Ứng dụng vi điều khiển 8051 điều khiển các thiết bị điện nhà

Trong vi điều khiển 8051 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi : Bộ nhớ gồm có bộ nhớ Ram và bộ nhớ Rom dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh.. Sau đó, các đường p

KHOA XÂY D NG VÀ I N

ÁN T T NGHI P

K S NGÀNH CÔNG NGHI P

NG D NG VI I U KHI N 8051 I U KHI N CÁC THI T B I N NHÀ

L I M U

đã thay đ i m t cách sâu s c Vi c đ a vào s d ng r ng rãi các máy vi tính v i m c đích t ng quát và

thi t đ n n i đ t h th ng.Th gi i càng phát tri n thì l nh v c đi u khi n càng ph i đ c m r ng

Trong công nghi p, t i các lò ph n ng h t nhân , trong dây chuy n s n xu t, hay nh ng n i có

khi n t xa

các tàu do thám không gian

t t m theo ý mu n

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005

L I C M N

đ t và ch b o nhi t tình t t c ki n th c n n t ng và chuyên môn quý giá Ngoài ra em còn đ c rèn luy n m t tinh th n h c t p và làm vi c r t cao ây là y u t c b n giúp em nhanh chóng hoà nh p v i

vi c sau này

nh ng thi u sót và h n ch

c nh đ đóng góp s a ch a nh ng khuy t đi m và đ ra h ng gi i quy t v n đ m t cách t t nh t t

đi n dân d ng đã t m hoàn thành

Vì m ch s d ng đi u khi n thông qua vi đi u khi n nên trong t ng lai có th phát tri n thêm

2.4 Gi i thi u l p trình Microsoft Visual Basic 26

Trong các thiết 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 viba …Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ

vi điều khiển được sử dụng trong Robot,dây chuyền tự động Các hệ thống càng “thông minh” thì

vai trò của hệ vi điều khiển càng quan trọng

1.2) KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

IC vi điều khiển 8051 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 I/0 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

1.2.1) CAÁU TRUÙC BEÂN TRONG CUÛA 8051

128 byte Ram

Rom 4K-8051

Timer1 Timer2

Ñieàu khieån

ngaét

Ñieàu khieån bus

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 3

Phần chính của vi điều khiển 8051 là bộ xử lí trung tâm (CPU:central processing 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 thời gian và logic

Đơn vị xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ giao động, ngoài ra còncó khả 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 ở bên trong Các nguồn ngắt có thể là : các biến cố ở bên ngoài , sự tràn bộ đếm định 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 nhớ bên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn bên ngoài

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

bộ định thời

Trong vi điều khiển 8051 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi : Bộ nhớ gồm có bộ nhớ Ram và bộ nhớ Rom dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh

Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lí Khi CPU làm việc nó làm

thay đổi nội dung củ ác thanh ghi

30p

30p 12MH

2

N C A VI

hân 8051

0 Vcc

20

I U KHI NN

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 5

bộ nhớ mở rộng ) có hai chức năng như các đường I/O Đối với các thiết kế cỡ lớn ( với bộ nhớ mở rộng ) nó được kết hợp kênh giữ a các bus

dùng cho các thiết bị ngoài nếu cần Port1 không có chức năng khác, vì vậy chúng ta chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngoài

nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng

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

Bit Tên Chức năng chuyển đổi

P3.0 RXD D liệu nhận cho port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp

P3.2 INTO Ngắt 0 bên ngoài

P3.3 INT1 Ngắt 1 bên ngoài

P3.4 TO Ngõ vào của timer/counter 0

P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter 1

P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

29 Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051 để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội (8051) PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao)

với các xử lí 8585, 8088, 8086, 8051 dùng ALE một cách tương tự cho làm việc giải các kênh các 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 chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nữa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó, các đường port 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 có thể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống Nếu xung trên 8051 là 12MHz thì 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 trong 8051

Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc

mức thấp (GND) Nếu ở mức cao, 8051 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp (4K) Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng 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 bị cấm và chương trình thi hành từ EPROM mở

rộng.Người ta còn dùng chân EA làm chân 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 đưa lên múc cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy ), các thanh ghi trong 8051 được tải những giá 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 Nó thường được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19 Các tụ giữa cũng cần thiết như 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

