những thiếu sót mong quí thầy cô thông cảm Chúng emmong được đón nhận những ý kiến đóng góp Cuối cùng xin chân thành cảm ơn quíthầy cô và các bạn sinh viên

Nhóm sinh viên thực hiện

NGUYỄN HOÀNG VŨ NGUYỄN THANH VŨ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN _ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên thực hiện : Nguyễn Hoàng Vũ Nguyễn Thanh Vũ

Lớp : 95 KĐĐ

Ngành : điện _điện tử

1.Tên đề tài : KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN_THIẾT KẾ_THI

CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG.

2 Các số liệu ban đầu :

3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán :

4.Các bản vẽ :

5.Giáo viên hướng dẫn : LÊ THANH ĐẠO

6 Ngày giao nhiệm vụ :

7.Ngày hoàn thành nhiệm vụ :

Thông qua bộ môn

Ngày _tháng _năm _

MỤC LỤC

Trang

A_PHẦN GIỚI THIỆU  TRANG TỰA  NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN  BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  LỜI NÓI ĐẦU  LỜI CẢM ƠN B_PHẦN NỘI DUNG 1

Chương 1: DẪN NHẬP 1

I.ĐẶT VẤN ĐỀ 1

II.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1

Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 3

I.GIỚI THIỆU 3

II.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 3

III.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051/8031 4

Chương 3: KHẢO SÁT IC GIAO TIẾP NGOẠI VI 8255A 38

I.CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 38

II.CẤU TRÚC PHẦN MỀM 40

III.GIAO TIẾP GIỮA VI XỬ LÝ VỚI 8255A 42

Chương 4: KHẢO SÁT BỘ NHỚ BÁN DẪN 43 I.BỘ NHỚ CHỈ ĐỌC (ROM : READ ONLY MEMORY) 43

II.BỘ NHỚ RAM (RANDOM ACCESS MEMORY) 46

Chương 5: ĐO NHIỆT ĐỘ 48

I.HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG 48

II.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 49

Chương 6: CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SANG SỐ

51

I.KHÁI NIỆM CHUNG

51 II NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN CHUYỂN ĐỔI AD 51

III.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI ADC

52 Chương 7: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 56

I.NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 56

II.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI

56 III.THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHỐI

56 IV.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH

71 V.THI CÔNG 89

CHƯƠNG KẾT LUẬN 83

C_PHỤ LỤC – TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

I.PHỤ LỤC 85 II.TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chương 1:DẪN NHẬP

I.ĐẶT VẤN ĐỀ :

Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệthống điều khiển dần dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử

lí, vi mạch số … đựơc ứng dụng vào lỉnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển

cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệthống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước

Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo và khốngchế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng Vì nếu nắmbắt được nhiệt độ làm việc cuả các hệ thống Dây chuyền sản xuất … giúp ta biếtđược tình trạng làm việc của c ác yêu cầu Và có những xử lý kịp thời tránh đượcnhững hư hỏng và sự cố có thể xảy ra

Để đáp ứng được yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động, thì có nhiềuphương pháp để thực hiện, nghiên cửu khảo sát vi điều khiển 8051 nhóm thực hiệnnhận thấy rằng: ứng dụng vi điều khiển 8051 vào việc đo và khống chế nhiệt độ tựđộng là phương pháp tối ưu nhất Đồng được sự đồng ý của khoa Điện Trường Đại

Học Sư Phạm Kỹ Thuật Nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài “Khảo sát và ứng dụng vi điều khiển thiết kế thi công mạch khống chế nhiệt độ phòng” II.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI :

Với thời gian gần mười tuần thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên môncó hạn, chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành tập luận văn này, nhưng chỉgiải quyết được những vấn đề sau :

 Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong dải từ 00C – 1000C hiển thị số

 Khống chế nhiệt độ ở mức 200C

 Viết chương trình (phần mềm) để đáp ứng các yêu cầu trên

 Do thời gian quá hạn hẹp nên chúng em chỉ thiết kế một đầu đo vàchỉ khống chế ở một mức nhiệt độ 200C

III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU :

Mục đích trước hết khi thực hiện đề tài này là để hoàn tất chương trình mônhọc để đủ điều kiện ra trường

 Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là chúng em muốn phát huynhững thành quả ứng dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm,những thiết bị tiên tiến hơn, và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn

 Mặt khác tập luận văn này cũng có thể làm tài liệu tham khảo chonhững sinh viên khóa sau Giúp họ hiểu rõ hơn về những ứng dụng của vi điềukhiển

 Ngòai ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để chúng

em tự kiểm tra lại những kiến thức đã được học ở trường, đồng thời phát huytính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra Và đây cũng

là dịp để chúng em tự khẳng định mình trước khi ra trường để tham gia vào cáchoạt động sản xuất của xã hội.

Chương 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN

I.GIỚI THIỆU :

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chipcó thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống Theo cáctập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lýthông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó

Trong các thiếh bị điện và điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển,điều khiển hoạt động của TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thọai, lò vi-ba … Tronghệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyềntự động Các hệ thống càng “thông minh” thì vai trò của hệ vi điều khiển càngquan trọng

II.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA C ÁC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN :

Bộ vi điều khiển thực ra, là một loại vi xử lí trong tập hợp các bộ vi xử lý nóichung Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lí, từ những năm 70 do sự pháttriển và hoàn thiện về công nghệ vi điện tử dựa trên kỹ thuật MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) , mức độ tích hợp của các linh kiện bán dẫn trong một chip ngàycàng cao

Năm 1971 xuất hiện bộ vi xử lí 4 bit loại TMS1000 do công ty texasInstruments vừa là nơi phát minh vừa là nhà sản xuất Nhìn tổng thể thì bộ vi xử líchỉ có chứa trên một chip những chức năng cần thiết để xử lí chương trình theo mộttrình tự, còn tất cả bộ phận phụ trợ khác cần thiết như : bộ nhớ dữ liệu , bộ nhớchương trình , bộ chuển đổi AID, khối điều khiển, khối hiển thị, điều khiển máy in,hối đồng hồ và lịch là những linh kiện nằm ở bên ngoài được nối vào bộ vi xử lí.Mãi đến năm 1976 công ty INTEL (Interlligen-Elictronics) Mới cho ra đời bộ

vi điều khiển đơn chip đầu tiên trên thế giới với tên gọi 8048 Bên cạnh bộ xử lítrung tâm 8048 còn chứa bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình, bộ đếm và phát thờigian các cổng vào và ra Digital trên một chip

Các công ty khác cũng lần lược cho ra đời các bộ vi điều khiển 8bit tương tựnhư 8048 và hình thành họ vi điều khiển MCS-48 (Microcontroller-sustem-48).Đến năm 1980 công ty INTEL cho ra đời thế hệ thứ hai của bộ vi điều khiểnđơn chip với tên gọi 8051 Và sau đó hàng loạt các vi điều khiển cùng loại với

8051 ra đời và hình thành họ vi điều khiển MCS-51

Đến nay họ vi điều khiển 8 bit MCS51 đã có đến 250 thành viên và hầu hếtcác công ty hàng dẫn hàng đầu thế giới chế tạo Đứng đầu là công ty INTEL và rấtnhiều công ty khác như : AMD, SIEMENS, PHILIPS, DALLAS, OKI …

Ngoài ra còn có các công ty khác cũng có những họ vi điều khiển riêng như: Họ 68HCOS của công ty Motorola

Họ pic cuả công ty Microchip

III.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ 8031 :

IC vi điều khiển 8051/8031 thuộc họ MCS51 có các đặt điểm sau :

- 4kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051)

- 128 búyt RAM

- 4port I10 8bit

- Hai bộ định thời 16bit

- Giao tiếp nối tiếp

- 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng

- 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng

- một bộ xử lí luận lí (thao tác trên các bit đơn)

