Thiết kế máy tính bỏ túi sử dụng 8051

SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang i LỜI MỞ ĐẦU Máy tính bỏ túi là một công cụ học tập quen thuộc của học sinh, sinh viên, đặt biệt là sinh viên kỹ thuật. Trong đời sống hàng ngày, nó là một vật cần thiết cho việc tính tiền trong các vụ mua bán. Trong sản xuất, nó được dùng để tính toán số sản phẩm làm ra. Và còn rất nhiều ứng dụng khác của máy tính bỏ túi, cho thấy sự phổ biến, cần thiết của nó. Nhận thấy vai trò của máy tính bỏ túi trong học tập, lao động và đời sống nên nhóm em quyết định chọn đề tài “Máy tính bỏ túi”. Vì thời gian có hạn nên chúng em chỉ có thế hoàn thành một máy tính bỏ túi đơn giản thực hiện các phép tính đơn giản như cộng, trừ, nhân, chia sử dụng IC 89C51. Em xin chân thành cám ơn thầy Trần Trung Tín đã giúp đỡ nhóm em trong suốt quá trình làm đồ án. Vì còn nhiều bở ngỡ nên không thiếu phần sai sót nên rất mong thầy và các bạn góp ý thêm cho nhóm chúng em. Một lần nữa nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn. Đà nẵng, tháng 12, năm 2013 SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang ii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH ẢNH v CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1 1.1 Giới thiệu về máy tính bỏ túi 1 1.2. Các giải pháp và cách xác định bài toán 1 1.2.1 Yêu cầu của hệ thống 1 1.2.2 Lựa chọn phương án 2 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 3 2.1 Vi điều khiển AT89C51. 3 2.1.1 Giới thiệu tổng quan về họ vi điều khiển 8051 3 2.1.1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51 3 2.1.1.2 Chức năng các chân của AT89C51 4 2.1.1.2.1 Port 0 4 2.1.1.2.2 Port 1 4 2.1.1.2.3 Port 2 5 2.1.1.2.4 Port 3 5 2.1.1.2.5 Chân RST 6 2.1.1.2.6 Chân XTAL 6 2.1.1.2.7 Chân EA 6 2.1.1.2.8 Chân ALE 6 2.1.1.2.9 Chân PSEN 6 2.1.1.2.10 Chân nguồn 7 2.1.2 Hoạt động định thời, cổng nối tiếp ,ngắt và xử lý ngắt của họ 8051 7 2.1.2.1 Hoạt động định thời 7 2.1.2.2 Cổng nối tiếp 7 2.1.2.3 Ngắt và xử lý ngắt 7 SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang iii 2.1.3 Các thanh ghi đặc biệt của 89C51 (SFR – Special Function Registers). 7 2.1.3.1 Thanh ghi tích luỹ (Accumulator) 7 2.1.3.2 Thanh ghi B 7 2.1.3.3 Thanh ghi từ trạng thái chương trình (PSW - Program Status Word) 8 2.1.3.4 Thanh ghi con trỏ stack (SP – Stack Pointer) 8 2.1.3.5 Con trỏ dữ liệu DPTR (Data Pointer) 9 2.1.3.6 Các thanh ghi Port 9 2.1.3.7 Các thanh ghi bộ định thời (Timer) 9 2.1.3.8 Các thanh ghi port nối tiếp (Serial port) 10 2.1.3.8.1 Thanh ghi SBUF (Serial Buffer) 10 2.1.3.8.2 Thanh ghi điều khiển port nối tiếp SCON 10 2.1.3.9 Các Thanh Ghi Ngắt (Interrupt) 11 2.1.3.10 Hoạt động reset 11 2.2. LCD hiển thị 11 2.2.1. Hình dáng và kích thước 11 2.2.2 Chức năng các chân 12 2.2.3 Các ký tự LCD LMB162A hiển thị được 13 2.2.4 Cách hiển thị các ký tự 13 2.3. Bàn phím 14 2.3.1 Số lượng và chức năng phím nhấn 15 2.3.2 Xác định cách kết nối với VĐK 15 2.3.4 Sơ đồ nguyên lý 15 2.3.5 Nguyên tắc hoạt động 16 2.4. Tụ điện 17 2.5.Điện trở 18 2.6.Nút bấm button 18 2.7.Biến trở 18 2.8.Thạch anh 19 CHƯƠNG III. CÁC SƠ ĐỒ MẠCH 20 SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang iv 3.1 Khối LCD 20 3.2 Khối bàn phím 20 3.3 Khối nguồn 21 3.4 Khối trung tâm 21 3.5 Sơ đồ mạch in 22 3.6 Mô phỏng bằng proteus 23 3.7 Hình ảnh thức tế 24 CHƯƠNG IV. LẬP TRÌNH CHO VI XỬ LÝ 25 4.1 Tóm lược cách làm 25 4.2 Chương trình 25 LỜI CẢM ƠN 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Máy tính bỏ túi. 1 Hình 2.1 Sơ đồ khối của AC89C51 3 Hình 2.2 Sơ đồ chân của AC89C51 4 Hình 2.3 Port 0 4 Hình 2.4 Port 1 5 Hình 2.5 Port 2 5 Hình 2.6 Port 3 6 Hình 2.9: Cấu tạo của một phím 15 Hình 2.10 Bàn phím với mã phím 16 Hình 2.11 Các loại tụ 18 Hình 2.12 Điện trở 18 Hình 2.13 Nút bấm 18 Hình 2.14 Biến trở 18 Hình 2.15 Thạch anh 12 Mhz 19 Hình 3.1 khối LCD 20 Hình 3.2 khối bàn phím 20 Hình 3.3 khối nguồn 21 Hình 3.4 khối trung tâm 21 Hình 3.5 sơ đồ mạch in 22 Hình 3.6 Mô phỏng proteus 23 Hình 3.7 Hình ảnh thực tế 24 SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang 1 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu về máy tính bỏ túi Với mỗi gia đình, cơ quan, xí nghiệp, trường học hay bất cứ nơi đâu ta cũng bắt gặp được máy tính bỏ túi. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các nhà sản xuất máy tính bỏ túi khác nhau, với nhiều chức năng, kiểu dáng đa dang. Máy tính bỏ túi nói chung là một thiết bị dùng để tính toán các công thức toán học mà người lập trình đã lập trình sẵn cho nó. Hình 1.1: Máy tính bỏ túi. Nhìn chung thì máy tính đước sản xuất từ các nhà sản xuất lớn như TOSHIBA, VNC,CASIO… 1.2. Các giải pháp và cách xác định bài toán 1.2.1 Yêu cầu của hệ thống Qua tham khảo các sản phẩm máy tính bỏ túi trên thị trường thì yêu cầu của một bộ sản phẩm máy tính bỏ túi thông thường:  Dạo diện người dung dễ sử dụng.  Thực hiện một số phép tính đơn giản như cộng trừ nhân chia.  Yêu cầu kết quả luôn luôn đúng.  Điện áp hoạt động của hệ thống không gây nguy hiểm đến người sử dụng. SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang 2 1.2.2 Lựa chọn phương án Với yêu cầu về tính năng như trên, chúng em chọn các thiết bị chính:  Vi điều khiển AT89C51  Màn hình LCD 16x2 với mục đích hiển thị thông tin, giao tiếp vi điều khiển với người dùng  Bàn phím 16 phím có các phím số và phím chức năng đưa đầu vào là các số và các phép tính  Nguồn điện là nguồn USB máy vi tính. SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang 3 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1 Vi điều khiển AT89C51. 2.1.1 Giới thiệu tổng quan về họ vi điều khiển 8051 AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng cao, công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasable read only memory). Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:  4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có khả năng ghi xóa tới 1000 chu kỳ  Tần số hoạt động từ 0 Hz đến 24 MHz  3 mức khóa bộ nhớ lập trình  2 bộ Timer/Counter 16 bit  128 Byte RAM nội  4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit  Giao tiếp nối tiếp  64 KB vùng nhớ mã ngoài  64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài  Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)  210 vị trí nhớ có thể định vị bit 2.1.1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51 Hình 2.1 Sơ đồ khối của AC89C51 SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang 4 Hình 2.2 Sơ đồ chân của AC89C51 2.1.1.2 Chức năng các chân của AT89C51 2.1.1.2.1 Port 0 Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập ra, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus. Hình 2.3 Port 0 2.1.1.2.2 Port 1 Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit và byte. Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2. SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang 5 Hình 2.4 Port 1 2.1.1.2.3 Port 2 Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép. Là đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng. Hình 2.5 Port 2 2.1.1.2.4 Port 3 Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức năng xuất nhập ra còn có một số chức năng đặc biệt. Bảng 2.1 Các chức năng đặc biệt của port 3 Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0 P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0 [...]... (1 bit không sử dụng) có các chức năng như sau: Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 Chức năng CY AC F0 RS1 RS0 OV - P CY (Carry): cờ nhớ, thường được dùng cho các lệnh toán học (C = 1 khi có nhớ trong phép cộng hay mượn trong phép trừ) AC (Auxiliary Carry): cờ nhớ phụ (thường dùng cho các phép toán BCD) F0 (Flag 0): được sử dụng tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng RS1, RS0: dùng để chọn bank thanh ghi sử dụng Khi reset... đầu      AC: xóa màn hình nhưng còn lại kết quả Phím số: để nhập các số từ 0-9 (10 phím) Phím tính: để nhập các phép tính +,-,x,÷, Phím bằng: để thực hiện phép tính (1 phím) Phím dấu phẩy thập phân (1 phím) Tổng số lượng phím: 16 2.3.2 Xác định cách kết nối với VĐK Để giảm bớt số chân của VĐK kết nối với nút nhấn khi số lượng nút nhấn nhiều, ta cần kết nối nút nhấn dưới dạng ma trận và dùng phương... điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.Trong mạch này ta sẽ sử dụng một tụ hóa cho khối reset, và hai tụ gốm cho khối dao động SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang 17 Tụ gốm Tụ hóa Hình 2.11 Các loại tụ 2.5.