KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN HỌ 8051

Trang 1

§å ¸ n m«n häc : Vi xö lý GV HD : T RÇ N V¡ N H¹NH

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNHKHOA: ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Trang 2

Sinh viªn: §INH NGäC C¦êNG 2 Líp: §L - §§T3

§å ¸ n m«n häc : Vi xö lý GV HD : T RÇ N V¡ N H¹NHPHẦN I GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành côngNghiệp luyện kim, chề biến thực phẫm vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đặc biệtđược chú trọng đến vì nó là một yếu tố quyết định chất lượng sản phẫm Nắm đượctầm quan trọng của vấn đề trên nhóm thực hiện tiến hành nghiên cứu và thiết kếmột hệ thống đo nhiệt độ kết hợp với phương thức truyền thông , với mong muốn làgiải quyết những yêu cầu trên Những kiến thức năng lực đạt được trong quá trìnhhọc tập ở trường sẽ được đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án môn học Vì vậy chúng emcố gắng tận dụng tất cả những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tồi nghiêncứu, để có thể hoàn thành tốt luận văn này Những sản phẫm những kết quả đạt

được ngày hôm nay tuy không có gì lớn lao Nhưng đó là những thành quả của năm học tập Là thành công đầu tiên của chúng em trước khi ra trường.

Mặt dù chúng em rất cố gắng để hoàn thành tập luận văn này đúng thời hạn,nên không tránh khỏi những thiếu sót mong quí thầy cô thông cảm Chúng em mong được đón nhận những ý kiến đóng góp Cuối cùng xin chân thành cảm ơn quíthầy cô và các bạn sinh viên.

Trang 3

Trang 4

Trang 5

I ĐẶT VẤN ĐỀ

PHẦN II: NỘI DUNGCHƯƠNG 1:DẪN NHẬP

Trang 6

§å ¸ n m«n häc : Vi xö lý GV HD : T RÇ N V¡ N H¹NHNgày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ

thống điều khiển dần dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xửlí, vi mạch số đựơc ứng dụng vào lỉnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiểncơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệthống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước Trongquá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo nhiệt độ tự động làmột yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng Vì nếu nắm bắt được nhiệt độ làm việccủa các hệ thống Dây chuyền sản xuất giúp ta biết được tình trạng làm việc củacác yêu cầu Và có những xử lý kịp thời tránh được những hư hỏng và sự cố có thểxảy ra Để đáp ứng được yêu cầu đo nhiệt độ tự động, thì có nhiều phương pháp đểthực hiện, nghiên cửu khảo sát vi điều khiển 8051 nhóm thực hiện nhận thấy rằng:ứng dụng vi điều khiển 8051 vào việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là phươngpháp tối ưu nhất Đồng được sự đồng ý của khoa Điện Trường Đại Học Sư Phạm KỹThuật Nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài “ thiết kế mạng thu thập dữ liệu

dùng vi điều khiển 8051”.II.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI :

Với thời gian có hạn cũng như trình độ có hạn chúng em đã cố gắng hoàn thành tậpđồ án này nhưng chỉ giải quyết được một số vấn đề sau:

- Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong phòng

- Thiết kế 1 hệ thống thu thập nhiệt độ phòng gồm 1 vi điều khiển master và 1vi điều khiển slave.

- Viết chương trình cho vi điều khiển 8051 để đáp ứng các yêu cầu trên

III MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Trang 7

Sinh viên: ĐINH NGọC CƯờNG 7 Lớp: ĐL - ĐĐT3

Đồ á n môn học : Vi xử lý GV HD : T Rầ N VĂ N HạNH

Mục đớch trước hết khi thực hiện đề tài này là để hoàn tất chương trỡnh mụnhọc để đủ điều kiện ra trường Cụ thể khi nghiờn cứu thực hiện đề tài là chỳng emmuốn phỏt huy những thành quả ứng dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sảnphẩm, những thiết bị tiờn tiến hơn, và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn Mặt khỏc tậpđồ ỏn này cũng cú thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viờn khúa sau Giỳphọ hiểu rừ hơn về những ứng dụng của vi điều khiển

Ngũai ra quỏ trỡnh nghiờn cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để chỳng em tự kiểmtra lại những kiến thức đó được học ở trường, đồng thời phỏt huy tớnh sỏng tạo, khảnăng giải quyết một vấn đề theo yờu cầu đặt ra Và đõy cũng là dịp để chỳng em tựkhẳng định mỡnh trước khi ra trường để tham gia vào cỏc hoạt động sản xuất của xóhội.

CHưƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂNI GIớI THIệU

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chipcó thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống Theo các tậplệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xửlý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó Trong các thiếhbị

điện và điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển, điều khiển hoạt động củaTV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thọai, lò vi-ba 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.

II LịCH Sử PHáT TRIểN CủA Bộ VI ĐIềU KHIểN :

Bộ vi điều khiển thực ra, là một loại vi xử lí trong tập hợp các bộ vi xử lý nóichung Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lí, từ những năm 70 dosự pháttriển và hoàn thiện về công nghệ vi điện tử dựa trên kỹ thuật MOS(Metal-

Oxide-Semiconductor) , mức độ tích hợp của các linh kiện bán dẫn trong một chip

Trang 8

Trang 9

ngày càng cao.

Năm 1971 xuất hiện bộ vi xử lí 4 bit loại TMS1000 do công ty texas Instrumentsvừa là nơi phát minh vừa là nhà sản xuất Nhìn tổng thể thì bộ vi xử lí chỉ có chứatrên một chip những chức năng cần thiết để xử lí chương trình theo một trình tự, còntất cả bộ phận phụ trợ khác cần thiết như : bộ nhớ dữ liệu , bộ nhớ chương trình , bộchuển đổi AID, khối điều khiển, khối hiển thị, điều khiển máy in,hối đồng hồ vàlịch là những linh kiện nằm ở bên ngoài được nối vào bộ vi xử lí.

Mãi đến năm 1976 công ty INTEL (Interlligen-Elictronics) Mới cho ra đời bộviđiều khiển đơn chip đầu tiên trên thế giới với tên gọi 8048 Bên cạnh bộ xử lí trungtâm 8048 còn chứa bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình, bộ đếm và phát thời giancác cổng vào và ra Digital trên một chip.Các công ty khác cũng lần lược cho ra đờicác bộ vi điều khiển 8bit tương tự như 8048 và hình thành họ vi điều khiển MCS-48(Microcontroller-sustem-48).Đến năm 1980 công ty INTEL cho ra đời thế hệ thứhai của bộ vi điều khiển đơn chip với tên gọi 8051 Và sau đó hàng loạt các vi điềukhiển cùng loại với 8051 ra đời và hình thành họ vi điều khiển MCS-51 Đến nayhọ vi điều khiển 8 bit MCS51 đã có đến 250 thành viên và hầu hết các công ty hàngdẫn hàng đầu thế giới chế tạo Đứng đầu là công ty INTEL và rấtnhiều công ty khácnhư : AMD, SIEMENS, PHILIPS, DALLAS, OKI Ngoài ra còn có các côngty khác cũng có những họ vi điều khiển riêng như:

-Họ 68hcos của công ty Motola

-Họ st62 của công ty sgs-thomson-Họ h8 của công ty Hitachi

-Họ pic của công ty Micro chip

III.KHảO SáT Bộ VI ĐIềU KHIểN 8051 Vμ 8031

1 Các thông số cơ bản

IC vi điều khiển 8051/8031 thuộc họ MCS51 có các đặt điểm sau :

Trang 10

Trang 11

- 4kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051)- 128 búyt RAM

- 4port I10 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 40s

2.CấU TRúC BÊN TRONG CủA 8051 / 8031

Trang 12

Trang 13

Hình 2.1 Cấu trúc bên trong của 8051/

Nhiệm vụ các khối

- CPU: thực hiện các phép toán số học và lô gíc, đ−a ra các chỉ thị lệnh- Bộ tạo dao động: tạo ra tín hiệu xung nhịp cho CPU , tạo xung nhịp cho timer/couter

- BUS điều khiển: tập chung tín hiệuđiều khiểnhoạt động của vi điều khiển

- PSEN: ( Program store enable) dùng để truy suất bộ nhớ ngoài ( bộ nhớ trong của8051: ROM 4 kbyte, RAM 128 byte)

Trang 14

Trang 15

Trang 16

§å ¸ n m«n häc : Vi xö lý GV HD : T RÇ N V¡ N H¹NHP1.0P1.1

P2.3P2.2P2.1 (A9)P2.0 (AB)

Trang 17

Hình 2.2 Sơ đồ chân của IC 89C51

Trang 18

Đồ á n môn học : Vi xử lý GV HD : T Rầ N VĂ N HạNHChức năng các chân

Chân 32  39 thuộc cổng P0 thực hiện truy suất dữ liệu hoặc làm chân địa chỉ trong trường hợp có thiết kế mở rộngbộ nhớ

Chân 1  8 thuộc cổng P1 chỉ dùng để truy suất dữ liệu

Chân 21 28 thuộc cổng P2có chức năng cơ bản dùng để vào ra dữ liệu

trong trường hợp có thiết kế mở rộng bộ nhớ thì nó được dùng làm chân địa chỉ cho cácbít cao của địa chỉ 16 bit