- 210 bit được địa chỉ hóa

- bộ nhân / chia 4s

1.CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA 8051 / 8031 :

Hình 2.1 : Sơ Đồ Khối 8051 / 8031

TXD * RXD *

EA\ RST PSEN ALE

Các ùthanh ghi khác

128 byte Ram

Rom 4K-8051 OK-8031

Timer1 Timer2

Điều khiển ngắt

Điều khiển bus

CPU

Port nối tiếp

Các port I\

O Tạo dao

động

Phần chính của vi điều khiển 8051 / 8031 là bộ xử lí trung tâm (CPU: centralprocessing unit ) bao gồm :

- Thanh ghi tích lũy A

- Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia

- Đơn vị logic học (ALU : Arithmetic Logical Unit )

- Từ trạng thái chương trình (PSW : Prorgam Status Word)

- Bốn băng thanh ghi

- Con trỏ ngăn xếp

- Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thờigian và logic

Đơn vị xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ giao động, ngoài ra còn cókhả năng đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài

Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ởbên trong Các nguồn ngắt có thể là : các biến cố ở bên ngoài , sự tràn bộ đếmđịnh thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp

Hai bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm

Các cổng (port0, port1, port2, port3 ) Sử dụng vào mục đích điều khiển

Ơû cổng 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ nhớbên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn bênngoài

Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ, làmviệc độc lập với nhau Tốc độ truyền qu ổng nối tiếp có thể đặt trong vảy rộng vàđược ấn định bằng một bộ định thời

Trong vi điều khiển 8051 / 8031 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộnhớ và các thanh ghi :

Bộ nhớ gồm có bộ nhớ Ram và bộ nhớ Rom (chỉ có ở 8031) dùng để lưu trữdữ liệu và mã lệnh

Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lí Khi CPU làmviệc nó làm thay đổi nội dung củ ác thanh ghi

2.CHỨC NĂNG CÁC CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN :

Hình 2.2 : Sơ Đồ Chân 8051

a.port0 : là port có 2 chức năng ở trên chân từ 32 đến 39 trong các thiết kế cỡ

nhỏ

( không dùng bộ nhớ mở rộng ) có hai chức năng như các đường IO Đối với cácthiết kế cỡ lớn ( với bộ nhớ mở rộng ) nó được kết hợp kênh giữ a các bus )

b.port1 : port1 là một port I/O trên các chân 1-8 Các chân được ký hiệu P1.0,

P1.1, P1.2 … có thể dùng cho các thiết bị ngoài nếu cần Port1 không có chức năngkhác, vì vậy chúng ta chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngoài

c.port2 : port2 là một port công dụng kép trên các chân 21 – 28 được dùng như

các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộnhớ mở rộng

d.Port3 : port3 là một port công dụng kép trên các chân 10 – 17 Các chân của

port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tín đặc biệt của 8051 / 8031 như ở bảng sau :

18

19 12MHz

40

29 30

31 9

17 16 15 14 13 12 11 10

RD\

WR\

T1 T0 INT1 INT0 TXD RXD

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8

28 27 26 25 24 23 22 21

8 7 6 5 4 3 2 1

32 33 34 35 36 37 38 39

Po.7 Po.6 Po.5 Po.4 Po.3 Po.2 Po.1 Po.0

AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0

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

30p

30p

XTAL1 XTAL2

Bit Tên Chức năng chuyển đổi

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp

P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng 2.1 : Chức năng của các chân trên port3

e.PSEN (Program Store Enable ) : 8051 / 8031 có 4 tín hiệu điều khiển

PSEN là tín hiệu ra trên chân 29 Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộnhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) củamột EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh

PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân của chươngtrình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051 đểgiải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội (8051) PSEN sẽ ở mức thụđộng (mức cao)

f.ALE (Address Latch Enable ) :

tín hiệu ra ALE trên chân 30 tương hợp với các thiết bị làm việc với các xử lí

8585, 8088, 8086, 8051 dùng ALE một cách tương tự cho làm việc giải các kênhcác bus địa chỉ và dữ liệu khi port 0 được dùng trong chế độ chuyển đổi của nó :vừa là bus dữ liệu vừa là búyt thấp của địa chỉ, ALE là tín hiệu để chốt địa chỉvào một thanh ghi bên ngoài trong nữa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó, các đườngport 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nữa sau chu kỳ của bộ nhớ

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và cóthể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống Nếu xung trên 8051 là 12MHzthì ALE có tần số 2MHz Chỉ ngoại trừ khi thi hành lệnh MOVX, một xung ALE sẽ

bị mất Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong8051

g.EA (External Access) :

Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mứcthấp (GND) Nếu ở mức cao, 8051 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảngđịa chỉ thấp (4K) Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mởrộng Khi dùng 8031, EA luôn được nối mức thấp vì không có bộ nhớ chương trình

trên chip Nếu EA được nối mức thấp bộ nhớ bên trong chương trình 8051 sẽ bịcấm và chương trình thi hành từ EPROM mở rộng Người ta còn dùng chân EA làmchân cấp điện áp 21V khi lập trình cho EPROM trong 8051.

h.SRT (Reset) :

Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8051 Khi tín hiệu này được đưalên múc cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy ), các thanh ghi trong 8051 được tải nhữnggiá trị thích hợp để khởi động hệ thống

i.Các ngõ vào bộ dao động trên chip :

Như đã thấy trong các hình trên , 8051 có một bộ dao động trên chip Nóthường được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19 Các tụ giữa cũng cần thiếtnhư đã vẽ Tần số thạch anh thông thường là 12MHz

j.Các chân nguồn :

8051 vận hành với nguồn đơn +5V Vcc được nối vào chân 40 và Vss (GND)được nối vào chân 20

3.Tổ chức bộ nhớ :

8051 / 8031 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard : có những vùng cho bộ nhớriêng biệt cho chương trình dữ liệu Như đã nói ở trên, cả chương trình và dữ liệucó thể ở bên trong 8051, dù vậy chúng có thể được mơ ûrộng bằèng các thành phầnngoài lên đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ chương trình và 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu.Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM (8051) và RAM trên chip, RAM trên chipbao gồm nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, cácbank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

FFFF FFFF

trìnhFF

Và RD

00 0000 0000

Hình 2.3 : Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 8031 / 8051

Hai đặc tính cần lưu ý là :

- Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được xếp trong bộ nhớ và có thểđược truy xuất trực tiếp như các địa chỉ bộ nhớ khác

- Ngăn xếp bân trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngoài như trong các bộ

vi xử lí khác

 Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip :

Như ta đã thấy trên hình sau, RAM bên 8051/ 8031 được phân chia giữa cácbank thanh ghi (00H – 1FH), RAM địa chỉ hóa từng bit (20H – 2FH), RAM đa dụng(30H – 7FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H – FFH).

a RAM đa dụng.

Địa chỉ byte Địa chỉ bit

7F

302F2E2D2C2B2A292827262524232221201F1817100F080700

RAM đa dụng

Địa chỉ byte Địa chỉ bit

FFF0E0D0B8B0A8A0

999890

8D8C8B8A89

TH1TH0

TL1TL0TMOD

Not bit addressableNot bit addressableNot bit addressableNot bit addressableNot bit addressable 88

87

83828180

DPHDPLSP

Not bit addressableNot bit addressableNot bit addressable

Tóm tắt bộ nhớ dữ liệu trên chipMọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùngcách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp Ví dụ, để đọc nội dung ở địa chỉ 5FH củaRAM nội vào thanh ghi tích lũy lệnh sau sẽ được dùng :

MOV A, 5FH

Lệnh này di chuyển một búyt dữ liệu dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp để xácđịnh “địa chỉ nguồn” (5FH) Đích nhận dữ liệu được ngầm xác định trong mã lệnhlà thanh ghi tích lũy A.

RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián tiếpqua RO hay R1 Ví dụ, sau khi thi hành cùng nhiệm vụ như lệnh đơn ở trên :

MOV R0, #5FH

MOV A, @R0

Lệnh đầu dùng đị hỉ tức thời để di chuyển giá trị 5FH vào thanh ghi R0 vàlệnh thứ hai dùng địa trực tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi R0” vào thanhghi tích lũy

b.RAM địa chỉ hóa từng bit :

Có 128 bit được địa chỉ hóa đa dụng ở các byte 20H đến 2FH Các địa chỉ nàyđược truy xuất như các byte hoặc các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng ví dụ, đểđặt bit 67H, ta dùng lệnh sau :

SETB 67H

Chú ý rằng “địa chỉ bit 67H” là bit có trọng số lớn nhất (MSB) ở “địa chỉ byte2CH” lệnh trên sẽ không tác động đến các bit khác của địa chỉ này

c.Các bank thanh ghi :

32 byte thấp nhất của bộ nhớ nội là dành cho các bank thanh ghi Bộ lệnhcủa 8051 / 8031 hổ trợ 8 thanh ghi (RO đến R7) và theo mặc định (sau khi Reset hệthống) các thanh ghi này ở các địa chỉ 00H-07H Lệnh sau đây sẽ đọc nội dung ởđịa chỉ 05H vào thanh ghi tích lũy

MOV A,R5

Đây là lệnh một byte dùng địa chỉ thanh ghi Tất nhiên, thao tác tương tự cóthể được thi hành bằng lệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ hai:MOV A,05H

Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn cáclệnh tương ứng nhưng dùng địa chỉ trực tiếp Các giá trị dữ liệu được dùng thườngxuyên nên dùng một trong các thanh ghi này

Bank thanh ghi tích cực có thể chuyển đổi bằng cách thay đổi các bit chọnbank thanh ghi trong từ trạng thái chương trình (PSW) Giả sử rằng bank thanh ghi 3được tích cực, lệnh sau sẽ ghi nội dung của thanh ghi tích lũy vào địa chỉ 18H:MOV R0,A

Yù tưởng dùng “các bank thanh ghi” cho phép “chuyển hướng” chương trình nhanh và hiệu qủa (từng phần riêng rẽ của phần mềm sẽ có một bộ thanh ghi riêngkhông phụ thuộc vào các phần khác).

4./ Các thanh ghi chức năng đặc biệt:

Các thanh ghi nội của 8051/8031 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh Ví dụ lệnh “INC A” sẽ tăng nội dung của thanh ghi tích lũy A lên 1 Tác động này được ngầm định trong mã lệnh

Các thanh ghi trong 8051/8031 được định dạng như một phần của RAM trên chip Vì vậy mỗi thanh ghi sẽ có một địa chỉ (ngoại trừ thanh ghi trực tiếp, sẽ

không có lợi khi đặt chúng vào trong RAM trên chip) Đó là lý do để 8051/0831 có nhiều thanh ghi Cũng như R0 đến R7, có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special Funtion Rgister) ở vùng trên của RAM nội, từ địa chỉ 80H đến FFH Chú ý rằng hầu hết 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa Chỉ có 21 địa chỉ SFR là được định nghĩa

Ngoại trừ tích lũy (A) có thể được truy xuất ngầm như đã nói, đa số các SFRđược truy xuất dùng địa chỉ trực tiếp chú ý rằng một vài SFR có thể được địa chỉhóa bit hoặc byte Người thiết kế phải thận trọng khi truy xuất bit và byte Ví dụlệnh sau:

SETB 0E0H

Sẽ Set bit 0 trong thanh ghi tích lũy, các bit khác không thay đổi Ta thấy rằngE0H đồng thời là địa chỉ byte của thanh ghi tích lũy và là địa chỉ bit có trọng số nhỏnhất trong thanh ghi tích lũy Vì lệnh SETB chỉ tác động trên bit, nên chỉ có địa chỉ bit là có hiệu quả

a Từ trạng thái chương trình:

Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word) ở địa chỉ D0H chứa cácbit trạng thái như bảng tóm tắt sau:

D2HD1HD0H

Cờ nhớCờ nhớ phụCờ 0

Bit 1 chọn bank thanh ghiBit chọn bank thanh ghi

00=bank 0; địa chỉ 00H-07H01=bank 1: địa chỉ 08H-0FH10=bank 2:địa chỉ 10H-17H11=bank 3:địa chỉ 18H-1FHCờ tràn

Dự trữCờ Parity chẵn

Bảng 21: Từ trạng thái chương trình

 Cờ nhớ (CY) có công dụng kép Thông thường nó được dùng cho các lệnh toánhọc: nó sẽ được set nếu có một số nhớ sinh ra bởi phép cộng hoặc có một sốmượn phép trừ Ví dụ, nếu thanh ghi tích lũy chứa FFH, thì lệnh sau:

ADD A,#1

Sẽ trả về thanh ghi tích lũy kết qủa 00H và set cờ nhớ trong PSW

Cờ nhớ cũng có thể xem như một thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thihành trên bit Ví dụ, lệnh sẽ AND bit 25H với cờ nhớ và đặt kết qủa trở vào cờnhớ:

ANL C,25H

 Cờ nhớ phụ:

Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ (AC) được set nếu kết qủa của 4 bit thấptrong khoảng 0AH đến 0FH Nếu các giá trị cộng được là số BCD, thì sau lệnhcộng cần có DA A( hiệu chỉnh thập phân thanh ghi tích lũy) để mang kết qủa lớnhơn 9 trở về tâm từ 09

 Cờ 0

Cờ 0 (F0)là một bit cờ đa dụng dành các ứng dụng của người dùng

 Các bit chọn bank thanh ghi

Các bit chọn bank thanh ghi (RSO và RS1) xác định bank thanh ghi được tíchcực Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bằng phần mềm nếucần Ví dụ, ba lệnh sau cho phép bank thanh ghi 3 và di chuyển nội dung của thanhghi R7 (địa chỉ byte IFH) đến thanh ghi tích lũy:

b Thanh ghi B:

Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích lũy A cho cácphép toán nhân và chia Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trị không dấu 8 bit trong Avà B rồi trả về kết qủa 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao) Lệnh DIV AB sẽchia A cho B rồi trả về kết qủa nguyên trong A và phần dư trong B Thanh ghi Bcũng có thể được xem như thanh ghi đệm đa dụng Nó được địa chỉ hóa ttừng bitbằng các địa chỉ bit FOH đến F7H

c Con trỏ ngăn xếp:

Con trỏ ngăn xếp (SP) là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H Nó chứa địa chỉcủa byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp Các lệnh trên ngăn xếp bao

gồm các thao tác cất dữ liệu vào ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp Lệnhcất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu, và lệnh lấy dữ liệu

ra khỏi ngăn xếp sẽ dọc dữ liệu và làm giảm SP Ngăn xếp của 8051/8031 đượcgiữ trong RAM nội và được giới hạn các địa chỉ có thể truy xuất bằng địa chỉ giántiếp chúng là 128 byte đầu của 8051/8031

Để khởi động lại SP với ngăn xếp bắt đầu tại 60H, các lệnh sau đây được dùng:MOV SP,#%FH

Trên 8051/8031 ngăn xếp bị giới hạn 32 byte vì địa chỉ cao nhất của RAM trên chip là 7FH Sở dĩ cùng giá trị 5FH vì SP sẽ tăng lên 60H trước khi cất byte dữ lệu đầu tiên