Điện trở Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh... yếu của cổng nối tiếp là chuyển đổi song song sang nối tiếp và chuyển đổi nối tiếp sang song song với dữ liệu nhập để có thể giao tiếp với máy tính qua cổng nối tiếp hoặc các thiết bị tương tự 2.1.2.3 Ngắt và xử lý ngắt Để tận dụng khả năng của cpu chúng ta phải sử dụng đến ngắt, ngắt giúp ta tạm ngừng công việc của CPU để phục vụ việc trao đổi giữ liệu Sau khi hoàn thành việc trao đổi dữ liệu thì CPU... điện trở có trị số khác nhau Hình 2.12 Điện trở 2.6.Nút bấm button Trong mạch này ta sử dụng 1nút bấm dùng để reset mạch Hình 2.13 Nút bấm 2.7.Biến trở Trong mạch ta sẽ sử dụng một biến trở 10k để điểu chỉnh độ tương phản của LCD Hình 2.14 Biến trở SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang 18 2.8.Thạch anh Trong mạch ta sẽ sử dụng hai thạch anh, một loại 12Mhz để tạo dao động cho AT89C51 Hình 2.15 Thạch anh 12... hai loại LCD thông dụng Hình 2.7: Hình dáng của LCD Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như bên dưới : Hình 2.8: Sơ đồ chân của LCD SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang 11 2.2.2 Chức năng các chân Chân số 1 Tên Chức năng Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân... được kết SVTH:Văn Thời – Lệ Giang Trang 15 nối với một cổng của vi điều khiển Vi điều khiển sẽ xuất mã quét ra các hàng sau đó đọc dữ liệu ở hàng, kết quả của quá trình thực hiện như sau: Hình 2.10 Bàn phím với mã phím 2.3.5 Nguyên tắc hoạt động Kết quả của quá trình quét phím: Ma trận phím có 4 hàng từ H0-H3 thường ở mức cao, có 4 cột C0-C3 dùng để xuất mã quét Để xác định phím nào được nhấn, ta kết... 5.5V được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND) 2.1.2 Hoạt động định thời, cổng nối tiếp ,ngắt và xử lý ngắt của họ 8051 2.1.2.1 Hoạt động định thời Với 8051 ta chỉ có 2 timer đó là timer 0 và timer 1 còn đối với 8052 thì có thêm bộ định thời thứ 3 là timer 2,các timer này có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực như đo lường, điều khiển 2.1.2.2 Cổng nối tiếp AT89S52 có một cổng nối tiếp trên... phím ra 3 loại:  Phím điều khiển hiển thị: CE  Phím số 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9  Các phím dùng để tính toán: +, -, *, : Khi người dùng nhấn phím hiển thị được, ta cho hiển thị tên phím của phím đó lên dòng 1 của LCD, đồng thời lưu mã phím của nó vào vùng nhớ nội, rồi thực hiện phép tính và hiện kết quả ra ngoài màn hình LCD 4.2 Chương trình #include #define BTN_PORT P1 #define LCD_PORT... DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp DB0- Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 DB7 chế độ sử dụng 8 đường bus này : 7-14 + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7 + Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7 SVTH:Văn Thời . nó được dùng để tính toán số sản phẩm làm ra. Và còn rất nhiều ứng dụng khác của máy tính bỏ túi, cho thấy sự phổ biến, cần thiết của nó. Nhận thấy vai trò của máy tính bỏ túi trong học tập,. chọn đề tài Máy tính bỏ túi . Vì thời gian có hạn nên chúng em chỉ có thế hoàn thành một máy tính bỏ túi đơn giản thực hiện các phép tính đơn giản như cộng, trừ, nhân, chia sử dụng IC 89C51 về máy tính bỏ túi Với mỗi gia đình, cơ quan, xí nghiệp, trường học hay bất cứ nơi đâu ta cũng bắt gặp được máy tính bỏ túi. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các nhà sản xuất máy tính bỏ