Lập trình ASM cho 8051 điều khiển LED 7 thanh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ TRẦN THỊ DUYÊN LẬP TRÌNH ASM CHO 8051 ĐIỀU KHIỂN LED 7 THANH Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI - 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ TRẦN THỊ DUYÊN LẬP TRÌNH ASM CHO 8051 ĐIỀU KHIỂN LED 7 THANH Chuyên ngành: Vật lí Kỹ thuật KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học ThS. PHÙNG CÔNG PHI KHANH HÀ NỘI - 2014 LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn Th.S Phùng Công Phi Khanh, người đã hướng dẫn tận tình, hiệu quả giúp tôi hoàn thành khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Vật Lý trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm khóa luận. Tôi xin cảm ơn bạn bè, người thân luôn cổ vũ, động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận. Hà Nội, tháng 5 năm 2014 Sinh viên Trần Thị Duyên LỜI CAM ĐOAN Qua quá trình nghiên cứu khóa luận về đề tài: “Lập trình ASM cho 8051 điều khiển led 7 thanh” tôi đã tiếp cận được một trong những lĩnh vực phát triển nhất hiện nay, đó là công nghệ vi điện tử. Qua đây cũng giúp tôi bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học. Tôi xin cam đoan khóa luận này được hoàn thành do sự cố gắng tìm hiểu nghiên cứu của bản thân cùng với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình và hiệu quả của Th.S Phùng Công Phi Khanh cũng như các thầy cô giáo trong khoa Vật Lý trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2. Đây là đề tài không trùng với các đề tài khác và kết quả đạt được không trùng với kết quả của các tác giả khác. Hà Nội, tháng 5 năm 2014 Sinh viên Trần Thị Duyên MỤC LỤC Trang Phần I. MỞ ĐẦU 5 Phần II. NỘI DUNG 7 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 7 1.1. Phần cứng 7 1.1.1. Tổng quát 7 1.1.2. Các chân 10 1.1.3. Cấu trúc của port xuất/nhập 13 1.1.4. Tổ chức bộ nhớ 14 1.1.5. Các thanh ghi có chức năng đặc biệt 17 1.2. Tóm tắt tập lệnh 24 1.2.1. Các kiểu định địa chỉ 24 1.2.2. Các loại lệnh 26 1.3. Hoạt động định thời 30 1.3.1. Mở đầu 30 1.3.2. Thanh ghi chế độ định thời (TMOD) 33 1.3.3. Thanh ghi điều khiển định thời (TCON) 34 1.3.4. Các chế độ định thời và cờ tràn 35 1.3.5. Nguồn xung clock định thời 37 1.3.6. Khởi động, dừng và điều khiển các bộ định thời 38 1.3.7. Khoảng thời gian ngắn và khoảng thời gian dài 39 1.4. Một số cấu trúc khác 39 Chương 2. PHẦN THỰC NGHIỆM 40 2.1. Phần mềm mô phỏng Proteus 40 2.2. Hiển thị led 7 thanh 41 2.3. Thiết kế mạch điện mô phỏng 43 2.4. Thử nghiệm và đánh giá kết quả 47 Phần III. KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 5 PHẦN I. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một phát triển, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Đặc biệt là những ứng dụng của vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và sản xuất của con người. Thực tế hiện nay là hầu hết các thiết bị điện dân dụng hiện nay đều có sự góp mặt của vi điều khiển và vi xử lí. Ứng dụng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định của thiết bị và hệ thống. Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành và sử dụng được cũng cần có thời gian học tập và nghiên cứu. Các bộ vi điều khiển theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ vi điều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi điều khiển 32 bit, rồi sau này là 64 bit. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hàng ngày. Vì vậy sau một thời gian học tập và nghiên cứu, chúng tôi đã lựa chọn và nghiên cứu đề tài: “Lập trình ASM cho 8051 điều khiển led 7 thanh “ 6 2. Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu về vi điều khiển. Lập trình ASM cho 8051 điều khiển led 7 thanh. 3. Gỉa thuyết khoa học. Nếu nắm được vi điều khiển 8051 thì đã bước đầu tiếp cận được với sự phát triển của vi điều khiển. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Họ vi điều khiển 8051. - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu tổng quan về lí thuyết họ vi điều khiển 8051. + Phần mềm proteus. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan về vi điều khiển 8051. - Tìm hiểu phần mềm mô phỏng Proteus 7.8. - Ứng dụng 8051 điều khiển led 7 thanh. 6. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng các phương pháp nghiên cứu lí thuyết kết hợp với thực nghiệm. 7. Cấu trúc luận văn Chương 1. Tổng quan về họ vi điều khiển 8051: Tìm hiểu phần cứng, tóm tắt tập lệnh, hoạt động định thời của họ vi điều khiển 8051. Chương 2. Phần mềm mô phỏng Proteus: Phần mềm mô phỏng Proteus, hiển thị led 7 thanh, thiết kế mạch 8051 điều khiển led 7 thanh, thử nghiệm và đánh giá kết quả. 7 PHẦN II. NỘI DUNG Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1.1 . Phần cứng 1.1.1. Tổng quát MCS-51 là họ vi điều khiển của Intel. Các nhà sản xuất IC khác như Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu và Philips được cấp phép làm các nhà cung cấp thứ hai cho các chip của họ MCS-51. Chương này giới thiệu về cấu trúc phần cứng của họ MCS-51. Tham khảo kĩ thuật của Intel cho các chip của họ MCS-51. Vi mạch tổng quát của họ MCS-51 là chip 8051, linh kiện đầu tiên của họ này được đưa ra thị trường. Chip 8051 có các đặc trưng được tóm tắt như sau: - 4KB ROM. - 128 byte RAM. - 4 port xuất nhập (I/O port) 8- bit. - 2 bộ định thời 16-bit. - Mạch giao tiếp nối tiếp. - Không gian nhớ chương trình (mã) ngoài 64K. - Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K. - Bộ xử lí bit (thao tác trên các bit riêng rẽ). - 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit. - Nhân/chia trong 4  . Các thành viên khác của họ MCS-51 có các tổ hợp ROM (EPROM). RAM trên chip khác nhau hoặc có thêm bộ định thời thứ ba (xem bảng 1.1). Mỗi một IC của họ MCS-51 cũng có phiên bản CMOS công suất thấp. 8 Bảng 1.1: So sánh các chip của họ MCS-51 Chip Bộ nhớ chương trình trên chip Bộ nhớ dữ liệu trên chip Các bộ định thời 8051 4 K ROM 128 byte 2 8031 0 K 128 byte 2 8751 4 K EPROM 128 byte 2 8052 8 K ROM 256 byte 3 8032 0 K 256 byte 3 8752 8 K EPROM 256 byte 3 Interrupt Control Timer 2 ( 8032,8052) Timer 1 Timer 0 Serial port INT 1 INT 0 CPU Oscillator Bus control EA RST ALE PSEN I/O Port SERIAL PORT RXD TXD P 0 P 1 P 2 P 3 Address/Data Other registers 128 Byte RAM 128 Byte RAM (8032/8052) ROM 0K - 8031/8032 4K - 8051 8K - 8052 Timer 0 Timer 1 Timer 2 (8032/8052) T 0 T 1 T 2 T 2 EX Hình 1.1: Sơ đồ khối của chip 8051. [...]... locations 2E 77 76 75 74 73 72 71 70 2D 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 2C 67 66 65 64 63 62 61 60 2B 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 2A 56 56 55 54 53 52 51 50 29 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 28 47 46 45 44 43 42 41 40 27 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 26 37 36 35 34 33 32 31 30 25 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 24 27 26 25 24 23 22 21 20 23 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 22 17 16 15 14 13 12 11 10 21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 20 07 06 05 04 03... 87 Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 Not bit addressable TH1 TH0 TL1 TL0 TMOD TCON PCON 83 82 81 80 Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable 87 86 85 84 83 82 81 80 DPH DPL S P P0 80 Byte 7F Vù ng RAM đ dụng a (General Purpose RAM) 30 2F 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 Bit addressable locations 2E 77 ... (long) - Ch s (index) 1.2.1.1 nh a ch thanh ghi Kiu nh a ch thanh ghi c kớ hiu l Rn, trong ú n cú giỏ tr t 0 n 7 Thớ d cng ni dung ca thanh ghi R7 vi thanh cha A, ta dựng lnh sau: ADD A, R7 v lnh ny cú opcode l 00101111B Nm bit cao 00101 cho bit õy l lnh cng v 3 bit thp 111 ch ra thanh ghi R7 Cú 4 dóy thanh ghi lm vic nhng 1 thi im ch cú 1 dóy tớch cc Cỏc dóy thanh ghi chim 32 byte u tiờn ca RAM d... chiu hỡnh 1.5 