Đồ án thiết kế máy tính bỏ túi sử dụng vi xử lý 89c51

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN ĐỒ ÁN 1 Đề tài Thiết kế máy tính bỏ túi sử dụng vi xử lý 89C51 GVHD : Thầy Nguyễn Tuấn Ninh SVTH : Nguyễn Cao Nguyên 20101947 Nguyễn Danh Tân 20102128 Lều Như Tình 20102321 Ngô Đình Vũ 20102577 1 Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành vi điều khiển. Đời sống xã hội ngày càng phát triển cao dựa trên những ứng dụng của khoa học vào đời sống. Vì vậy mà những công nghệ điện tử mang tính tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Trong số đó có sự đóng góp không nhỏ của kỹ thuật vi điều khiển. Các bộ vi điều khiển đang được ứng dụng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội. Hầu hết là các thiết bị được điều khiển tự động từ các thiết bị văn phòng cho đến các thiết bị trong gia đình đều dung các bộ vi điều khiển nhằm đem lại sự tiện nghi cho con người trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Ngoài ra cùng với sự phát triển của các ngành kinh tế, giáo dục, y học,… làm tăng số lượng công việc tính toán và xử lý số liệu và phải tiếp cận những con số lớn và lẻ mà không thể tính toán bằng tay được. Chính vì vậy chúng em lựa chọn đề tài cho đồ án 1 là :” Thiết kế máy tính bỏ túi sử dụng vi xử lý 89C51 “ này. Tuy đã cố gắng thực hiện đồ án trong sự nghiêm túc và trách nhiệm nhất, nhưng do khả năng nghiên cứu cũng như kiến thức các thành viên còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những lỗi và thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp tích cực từ thầy Nguyễn Tuấn Ninh ! 2 MỤC LỤC Trang Trang bìa ………………………………………………………………………………….1 Lời nói đầu ……………………………………………………………………………… 2 Phần 1: GIỚI THIỆU …………………………………………………………………… 4 Phần 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT……………………………………………………………5 I Các linh kiện sử dụng trong mạch ………………………………………………… ….5 II Đặc điểm, cấu tạo, chức năng của các linh kiện …………………………………… 5 Phần 3 : THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG …………………………………………… … 21 I Sơ đồ khối ……………………………………………………………………….….…21 II Mô phỏng ……………………………………………………………………….…….22 III Code chương trình ……………………………………………………………… ….23 Phần 4 : KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ………………………………… ….39 Các tài liệu tham khảo …………………………………………………………….……40 Phần I GIỚI THIỆU I. Mục tiêu đề tài - Nâng cao hiệu quả tính toán số liệu - Tăng tốc tính toán và xử lý số liệu 3 - Thấy được tầm quan trong của việc ứng dụng vi điều khiển vào các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống Phần 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH - Vi điều khiển AT89C51 - Cơ cấu hiển thị LCD 16x2 - Bàn phím keypad - Các loại tụ điện, điện trở, biến trở… 4 - Thạnh anh 12Mhz - Nguồn 1 chiều 5V II. ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO, CHỨC NĂNG CỦA CÁC LINH KIỆN 1. Vi điều khiển AT89C51 a. Giới thiệu chung về 89C51 • Vi điều khiển (VĐK) là một hệ vi xử lý được tổ chức như một chip. IC VĐK AT89C51 tương thích với họ MCS51 có những đặc điểm sau : - Có 40 chân - 8 KB EPROM bên trong - Dải tần số hoạt động từ 0Mhz đến 24 Mhz - Có 4 port xuất nhập (I/O) 8 bit - Có 128 byte RAM - 2 bộ định thời 16 bit - Mạch giao tiếp nối tiếp - 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại. - 64 KB vùng nhớ mã ngoài - Bộ xử lý bit thao tác trên các bit riêng - 4 μs cho hoạt động nhân hoặc chia - 210 vị trí nhớ định địa chỉ, mỗi vị trí một bit - Có các thanh ghi chức năng, cơ chế điều khiển ngắt - Các bộ thời gian dung trong lĩnh vực chia tần số và tạp thời gian thực - • Sơ đồ chân 89C51 5 • Cấu trúc bên trong của 89C51 6 89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập. Trong đó có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ. 7 1. GND ( chân 20) : chân nối đất 0V. 2. Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 – 39 của 8951. Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO. Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉvà bus dữliệu 3. Port 1 là port IO trên các chân 1-8. Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2, … có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài. 4. Port 2 là 1 port có tác 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 bị dùng bộ nhớ mở rộng. 5. Port 3 là port có tác 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 tính đặc biệt của 8951 như ở bảng sau: Bit Tên Chức năng chuyển đổi P 3.0 P 3.1 P 3.2 P 3.3 P 3.4 P 3.5 P 3.6 P 3.7 RxD TxD INT0 INT1 TO T1 WR RD Ngõ vào dữ liệu nối tiếp Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp Ngõ vào ngắt cứng thứ 0 Ngõ vào ngắt cứng thứ 1 Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 0 Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 1 Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài 6. PSEN ( Program store enable ): PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được nói đến chân 0E\ (output enable) của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 8951 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình được đọc từ 8 Eprom qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 8951 đểgiải mã lệnh. Khi 8951 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1. 7. ALE ( Address latch enable ) : Khi 8951 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ởchân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉvà dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt. Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động. Các xung tín hiệu ALE có tốc độbằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong 8951. 8. EA ( External access) : Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở mức 1, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 Kbyte. Nếu ở mức 0, 8951 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân EA được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong 8951. 9. RST ( Reset ) : Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 8951. Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện mạch tự động Reset. 10. X1, X2 : Bộ dao động được tích hợp bên trong 8951, khi sử dụng 8951 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh thường sử dụng cho 8951 là 12Mhz. 11.Vcc : chân nguồn nối lên 5V . b. Tổ chức bộ nhớ Bộ nhớ bên trong chip bao gồm ROM, RAM và EPROM. RAM trên chip bao gồm vùng RAM đa chức năng, vùng RAM với từng bit được định địa chỉ, các dây 9 thanh ghi (bank) và các thanh ghi chức năng đặc biệt. • Có 2 đặc tính đáng lưu ý: + Các thanh ghi và các port I/O được định địa chỉ theo kiểu ánh xạ bộ nhớ và được truy xuất như một vị trí nhớ trong bộ nhớ. + Vùng track thường chú trong RAM trên chip thay vì ở trong RAM ngoài như đối với các bộ vi xử lý. Vùng RAM đa mục đích : Có 80 byte, địa chỉ từ 30H đến 7FH. Bất cứ vị trí nào trong vùng RAM ta đều có thể truy xuất tự do bằng cách sử dụng định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Vùng RAM đại chỉ: Chip 8951 chứa 210 vị trí định địa chỉ đó có 128byte chứa trong các byte ở địa chỉ 20H đến 2FH (16bytex8=128bits), phần còn lại chứa trong các thanh ghi chức năng đặc biệt. - Công dụng: + Truy xuất các bit riêng rẽ thông qua các phần mềm + Các port có thể định địa chỉ từng bit, làm đơn giản việc giao tiếp băng phần mền với các thiết bị xuất nhập đơn bit. Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR): Không phải tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH đều được định nghĩa mà chit có 21 địa chỉ được định nghĩa. Các thanh ghi chức năng đặc biệt bao gồm: + Từ trạng thái chương trình PSW: có địa chỉ là D0H + Thanh ghi B: Có địa chỉ F0H được dùng chung với thanh chứa A trong các phép toán nhân và chia. 10 [...]... 