giáo trình vi điều khiển ths phạm quốc thái

1/25/2013 1 Nội dung: •• Chương 1: Giới thiệu về Vi xử lýChương 1: Giới thiệu về Vi xử lý • Chương 2: Giới thiệu về cấu trúc của Họ Vi điều khiển 8051 khiển 8051 • Chương 3: Khảo sát tập lệnh và lập trình Vi điều khiển 8051 • Chương 4: Hoạt động của bộ định thời • Chương 5: Hoạt động ngắt Chương 5: Hoạt động ngắt • Chương 6: Hoạt động truyền thông nối tiếp • Chương 7: Thiết kế giao tiếp Chương 1: Giới thiệu về vi xử lý 1.1. Lịch sử phát triểncủavixử lý Vi xử lý? Vi xử l ý (MicroProcessor) là vi mạch tích hợpcỡ lớn VLSI (Very High Scale Intergration) hàng ngàn, hàng triệu Transistor, có khả năng: • Th ự chi ệ n các thao tác ( l ệ nh ) .Cácl ệ nh ự ệ ( ệ ) ệ đượccấttrongbộ nhớ ⇒ Là mộtvi mạch lậptrìnhđược. • Đọcvàghivớibộ nhớ ngoài thông qua các Bus. 1/25/2013 2 Thiết bị nội thất gia đình Văn phòng ô tô Đồ điện trong nhà Máy đàm thoại Máy điện thoại Các hệ thống an toàn Điện thoại Máy tính Các hệ thống an toàn Máy Fax Điều khiển động cơ Điều khiển ôtô Điều khiển hộp số tự động Điều khiển Túi khí Ứng dụng Các bộ mở c ử a ga-ra xe Máy trả lời Máy Fax Máy tính gia đình Tivi Truyền hình cáp VCR Máy quy camera Điều khiển từ xa Lò vi sóng Máy sao chụp Máy in lazer Máy in màu,… Điều khiển ABS, ESP, EBD Hệ thống bảo mật Điều khiển truyền tin Giải trí Điều hoà nhiệt độ Điều khiển từ xa Hệ thống định vị GPS,… Trò chơi điện tử Các nhạc cụ điện tử Điều khiển ánh sáng Máy nhắn tin Đồ chơi Các dụng cụ tập thể hình,… Ứng dụng điều khiển trên ôtô 1/25/2013 3 Chương 1: Giới thiệu về vi xử lý 1.1. Lịch sử phát triển của vi xử lý 1.1.1. Thế hệ 1 (1971 - 1973) ¾ Năm 1971 Intel đưa ra thị trường Chip Vi xử lý 4004 ⇒ Dùng cho máy tính cầm tay. • Tần số làm việc: 740 kHz • Address bus: 12 bit • Data bus: 4 bit ¾ Năm 1972 Chip 8008 ra đời nhưng chưa tìm được nhiều ứng dụng. Chương 1: Giới thiệu về vi xử lý 1.1.2. Thế hệ 2 (1974 - 1977) ¾ 1974 Intel công bố Chip Vi xử lý 8080 Tầ ố là iệ 2MH • Tầ n s ố là m v iệ c: 2 MH z • Address bus: 16 bit • Data bus:8 bit ¾ 1974 Motorola cũng đưa ra chip VXL 6800. ¾ 1975 Intel công bố chip 8085 ¾ 1975 Intel công bố chip 8085 . ¾ 1976 Zilog đưa ra chip Z80. ⇒ Ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và dùng cho máy tính cá nhân (Apple II, Commodore 64). 1/25/2013 4 Chương 1: Giới thiệu về vi vi xử lý 1.1.3. Thế hệ 3 (1978 - 1982) ¾Intel công bố Chip VXL 16 bit: • Năm 1978: Chip 8086. • Năm 1979: Chip 8088. Sau đó, Chip 80186. • Năm 1982: Chip 80286 ⇒ Dùng cho các loại máy vi tính AT. ¾ Trong lúc đó, Motorola cũng công bố VXL 16 bit: • Năm 1979: Chip MC68000. • Năm 1983: Chip MC68010. Chương 1: Giới thiệu về vi vi xử lý 1.1.4. Thế hệ 4 (1983 - 1992) ¾ Intel công bố Chip VXL 32 bit: • Năm 1985: Chip 80386. Năm 1985: Chip 80386. • Năm 1989: Chip 80486DX. • Năm 1992: Chip 80486DX2. ¾ Motorola cũng công bố VXL 32 bit: • Năm 1984: Chip 68020. • Năm 1987: Chip 68030 • Năm 1987: Chip 68030 . • Năm 1988: Chip MM88000. • Năm 1989: Chip 68040. Sau đó, công bố 68060 (1994). ¾ Zilog cũng công bố VXL Z80000 32 bit. ¾ AMD (Advance Micro Devices) công bố VXL Am29000 32 bit . 