Người thiết kế có thể chọn không phải khởi động lại con trỏ ngăn xếp mà đểnó lấy giá trị mặc định khi reset hệ thống Giá trị măc định đó là 07H và kết qủa là ngăn đầu tiên để cất dữ liệu có địa chỉ 08H Nếu phần mềm ứng dụng không khởi động lại SP , bank thanh ghi 1 (có thể cả 2 và 3) sẽ không dùng được vì vùng RAM này đã được dùng làm ngăn xếp

Ngăn xếp được truy xuất trực tiếp bằng các lệnh PUSH và POP để lưu giữ tạmthời và lấy lại dữ liệu hoặc được truy xuất ngầm bằng các lệnh gọi chương trình con (ACALL, LACALL) và các lệnh trở về (RET,RETI) để cất và lấy lại bộ đếm chương trình

d Con trỏ dữ liệu:

Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi

16 bit ở địa chỉ 82H(DPL: byte thấp) và 83H (DPH:byte cao) Ba lệnh sau sẽ ghi55H vào RAM ngoài ở địa chỉ 1000H:

e Các thanh ghi port xuất nhập:

Các port của 8051/8031 bao gồm Port 0 ở địa chỉ 80H, Port 1 ở địa chỉ 90 H,Port 2 ở địa chỉ A0H và Port 3 ở địa chỉ B0H Tất cả các Port đều được địa chỉ hóatừng bit Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi

f Các thanh ghi timer:

8051/8031 chứa 2 bộ định thời đếm 16 bit được dùng trong việc định thời hoặcđếm sự kiện Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0:byte thấp) và 8CH (TH0:byte cao).Timer

1 ở địa chỉ 8BH (TL1:byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao) việc vận hành timer đượcset bởi thanh ghi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển timer(TCON) ở địa chỉ 88H Chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit

g Các thanh ghi port nối tiếp:

8051/8031 chức một port nối tiếp trên chip dành cho việc trao đổi thông tinvới các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc cho việc giao tiếp với các ICkhác có giao tiếp nối tiếp (có bộ chuyển đổi A/D, các thanh ghi dịch ) Một thanhghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H ssẽ giữ cả hai giữ liệutruyền và nhận Khi truyền dữ liệu thì ghi lên SBUf, khi nhận dữ liệu thì đọcSBUF Các mode vận hành khác nhau được lập trình qua thanh ghi điều khiển portnối tiếp (SCON) (được địa chỉ hóa từng bit) ở địa chỉ 98H.

h Các thanh ghi ngắt:

8051/8031 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên Các ngắt bị cấm sau khireset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ởđịa chỉ 8AH Cả hai thanh ghi được địa chỉ hóa từng bit

i Các thanh ghi điều khiển công suất:

Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điềukhiển Chúng được tóm tắt trong bảng sau:

Bit gấp đôi tốc độ baud, nếu được set thì tốc độ baud sẽ tăng gấp đôi trong các mode 1,2 và 3 của port nối tiếp

Không định nghĩaKhông định nghĩaKhông định nghĩaBit cờ đa dụng 1Bit cờ đa dụng 0Giảm công suất, được set để kích hoạt mode giảm công suất, chỉ thoá khi reset

Mode chờ, set để kích hoạt mode chờ, chỉ thoát khi có ngắt hoặc reset hệ thống

Bảng 2.2 :Thanh ghi điều khiển công suất (PCON)

5/ Bộ nhớ ngoài.

8051/8031 có khả năng mở rộng bộ nhớ đến 64K bộ nhớ chương trình và64K bộ nhớ dữ liệu bên ngoài Do đó có thể dùng thêm ROM và RAM nếu cần

Khi dùng bộ nhớ ngoài, port 0 không còn là một port I/O thuần túy nữa Nóđược hợp kênh giữa bus địa chỉ (A0-A7) và bus dữ liệu (D0-D7) với tín hiệu ALEđể chốt byte thấp của địa chỉ khi bắt đầu mỗi chu kỳ bộ nhớ Port 2 thông thườngđược dùng cho byte cao của bus địa chỉ

Trong nửa đầu của mỗi chu kỳ bộ nhớ, byte thấp của địa chỉ được cấp trongport 0 và được chốt bằng xung ALE Một IC chốt 74HC373 (hoặc tương đương) sẽgiữ byte địa chỉ thấp trong phần còn lại của chu kỳ bộ nhớ Trong nửa sau của chukỳ bộ nhớ port 0 được dùng như bus dữ liệu và được đọc hoặc ghi tùy theo lệnh

a/ Truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài:

Bộ nhớ chương trình ngoài là mộ IC ROM được phép bởi tín hiệu PSEn.Hình sau mô tả cách nối một EPROM vào 8051/8031:

Hình 2.5 Giao tiếp giữa 8051/8031 và EPROM

Một chu kỳ máy của 8051/8031 có 12 chu kỳ xung nhịp Nếu bộ dao độngtrên chip được lái bởi một thạch anh 12MHz thì chu kỳ máy kéo dài 1s Trong mộtchu kỳ máy sẽ có 2 xung ALE và 2 byte được đọc từ bộ nhớ chương trình (nếu lệnhhiện hành là một byte thì byte thứ hai sẽ được loại bỏ) Giản đồ thời gian của mộtlần lấy lệnh được vẽ ở hình sau:

Hình 2.6: Giản đồ thời gian đọc bộ nhớ chương trình ngoài.

b/ Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài:

Port 0

EA 8051 ALE Port 2 PSEN

D0-D7A0-A7 EPROMA8-A15OE

D Q74HC373G

Hình 2.7: Giao tiếp giữa 8051/8031 và RAM

Bộ nhớ dữ liệu ngoài là một bộ nhớ RAM được cho phép ghi/đọc bằng cáctín hệu WR và RD (các chân P3.6 và P3.7 thay đổi chức năng) chỉ có một cáchtruy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài là với lệnh MOVX dùng con trỏ dữ liệu (DPTR) 16bit hoặc R0 và R1 xem như thanh ghi địa chỉ

Kết nối bus địa chỉ và bus dữ liệu giữa RAM và 8051/8031 cũng giốngEPROM và do đó cũng có thể lên đến 64 byte bộ nhớ RAM Ngoài ra, chân RDcủa 8051/8031 được nối tới chân cho phép xuất (OE) của RAM và chân WR đượcnối tới chân ghi (WR) của RAM

Giản đồ thời gian cho lệnh đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài được vẽ trên hình sau đối với lệnh MOVX A, @DPTR:

Hình 2.8: Giản đồ thời gian của lệnh MOVX

ALE

Port 2 RD WR

74HC373

O D

G

Giản đồ thời gian cho lệnh ghi (MOVX @DPTR, A) cũng tương tự chỉ khácđường WR sẽ thay vào đường RD và dữ liệu được xuất ra trên port 0 (RD vẫn giữmức cao).

6/ Lệnh reset.

8051/8031 được reset bằng cách giữ chân RST ở mức cao ít nhất trong 2 chukỳ máy và trả nó về múc thấp RST có thể được kích khi cấp điện dùng một mạchR-C

Hình 2.9: Mạch reset hệ thống.

