thiết kế Hệ Thống Quảng Cáo dùng vi điều khiển AT89C51

Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Đề tài thiết kế Hệ Thống Quảng Cáo. MỤC LỤC MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỌ VI XỬ LÝ 8051 1 I. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN HỌ VI XỬ LÝ 8051 1 1.Tóm tắt về lịch sử của 8051. 1 2. Bộ ví điều khiển 8051 2 3. Sơ đồ khối chung của họ vi điều khiển 8051 2 II. THÀNH VIÊN HỌ VI XỬ LÝ 8051 3 1. Bộ vi điều khiển 8052: 3 2. Bộ vi điều khiển 8031: 4 3. Các bộ vi điều khiển 8051 từ các hãng khác nhau. 5 3.1. Bộ vi điều khiển 8751 5 3.2. Bộ vi điều khiển AT8951 từ Atmel Corporation. 5 3.3. Bộ vi điều khiển DS5000 từ hãng Dallas Semiconductor. 6 3.4. Phiên bản OTP của 8051. 8 3.5. Họ 8051 từ Hãng Philips 8 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51……………………….12 1. Sơ Đồ Khối Của Vi Điều Khiển AT89C51 9 2. Đặc Tinh Của AT89C51 10 3. Sơ đồ chân và chức năng các chân của CHIP 89C51 11 4. Cấu trúc của PORT xuất/nhập. 15 5. Tổ chức bộ nhớ 17 6. Hoạt Động Của Thanh Ghi TIME 28 7. Bộ Đềm Chương Trinh Và Không Gian ROM Của 8051 33 CHƯƠNG III: CÁC CHẾ ĐỘ ĐỊNH ĐỊA CHỈ CỦA 8051 39 I CÁC CHẾ ĐỘ ĐỊNH ĐỊA CHỈ TỨC THỜI VÀ THEO THANH GHI 39 Hoàng Quang Lý -1- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp 1 Chế độ đánh địa chỉ tức thời 39 2. chế độ đánh địa chỉ theo thanh ghi: 39 II. TRUY CẬP BỘ NHỚ SỬ DỤNG CÁC CHẾ ĐỘ ĐỊNH ĐỊA CHỈ KHÁC NHAU 40 1 Chế độ đánh địa chỉ trực tiếp. 40 2 Các thanh ghi SFSR và các địa chỉ của chúng. 41 3 Ngăn xếp và chế độ đánh địa chỉ trực tiếp. 44 4 Chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi. 44 5. ưu điểm của chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi. 45 6. Hạn chế của chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi trong 8051. 45 7. Chế độ đánh địa chỉ theo chỉ số và truy cập bộ nhớ ROM trên chíp. 45 8 Bảng xắp xếp và sử dụng chế độ đánh địa chỉ theo chỉ số. 46 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG 46 I. Bài toán: 46 II. Sơ dồ khối và các chức năng của hệ quảng cáo 46 1.Sơ dồ khối của hệ quảng cáo 46 2.Chức năng các khối 47 III . THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC KHỐI 48 1.Thiết kế chi tiết khối nguồn 48 2. Thiết thiết khối đệm hàng 49 3. Thiết kế khối giải mã cột chi tiết (quét cột) 50 4. Khối thúc công xuất cột (đệm ngõ ra cộT) 54 5. khối hiển thị 57 6. Khối Điều Khiển Trung Tâm 60 7. Nguyên lý toàn mạch 61 7.1. Linh kiện cần cho thiết kế 61 7.1. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch và công cụ thiết kế mạch in 63 7.2.Board điều khiển(mạch đồng 2 lớp) 67 Hoàng Quang Lý -2- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp 7.3. Board hiển thị (mạch đồng khối hiển thị) 68 7.4. Nguyên lý hoạt động của toàn mạch: 69 IV. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 70 1.Nguyên lý hoạt động 70 2. Lưu Đồ Thuật Toán 71 3.Chương trinh và nạp chương trình cho chíp AT89C51 73 4. Kết quả 82 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỌ VI XỬ LÝ 8051 I. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN HỌ VI XỬ LÝ 8051 1.Tóm tắt về lịch sử của 8051. Vào năm 1981, hãng Intel giới thiệu một số bộ vi điều khiển được gọi là 8051. Bộ vi điều khiển này có 128 byte RAM, 4K byte ROM, hai bộ định thời, một cổng nối tiếp và 4 cổng 8 bit. Tất cả đều được tích hợp trên một chíp. Lúc bấy giờ, bộ vi điều khiển như vậy được coi là một “hệ thống trên chíp”. 8051 là một bộ xử lý 8 bit, tức là CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit dữ liệu. Dữ liệu lớn hơn 8 bit được chia ra thành các dữ liệu 8 bit để xử lý. 8051 có tất cả 4 cổng I/O mỗi cổng rộng 8 bit, có thể có một ROM trên chíp cực Hoàng Quang Lý -3- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp đại là 64 K byte. Tuy nhiên, lúc đó các nhà sản xuất đã cho xuất xưởng chỉ với 4K byte ROM trên chíp. 8051 đã trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất và bán bất kỳ dạng biến thể nào của 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để mã chương trình tương thích với 8051. Từ đó dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của 8051 với các tốc độ khác nhau. Tuy nhiên, điều quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể của 8051, như khác nhau về tốc độ và dung lượng nhớ ROM trên chíp, nhưng tất cả các lệnh đều tương thích với 8051 ban đầu. Điều này có nghĩa là nếu ta viết chương trình của mình cho một phiên bản nào đó thì nó cũng sẽ chạy với mọi phiên bản bất kỳ khác mà không phân biệt nó từ hãng sản xuất nào. 2. Bộ ví điều khiển 8051 Bộ vi điều khiển 8051 là thành viên đầu tiên của họ 8051. Hãng Intel ký hiệu nó như là MCS51 Đặc tính Số lượng ROM trên chíp 4K byte RAM 128 byte Bộ định thời 2 Các chân vào - ra 32 Cổng nối tiếp 1 Nguồn ngắt 6 Bảng 1.1. Các đặc tính của 8051 đầu tiên 3. Sơ đồ khối chung của họ vi điều khiển 8051 Hoàng Quang Lý -4- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Interrupt control : Điều khiển ngắt. Other registers : Các thanh ghi khác. 128 Byte RAM : RAM 128 Byte. Timer 2, 1 , 0 : Bộ định thời 2 , 1 , 0 CPU : Đơn vị điều khiển trung tâm. Oscillator : Mạch dao động. Bus control: Điều khiển Bus I/O ports: Các ports vào/ ra Serial port: port nối tiếp Address/data : địa chỉ/ dữ liệu Hoàng Quang Lý -5- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1. Bố trí bên trong của sơ đồ khối 8051 II. THÀNH VIÊN HỌ VI XỬ LÝ 8051 1. Bộ vi điều khiển 8052: Bộ vi điều khiển 8052 là một thành