1.2.3) CÁC THANH GHI C BI T

a Các thanh ghi port xuất nhập:

Các port của 8051 bao gồm Port 0 ở địa chỉ 80H, Port 1 ở địa chỉ 90H, Port 2 ở địa chỉ

A0H và Port 3 ở địa chỉ B0H Tất cả các Port đều được địa chỉ hóa từng bit Điều đó cung cấp

một khả năng giao tiếp thuận lợi

Các thanh ghi timer:

8051 chứa 2 bộ định thời đếm 16 bit được dùng trong việc định thời hoặc đếm 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 được set 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

c Các thanh ghi port nối tiếp:

8051 chức một port nối tiếp trên chip dành cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc cho việc giao tiếp với các IC khác có giao tiếp nối tiếp (có bộ chuyển đổi A/D, các thanh ghi dịch )

Một thanh ghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H ssẽ giữ cả hai giữ liệu truyền và nhận Khi truyền dữ liệu thì ghi lên SBUf, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF Các mode vận hành khác nhau được lập trình qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) (được địa chỉ

hóa từng bit) ở địa chỉ 98H

d Các thanh ghi ngắt:

8051 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên Các ngắt bị cấm sau khi reset hệ thống và

sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ 8AH Cả hai thanh ghi được địa chỉ hóa từng bit

Các thanh ghi điều khiển công suất:

Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điều khiển

1.2.4) L NH RESET

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

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 7

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

Thanh ghi Nội dung

a) GI I THI U:

Một định nghĩa đơn giản của timer là một chuỗi các flip-flop chia đôi tần số nối tiếp với nhau, chúng nhận tín hiệu vào làm nguồn xung nhịp Ngõ ra của tần số cuối làm nguồn xung nhịp

cho flip-flop báo tràn của timer (flip-flop cờ)

Giá trị nhị phân trong các flip-flop của timer có thể xem như số đếm số xung nhịp (hoặc các sự kiện) từ khi khởi động timer Ví dụ timer 16 bit sẽ đếm lên từ 0000H đến FFFFH Cờ báo

tràn sẽ lên 1 khi số đếm tràn từ FFFFH đến 0000H.8051 có 2 timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách

làm việc Người ta sử dụngcác timer để :

- định khoảng thời gian

- đếm sự kiện hoặc

- tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trong 8051

Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở một khoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương trình để thực hiện một tác động như

kiểm tra trạng thái của các cửa ngõ vào hoặc gửi các sự kiện ra các ngõ ra Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịp đều đặn của timer để đo thời gian trôi qua giữa hai sự kiện (ví dụ : đo độ rộng xung)

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 chân của 8051/8031 Các timer cũng có thể cung cấp xung nhịp tốc độ baud cho port nối tiếp trong 8051/8031

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

SFR M C ÍCH A CH A CH HĨA T NG BIT

TCON i u khi n timer 88H Cĩ

TMOD Ch đ timer 89H Khơng

TL0 Byte th p c a timer0 8AH Khơng

TL1 Byte th p c a timer1 8BH Khơng

TH0 Byte cao c a timer0 8CH Khơng

TH1 Byte cao c a timer1 8DH Khơng

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

BIT TÊN TIMER MƠ T

00 : ch đ 0 : timer 13 bit

01 : ch đ 1 : timer 16 bit

10 : ch đ 2 : t đ ng n p l i 8255A bit

11 : ch đ 3 : tách timer Bit (m ) c ng

Bit ch n counter/timer Bit 1 c a ch đ

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 9

0 M0 0 Bit 0 c a ch đ

c) THANH GHI I U KHI N 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 phần cứng khi phát

hiện một cạnhxuống ở INT1, xóa bằng phần mềm hoặc

phần cứng khi CPU chỉ đếnchương trình phục vụ

ngắt.Đặt/xóa bằng phần mềm đề ngắt ngoài tích cực cạnh

xuống/mức thấp TCON.2 IT1 8AH Cờ kiểu ngắt một bên ngoài

TCON.1 IE0 89H Cờ cạnh ngắt 0 bên ngoài

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

+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

TLx

Xung nhịp

timer

Cờ báo tràn

+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

+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

Xung nhịp

timer Cờ báo tràn

+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

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 11

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)