Trạng thái của tất cả các thanh ghi của 8051/8031 sau khi reset hệ thống được tóm tắt trong bảng sau:

Đếm chương trìnhTích lũyBPSWSPDPTRPort 0-3IPIECác thanh ghi định thời

SCONSBUFPCON(HMOS)PCON(CMOS)

0000H00H00H00H07H0000HFFHXXX00000B0XX00000B00H00H00H0XXXXXXB0XXX0000B

Bảng 2.3: Trạng thái các thanh ghi sau khi reset

Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên là thanh ghi đếm chương trình, nóđược đặt lại 0000H Khi RST trở lại mức thấp, việc thi hành chương trình luôn bắtđầu ở địa chỉ đầu tiên trong bộ nhớ trong chương trình: địa chỉ 0000H Nội dung củaRAM trên chip không bị thay đổi bởi lệnh reset

7 Hoạt động của bộ định thời (timer)

7.1 Giới thiệu.

Một định nghĩa đơn giản của timer là một chuỗi các flip-flop chia đôi tần sốnối tiếp với nhau, chúng nhận tín hiệu vào làm nguồn xung nhịp Ngõ ra của tần sốcuối làm nguồn xung nhịp cho flip-flop báo tràn của timer (flip-flop cờ) Giá trị nhịphân trong các flip-flop của timer có thể xem như số đếm số xung nhịp (hoặc cácsự kiện) từ khi khởi động timer Ví dụ timer 16 bit sẽ đếm lên từ 0000H đếnFFFFH Cờ báo tràn sẽ lên 1 khi số đếm tràn từ FFFFH đến 0000H

8051/8031 có 2 timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc Người ta sử dụng các timer để : a) định khoảng thời gian, b) đếm sự kiện hoặc c) tạo tốc độ baud cho portnối tiếp trong 8051/8031

Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở mộtkhoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương trìnhđể thực hiện một tác động như kiểm tra trạng thái của các cửa ngõ vào hoặc gửicác sự kiện ra các ngõ ra Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịpđều đặn của timer để đo thời gian trôi qua giữa hai sự kiện (ví dụ : đo độ rộngxung)

Đếm sự kiện dùng để xác định số lần xẩy ra của một sự kiện Một “sự kiện”là bất cứ tác động ngoài nào có thể cung cấp một chuyển trạng thái trên một châncủa 8051/8031 Các timer cũng có thể cung cấp xung nhịp tốc độ baud cho port nốitiếp trong 8051/8031

Truy xuất timer của 8051/8031 dùng 6 thanh ghi chức năng đặc biệt chotrong bảng sau:

SFR MỤC ĐÍCH ĐỊA CHỈ Địa chỉ hóa từng bit

Byte thấp của timer1

Byte cao của timer 0Byte cao của timer 1

88H89H8AH8BH8CH8DH

Có Không Không Không Không Không

Bảng 2.4: Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer

7.2 Thanh ghi chế độ timer (TMOD)

Thanh ghi TMOD chứa hai nhóm 4 bit dùng để đặt chế độ làm việc cho timer 0 và timer 1

Bit Tên Timer Mô tả

7 GATE 1 Bit (Mở) cổng, khi lên 1 timer chỉ chạy khi INT1

ở mức cao

6 C/T 1 Bit chọn chế độ counter/timer

1=bộ đếm sự kiện0=bộ định khoảng thời gian

5 M1 1 Bit 1 của chế độ(mode)

4 M0 1 Bit 0 của chế độ

00: chế độ 0 : timer 13 bit01: chế độ 1 : timer 16 bit10: chế độ 2 : tự động nạp lại 8255A bit11: chế độ 3 : tách timer

3 GATE 0 Bit (mở) cổng

2 C/T 0 Bit chọn counter/timer

1 M1 0 Bit 1 của chế độ

0 M0 0 Bit 0 của chế độ

Bảng 2.5: Tóm tắt thanh ghi TMOD

7.3 Thanh ghi điều khiển timer (TCON)

Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển cho timer 0 và timer 1

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả

TCON.7 TF1 8FH Cờ báo tràn timer 1 Đặt bởi phần

cứng khi tràn, được xóa bởi phần mềm hoặc phần cứng khi bộ xử lý chỉ đến chương trình phục vụ ngắt

TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển timer 1 chạy Đặt/xóa

bằng phần mềm cho timer chạy/ngưng

TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn timer 0

TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển timer 0 chạy

TCON.3 IE1 8BH Cờ cạnh ngắt 1 bên ngoài, đặc bởi

TCON.2 IT1 8AH Cờ kiểu ngắt một bên ngoài

phần cứng khi phát hiện một cạnh xuống ở INT1, xóa bằng phần mềm hoặc phần cứng khi CPU chỉ đến chương trình phục vụ ngắt

Đặt/xóa bằng phần mềm đề ngắt

ngoài tích cực cạnh xuống/mức thấpTCON.1 IE0 89H Cờ cạnh ngắt 0 bên ngoài

TCON.0 IT0 88H Cờ kiểu ngắt 0 bên ngoài

Bảng 2.6: Tóm tắt thanh ghi TCON

7 4 Các chế độ timer.

a) Chế độ 0, chế độ timer 13 bit.

Để tương thích với 8048 (có trứớc 8051)

Ba bit cao của TLX (TL0 và/hoăc TL1) không dùng

Xung nhịp

timer

Cờ báo tràn

b) Chế độ 1- chế độ timer 16 bit.

Hoạt động như timer 16 bit đầy đủ

Cờ báo tràn là bit TFx trong TCON có thể đọc hoặc ghi bằng phầm mềm.MSB của giá trị trong các thanh ghi timer là bit 7 của THx và LBS là bit 0 của TLx Các thanh ghi timer (Tlx/THx) có thể được đọc hoặc ghi bất cứ lúc nào bằng phầm mềm

Xung nhịp

timer

Cờ báo tràn

c) Chế độ 0- chế độ tự động nạp lại 8 bit.

TLx hoạt động như một timer 8 bit, trong khi đó THx vẫn giữ nguyên giá trị được nạp Khi số đếm tràn tứ FFH đến 00H, không những cờ timer được set mà giá trị trong THx đồng thời được nạp vào TLx Việc đếm tiếp tục từ giá trị này lên đến FFH xuống 00H và nạp lại chế độ này rất thông dụng vì sự tràn timer xảy ra trong những khoảng thời gian nhất định và tuần hoàn một khi đã khởi động TMOD và THx

TLx THx (5 bit) (8 bit) TFx

TLx

THx(8 bit)

d) Chế độ 3- chế độ tách timer

Timer 0 tách thành hai timer 8 bit (TL0 và TH0), TL0 có cờ báo tràn là TF0 và TH0 có cờ báo tràn là TF1

Timer 1 ngưng ở chế độ 3, nhưng có thể được khởi động bằng cách chuyển sang chế độ khác Giới hạn duy nhất là cờ báo tràn TF1 không còn bị tác động khi timer 1 bị tràn vì nó đã được nối tới TH0

Khi timer 0 ở chế độ 3, có thể cho timer 1 chạy và ngưng bằng cách chuyển nó ra ngoài và vào chế độ 3 Nó vẫn có thể được sử dụng bởi port nối tiếp như bộ tạo tốc độ baund hoặc nó có thể được sử dụng bằng bất cứ cách nào không cần ngắt (vì nó không còn được nối với TF1)

Cờ báo tràn

7.5 Nguồn tạo xung nhịp.

Có hai nguồn tạo xung nhịp có thể có, đượ chọn bằng cách ghi vào bit C/T (counter/timer) trong TMOD khi khởi động timer Một nguồn tạo xung nhịp dùng cho định khoảng thời gian, cái khác cho đếm sự kiện

Crytal

TimerClock T0 or T1

12



T

C /

Nguồn xung tạo nhịp

- Định khoảng thời gian (interval timing)

Nếu C/T =0 hoạ t động timer liên tục được chọn và timer được dùng cho việcđịnh khoảng thời gian Lúc đó, timer lấy xung nhịp từ bộ dao động trên chip Bộchia 12 được thêm vào để giảm tần số xung nhịp đến giá trị thích hợp cho phần lớncác ứng dụng Như vậy thạch anh 12 MHz sẽ cho tốc độ xung nhịp timer 1 MHz.Bóa tràn timer xảy ra sau một số (cố địng) xung nhịp, phụ thuộc vào giá trị ban đầuđược nạp vào các thanh ghi timer TLx/THx