viên khác của họ 8051, 8052 có tất cả các đặc tính chuẩn của 8051 ngoài ra nó có thêm 128 byte RAM và một bộ định thời nữa. Hay nói cách khác là 8052 có 256 byte RAM 3 bộ định thời và có 8K byte ROM trên chíp thay vì 4K byte như 8051. Đặc tính 8051 8052 8031 ROM trên chíp 4K byte 8K byte RAM 128 byte 256 byte 128 byte Hoàng Quang Lý -6- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Bộ định thời 2 3 2 Chân vào - ra 32 32 32 Cổng nối tiếp 1 1 1 Nguồn ngắt 6 8 6 Bảng 1.2. So sánh các đặc tính của các thành viên họ 8051. Như nhìn thấy từ bảng 1.2 thì 8051 là tập con của 8052, do vậy tất cả mọi chương trình viết cho 8051 đều chạy trên 8052 nhưng điều ngược lại là không đúng. 2. Bộ vi điều khiển 8031: Một thành viên khác nữa của 8051 là chíp 8031. Chíp này thường được coi như là 8051 không có ROM trên chíp vì nó có OK byte ROM trên chíp. Để sử dụng chíp này ta phải bổ xung ROM ngoài cho nó. ROM ngoài phải chứa chương trình mà 8031 sẽ nạp và thực hiện. So với 8051 mà chương trình được chứa trong ROM trên chíp bị giới hạn bởi 4K byte, còn ROM ngoài chứa chương trinh được gắn vào 8031 thì có thể lớn đến 64K byte. Khi bổ xung cổng, như vậy chỉ còn lại 2 cổng để thao tác. Để giải quyết vấn đề này ta có thể bổ xung cổng vào - ra cho 8031. Phối phép 8031 với bộ nhớ và cổng vào - ra chẳng hạn với chíp 8255. Ngoài ra còn có các phiên bản khác nhau về tốc độ của 8031 từ các hãng sản xuất khác nhau. 3. Các bộ vi điều khiển 8051 từ các hãng khác nhau. Mặc dù 8051 là thành viên phổi biến nhất của họ 8051 nhưng chúng ta sẽ thấy nó trong kho linh kiện. Đó là do 8051 có dưới nhiều dạng kiểu bộ nhớ khác nhau như UV - PROM, Flash và NV - RAM mà chúng đều có số đăng ký linh kiện khác nhau. Phiên bản UV-PROM của 8051 là 8751 Phiên Hoàng Quang Lý -7- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp bản Flash ROM được bán bởi nhiều hãng khác nhau chẳng hạn của Atmel corp với tên gọi là AT89C51 còn phiên bản NV-RAM của 8051 do Dalas Semi Conductor cung cấp thì được gọi là DS5000. Ngoài ra còn có phiên bản OTP (khả trình một lần) của 8051 được sản xuất bởi rất nhiều hãng. 3.1. Bộ vi điều khiển 8751 Chíp 8751 chỉ có 4K byte bộ nhớ UV-EPROM trên chíp. Để sử dụng chíp này để phát triển yêu cầu truy cập đến một bộ đốt PROM cũng như bộ xoá UV- EPROM để xoá nội dung của bộ nhớ UV-EPROM bên trong 8751 trước khi ta có thể lập trình lại nó. Do một thực tế là ROM trên chíp đối với 8751 là UV-EPROM nên cần phải mất 20 phút để xoá 8751 trước khi nó có thể được lập trình trở lại. Điều này đã dẫn đến nhiều nhà sản xuất giới thiệu các phiên bản FLASH ROM và UV-RAM của 8051. Ngoài ra còn có nhiều phiên bản với các tốc độ khác nhau của 8751 từ nhiều hãng khác nhau. 3.2. Bộ vi điều khiển