thiết kế mạch thí nghiệm dùng vi điều khiển 80c51 phối ghép với các thiết bị ngoại vi - lcd, adc0809

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập – Tù do – Hạnh phóc NHIỆM VÔ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên Ngô Quốc Toàn Khoá: 4 Khoa: Điện Ngành Điều khiển Tự động 1. ĐÒ tài: Thiết kế mạch thí nghiệm dùng Vi điều khiển 80C51 phối ghép với các thiết bị ngoại vi : LCD, ADC0809, RTC DS12887 và bàn phím sè HEX. 2. Các số liệu ban đầu: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 4. Các bản vẽ đồ thị (ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước các bản vẽ): …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 5. Cán bộ hướng dẫn: ………… …Vũ Vân Hà … ……………………… 6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:………………………… ……………… 7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: …………………………………………… Ngày tháng 04 năm 2006 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Sinh viên đã hoàn thành Ngày tháng 04 năm 2006 (Ký, ghi rõ họ tên) Mục Lục Lời cảm ơn 7 MỞ ĐẦU 8 Phần I: Tổng quan về VđK 8051 và Các thiết bị ngoại vi 9 CHƯƠNG I: VI ĐIỀU KHIỂN 8051 9 I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 9 I.1 Sù ra đời 9 I.2 Điểm khác biệt giữa VĐK và VXL dùng chung 9 I.3 Tiêu chuẩn lùa chọn 1 bé vi điều khiển 10 II. VI ĐIỀU KHIỂN 8051 10 II.1 Sơ đồ khối của 8051 10 II.2 Sơ đồ và chức năng các chân của 8051 11 II.2.1 Sơ đồ các chân 11 II.2.2 Chức năng của các chân 11 II.2.3 Cấu trúc của các cổng xuất/nhập 14 II.3 Tổ chức bộ nhớ 8051 14 II.3.1 Vùng RAM đa mục đích 15 II.3.2 Vùng RAM định địa chỉ bit 15 II.3.3 Các dãy thanh ghi 15 II.3.4 Các thanh ghi chức năng đặc biệt 15 II.3.4.1 Từ trạng thái chương trình PSW 15 II.3.4.2 Thanh ghi B 16 II.3.4.3 Con trá stack 16 II.3.4.4 Con trỏ dữ liệu 17 II.3.4.5 Các thanh ghi port 17 II.3.4.6 Các thanh ghi định thời TMOD và TCON 17 II.3.4.7 Thanh ghi của cổng nối tiếp 19 II.3.4.8 Các thanh ghi ngắt 20 II.3.4.9 Thanh ghi điều khiển nguồn 20 II.4 Bộ nhớ ngoài 21 II.4.1 Truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài 21 II.4.2 Truy xuất bé nhớ dữ liệu ngoài 22 II.4.3 Hoạt động Reset 23 III. TẬP LỆNH CỦA 8051 24 III.1 Các kiểu định địa chỉ 24 III.1.1 Định địa chỉ thanh ghi 24 III.1.2 Định địa chỉ trực tiếp 24 III.1.3 Định địa chỉ gián tiếp 25 III.1.4 Định địa chỉ tức thời 26 III.1.5 Định địa chỉ tương đối 26 III.1.6 Định địa chỉ tuyệt đối 26 III.1.7 Định địa chỉ dài 27 III.1.8 Định địa chỉ chỉ số 27 III.2 Các loại lệnh 27 III.2.1 Lệnh số học 27 III.2.2 Các lệnh Logic 28 III.2.3 Nhóm lệnh di chuyển dữ liệu 30 III.2.4 Các lệnh xử lý bit 31 III.2.5 Các lệnh rẽ nhánh 31 III.2.6 Nhóm lệnh dịch, quay 33 III.2.7 Các lệnh làm việc với Stack 33 IV. HOẠT ĐỘNG ĐỊNH THỜI 33 IV.1 Các bộ định thời của 8051 33 IV.2 Thanh ghi chế độ bộ định thời 34 IV.2.1 Các chế độ định thời và cờ tràn 34 IV.2.1.1 Chế độ định thời 13- bit 34 IV.2.1.2 Chế độ định thời 16- bit 34 IV.2.1.3 Chế độ tự nạp lại 8-bit 34 IV.2.1.4 Chế độ định thời chia xẻ 35 IV.3 Nguồn xung clock định thời 35 V. HOẠT ĐỘNG NGẮT 35 V.1 Tổ chức ngắt của 8051 35 V.1.1 Cho phép và không cho phép ngắt 35 V.1.2 Ưu tiên ngắt 35 V.1.3 Chuỗi vòng 36 V.2 Xử lý ngắt 36 V.3 Các vector ngắt 36 V.4 Các ngắt do port nối tiếp 36 V.5 Các ngắt ngoài 37 VI. LẬP TRÌNH HỢP NGỮ 37 VI.1 Trình dịch hợp ngữ 37 VI.2 Khuôn dạng của chương trình hợp ngữ 37 VI.3 Cấu trúc chương trình 38 VI.4. Tổ chức chương trình 38 CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 39 I. ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC DS12887 39 I.1 Hoạt động 40 I.2 Chức năng các chân 41 I.3 Bản đồ địa chỉ 43 I.4 Các thanh ghi điều khiển 46 I.5 Minh họa ghép nối giữa DS12887 với 8051 49 II. THIẾT BỊ HIỂN THỊ LCD 49 II.1 LCD 49 II.2 Minh họa ghép nối giữa LCD với 8051 52 III. ADC0809 52 III.1 Sơ đồ các chân của ADC0809 53 III.2 Các bước lập trình cho ADC0809 54 III.3 Minh họa ghép nối ADC0809 với 8051 55 IV.BÀN PHÍM HEX 55 IV.1 Minh họa ghép nối bàn phím với 8051 56 V. GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ 74LS138 57 VI. CHỐT ĐỊA CHỈ 74HC373 57 V.1.Sơ đồ chân của 74HC373 57 V.2 Hoạt động của 74LS373 57 PHẦN II. THIẾT KẾ 59 CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 59 I. Mạch nguyên lý 59 II.Sơ đồ mạch 61 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 62 I. Chuơng trình quét bàn phím HEX 62 II. Đọc thời gian từ đồng hồ thời gian thực RTC DS12887 67 III. ĐiÒu khiển ADC0809 để thực hiện chuyển đổi 74 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Lời cảm ơn Trước hết chúng em gửi lời cám ơn tới tập thể các thầy cô giáo bộ môn Điều khiển tự động - Khoa điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Đã luôn giúp đỡ và truyền đạt cho chóng em những kiến thức quý báu trong qúa trình học tập tại trường. Chóng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Vũ Vân Hà đã nhiệt tình hưỡng dẫn chúng em trong quá trình làm đồ án . Sinh viên thực hiện Trịnh Mạnh Hùng Nguyễn Xuân Linh Ngô Quốc Toàn MỞ ĐẦU Đề tài: Thiết kế mạch thí nghiệm dùng Vi điÒu khiển 80C51 phối ghép với thiết bị ngoại vi : LCD, ADC0809, RTC DS12887 và bàn phím sè HEX. Điều khiển tự động, ngày nay đã và đang được ứng dụng vào rất nhiều ngành sản xuất và cuộc sống. Từ những nhà máy, dây chuyền sản xuất cho đến những đồ dùng phục vô sinh hoạt nh: máy giặt, lò vi sóng… Để thực hiện việc điều khiển tự động có nhiều phương pháp, cách thức nh bằng máy tính, vi xử lý hay hệ điều khiển chuyên dụng. Tùy vào lĩnh vực mà lùa chọn hệ thống điều khiển thích hợp. Với sinh viên học chuyên ngành điều khiển tự động phải nắm bắt được tất cả những kiến thức cơ sở, tổng quát nhất để từ đó có thể giải quyết các bài toán điều khiển đặt ra trong công việc sau này. Một trong những kiến thức cần phải có đó là việc nghiên cứu và thiết kế mạch ứng dụng sử dụng bộ vi điều khiển. Do đó chúng em đã chọn đề tài : Thiết kế mạch thí nghiệm dùng Vi điều khiển 80C51 phối ghép với các thiết bị ngoại vi LCD, ADC0809, RTC DS12887 và HEX-keypad. Các công việc thực hiện: • Tìm hiểu về Vi điều khiển 8051, và các thiết bị ngoại vi. • Thiết kế mạch nguyên lý. • Xây dựng các bài toán điều khiển. Phương pháp thực hiện • Tìm hiểu các thiết bị • Vẽ mạch nguyên lý bằng phần mềm Protel • Viết phần mềm bằng hợp ngữ bằng KeilC Phần I :tổng quan về Vi đIều khiển 8051 và các thiết bị ngoại vi CHƯƠNG I: VI ĐIỀU