- Đếm sự kiện (Event counting)

- Nếu C/T=1, timer lấy xung nhịp từ nguồn bên ngoài Trong hầu hết các ứngdụng nguồn bên ngoài này cung cấp cho timer một xung kh xảy ra một “sự kiện

“, timer dùng đếm sự kiện được xác định bằng phần mềm bằng cách đọc cácthanh ghi TLx/THx vì giá trị 16 bit trong các thanh ghi này tăng thêm 1 cho mỗisự kiện

Nguồn xung nhịp ngoài có từ thay đổi chú7c năng của các chân port 3 Bit 4của port 3 (P3.4) dùng làm ngõ vào tạo xung nhịp bên trong timer 0 và được gọi là

“T0” Và p3.5 hay “T1” là ngõ vào tạo xung nhịp cho timer 1

7.6 Bắt đầu dừng và điều khiển các timer.

Phương pháp mới đơn giản nhất để bắt đầu (cho chạy) và dừng các timer làdùng các bit điều khiển chạy :TRx trong TCON, TRx bị xóa sau khi reset hệ thống.Như vậy, các timer theo mặc nhiên là bị cấm (bị dừng) TRx được đặt lên 1 bằngphần mềm để cho các timer chạy

Xung nhịp

0=lên : timer dừng1=xuống : timer chạy

Cho chạy và dừng timer

Vì TRx ở trong thanh ghi TCON có địa chỉ bit, nên dễ dàng cho việc điều khiển các timer trong chương trình Ví dụ : cho timer 0 chạy bằng lệnh : SETB TR0 và dừng bằng lệnh SETB TR0

Trình biên dịch sẽ thực hiện việc chuyển đổi ký hiệu cần thiết từ “TR0” sang địa chỉ bit đúng SETB TR0 chính xác giống như SETB 8CH.

7.7 Khởi động và truy xuất các thanh ghi timer.

Thông thường các thanh ghi được khởi động một lần ở đầu chương trình đểđặt chế độ làm việc cho đúng Sau đó trong thân chương trình các timer được chochạy, dừng , các bit cờ được kiểm tra và xóa, các thanh ghi timer được đọc và cạpnhật theo đòi hỏi của các ứng dụng

TRx

TMOD là thanh ghi thứ nhất được khởi động vì nó đặt chế độ hoạt động Ví

dụ các lệnh sau khi khởi động timer 1 như timer 16 bit (chế độ 1) có xung nhịp từbộ dao động trên chíp cho việc địng khoảng thời gian

MOV TMOD,#00010000B

Lệnh nàyy sẽ đặt M1=0 vả M0=1 cho chế độ 1, C/T=0 và GATE=0 cho

xung nhịp nội và xóa các bit chế độ timer 0 Dĩ nhiên timer thật sự không bắt đầu

định thời cho đến khi bit điều khiển chạyy TR1 được đặt lên 1.

Nếu cần số đếm ban đầu, các thanh ghi timer TL1/TH1 cũng phải được khởi động.

Nhớ lại là các timer đếm lên và đặt cờ báo tràn khi có sự truyển tiếp

FFFFH sang 0000H.

- Đọc timer đang chạy

Trong một số ứng dụng cần đọc giá trị trong các thanh ghi timer đang chạy

Vì phải đọc 2 thanh ghi timer “sai pha” có thể xẩy ra nếu byte thấp tràn vào bytecao giữa hai lần đọc Giá trị có thể đọc được không đúng Giải pháp là đọc byte caotrước, kế đó đọc byte thấp rồi đọc byte cao lại một lần nữa Nếu byte cao đã thayđổi thì lập lại các hoạt động đọc

7.8 Các khoảng ngắn và các khoảng dài.

Dãy các khoảng thời gian có thể định thời là bao nhiêu ? vấn đề này đượckhảo sát với 8051/8031 hoạt động với tần số 12MHz như vậy xung nhịp của cáctimer có tần số lá 1 MHz

Khoảng thời gian ngắn nhất có thể có bị giới hạn không chỉ bởi tần số xung nhịpcủa timer mà còn bởi phần mềm Do ảnh hưởng của thời khoảng thực hiện mộtlệnh Lệng ngắn nhất 8051/8031 là một chu kỳ máy hay 1s Sau đây là bảng tómtắt các kỹ thuật để tạo những khoảng thời gian có chiều dài khác nhau (với giả sửxung nhịp cho 8051/8031 có tần số 12 MHz)

Khoảng thời gian tối đa Kỹ thuật 10 - Bằng phần mềm

256 - Timer 8 bit với tự động nạp lại

65535 - Timer 16 bit

Không giới hạn - Timer 16 bit cộng với các vòng

lập phần mềm

Các kỹ thuật để lập trình các khoảng thời gian (FOSC=12 MHz)

8 Hoạt động port nối tiếp.

8.1 Giới thiệu.

8051/8031 có một port nối tiếp trong chip có thể hoạt động ở nhiều chế độkhác trên một dãy tần số rộng Chức năng chủ yếu của một port nối tiếp là thựchiện chuyển đổi song song sang nối tiếp với dữ liệu xuất và chuyển đồi nối tiếpsang song song với dữ liệu nhập

Truy xuất phần cứng đến port nối tiếp qua các chân TXD và RXD Cácchân này có các chức năng khác với hai bit của port 3 P3 ở chân 11 (TXD) và P3.0

ở chân 10 (RXD)

Port nối tiếp cho hoạt động song công (full duplex : thu và phát đồng thời) vàđệm lúc thu (receiver buffering) cho phép một ký tự sẽ được thu và được giữ trongkhi ký tự thứ hai được nhận Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất trước khi ký tự thứ haiđược thu đầy đủ thì dữ liệu sẽ không bị mất.

Hai thanh ghi chức năng đặc biệt cho phép phần mềm truy xuất đến port nốitiếp là : SBUF và SCON Bộ đếm port nối tiếp (SBUF) ở đại chỉ 99H thật sử là haibộ đếm Viết vào SBUF để truy xuất dữ liệu thu được Đây là hai thanh ghi riêngbiệt thanh ghi chỉ ghi để phát và thanh ghi để thu

TXD (P3.1) RXD (P3.0)

CLK

Q D

CLKXung nhịp tốc Độ baud (thu)Xung nhịp tốc

Độ baud (thu)

Hình 2.9: Sơ đồ port nối tiếp.

Thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) ở địa chỉ 98H là thanh ghi có địachỉ bit chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển Các bit điều khiển đặt chế độhoạt động cho port nối tiếp, và các bit trạng thái báo cáo kết thúc việc phát hoặcthu ký tự Các bit trạng thái có thể được kiểm tra bằng phần mềm hoặc có thể đượclập trình để tạo ngắt

Tần số làm việc của port nối tiếp còn gọi là tốc độ baund có thể cố định (lấytừ bộ giao động của chip) Nếu sử dụng tốc độ baud thay đổi, timer 1 sẽ cung cấpxung nhịp tốc độ baud và phải được lập trình

8.2 Thanh ghi điều khiển port nối tiếp.

Chế độ hoạt động của port nối tiếp được đặt bằng cách ghi vào thanh ghi chếđộ port nối tiếp (SCON) ở địa chỉ 98H Sau đây các bảng tóm tắt thanh ghi SCONvà các chế độ của port nối tiếp :

SUBF

SBUF(chỉ đọc)

BUS nội 8051/8031

SBUF(chỉ đọc)

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả

SCON.7 SM0 9FH Bit 0 của chế độ port nối tiếpSCON.6 SM1 9EH Bit 1 của chế độ port nối tiếpSCON.5 SM2 9DH Bit 2 của chế độ 2 nối tiếp cho phép truền thông đã xử lý trong các chế độ 2 và 3 ;RI sẽ

không bị tác động nếu bit thứ

9 thu được là 0

1 để thu (nhận) các ký tựSCON.3 TB8 9BH Bit 8 phát, bit thứ 9 được phát

các chế độ 2 và 3; được đặt và xóa bằng phần mềm

kết thúc phát ký tự; được xóa phần mềm

Kết thúc thu ký tự; được xóaBằng phần mềm

Bảng 2.7:Tóm tắt thanh ghi chế độ port nối tiếp SCON.