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

÷12

_ C/T

Nếu C/T =0 hoạ t động timer liên tục được chọn và timer được dùng cho việc định khoảng thời gian Lúc đó, timer lấy xung nhịp từ bộ dao động trên chip Bộ chia 12 được thêm vào để giảm

tần số xung nhịp đến giá trị thích hợp cho phần lớn các 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 đầu được 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 ứng dụng 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 các thanh ghi TLx/THx vì giá trị 16 bit trong các thanh ghi này tăng thêm 1 cho mỗi sự kiện

Nguồn xung nhịp ngoài có từ thay đổi ch c năng của các chân port 3 Bit 4 của 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

Phương pháp mới đơn giản nhất để bắt đầu (cho chạy) và dừng các timer là dùng 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 bằng phần mềm để cho các timer chạy

Xung nh p Timer Các thanh ghi timer

Thông thường các thanh ghi được khởi động một lần ở đầu chương trình để đặt chế độ làm việc cho đúng Sau đó trong thân chương trình các timer được cho chạy, dừng , các bit cờ được

kiểm tra và xóa, các thanh ghi timer được đọc và cạp nhật theo đòi hỏi của các ứng dụng

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 từ bộ

dao động trên chíp cho việc địng khoảng thời gian

MOV TMOD,#00010000B

TRx

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 13

Lệnh này sẽ đặt M1=0 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 byte cao giữa hai lần đọc Giá trị

có thể đọc được không đúng Giải pháp là đọc byte cao trước, kế đó đọc byte thấp rồi đọc byte

cao lại một lần nữa Nếu byte cao đã thay đổi thì lập lại các hoạt động đọc

h)CÁC KHO NG NG N VÀ CÁC KHO NG DÀI

Dãy các khoảng thời gian có thể định thời là bao nhiêu ? vấn đề này được khảo sát với

8051 hoạt động với tần số 12MHz như vậy xung nhịp của các timer có tần số lá 1 MHz

Khoảng thời gian ngắn nhất có thể có bị giới hạn không chỉ bởi tần số xung nhịp của

timer mà còn bởi phần mềm Do ảnh hưởng của thời khoảng thực hiện một lệnh Lệng ngắn nhất

8051 là một chu kỳ máy hay 1 s Sau đây là bảng tóm tắt các kỹ thuật để tạo những khoảng

thời gian có chiều dài khác nhau (với giả sử xung nhịp cho 8051 có tần số 12 MHz)

Kho ng th i gian t i đa K thu t

10

256

65535 Khơng gi i h n

-B ng ph n m m -Timer 8 bit v i t đ ng n p l i -Timer 16 bit

8051 có một port nối tiếp trong chip có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác trên một dãy

tần số rộng Chức năng chủ yếu của một port nối tiếp là thực hiện chuyển đổi song song sang nối tiếp với dữ liệu xuất và chuyển đồi nối tiếp sang song song với dữ liệu nhập

Truy xuất phần cứng đến port nối tiếp qua các chân TXD và RXD Các chân 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) và đệm lúc thu (receiver buffering) cho phép một ký tự sẽ được thu và được giữ trong khi ký tự thứ hai được

nhận Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất trước khi ký tự thứ hai được 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 nối tiếp là :

SBUF và SCON Bộ đếm port nối tiếp (SBUF) ở đại chỉ 99H thật sử là hai bộ đếm Viết vào

SBUF để truy xuất dữ liệu thu được Đây là hai thanh ghi riêng biệt thanh ghi chỉ ghi để phát và

thanh ghi để thu

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

SUBF

CLK Q D

CLK

Xung nh p t c

đ baud(thu) Xung nh p

t c đ baud

(thu)

Sơ đồ port nối tiếp

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

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

b Thanh ghi điều khiển port nối tiếp

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

tiếp :

SCON.7 SM0 9FH - Bit 0 của chế độ port nối tiếp

SCON.6 SM1 9EH - Bit 1 của chế độ port nối tiếp

SCON.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 SCON.4 REN 9CH - Cho phép bộ thu phải đặt lên