KHIỂN 8051 I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN I.1. Sù ra đời Vào năm 1971 tập đoàn Intel đã giới thiệu 8080, bé vi xử lí thành công đầu tiên, tiếp đó không lâu Motorola, RCA, MOS Technology và Zilog còng đã giới thiệu các bộ vi xử lí tương tù : 6800, 1801, 6502 và Z80. Bản thân các vi mạch này tuy không có nhiều hiệu quả sử dụng nhưng khi là một phần của một máy tinh đơn board (Single Board Computer), chóng trở thành thành phần trung tâm trong các sản phẩm có Ých dùng để nghiên cứu và thiết kế. Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển( Micro Controller) 8748, mét chip tương tù nh các bộ vi xử lí và là chip đầu tiên trong họ vi điều khiển MCS- 48. 8748 là một vi mạch chứa trên 17000 transistor bao gồm một CPU, 1Kbyte EPROM, 64 byte RAM, 27 chân xuất nhập và một bộ định thời 8 bit. Sù ra đời của IC này và các IC khác của họ MCS-48 đã nhanh chóng trở thành chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng hướng điều khiển (Control Oriented Application). Độ phức tạp, kích thước và khả năng của bộ vi điều khiển được tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980 khi Intel công bè chip 8051, bé vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS-51. So với 8048, chip 8051 chứa trên 60000 transistor bao gồm 4Kbyte ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit. Vi điều khiển 8051 còng nh họ vi điều khiển MCS-51 là một trong những bộ vi điều khiển 8-bit mạnh và linh hoạt nhất, đã trở thành bộ vi điều khiển hàng đầu trong những năm gần đây. I.2 ĐiÓm khác biệt giữa vi điÒu khiển và vi xử lý dùng chung [...]... thành cao hơn nhưng chúng lại có ưu điÓm là linh hoạt hơn so với vi điều khiển Trong khi đó với vi điều khiển nó có sẵn : 1 CPU( bé vi xử lý) cùng 1 lượng cố định RAM, ROM, các cổng I/O và Timer/Counter được tích hợp tất cả trên cùng 1 chip I.3 Tiêu chuẩn lùa chọn 1 bé vi điều khiển Hiện nay có nhiều loại vi điều khiển, với loại vi điều khiển 8bit có 4 loại chính sau: 6811 (Motorola), 8051 (Intel),... MCS-51 của Intel, sau đố các nhà sản xuất IC khác nh Siemens, Advanded Devices, Phillips …được cấp phép làm nhà cung cấp thứ 2 cho các chip của họ MCS-51 II.1 Sơ đồ khối của 8051 Chip 8051 có các đặc trưng cơ bản sau: - 4 Kbyte ROM - 128 Byte RAM - 4 I/O port 8bit - 1 bộ điÒu khiển ngắt ( Interrupt Control) - 1 Mạch dao động nội (Oscillatior) - 1 bộ điÒu khiển bus (Bus Control) - 2 Timer 16bit - Mạch. .. tác động cạnh 88H Bit điều khiển chọn loại ngắt II.3.4.7 Thanh ghi của cổng nối tiếp (Serial Port) Bên trong 8051 có một port nối tiếp để truyền thông với các thiết bị nối tiếp như các thiết bị đầu cuối hoặc modem, hoặc để giao tiếp với các IC khác có mạch giao tiếp nối tiếp (như các thanh ghi dịch chẳng hạn) Chế độ hoạt động của cổng nối tiếp được thiết lập bằng cách ghi từ điều khiển lên thanh ghi... đều không tương thích lẫn nhau Ngoài ra còn có những bộ vi điều khiển 16bit và 32bit, vì thế để lùa chọn bé vi điÒu khiển trong thiết kế cần phải dùa trên những tiêu chuẩn sau: 1 Đáp ứng nhu cầu tính toán của bài toán 1 cách hiệu quả về giá thành và đầy đủ chức năng có thể nhìn thấy được: a Tốc độ: tốc độ lớn nhất mà bộ vi điều khiển