1/25/2013 5 Chương 1: Giới thiệu về vi xử lý 1.1.5. Thế hệ 5 (1993 1.1.5. Thế hệ 5 (1993 ––?)?) ¾¾Intel công bố Chip VXL 64 bit:Intel công bố Chip VXL 64 bit: Nă 1993 P tiNă 1993 P ti •• Nă m 1993 : P en ti um. Nă m 1993 : P en ti um. •• Năm 1997: Pentium II. Năm 1997: Pentium II. •• Năm 1999: Pentium III.Năm 1999: Pentium III. •• Năm 2000: Pentium 4.Năm 2000: Pentium 4. •• Năm 2006: Intel® Core® 2 DuoNăm 2006: Intel® Core® 2 Duo •• Năm 2006: Intel® Core® 2 Duo . Năm 2006: Intel® Core® 2 Duo . ¾¾ Motorola cũng công bố VXL 64 bit 68060 và Power Motorola cũng công bố VXL 64 bit 68060 và Power PC.PC. Các Chip Vi xử lý của Intel qua các thời kỳ 1/25/2013 6 Họ vi xử lý x86 của Intel • Model Năm sản xuất Số lượng Transistor • 4004 1971 2,300 • 8008 1972 2 , 500 , • 8080 1974 5,000 • 8086 1978 29,000 • 80286 1982 120,000 • 80386™ processor 1985 275,000 • 80486™ DX processor 1989 1,180,000 • Pentium® processor 1993 3,100,000 • Pentium II processor 1997 7,500,000 • Pentium III processor 1999 24,000,000 • Pentium 4 processor 2000 55,000,000 ¾Năm 2003 AMD công bố Chip 64 bit : AMD Athlon 64 và AMD Opteron. 1/25/2013 7 ¾Năm 2004 AMD ra mắt VXL nhân 2: AMD Turion 64 x2 và ADM Athlon 64 x2. ¾¾Năm 2007 AMD công bố VXL 4 nhân : Năm 2007 AMD công bố VXL 4 nhân : Opteron và PhenomOpteron và Phenom 1/25/2013 8 1.2. Các thông số cơ bản của Vi xử lý ¾ Chiều dài từ dữ liệu (D-Bus, Data Bus ) ¾ Khả ă t ấtbộ hớ (A BAdd B) ¾ Khả n ă ng t ruy xu ất bộ n hớ (A - B us, Add ress B us ) ¾Các Thanh g hi ¾Tốc độ của Vi xử lý g ¾Tập lệnh 1.2.1. Chiều dài từ dữ liệu (D1.2.1. Chiều dài từ dữ liệu (D Bus, Data Bus)Bus, Data Bus) • Mỗibộ VXL chỉ có thể xử lý dữ liệuvớimột độ dài cốđịnh. Độ dài củatừ càng lớnthìtốc độ xử lý càng nhanh. • Ví dụ: So sánh VXL 8 bit và VXL 64 bit. VXL 64 bit: mỗilầnlấydữ liệutừ bộ nhớ có thể lấy 8 byte . Trong khi đó VXL 8 bit chỉ có thể lấy lấy 8 byte . Trong khi đó VXL 8 bit chỉ có thể lấy 1byte⇒ VXL 64 bit có tốc độ xử lý nhanh hơn. 1/25/2013 9 1.2.2. Khả năng truy xuất bộ nhớ (A1.2.2. Khả năng truy xuất bộ nhớ (A Bus, Bus, Address Bus)Address Bus) • Độ rộng củaBusđịachỉ (A-Bus) quyết định khả năng truy xuất bộ nhớ A Bus càng lớn thì khả năng truy xuất bộ nhớ . A - Bus càng lớn thì khả năng truy xuấtbộ nhớ càng lớn ⇒ có khả năng xử lý chương trình càng lớn. • Gọinlàđộ rộng củaA-Bus⇒ VXL có khả năng truy xuất2 n ônhớ. Ví dụ: VXL có 32 (A 0 –A 31 ) đường địachỉ ⇒ có khả năng truy xuất2 32 =4Gbyteônhớ. 