1 để thu (nhận) các ký tự

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 15

SCON.3 TB8 9BH - Bit 8 phát, bit thứ 9 được phát

các chế độ 2 và 3; được đặt

và xóa bằng phần mềm SCON.2 RB8 9AH Bit 8 thu, bit thứ 9 thu được

SCON.1 TI 99H Cờ ngắt phát Đặt lên 1 khi

kết thúc phát ký tự; được xóa

phần mềm

SCON.0 RI 98H Cờ ngắt thu Đặt lên 1 khi

Kết thúc thu ký tự; được xóa Bằng phần mềm

SM0 SM1 Chế độ Mô tả Tốc độ baud

Cố định (Fosc/12) Thay đổi (đặt bằng timer) Cố định (Fosc/12 hoặc Fosc/64) Thay đổi (đặt bằng timer)

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

Ví dụ ,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

c Khởi động và truy xuất các thanh ghi cổng nối tiếp

+ 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 ở đầu chương trình khi khởi động cổng nối tiếp, timer Có thể thực hiện việc này theo hai cách Lệnh : SETB REN

Sẽ đặt REN lên 1, hoặc lệnh :

MOV SCON,#xxx1xxxxB

Sẽ đặt REN 1 và đặc hoặc xóa đi các bit khác trên SCON khi cần (các x phải là 0 hoặc 2

để đặc chế độ làm việc)

+Bit dữ liệu thứ 9:

Bit dữ liệu thứ 9 cần phát trong các chế độ 2 và 3, phải được nạp vào trong TB8 bằng

phần mềm Bit dữ liệu thứ 9 thu được đặt ở RBS Phần mềm có thể cần hoặc không cần bit dữ liệu thứ 9, phụ thuộc vào các đặc tính kỹ thuật của thiết bị nối tiếp sử dụng (bit dữ liệu thứ 9 cũng đóng vai một trò quan trọng trong truyền thông đa xử lý)

+Thêm 1 bit parity:

Thường sử dụng bit dữ liệu thứ 9 để thêm parity vào ký tự Như đã xét ở các chương

trước, pit P trong từ trạng thái chương trình (PSW) được đặt lên 1 hoặc bị xóa bởi chu kỳ máy để

thiết lập kiểm tra chẵn với 8 bit trong thanh tích lũy

+Các cờ ngắt:

Hai cờ ngắt thu và phát (RI và TI) trong SCON đóng một vai trò quan trọng truyền thông

nối tiếp dùng 8051/8031 Cả hai bit được đặt lên 1 bằng phần cứng, nhưng phải được xóa bằng

phần mềm

d 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 luôn luôn là tần

số dao động trên chip được chia cho 12 Thông thường thạch anh ấn định tần số dao động trên

chip của 8051/8031 nhưng cũng có thể sử dụng nguồn xung nhịp khác Giả sử với tần số dao

động danh định là 12 MHz, tìm tốc độ baud chế độ 0 là 1 MHz

Dao đ ng trên chip Xung nh p t c đ baud

Mặc nhiên, sau khi reset hệ thống, tốc độ baud chế độ là 2 tần số bộ dao động chia cho 64 Tốc

độ baud cũng ảnh hưởng bởi 1 bit trong thanh ghi điều khiển nguồn cung cấp (PCON) Bit 7 của

PCON là bit SMOD Đặt bit sMOD lên một làm gấp đôi tốc độ baud trong chế độ 1,2 và 3 Trong

chế độ 2, tốc độ baud có thể bị gấp đôi từ giá trị mặc nhiên của 1/64 tần số dao động (SMOD=0)

đến 1/32 tần số dao động (SMOD=1)

Vì PCON không được định địa chỉ theo bit, nên để đặt bit SMOD lên 1 cần phải theo các

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 17

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 của timer 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 nối tiếp

1.2.7 T P L NH C A 8051

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

Tập lệnh của 8051/8031 được chia thành 5 nhóm:

- Số học

- Luận lý

- Chuyển dữ liệu

- Chuyển điều khiển

Các chi tiết thiết lập lệnh:

Rn :Thanh ghi R0 đến R7 của bank thanh ghi được chọn

Data : 8 bit địa chỉ vùng dữ liệu bên trong Nó có thể là vùng RAM dữ

liệu trong (0-127) hoặc các thanh ghi chức năng đặc biệt

@Ri : 8 bit vùng RAM dữ liệu trong (0-125) được đánh giá địa chỉ gián

tiếp qua thanh ghi R0 hoặc R1

#data : Hằng 8 bit chức trong câu lệnh

#data 16 : Hằng 16 bit chứa trong câu lệnh

Addr16 : 16 bit địa chỉ đích được dùng trong lệnh LCALL và LJMP

Addr11 : 11 bit địa chỉ đích được dùng trong lệnh LCALL và AJMP

Rel : Byte offset 8 bit có dấu được dùng trong lệnh SJMP và những

lệnh nhảy có điều kiện

Bit : Bit được định địa chỉ trực tiếp trong RAM dữ liệu nội hoặc các

thanh ghi chức năng đặc biệt

a Nhóm lệnh xử lý số học:

ADD A,Rn : C ộng nội dung thanh ghi Rn vào thanh ghi A

ADD A,data : Cộng trực tiếp 1 byte vào thanh ghi A

ADD A,@Ri : Cộng gián tiếp nội dung RAM chứa tại địa chỉ được khai báo trong Ri vào

thanh ghi A

ADD A,#data : Cộng dữ liệu tức thời vào A

ADD A,Rn : Cộng thanh ghi và cờ nhớ vào A

ADD A,data : Cộng trực tiếp byte dữ liệu và cờ nhớ vào A

ADDC A,@Ri : Cộng gián tiếp nội dung RAM và cờ nhớ vào A

ADDC A,#data : Cộng dữ liệu tức thời và cờ nhớ vào A

SUBB A,Rn : Trừ nội dung thanh ghi A cho nội dung thanh ghi Rn và cờ nhớ

SUBB A,data : Trừ trực tiếp A cho một số và cờ nhớ

SUBB A,@Ri : Trừ gián tiếp A cho một số và cờ nhớ

SUBB A,#data : Trừ nội dung A cho một số tức thời và cờ nhớ

INC A : Tăng nội dung thanh ghi A lên 1

INC Rn : Tăng nội dung thanh ghi Rn lên 1

INC data : Tăng dữ liệu trực tiếp lên 1

INC @Ri : Tăng gián tiếp nội dung vùng RAM lên 1

DEC A : Giảm nội dung thanh ghi A xuống 1

DEC Rn : Giảm nội dung thanh ghi Rn xuống 1

DEC data : Giảm dữ liệu trực tiếp xuống 1

DEC @Ri : Giảm gián tiếp nội dung vùng RAM xuống 1

INC DPTR : Tăng nội dng con trỏ dữ liệu lên 1

MUL AB : Nhân nội dung thanh ghi A với nội dung thanh ghi B

DIV AB : Chia nội dung thanh ghi A cho nội dung thanh ghi B

DA A : H iệu chỉnh thập phân thanh ghi A

b Nhóm lệnh luận lý:

ANL A,Rn : AND nội dung thanh ghi A với nội dung thanh ghi Rn

ANL A,data : AND nội dung thanh ghi A với dữ liệu trực tiếp

ANL A,@Ri : AND nội dung thanh ghi A với dữ liệu gián tiếp

trong RAM

ANL A,#data : AND nội dung thanh ghi với dữ liệu tức thời

ANL data,A : AND một dữ liệu trực tiếp với A

ANL data,#data : AND một dữ liệu trực tiếp với A một dữ liệu tức thời

ANL C,bit : AND cờ nhớ với 1 bit trực tiếp

ANL C,/bit : AND cờ nhớ với bù 1 bit trực tiếp

ORL A,Rn : OR thanh ghi A với thanh ghi Rn

ORL A,data : OR thanh ghi A với một dữ liệu trực tiếp

ORL A,@Ri : OR thanh ghi A với một dữ liệu gián tiếp

ORL A,#data : OR thanh ghi A với một dữ liệu tức thời

ORL data,A : OR một dữ liệu trực tiếp với thanh ghi A

ORL data,#data : OR một dữ liệu trực tiếp với một dữ liệu tức thời

ORL C,bit : OR cờ nhớ với một bit trực tiếp

ORL C,/bit : OR cờ nhớ với bù của một bit trực tiếp

XRL A,Rn : XOR thanh ghi A với thanh ghi Rn

XRL A,data : XOR thanh ghi A với mộ dữ liệu trực tiếp

XRL A,@Ri : XOR thanh ghi A với một dữ liệu gián tiếp

XRL A,#data : XOR thanh ghi A với mộ dữ liệu tức thời

XRL data,A : XOR một dữ liệu trực tiếp với thanh ghi A

XRL dara,#data : XOR một dữ liệu trực tiếp với một dữ liệu tức thời

SETB C : Đặt cờ nhớ

SETB bit : Đặt một bit trực tiếp

CLR A : Xóa thanh ghi A

CLR C : Xóa cờ nhớ

CPL A : Bù nội dung thanh ghi A

CPL C : Bù cờ nhớ

CPL bit : Bù một bit trực tiếp

RL A : Quay trái nội dung thanh ghi A

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 19

RLC A : Quay trái nội dung thanh ghi A qua cờ nhớ

RR A : Quay phải nội dung thanh ghi A

RRC A : Quay phải nội dung thanh ghi A qua cờ nhớ

SWAP : Quay trái nội dung thanh ghi A 1 nibble (1/2byte)

c Nhóm lệnh chuyển dữ liệu:

MOV A,Rn : Chuyển nội dung thanh ghi Rn vào thanh ghi A

MOV A,data : Chuyển dữ liệu trực tiếp vào thanh ghi A

MOV A,@Ri : Chuyển dữ liệu gián tiếp vào thanh ghi A

MOV A,#data : Chuyển dữ liệu tức thời vào thanh ghi A

MOV Rn,data : Chuyển dữ liệu trực tiếp vào thanh ghi Rn

MOV Rn,#data : Chuyển dữ liệu tức thời vào thanh ghi Rn

MOV data,A : Chuyển nội dung thanh ghi A vào một dữ liệu trực

MOV @Ri,#data : Chuyển dữ liệu tức thời vào dữ liệu gián tiếp

MOV DPTR,#data : Chuyển một hằng 16 bit vào thanh ghi con trỏ dữ

liệu

MOV C,bit : Chuyển một bit trực tiếp vào cờ nhớ

MOV bit,C : Chuyển cờ nhớ vào một bit trực tiếp

MOV A,@A+DPTR : Chuyển byte bộ nhớ chương trình có địa chỉ là

@A+DPRT vào thanh ghi A

MOVC A,@A+PC : Chuyển byte bộ nhớ chương trình có địa chỉ là

@A+PC vào thanh ghi A

MOV A,@Ri : Chuyển dữ liệu ngoài (8 bit địa chỉ) vào thanh ghi A

MOVX A,@DPTR : Chuyển dữ liệu ngoài (16 bit địa chỉ) vào thanh ghi A

MOVX @Ri,A : Chuyển nội dung A ra dữ liệu ngoài (8 bit địa chỉ)

MOVX @DPTR,A : Chuyển nội dung A ra dữ liệu bên ngoài (16 bit địa

chỉ)

PUSH data : Chuyển dữ liệu trực tiếp vào ngăn xếp và tăng SP

POP data : Chuyển dữ liệu trực tiếp vào ngăn xếp và giảm SP

XCH A,Rn : Trao đổi dữ liệu giữa thanh ghi Rn v2 thanh ghi A

XCH A,data : Trao đổi giữa thanh ghi A và một dữ liệu trực tiếp

XCH A,@Ri : Trao đổi giữa thanh ghi A và một dữ liệu gián tiếp

XCHD A,@R : Trao đổi giữa nibble thấp (LSN) của thanh ghi A và LSN của dữ liệu

gián tiếp

d Nhóm lệnh chuyền điều khiển:

ACALL addr11 : Gọi chương trình con dùng địa chì tuyệt đối

LCALL addr16 : Gọi chương trình con dùng địa chỉ dài

RET : Trở về từ lệnh gọi chương trình con

RETI : Trở về từ lệnh gọi ngắt

AJMP addr11 : Nhảy tuyệt đối

LJMP addr16 : Nhảy dài

SJMP rel : Nhảy ngắn

JMP @A+DPTR : Nhảy gián tiếp từ con trỏ dữ liệu

JZ rel : Nhảy nếu A=0

JNZ rel : Nhảy nếu A không bằng 0

JC rel : Nhảy nếu cờ nhớ được đặt

JNC rel : Nhảy nếu cờ nhớ không được đặt

JB bit,rel : Nhảy tương đối nếu bit trực tiếp được đặt

JNB bit,rel : Nhảy tương đối nếu bit trực tiếp không được đặt

JBC bit,rel : Nhảy tương đối nếu bit trực tiếp được đặt , rồi xóa

bit

CJNE A,data,rel : So sánh dữ liệu trực tiếp với A và nhảy nếu không bằng

CJNE A,#data,rel : So sánh dữ liệu tức thời với A và nhảy nếu không

bằng

CJNE Rn,#data,rel : So sánh dữ liệu tức thời với nội dung thanh ghi Rn và

nhảy nếu không bằng

CJNE @Ri,#data,rel : So sánh dữ liệu tức thời với dữ liệu gián tiếp và

nhảy nếu không bằng

DJNZ Rn,rel : Giản thanh ghi Rn và nhảy nếu không bằng

DJNZ data,rel : Giảm dữ liệu trực tiếp và nhảy nếu không bằng

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 21

CH NG 2: GIAO TI P MÁY TÍNH

Vi c giao ti p máy tính và thi t b ngo i vi có th giao ti p b ng 3 cách :

-Giao ti p b ng Slot-Card

-Giao ti p qua c ng song song (máy in)

-Giao ti p qua c ng n i ti p (COM)

Trong ph m vi đ án này em s d ng cách giao ti p qua c ng n i ti p (COM)

2.1)Giao ti p b ng c ng n i ti p:

C ng n i ti p RS232 là m t giao di n ph bi n và r ng rãi nh t

Vi c truy n d li u qua c ng COM đ c ti n hành theo cách n i ti p Ngh a là các bít d

li u đ c truy n đi n i ti p trên m t đ ng d n Lo i truy n này có kh n ng dùng cho các ng d ng

có yêu c u truy n kho ng cách l n h n , b i vì các kh n ng gây nhi u là nh đáng k h n khi dùng

m t c ng song song

C ng COM không ph i là m t h th ng bus nó cho phép d dàng t o ra liên k t d i hình

th c đi m v i đi m gi a hai máy c n trao đ i thông tin v i nhau , m t thành viên th ba không th tham gia vào cu c trao đ i thông tin này

Các chân và đ ng d n đ c mô t nh sau :

Phích c m COM có t ng c ng 8 đ ng d n , ch a k đ n đ ng n i đ t Trên th c t có hai lo i phích c m , m t lo i 9 chân và m t lo i 25 chân C hai lo i này đ u có chung m t đ t đi m

Vi c truy n d li u x y ra trên hai đ ng d n Qua chân c m ra TXD máy tính g i d

li u c a nó đ n KIT vi đi u khi n Trong khi đó các d li u mà máy tính nh n đ c , l i đ c d n

đ n chân RXD các tín hi u khác đóng vai trò nh là tín hi u h tr khi trao đ i thông tin , và vì th không ph i trong m i tr ng h p đ u ng d ng

Vì tín hi u c ng COM th ng m c +12V , - 12V nên không t ng thích v i đi n áp TTL nên đ giao ti p KIT vi đi u khi n 8051 v i máy tính qua c ng COM ta ph i qua m t vi m ch

bi n đ i đi n áp cho phù h p v i m c TTL ta ch n vi m ch MAX232 đ th c hi n vi c t ng thích

b ng cách này , kho ng cách t máy tính đ n thi t b ngo i vi có th đ t t i 20 mét

i v i đ tài này ch yêu c u truy n d li u t máy tính qua KIT , vì v y em ch n vi

m ch MAX232 đ th c hi n bi n đ i t ng thích m c tín hi u

u đi m c a giao di n này là có kh n ng thi t l p t c đ Baud

RXD TXD

TXD

RXD

RXD RXD

8951

MAX 232

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 23

Khi d li u t máy tính g i đ n KIT đi u khi n qua c ng COM thì d li u này s đ c

đ a vào t ng bit (n i ti p) vào thanh ghi SBUF (thanh ghi đ m) , đ n khi thanh ghi đ m đ y thì c