hỗ trợ là bao nhiêu? b Kiểu đóng vỏ: kiểu DIP (Dual In-line Package)... cao Chế độ nghỉ kết thúc bằng cách cho phép ngắt hoặc bằng cách reset hệ thống Cả hai cách vừa nêu đều xóa bit IDL II.4 Bộ nhớ ngoài Các bé vi điều khiển cần có khả năng mở rộng các tài nguyên trên chip, cấu trúc của MCS-51 cho ta khả năng mở rộng không gian bộ nhớ chương trình đến 64K và không gian bộ nhớ dữ liệu đến 64K ROM và RAM ngoài được thêm vào khi cần Các IC giao tiếp ngoại vi cũng có thể được... giao tiếp với 8051 theo cùng cách nh EPROM nhưng khác là đường nối với đường cho phép xuất của RAM và nối với đường ghi của RAM Các kết nối với bus dữ liệu và bus địa chỉ giống EPROM, và dung lượng RAM ngoài lên đến 64K được kết nối với 8051 Nếu có nhiều EPROM hoặc nhiều RAM hoặc cả 2 giao tiếp với 8051 ta cần phải có thêm bộ giải mã địa chỉ Một IC giải mã điển hình là 74HC138 được dùng với các ngõ ra... Quay phải A cộng với cờ nhớ III.2.7 Các lệnh làm vi c với Stack PUSH Direct Cất dữ liệu vào stack (SP) ← (SP) -1 ((SP)) ← (Direct) POP Direct Lấy dữ liệu ra từ stack (Direct) ← ((SP)) (SP) ← (SP) -1 IV.HOẠT ĐỘNG ĐỊNH THỜI 8051 có hai bộ định thời/đếm Chúng có thể được dùng làm bộ định thời để tạo trễ thời gian hoặc làm các bộ đếm để đếm các sự kiện xảy ra bên ngoài bộ vi điều khiển IV.1 Các bộ định thời... trọng đối với yêu cầu về không gian, kiểu lắp ráp và tạo mẫu cho sản phẩm c Công suất tiêu thụ d Dung lượng RAM, ROM trên chip e Số cổng vào/ra và Timer/Counter trên chip f Giá thành trên 1 đơn vị sản phẩm 2 Công cụ phát triển phần mềm 3 Nguồn cung cấp các bộ vi điều khiển: tức khả năng sẵn sàng đáp ứng về số lượng trong hiện tại và tương lai II VI ĐIỀU KHIỂN 8051 Vi điều khiển 8051 là thành vi n đầu... số có mượn (A)← (A) - (C) - (Rn) (A)← (A) - (C) - (Direct) (A)← (A) - (C) - ((Ri)) (A)← (A) - (C) - #data INC Byte A Rn Direct @Ri Tăng bởi 1 (A) ← (A) + 1 (Rn) ← (Rn) + 1 (Direct) ← (Direct) + 1 ((Ri)) ← ((Ri)) + 1 DEC Byte A Rn Direct @Ri Giảm bởi 1 (A) ← (A) - 1 (Rn) ← (Rn) - 1 (Direct) ← (Direct) - 1 ((Ri)) ← ((Ri)) – 1 MUL AB Nhân (B) ← High byte of (A) x (B) : byte cao của kết quả phép nhân được... tiếp bằng phần mềm với các thiết bị xuất/nhập đơn bit II.3.3 Các dãy thanh ghi 32 vị trí thấp nhất của bộ nhớ nội chứa các dãy thanh ghi Các lệnh của 8051 hỗ trợ 8 thanh ghi từ R0 đến R7 thuộc dãy 0 (bank 0) Đây là dãy mặc định sau khi reset hệ thống Các thanh ghi này ở các địa chỉ từ 00H đến 07H Lệnh sử dụng các thanh ghi từ R0 đến R7 là các lệnh ngắn và thực hiện nhanh hơn so với các lệnh tương đương . là vi c nghiên cứu và thiết kế mạch ứng dụng sử dụng bộ vi điều khiển. Do đó chúng em đã chọn đề tài : Thiết kế mạch thí nghiệm dùng Vi điều khiển 80C51 phối ghép với các thiết bị ngoại vi LCD,. đồ án . Sinh vi n thực hiện Trịnh Mạnh Hùng Nguyễn Xuân Linh Ngô Quốc Toàn MỞ ĐẦU Đề tài: Thiết kế mạch thí nghiệm dùng Vi điÒu khiển 80C51 phối ghép với thiết bị ngoại vi : LCD, ADC0809, RTC. khiển Tự động 1. ĐÒ tài: Thiết kế mạch thí nghiệm dùng Vi điều khiển 80C51 phối ghép với các thiết bị ngoại vi : LCD, ADC0809, RTC DS12887 và bàn phím sè HEX. 2. Các số liệu ban đầu: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 3.