1.2.3. Tốc độ làm việc 1.2.3. Tốc độ làm việc Tầnsố xung cấp cho VXL quyết định tốc độ làm việccủa VXL. VXL có tốc độ làm việccànglớn thì khả năng truy xuất lệnh càng lớn Tốc độ thì khả năng truy xuất lệnh càng lớn . Tốc độ làm việc (triệulệnh/giây-MIPS) được xác định: MIPS = f*N/(M + T) f: tầnsố làm việccủa VXL. ố N: s ố lượng bộ ALU. M: số chu kỳ máy. T: thờigiantruycậpbộ nhớ. 1/25/2013 10 1.2.4. Các Thanh ghi của VXL 1.2.4. Các Thanh ghi của VXL Các thanh ghi là mộtphần quan trọng tron g c ấ utrúccủa VXL. Dùn g đ ể lưutrữ , g g , kiểmtra,xử lý dữ liệu khi tính toán. Số lượng thanh ghi càng lớn thì ngườilập trình có th ể vi ế tchươn g trình đơn g iản g g hơn ⇒ Tốc độ xử lý sẽ nhanh hơn. 1.2.5. Tập lệnh của VXL Tậplệnh củaVXLđóng vai trò rất quang trọng. Mỗiloại VXL có mộttậplệnh riêng. VXL hoạt động theo sự chỉ dẫncủatậplệnh. Ngườilập trình dựa vào tậplệnh để soạnthảochương trình điều khiểnhoạt động của VXL. Số lượng tập lệnh càng nhiều thì người lập trình Số lượng tập lệnh càng nhiều thì người lập trình càng dễ dàng lựachọ khi lập trình. [...]... Giới thiệu về Hệ Vi xử lý 14 1/25/2013 Nội dung: • Chương 1: Giới thiệu về Vi xử lý • Chương 2: Giới thiệu về cấu trúc của Họ Vi điều khiể khiển 8051 • Chương 3: Khảo sát tập lệnh và lập trình Vi điều khiển 8051 • Chương 4: Hoạt động của bộ định thời • Chương 5: Hoạt động ngắt • Chương 6: Hoạt động truyền thông nối tiếp • Chương 7: Thiết kế giao tiếp Chương 2: Cấu trúc họ vi điều khiển 8051 2.1 Giới... 2: Cấu trúc họ vi điều khiển 8051 2.1 Giới thiệu chung • Cùng với vi c phát triển các VXL cho hệ máy tính, các hãng cũng chế tạo các hệ vi xử lý chuyên dụng ⇒ Vi điều khiển (VĐK) • VĐK (MicroController) là một thiết bị tích hợp các p ộ ệ ý g ộ p phần tử của một hệ vi xử lý lên trên cùng một Chip 1 1/25/2013 Chương 2: Cấu trúc họ vi điều khiển 8051 2.1 Giới thiệu chung VĐK cũng có thể có: – Timer : phục... thiết bị khác – ADC : cho phép xử lý các tín hiệu tương tự - số 2 1/25/2013 Chương 2: Cấu trúc họ vi điều khiển 8051 2.2 Giới thiệu chung về họ VĐK 8051 • Hiện nay có hơn 40 công ty sản xuất các loại vi điều khiển khác nhau của họ 8051 8051 • Một số công ty có trên 40 version 8051 • Trên 100 triệu vi điều khiển 8051 được bán ra mỗi năm • Họ VĐK MCS-51 được phát triển bởi Intel năm 1980 và sau đó các... trong của MCS-51 5 1/25/2013 Vi điều khiển AT89C51 • AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS • 4 KB EEPROM (Electrical Erase Programmable Read Only Memory), có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá 2.3 Sơ đồ chân 6 1/25/2013 2.3 Sơ đồ chân Chân nguồn: Vcc, GND Các cổng vào/ra: P0, P1, P2, P3 Chân truy xuất bộ nhớ ngoài: /EA Chân cho phép bộ nhớ chương trình: /PSEN p p ị Chân cho... 0 Ngõ vào của bộ định thời 1 Điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài Điều khiển đọc từ bộ nhớ dữ liệu ngoài 9 1/25/2013 Chân truy xuất bộ nhớ ngoài: /EA (External Access) • EA (chân 31) dùng để cho phép thực thi chương trình từ ROM ngoài • Khi nối EA