RI trong thanh ghi đi u khi n s t đ ng set lên 1 thì lúc này CPU s g i ch ng trình con ph c v

ng t và d li u s đ c đ a vào đ x lý

2.2) Truy n d li u :

a)Thông tin s li u

H th ng thông tin s li u dùng đ x lý và truy n các chu i mã nh phân Các mã này

đ c t o ra, l u tr và x lý b i máy tính và các thi t b ngo i vi , bao g m các lo i nh : các tin t c

đã mã hóa, t p tin v n b n , hình nh , d li u , s và các thông tin khác

ng truy n là đ ng truy n d n tín hi u s và các ký t truy n ph bi n là mã ASCII

b) Ph ng th c truy n

*Truy n n i ti p / song song (Serrial/Parallel)

Truy n song song : truy n t t c các bit c a m t ký t cùng m t lúc

Truy n n i ti p : truy n tu n t t ng bit c a m t ký t

b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0

Truy n song song nhanh h n truy n n i ti p(th ng dùng c ly thông tin g n)

Truy n n i ti p ít t n đ ng truy n h n song song(th ng dùng c ly xa)

*Truy n đ ng b /b t đ ng b (Synchoronous/Asynchonous)

-Truy n đ ng b -n i ti p:

Dùng m t xung clock đ đ ng b quá trình nh n theo t ng bit ký t Máy s cung c p tín hi u clock cho c hai đ u phát và thu

u đi m : ch truy n data , không c n thêm tín hi u đ ng b vào chu i data

Nh c đi m : ph i thêm m t kênh th hai đ truy n tín hi u clock song song v i kênh truy n data -Truy n b t đ ng b -n i ti p:

Thêm vào phía tr c m i ký t m t bit Start và phía sau 1 ho c 2 bit Stop Máy thu s tách bit Start

đ kh i đ ng tín hi u đ ng b dùng cho vi c thu các bit ký t Các bit Stop đ c dùng đ ng n cách

gi a các ký t Ph ng pháp này cho phép truy n ng u nhiên không truy n liên t c

Vì ph i thêm các bit Start , Stop nên t c đ truy n t ng quát là ch m so v i truy n đ ng b nh ng l i

th c hi n RS-232 trong các thi t b mà n u không c n b t k đi n áp bên ngoài 0 V đ n V + ph m vi

5, nh thi t k cung c p đi n không c n ph i đ c th c hi n ph c t p h n ch cho các RS-232 trong

SVTH : Tr n Ph ng Kh i MSSV : 20602005 Trang : 25

Vi c thu gi m RS-232 đ u vào (có th cao t i ± 25 V), tiêu chu n 5 V m c TTL Nh ng

ng i nh n có m t ng ng đi n hình là 1,3 V, và tr m t đi n hình là 0,5 V Các MAX232A sau đó

là t ng thích ng c v i các MAX232 ban đ u nh ng có th ho t đ ng m c đ truy n cao h n và

có th s d ng t đi n nh bên ngoài 0,1 F thay cho 1,0 F t đi n đ c s d ng v i các thi t b ban đ u Các MAX3232 m i h n c ng t ng thích ng c, nh ng ho t đ ng m t ph m vi đi n áp

Vi m ch MAX232 có 2 b đ m và 2 b nh n ng d n đi u khi n l i vào CTS , đi u khi n vi c

xu t ra d li u c ng n i ti p khi c n thi t , đ c n i v i chân 9 c a vi m ch MAX232 Còn chân RST ( chân 10 c a vi m ch MAX232) n i v i đ ng d n b t tay đ đi u khi n quá trình nh n

Th ng thì các đ ng d n b t tay đ c n i v i c ng n i ti p qua các c u n i , đ khi không dùng

đ n n a thì có th h m ch các c u này Cách truy n d li u đ n gi n nh t là ch dùng 3 đ ng d n TxD, RxD và GND

VCC GND T1 OUT R1 IN R1 OUT T1 IN T2 IN R2 OUT

C1+

V+

C1- C2+

C2- V- T2 OUT