ta thy bit a ch 67H l bit cú ý ngha ln nht ca byte a ch 2CH Lnh va nờu trờn khụng nh hng n cỏc bit khỏc trong byte ny 1.1.4.3 Cỏc dóy thanh ghi 32 v trớ thp nht ca b nh ni cha cỏc dóy thanh ghi Cỏc lnh ca 8051 h tr 8 thanh ghi t R0 n R7 thuc dóy 0 õy l dóy mc nh sau khi reset h thng Cỏc thanh ghi ny cỏc a ch t 00H n 07H Lnh sau õy c ni dung ti a ch 05H vo thanh cha: MOV A, R5 Lnh ny l... ni dung ca thanh cha A vo v trớ 18H: MOV R0, A 1.1.5 Cỏc thanh ghi cú chc nng c bit (SFR) 1.1.5.1 T trng thỏi chng trỡnh PSW Bng 1.3: Thanh ghi PSW Kớ hiu Bit a ch Mụ t bit PSW 7 CY D7H C nh PSW 6 AC D6H C nh ph PSW 5 F0 D5H C 0 PSW 4 RS1 D4H Chn dóy thanh ghi (bit 1) Chn dóy thanh ghi (bit 0) 00 = Bank 0: a ch 00H n 07H PSW 3 RS0 D3H 01 = Bank 1: a ch 08H n 0FH 10 = Bank 2: a ch 10H n 17H 11 = Bank... l c cú nhiu mc ớch dnh cho cỏc ng dng ca ngi lp trỡnh Cỏc bit chn dóy thanh ghi Cỏc bit chn dóy thanh ghi RS0, RS1 dựng xỏc nh dóy thanh ghi tớch cc Cỏc bit ny c xúa sau khi cú thao tỏc reset h thng v i mc logic bi phn mm khi cn Thớ d ba lnh sau cho phộp dóy thanh ghi 3 (bank 3) tớch cc, sau ú di chuyn ni dung ca R7 (a ch byte 1FH) vo thanh ghi A: SETB RS1 SETB RS0 MOV A, R7 Khi on chng trỡnh trờn... Bit ( Bit Address ) 17 10 0F 08 07 00 BANK 3 8 BANK 2 8 BANK 1 8 Defauk register Bank for R0 - R7 8 RAM Thanh ghi chức nă ng đ c biệ ặ t (Cấ trúc RAM nội) u Hỡnh 1.5: B nh d liu trờn chip 8051 Byte address, bit address: a ch byte, a ch bit General purpose RAM: vựng RAM a mc ớch Bank: dóy Default register bank for R0 R7: dóy thanh ghi mc nh R0 R7 Special function registers: cỏc thanh ghi chc nng c... OV trong PSW: S hex: 0F S thp phõn: 15 + 7F + 1 27 8E 142 8EH biu din s õm -116, nh vy khụng ỳng vi kt qu mong mun l 142 nờn c OV c set bng 1 C chn l Bit chn l P t ng c set bng 1 hay xúa bng 0 mi chu kỡ mỏy thit lp kim tra chn cho thanh cha A S cỏc bit 1 trong thanh cha cng vi bit P luụn luụn l s chn 1.1.5.2 Thanh ghi B Thanh ghi B a ch F0H c dựng chung vi thanh cha A trong cỏc phộp toỏn nhõn, chia... nhõn, chia Lnh MUL AB nhõn 2 s 8-bit khụng du cha trong A v B v cha kt qu 16-bit vo cp thanh ghi BA Lnh chia DIV AB chia A bi B, thng s ct trong thanh cha A v d s ct trong thanh ghi B Thanh ghi B cũn c x lớ nh mt thanh ghi nhỏp Cỏc bit c nh a ch ca thanh ghi B cú a ch t F0H n F7H 1.1.5.3 Con tr stack Con tr stack SP l 1 thanh ghi 8-bit a ch 81H SP cha a ch ca d liu hin ang nh ca stack Cỏc lnh liờn quan... vi 2 mc u tiờn v 5 nguyờn nhõn ngt Cỏc ngt b vụ hiu húa sau khi reset h thng v sau ú c cho phộp bng 21 cỏch ghi vo thanh ghi cho phộp ngt IE a ch A8H Mc u tiờn ngt c thit lp qua thanh ghi u tiờn ngt IP a ch B8H C 2 thanh ghi ny u c nh a ch tng bit 1.1.5.9 Thanh ghi iu khin ngun Thanh ghi iu khin ngun PCON cú a ch 87H cha cỏc bit iu khin c túm tt trong bng 1.4 Bit SMOD tng gp ụi tc baud ca port ni tip . điều khiển led 7 thanh “ 6 2. Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu về vi điều khiển. Lập trình ASM cho 8051 điều khiển led 7 thanh. 3. Gỉa thuyết khoa học. Nếu nắm được vi điều khiển 8051. tiếp qua các thanh ghi R0, R1. 15 7F 77 6F 67 5F 56 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07 7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 16 0E 06 7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 3D 35 2D 25 1D 15 0D 05 7C 74 6C 64 5C 54 4C 44 3C 34 2C 24 1C 14 0C 04 7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 3B 33 2B 23 1B 13 0B 03 7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 12 0A 02 79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01 78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08 00 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1F 18 17 10 0F 08 07 00 BANK. Proteus, hiển thị led 7 thanh, thiết kế mạch 8051 điều khiển led 7 thanh, thử nghiệm và đánh giá kết quả. 7 PHẦN II. NỘI DUNG Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1.1 . Phần