SM0 SM1 Chế độ Mô tả Tốc độ baud

Bảng 2.8: Các chế độ port nối tiếp.

Trước khi sử dụng port nối tiếp, phải khởi động SCON cho đúng chế độ Vídụ ,lệnh sau:

MOV SCON,#01010010B

Khởi động port nối tiếp cho chế độ 1 (SM0/SM1=0/1), cho phép bộ thu(REN=1) và đặt cờ ngắt phát (TP=1) để chỉ bộ phát sẵn sàng hoạt động

8.3 Khởi động và truy xuất các thanh ghi cổng nối tiếp.

a Cho phép thu:

Bit cho phép bộ thu (REN = Receiver Enable) trong SCON phải được đặt lên

1 bằng phần mềm để cho phép thu các ký tự Thông thường thực hiện việc này ởđầu chương trình khi khởi động cổng nối tiếp, timer Có thể thực hiện việc nàytheo hai cách Lệnh :

c Thêm 1 bit parity:

Thường sử dụng bit dữ liệu thứ 9 để thêm parity vào ký tự Như đã xét ở cácchương trước, pit P trong từ trạng thái chương trình (PSW) được đặt lên 1 hoặc bịxóa bởi chu kỳ máy để thiết lập kiểm tra chẵn với 8 bit trong thanh tích lũy

d Các cờ ngắt:

Hai cờ ngắt thu và phát (RI và TI) trong SCON đóng một vai trò quan trọngtruyền thông nối tiếp dùng 8051/8031 Cả hai bit được đặt lên 1 bằng phần cứng,nhưng phải được xóa bằng phần mềm

8.4 Tốc độ baud port nối tiếp.

Như đã nói, tốc độ baud cố định ở các chế độ 0 và 2 Trong chế độ 0 nó luônluôn là tần số dao động trên chip được chia cho 12 Thông thường thạch anh ấnđịnh tần số dao động trên chip của 8051/8031 nhưng cũng có thể sử dụng nguồnxung nhịp khác Giả sử với tần số dao động danh định là 12 MHz, tìm tốc độ baudchế độ 0 là 1 MHz

a Chế độ 0

SMOD=0

SMOD=1

12

64

32

b Chế độ 2

SMOD=0

SMOD=1

c Chế độ 1 và 3

Hình 2.10 Các nguồn tạo xung nhịp cho port nối tiếp.

Mặc nhiên, sau khi reset hệ thống, tốc độ baud chế độ là 2 tần số bộ daođộng chia cho 64 Tốc độ baud cũng ảnh hưởng bởi 1 bit trong thanh ghi điều khiểnnguồn cung cấp (PCON) Bit 7 của PCON là bit SMOD Đặt bit sMOD lên một làmgấp đôi tốc độ baud trong chế độ 1,2 và 3 Trong chế độ 2, tốc độ baud có thể bịgấp đôi từ giá trị mặc nhiên của 1/64 tần số dao động (SMOD=0) đến 1/32 tần sốdao động (SMOD=1)

Vì PCON không được định địa chỉ theo bit, nên để đặt bit SMOD lên 1 cầnphải theo các lệnh sau:

MOV A,PCON lấy giá trị hiện thời của PCON

SETB ACC.7 đặt bit 7 (SMOD) lên 1

MOV PCON,A ghi giá trị ngược về PCON

Các tốc độ baud trong các chế độ 1 và 3 được xác định bằng tốc độ tràn củatimer 1 Vì timer hoạt động ở tần số tương đối cao, tràn timer được chia thêm cho

32 (hay 16 nếu SMOD=1) trước khi cung cấp xung nhịp tốc độ baud cho port nốitiếp

9 Hoạt động ngắt.

Ngắt là hoạt động ngừng tạm thời một chương trình này để tji hành mộtchương trình khác Các ngắt có một vai trò quan trọng trong thiết kế và khả năngthực thi của vi điều khiển Chúng cho phép hệ thốn đáp ứng không cùng lúc tới mộtcông việc và giải quyết một công việc đó trong khi một chương trình khác đangthực thi

Một hệ thống được điều khiển bằng ngắt cho ảo giác là làm nhiều việc đồngthời Dĩ nhiên CPU mỗi lần không thể thực thi một chương trình để thực thi mộtchương trình khác, rồi quay về chương trình đầu khi có yêu cầu ngắt Chương trìnhgiải quyết ngắt được gọi lả chương trình phục vụ ngắt (ISR : Interrupt SeviceReutine)

- 2 ngắt từ timer.

- 1 ngắt port nối tiếp

Tất cả các ngắt sẽ không được đặt sau khi reset hệ thống và cho phép ngắtriêng rẽ bởi phần mềm

a Cho phép và không cho phép ngắt.

Mỗi nguồn ngắt được cho phép hoặc không cho phép từng ngắt một quathanh ghi chức năng đặt biệt cố định địa chỉ bit IE (Interrupt Enable : cho phépngắt) ở địa chỉ A8H Cũng như các bit cho phép mỗi nguồn ngắt, có một bit chophép hoặc cấm toàn bộ được xóa để cấm tất cả các ngắt hoặc được đặt lên 1 đểcho phép tất cả các ngắt

Bit Ký hiệu Địa chỉ bit Mô tả (1=cho phép,0=cấm)

AFHAEHADHACHABHAAHA9H

A8H

Cho phép hoặc cấm toàn bộKhông được định nghĩaCho phép ngắt từ timer 2 (8052)Cho phép ngắt Port nối tiếp Cho phép ngắt từ timer 1Cho phép ngắt ngoài 1Cho phép ngắt từ timer 0Cho phép ngắt ngoài 0

Tóm tắt thanh ghi IE

b Ưu tiên ngắt.

Mỗi nguồn ngắt đuợc lập trình riêng vào một trong hai mức ưu tiên qua thanh ghi chức năng đặc biệt được địa chỉ bit Ip (Interrupt priority : ưu tiên ngắt) ở địa chỉ B8H

Bit Ký hiệu Địa chỉ bit Mô tả (1=mức cao hơn,0=mức thấp)IP.7

BDHBCHBBHBAHB9H B8H

Không được định nghĩaKhông được định nghĩa

Ưu tiên cho ngắt từ timer 2 (8052)

Ưu tiên cho ngắt Port nối tiếp

Ưu tiên cho ngắt từ timer 1

Ưu tiên cho ngắt ngoài

Ưu tiên cho ngắt từ timer 0

Ưu tiên cho ngắt ngoài 0

Tóm tắt thanh ghi IP

Các ngắt ưu tiên được xóa sau khi reset hệ thống để đặ ttất cả các ngắt ởmức ưu tiên thấp hơn

9.2 Xử lý ngắt.

Khi có một ngắn xẩy ra và được CPU chấp nhận, chương trình chính bị ngắtquãng Những hoạt động sau xẩy ra:

- Thi hành hoàn chỉnh lệnh đang hiện hành

- Các DC vào ngắt xếp

- Trạng thái ngắt hiện hành được cất bên trong

- Các ngắt được chặn tại mức của ngắt

- Nap vàp DC địa chỉ Vector của ISR

- ISR thực thi

ISR thực thi và đáp ứng ngắt ISR hoàn tất bằng lệnh RET1 Điều này làmlấy lại giá trị cũ của PC từ ngăn xếp và lấy lại trạng thái ngắt cũ Chương trình lạitiếp tục thi hành tại nơi mà nó dừng