AT8951 từ Atmel Corporation. Chíp 8051 phổ biến này có ROM trên chíp ở dạng bộ nhớ Flash. Điều này là lý tưởng đối với những phát triển nhanh vì bộ nhớ Flash có thể được xoá trong vài giây trong tương quan so với 20 phút hoặc hơn mà 8751 yêu cầu. Vì lý do này mà AT89C51 để phát triển một hệ thống dựa trên bộ vi điều khiển yêu cầu một bộ đốt ROM mà có hỗ trợ bộ nhớ Flash. Tuy nhiên lại không yêu cầu bộ xoá ROM. Lưu ý rằng trong bộ nhớ Flash ta phải xoá toàn bộ nội dung của ROM nhằm để lập trình lại cho nó. Việc xoá bộ nhớ Flash được thực hiện bởi chính bộ đốt PROM và đây chính là lý do tại sao lại không cần đến bộ xoá. Để loại trừ nhu cầu đối với một bộ đốt PROM hãng Atmel đang nghiên cứu một phiên bản của AT 89C51 có thể được lập trình qua cổng truyền thông COM của máy tính IBM PC . Hoàng Quang Lý -8- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Số linh kiện ROM RAM Chân I/O Timer Ngắt Vcc Đóng vỏ AT89C51 4K 128 32 2 6 5V 40 AT89LV51 4K 128 32 2 6 3V 40 AT89C1051 1K 64 15 1 3 3V 20 AT89C2051 2K 128 15 2 6 3V 20 AT89C52 8K 256 32 3 8 5V 40 AT89LV52 8K 128 32 3 8 3V 40 Bảng 1.3: Các phiên bản của 8051 từ Atmel (Flash ROM). Chữ C trong ký hiệu AT89C51 là CMOS. Cũng có những phiên bản đóng vỏ và tốc độ khác nhau của những sản phẩm trên đây xem bảng 1.4. Ví dụ để ý rằng chữ “C” đứng trước số 51 trong AT 89C51 -12PC là ký hiệu cho CMOS “12” ký hiệu cho 12 MHZ và “P” là kiểu đóng vỏ DIP và chữ “C” cuối cùng là ký hiệu cho thương mại (ngược với chữ “M” là quân sự ). Thông thường AT89C51 - 12PC rất lý tưởng cho các dự án của học sinh, sinh viên. Mã linh kiện Tốc độ Số chân Đóng vỏ Mục đích AT89C51-12PC 42MHZ 40 DTP Thương mại Bảng 1.4: Các phiên bản 8051 với tốc độ khác nhau của Atmel 3.3. Bộ vi điều khiển DS5000 từ hãng Dallas Semiconductor. Một phiên bản phổ biến khác nữa của 8051 là DS5000 của hãng Dallas Semiconductor. Bộ nhớ ROM trên chíp của DS5000 ở dưới dạng NV-RAM. Khả năng đọc/ ghi của nó cho phép chương trình được nạp vào ROM trên chíp trong khi nó vẫn ở trong hệ thống (không cần phải lấy ra). Điều này còn có thể được thực hiện thông qua cổng nối tiếp của máy tính IBM PC. Việc nạp chương trình trong hệ thống (in-system) của DS5000 thông qua cổng nối Hoàng Quang Lý -9- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp tiếp của PC làm cho nó trở thành một hệ thống phát triển tại chỗ lý tưởng. Một ưu việt của NV-RAM là khả năng thay đổi nội dung của ROM theo từng byte tại một thời điểm. Điều này tương phản với bộ nhớ Flash và EPROM mà bộ nhớ của chúng phải được xoá sạch trước khi lập trình lại cho chúng. Mã linh kiện ROM RAM Chân I/O Timer Ngắt Vcc Đóng vỏ DS5000-8 DS5000-32 DS5000T-8 DS5000T-8 8K 32K 8K 32K 128 128 128 128 32 32 32 32 