với Vcc (5V) , AT89C51 sẽ thực thi chương trình từ ROM nội • Ngược lại, khi nối EA với GND (0V) , AT89C51 sẽ thực t chương trình từ ROM ngoài O goà thi... chức năng đặc biệt (SFR) Thanh ghi điều khiển nguồn (PCON – Power Control Register) Có đị chỉ 87h đ địa hỉ 87h, được đị h đị chỉ từ bit dù để điề định địa hỉ từng bit, dùng điều khiển các chế độ nguồn: • Chế độ giảm nguồn • Chế độ nghỉ hỉ Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) Từ trạng thái chương trình (PSW – Program State Word) Có địa chỉ D0h, chứa các bit trạng thái có chức năng: Bit Ký hiệu Địa... dùng để lưu trữ dữ liệu đi và đọc dữ liệu truyền về • SCON (Serial Port Control register) có địa chỉ 98h, có chức năng điều khiển vi c truyền thông nối tiếp Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) Các thanh ghi ngắt (Interrupt Register) Dùng để điều khiển, thiết lập các chế độ khi lập trình ngắt Thanh ghi ngắt gồm có 2 thanh ghi: • IE (Interrupt Enable Register – Thanh ghi cho phép ngắt) có địa chỉ A8h... Khối điều khiển (CU - Control Unit), có chức năng: − Cung cấp thông tin về địa chỉ để BIU đọc lệnh và dữ liệu − Giải mã lệnh và thực hiện lệnh − Đưa ra các xung điều khiển hoạt động của VXL • Khối số học và logic (ALU – Arithmetic and Logic Unit): dùng để thực hiện các thao tác khác nhau với các toán hạng của lệnh Để tăng tốc độ xử lý thì sử dụng các kỹ thuật: • Bộ nhớ Cache • Tăng tần số làm vi c... ra, chân EA còn được dùng để nhận điện áp cho vi c lập trình (Vpp) EPROM nội Chân cho phép bộ nhớ chương trình: /PSEN (Program Store Enable) • PSEN (chân 29): cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng đối với các ứng dụng sử dụng ROM ngoài ngoài • Thường được nối đến chân OE (Output Enable) của ROM ngoài để đọc các byte mã lệnh • Khi 89x51 thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức logic 1 10... ghi: • Có 4 bank thanh ghi có địa chỉ từ: 00h –1Fh • Mỗi bank có 8 thanh ghi 8 bit: R0 – R7 15 1/25/2013 Tổ chức bộ nhớ dữ liệu Các bank thanh ghi: • Vi c lựa chọn bank thanh ghi được thực hiện thông ệ ự ọ g ợ ự ệ g qua thanh ghi PSW (từ trạng thái chương trình) • Các lệnh sử dụng bank thanh ghi sẽ có code ngắn hơn và tốc độ nhanh hơn các lệnh tương đương Ví dụ: MOV A, R5 ; đọc nội dung tại địa chỉ 05H . Giới thiệu về Vi xử lýChương 1: Giới thiệu về Vi xử lý • Chương 2: Giới thiệu về cấu trúc của Họ Vi điều khiển 8051 khiển 8051 • Chương 3: Khảo sát tập lệnh và lập trình Vi điều khiển 8051 •. cáp VCR Máy quy camera Điều khiển từ xa Lò vi sóng Máy sao chụp Máy in lazer Máy in màu,… Điều khiển ABS, ESP, EBD Hệ thống bảo mật Điều khiển truyền tin Giải trí Điều hoà nhiệt độ Điều khiển từ xa Hệ. g Giới thiệu về Hệ Vi xử lý 1/25/2013 1 Nội dung: • Chương 1: Giới thiệu về Vi xử lý •• Chương 2: Giới thiệu về cấu trúc của Họ Vi điều Chương 2: Giới thiệu về cấu trúc của Họ Vi điều khiể 8051khiể