 Các Vector ngắt

Khi chấp nhận ngắt, giá trị được nạp vào PC được gọi là Vector ngắt Nó làđịa chỉ bắt đầu của ISR cho nguồn tạo ngắt Các Vector ngắt được cho ở bảng sau:

Reset hệ thống

TI hoặc RI

0000H0003H000BH0013H001BH

0023H

Các Vector ngắt

Vector reset hệ thống (RST ở địa chỉ 0000H) nó giống như một ngắt Nóngắt chương trình chính và tải vào PC một giá trị mới

Khi chỉ đến một ngắt “cờ gây ngắt tự động bị xóa bởi phần cứng, trừ ra R1,T1 cho các ngắt cổng nối tiếp Vì có hai nguồn có thể có cho ngắt này, không thựctế để CPU xóa cờ ngắt này Các bit phải được kiểm tra trong ISR để xác địnhnguồn ngắt và cờ tạo ngắt sẽ được xóa bằng phần mềm

9.3 Các ngắt của 8051.

a Các ngắt timer.

Các ngắt timer có địa chỉ Vector ngắt là 000BH (timer 0) và 001BH (timer1) Ngắt timer xẩy ra khi các thanh ghi timer (TLx ITHx) tràn và set cờ báo tràn(TFx) lên 1 Các cờ timer (TFx) không bị xóa bằng phần mềm Khi cho phép cácngắt, TFx tự động bị xóa bằng phần cứng khi CPU chuyển đến ngắt

b Các ngắt cổng nối tiếp.

Ngắt cổng nối tiếp xẩy ra khi hoặc cờ phát (TI) hoặc cờ ngắt thu (KI) đượcđặt lên 1 Ngắt phát xẩy ra khi một ký tự đã được nhận xong và đang đợi trongSBUP để được đọc

Các ngắt cổng nối tiếp khác với các ngắt timer Cờ gây ra ngắt cổng nối tiếpkhông bị xóa bằng phần cứng khi CPU chuyển tới ngắt Do có hai nguồn ngắt cổng

nối tiếp Ti và RI Nguồn ngắt phải được xác định trong ISR và cờ tạo ngắt sẽ đượcxóa bằng phần mềm Các ngắt timer cờ ngắt cờ ngắt được xóa bằng phần cứng khiCPU hướng tới ISR.

c Các ngắt ngoài.

- Các ngắt ngoài xẩy ra khi có một mức thấp hoặc cạnh xuống trên chân INT0hoặc INT1 của vi điều khiển Đây là chức năng chuyển đổi của các bit Port 3.(Port3.2 và Port 3.3)

Các cờ tạo ngắt này là các bit IE0 vá IE1 trong TCON Khi quyền điều khiển đãchuyển đến ISR, cờ tạo ra ngắt chỉ được xóa nếu ngắt được tích cực bằng cạnhxuống Nếu ngắt được tích cực theo mức, thì nguồn yêu cầu ngắt bên ngoài sẽ điềukhiển mức của cờ thay cho phần cứng

Sự lựa chọn ngắt tích cực mức thấp hay tích cực cạnh xuống được lập trìnhqua các bit IT0 và IT1 trong TCON Nếu IT1 = 0, ngắt ngoài 1 được tác động bằngmúc thấp ở chân IT1 Nếu IT1 = 1 ngắt ngoài 1 sẽ được tác động bằng cạnh xuống.trong chế độ này, nếu các mẫu liên tiếp trên chân INT1 chỉ mức cao trong một chukỳ và chỉ mức thấp trong chu kỳ kế, cờ yêu cầu ngắt IE1 trong TCON được đặt lên

1, rồi bit IÉ yêu cầu ngắt

Nếu ngắt ngoài được tác động bằng cạnh xuống thì nguồn bên ngoài phảigiữ chân tác động ở mức cao tối thiểu một chu kỳ và giữ nó ở mức thấp thêm mộtchu kỳ nữa để đảm bảo phát hiện được cạnh xuống Nếu ngắt ngoài được tác độngtheo mức thì nguồn bên ngoài phải giữ tín hiệu yêu cầu tác động cho đến khi ngắtđược yêu cầu được thật sự tạo ra và không tác động yêu cầu ngắt trước khi ISRđược hoàn tất Nếu không một ngắt khác sẽ được lặp lại

10 Tập lệnh của 8051/8031.

Tập lệnh 8051/8031 có 255 lệnh gồm 139 lệnh 1 byte, 92 lệnh 2 byte và 24lệnh 3 byte

10.1 Các chế độ đánh địa chỉ: trong tập lệnh có 8 chế độ đánh địa chỉ:

a Thanh ghi địa ghi:

8051/8031 có 4 bank thanh ghi, mỗi bank có 8 thanh ghi đ1nh số từ R0 đếnR7 Tại mỗi thời điểm chỉ có một bank thanh ghi được tích cực Muốn chọn bankthanh ghi nào ta chỉ cần gán các bit nhị phân thích hợp vào RSI (PSW.4) vàRS0(PSW.3) trong thanh ghi trạng thái chương trình (PSW)

Địa chỉ thanh ghi

Ngoài ra, một số thanh ghi đặc biệt như thanh ghi tích lũy, con trỏ dữ liệu cũngđược xác định trong các lệnh nên không cần các bit địa chỉ Trong các lệnh này thanh ghi tích lũy được xác định là “A”, con trỏ dữ liệu là “DPTR”, thanh ghi đếm chương trình là “PC”, cờ nhớ là “C”, cặp thanh ghi tích lũy B là “AB”

n n n

M a õ l e än h

c Địa chỉ gián tiếp.

R0 và R1 được dùng để chứa địa chỉ ô nhớ mà lệnh tác động đến người ta quy ước dùng dấu @ trước R0 hoặc R1

Địa chỉ gián tiếp

d Địa chỉ tức thời:

Người ta dùng # trước các toán hạng tức thời Các toán hạng đó có thể là một hằng số, một ký số hay một biểu thức toán học Trường hợp dịch sẽ tự động tính toán và thay thế dữ liệu trực tiếp vào mã lệnh

Địa chỉ tức thời

e Địa chỉ tương đối:

Địa chỉ tương đối được dùng trong các lệnh nhảy 8051/8031 dùng giá trị 8 bit có dấu để cộng thêm vào thanh ghi đếm chương trình (PC) Tầm nhảy của lệnh này trong khoảng từ –128 đến 127 ô nhớ Trước khi cộng , thanh ghi PC sẽ tăng đến địachỉ theo sau lệnh nhảy rồi tính toán địa chỉ offset cần thiết để nhảy đến địa chỉ yêu cầu Như vậy địa chỉ mới là địa chỉ tương đối so với lệnh kế tiếp chứ không phải là bản thân lệnh nhảy Thường lệnh này có liên quan đến nhãn được định nghĩa trước

Địa chỉ tương đối

f Địa chỉ tuyệt đối:

Địa chỉ tuyệt đối chỉ dùng trong các lệnh ACALL và JIMP Các lệnh 2 byte nàydùng để rẽ nhánh vào một trang 2 Kbyte của bộ nhớ trương trình bằng cách cấp 11bit địa chỉ thấp (A0-A10) để xác định địa chỉ đích trong trang mã Còn 5 bit cao củađịa chỉ đích (A11-A15) chính là 5 bit cao hiện hành trong thanh ghi đếm chương

M a õ l e än h Đ ị a c h ỉ t r ư ïc t i e áp

M a õ l e än h i

M a õ l e än h O f f s e t t ư ơ n g đ o ái

M a õ l e än h D ư l i e äu t ư ùc t h ơ øi