5V cho vi điều khiển (Vcc: 5V chân 40; GND: 0V chân 20) Trong đó C1,C2= 30pF±10pF (thường được sử dụng với C1,C2 là tụ 33pF) dùng ổn định dao động cho thạch anh Phần 3: 19 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG I SƠ ĐỒ KHỐI II MẠCH MÔ PHỎNG 20 - Đấy là mạch mô phỏng nguyên lý cấu tạo máy tính bỏ túi sử dụng chip AT89C51, bàn phím và LCD16x2 trên phần mềm Proteus 7.8 21 III CODE CHƯƠNG TRÌNH 1 Các thư vi n sử dụng trong... nhau, trên hình 1 là loại LCD thông dụng 12 Hình 1 : Hình dáng của loại LCD thông dụng 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 hình 2 : Hình 2 : Sơ đồ chân của LCD 13 Chân Ký Mô tả hiệu 1 Vss 2 VDD 3 VEE Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của... độ đánh địa chỉ - Thanh ghi đại chỉ - Địa chỉ trực tiếp - Địa chỉ gián tiếp - Địa chỉ tức thời - Địa chỉ tuyệt đối - Địa chỉ tương đối - Địa chỉ dài - Địa chỉ tham chiếu * Các nhóm lệnh của 89C51 + Nhóm lệnh số học + Nhóm lệnh logic + Nhóm lệnh di chuyển dữ liệu + Nhóm lệnh xử lý bit + Nhóm lệnh rẽ nhánh 2 Cơ cấu hiện thị LCD 16x2 a Hình dáng và kích thước: Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng... chân E xuống mức thấp Tám đường của bus dữ 14 dùng để trao đổi thông tin với liệu MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này : Bảng 1 : Chức năng các chân của LCD Chú ý : Chân 15 và chân 16: ghi là A và K Nó là anot và katot của một con led dùng để sáng LCD trong bóng tối, chúng ta có thể k nối , nếu sử dụng nối chân 15 với trở 220 or 330 ôm lên VCC , chân 16 nối đất b Các thành phần chức năng - Cờ Busy... để truyền thông với các thiết bị như các thiết bị đầu cuối hoặc model + Các thanh nghi ngắt: có 1 cấu trúc ngắt với 2 mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt Các ngắt bị vô hiệu hóa sau khi reset hệ thống và được phép bằng cách vào thanh ghi IE ở địa chỉ A8H Mức ưu tiên ngắt được thiết lập bởi thanh ghi IP ở địa chỉ B8H +Thanh ghi điều khiển nguồn: PCON có địa chỉ 87H c Tập lệnh của 89C51 11 * Các kiểu định... xuất ra cho MPU thông qua DB0-DB6 khi có thiết lập RS=0 và R/W=1 (xem bảng tóm tắt RS - R/W) Lưu ý: Thời gian cập nhật AC không được tính vào thời gian thực thi lệnh mà được cập nhật sau khi cờ BF lên mức cao (not busy), cho nên khi lập trình hiển thị, bạn phải delay một khoảng tADD khoảng 4uS-5uS (ngay sau khi BF=1) trước khi nạp dữ liệu mới 16 Hình 4 : Giản đồ xung cập nhật AC - CGROM (Character Genaration... thời: 89C51có 2 bộ định thời/đếm dùng để định khoảng thời gian hoặc đếm các sự kiện - Bộ định thời 0: địa chỉ 8AH (TL0) và 8CH (TH0) - Bộ định thời 1: địa chỉ 8bH (TL1) và 8DH (TH1) Hoạt động của bộ định thời được thiết lập bởi thanh ghi chế độ định thời TMOD ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển bộ định thời TCON ở địa chỉ 88H (chỉ cóTCON được định địa chỉ từng bit) + Các thanh ghi của port nối tiếp: 89C51. .. dó chỉ có các mã từ 00H-0Fh sẽ không lấy theo mã ASCII mà lấy theo các ký tự đã định nghĩa trong CGRAM - Vùng RAM chứa kí tự đồ họa CGRAM : (Character Generator RAM) Như trên bảng mã kí tự, nhà sản xuất dành vùng có địa chỉ byte cao là 0000 để người dùng có thể tạo các mẫu kí tự đồ họa riêng Tuy nhiên dung lượng vùng này rất hạn chế: Ta chỉ có thể tạo 8 kí tự loại 5x8 điểm ảnh, hoặc 4 kí tự loại 5x10... tên như hình 2 : Hình 2 : Sơ đồ chân của LCD 13 Chân Ký Mô tả hiệu 1 Vss 2 VDD 3 VEE Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển Điều chỉnh độ tương phản của LCD Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi +... nguyên lý cấu tạo máy tính bỏ túi sử dụng chip AT89C51, bàn phím và LCD16x2 trên phần mềm Proteus 7.8 21 III CODE CHƯƠNG TRÌNH 1 Các thư vi n sử dụng trong chương trình a Thư vi n LCD 16x2 chế độ 8 bit /*==================Thu vien LCD16x2============================== - Cac chan: + Vss : Mass + Vcc : Nguon 5V + Vee : Cap nguon dieu khien tuong phan + RS : Chon thanh ghi(register select) 1- thanh ghi . TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VI N ĐIỆN ĐỒ ÁN 1 Đề tài Thiết kế máy tính bỏ túi sử dụng vi xử lý 89C51 GVHD : Thầy Nguyễn Tuấn Ninh SVTH : Nguyễn Cao Nguyên. công vi c tính toán và xử lý số liệu và phải tiếp cận những con số lớn và lẻ mà không thể tính toán bằng tay được. Chính vì vậy chúng em lựa chọn đề tài cho đồ án 1 là :” Thiết kế máy tính bỏ túi. hiệu quả tính toán số liệu - Tăng tốc tính toán và xử lý số liệu 3 - Thấy được tầm quan trong của vi c ứng dụng vi điều khiển vào các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống Phần 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.