2 2 2 2 6 6 6 6 5V 5V 5V 5V 40 40 40 40 Bảng 1.5: Các phiên bản 8051 từ hãng Dallas Semiconductor. Chữ “T” đứng sau 5000 là có đồng hồ thời gian thực. Lưu ý rằng đồng hồ thời gian thực RTC là khác với bộ định thời Timer. RTC tạo và giữ thời gian l phút giờ, ngày, tháng - năm kể cả khi tắt nguồn. Còn có nhiều phiên bản DS5000 với những tốc độ và kiểu đóng gói khác nhau. Ví dụ DS5000-8-8 có 8K NV-RAM và tốc độ 8MHZ. Thông thường DS5000-8-12 hoặc DS5000T-8-12 là lý tưởng đối với các dự án của sinh viên. Mã linh kiện NV- RAM Tốc độ DS5000-8-8 8K 8MHz DS5000-8-12 DS5000-32- 8 DS5000T-32-12 DS5000-32-12 DS5000-8-12 8K 32K 32K 32K 8K 12MHz 8MHz 8MHz (with RTC) 12MHz 12MHz (with RTC) Hoàng Quang Lý -10- [...]... hóng ny cú mt di la chn rng ln cho cỏc b vi iu khin h 8051 Nhiu sn phm ca hóng ó cú kốm theo cỏc c tớnh nh cỏc b chuyn i ADC, DAC, cng I/0 m rng v c cỏc phiờn bn OTP v Flash CHNG II GII THIU VI IU KHIN AT89C51 Hong Quang Lý -11- Tng quan Vi iu khin h 8051 ỏn tt nghip 1 S Khi Ca Vi iu Khin AT89C51 Hỡnh 2.1: S Khi Ca Vi iu Khin AT89C51 2 c Tớnh Ca AT89C51 Chớp AT89C51 cha trờn 60000 Transistor bao gm... Tng quan Vi iu khin h 8051 ỏn tt nghip lng mch ỏng chỳ ý trong IC n Cỏc thnh vi n mi c thờm vo cho h MCS-51 v cỏc bin th ny gn nh cú gp ụi cỏc c trng ny Tp on Seimens, ngun sn xut th hai cỏc b vi iu khin thuc h MCS-50 cung cp Chớp SAB80515, mt ci tin ca 8051 cha trong mt v 68 chõn, cú 6 Port xut nhp 8-bit, 13 ngun to ra ngt v mt b bin i A/D 8-bit vi 8 kờnh ngừ vo H 8051 l mt trong nhng b vi iu khin... thnh b vi iu khin hng u trong nhng nm gn õy - C th vi iu khin AT89C51 l 1 IC cú tớch hp trờn ú h vi x lớ - IC AT98C51 cú 40 chõn - 4KB ROM trong v cú th ghi xoỏ c 1000 ln - Di tn s hot ng t 0MHz 24MHz - 128x8 bit RAM trong - 4 Cng vo ra 8 bit - 2 B nh thi 16 bit - Cú 6 nguyờn nhõn ngt - Cú th lp trỡnh c qua cng ni tip - 210 bit c a ch hoỏ - Giao tip ni tip 3 S chõn v chc nng cỏc chõn ca Chớp AT89C51. .. ch thc t ngha l 2 lnh sau s tng ng CLR P.17 tng ng vi lnh CLR 97H - Cỏc thanh ghi nh thi (Timer) AT89C51 cha 2 b nh thi 2 b nh thi/ m 16bit c dựng cho vic nh thi hoc m s kin Timer 0 a ch 8AH (TL0 : Byte thp) v 8CH Hong Quang Lý -28- Tng quan Vi iu khin h 8051 ỏn tt nghip (TH0 : Byte cao) Timer 1 a ch 8BH (TL0 : Byte thp) v 8DH ( TH1 : Byte cao) Vic khi ng Timer c SET bi TIMER Mode (TMOD) a ch 89H... CHIP, 2 chõn ny c dựng ni vi thch anh ngoi nhm tỏi to dao ng v xỏc nh tn s lm vic cho mch dao ng bờn trong CHIP Kt hp vi thch anh cú thờm 2 t gm n nh tn s dao ng Tn s danh nh ca thch anh l 12MHz cho hu ht cỏc CHIP ca h MCS - 51 Hỡnh 2.3: Mch dao ng Thch Anh XTAL 1 v XTAL 2 Hoc ta cng cú th dựng mt ngun xung CLOCK TTL to dao ng cho 8051 nh mch sau : Hong Quang Lý -18- Tng quan Vi iu khin h 8051 ỏn tt... tt nghip Hỡnh 2.4: Mch dao ng 4 Cu trỳc ca PORT In/Out Vic ghi n 1 chõn ca Port s np d liu vo b cht ca Port, ngừ ra Q ca b cht iu khin mt Transistor trng v Transistor ny ni vi chõn ca Port Kh nng phõn chia u ra (Fan - out) ca cỏc Port 1, 2 v 3 l 4 ti vi mch TTL loi Schottky cụng sut thp (LS) cũn ca Port 0 l 8 ti loi LS Hong Quang Lý -19- Tng quan Vi iu khin h 8051 ỏn tt nghip Lu ý l in tr kộo lờn (Pull... ( Special Funtion Registers) AT89C50 cú b nh theo cu trỳc : Cú nhng vựng nh riờng bit cho chng trỡnh v d liu Chng trỡnh v d liu cú th cha bờn trong AT89C51 nhng AT89C51 vn cú th kt ni vi 64K Byte b nh chng trỡnh v 64KByte b nh d liu m rng RAM bờn trong AT89C51 c phõn chia nh sau : - Cỏc thanh ghi cú a ch t 00H n 1FH - RAM a ch húa tng bit cú a ch t 20H n 2FH - RAM a dng t 30H n 7FH - Cỏc thanh ghi... Quang Lý -22- Tng quan Vi iu khin h 8051 ỏn tt nghip Hoc truy xut dựng cỏch a ch giỏn tip qua R0 hay R1 - RAM cú th truy xut tng bit AT89C51 cha 210 bit c a ch hoỏ tng bit, trong ú 128 bit cha cỏc a ch t 20H n 2FH, cỏc bit cũn li cha trong nhúm thanh ghi chc nng c bit í tng truy xut tng bit bng phn mm l mt c tớnh mnh ca vi iu khin núi chung Cỏc bit cú th c t, xoỏ, nhõn, cng vi 1 lnh n Ngoi ra cỏc... ca AT89C51 khi ng SP vi ngn xp bt u ti a ch 60H, ta dựng lnh sau : MOV SP,#5FH Nu khụng dựng lnh khi ng SP hoc khi RESET li AT89C51 thỡ SP s bt u ti a ch mc nh l 07H v d liu u tiờn s c ct vo ụ nh ngn xp cú a ch l 08H Ngn xp c truy xut trc tip bng cỏc lnh PUSH v POP lu tr tm thi v ly li d liu hoc truy xut ngm bng lnh gi chng trỡnh con ACALL, LCALL v cỏc lnh tr v RET, Hong Quang Lý -26- Tng quan Vi. .. ngoi EA Ngừ vo ny chõn 31 cú th c ni vi ngun +5V (Logic 1) hoc GND (Logic 0) Nu chõn ny ni lờn 5V , 8051/8052 thc thi chng trỡnh trong ROM ni( chng trỡnh nh hn 4K/8K) Nu chõn ny ni vi GND( v chõn PSEN cng mc Logic 0), chng trỡnh cn thc thi cha b nh ngoi i vi 8031/8032 chõn EA phi mc Logic 0 vỡ chỳng khụng cú b nh chng trỡnh trờn CHIP Nu chõn EA mc Logic 0 i vi 8051/8052, ROM ni bờn trong CHIP c . 2. Bộ vi điều khiển 8031: 4 3. Các bộ vi điều khiển 8051 từ các hãng khác nhau. 5 3.1. Bộ vi điều khiển 8751 5 3.2. Bộ vi điều khiển AT8951 từ Atmel Corporation. 5 3.3. Bộ vi điều khiển DS5000. GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 Hoàng Quang Lý -11- Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp 1. Sơ Đồ Khối Của Vi Điều Khiển AT89C51 Hình 2.1: Sơ Đồ Khối Của Vi Điều Khiển AT89C51. hệ quảng cáo 46 1.Sơ dồ khối của hệ quảng cáo 46 2.Chức năng các khối 47 III . THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC KHỐI 48 1 .Thiết kế chi tiết khối nguồn 48 2. Thiết thiết khối đệm hàng 49 3. Thiết kế