Chân 10  17 thuộc cổng P3 ở trạng thái bình thương ta có thể dùng để vàora dữ liệu, ngoài ra cổng P3 còn lưu giữ các chức năng đặc biệt

P3.0 RXD Nhập dữ liệu trong trường hợp truyền nối tiếpP3.1 TXD Phát dữ liệu trong trường hợp truyền song songP3.2 INT0 Đầu vào ngắt 0

P3.3 INT1 Đầu vào ngắt 1

P3.4 T0 Đầu vào cho bộ timer/couter 0P3.5 T1 Đầu vào cho bộ timer/couter 1P3.6 WR Đường điều khiển ghi bộ nhớ ngoàiP3.7 RD Đường điều khiển đọc bộ nhớ ngoài

Chân 18, 19: Đầu vào của bộ dao độngChân 20: chân Mass

Chân 40: chân dương nguồn

4.Tổ chức bộ nhớ

Các vi điều khiển thuộc ho 8051 đều tổ chức thành 2 không gian chương trìnhvà dữ liệu Kiến trúc vi xử lý 8 bit của 8051 này cho phép truy nhập và tính toán nhanh hơn đối với không gian dữ liệu nhờ việc phân không gian bộ nhớ

Trang 19

Trang 20

chương trình và dữ liệu như trên Tuy nhiên bộ nhớ ngoài được truy nhập bởi hệthống 16 bit địa chỉ vẫn có thể thực hiện nhờ thanh ghi con trỏ Bộ nhớ chương trình( ROM, EFROM) là bộ nhớ chỉ đọc, có thể mở rộng tối đa 64kbyte Với họ vi điều khiển 89xx, bộ nhớ chương trình được tích hợp sẵn trong chip có kich thước nhỏnhất là 4Kbyte Với các vi điều khiển không tích hợp sẵn bộ nhớ chương trình trên chip, buộc phải thiết kế bộ nhớ chương trình bên ngoài Ví dụ sử dụng EFROM:

2746(64Kbyte) khi đó chân PSEN phải đặt ở mức cao (5V) Bộ nhớ dữ liệu (RAM)

tồn tại độc lập so với bộ nhớ chương trinh Họ vi điều khiển8051 có bộ nhớ dữ liệutích hợp trên chip nhỏ nhất là 128 Byte và có thể mở rộng dữ liệu ngoài lên tới64Kbyte Với những vi điều khiển không tích hợp Rom trên chip thì vẫn có RAMtreenc chip là 128 byte Khi sử dụng RAM ngoài Cpu đọc và ghi dữ liệu nhờ tín hiệu trên các chân RD và WR Khi sử dụng cả bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu bên ngoài thì buộc phảo kết hợp chân RD và PSEN bởi cổng logic AND đế phân biệt tín hiệu truy xuất dữ liệu trên ROM hay trên RAM

4.1 Bộ nhớ chương trình

Hình 2.3 Cấu trúc bộ nhớ chương trình

Trang 21

Trang 22

Hình 2.4 Địa chỉ ngắt trên bộ nhớ chương trình

Sau khi khởi động CPU bắt đầu thực hiện chương trình ở vị trí 0000h Mõikhi có ngắt xảy ra con trỏ của CPU sẽ nhảy đến đúng địa chỉ ngắt tương ứng và thựcthi chương trình tại đó

4.2 Bộ nhớ dữ liệu

Hình 2.5 Cấu trúc bộ nhớ dữ liệu

Hình trên mô tả cẩu trúc bộ nhớ dữ liệu trong và bộ nhớ dữ liệu ngoài của họvi điều khiển 8051 CPU sẽ dùng đến các chân RD và WR khi truy cập đến bộ nhớ

Trang 23

Trang 24

dữ liệu ngoài Dưới đây là cấu trúc bộ nhớ dữ liệu trong chip, được chia làm 3 khốilà 128 byte thấp, 128 byte cao và 128 byte đặc biệt

Hình 2.6 Cấu trúc bộ nhớ dữ liệu trên chip

Hình dưới đây mô tả cấu trúc 128 byte thấp của bộ nhớ dữ liệu của họ vi điều khiển 8051 32byte đầu tiên ( 00H - 1FH) được sử dụng cho 4 bộ bank thanh ghi R0- R7 Hai bit của thanh ghi đặc biệt PSW sẽ lựa chon 1 trong 4 bộ thanh ghi mà viđiều khiển sẽ dùng trong khi thực hiện chương trình

Trang 25

Trang 26

Hình 2.7 Cấu trúc 128 byte thấp của bộ nhớ dữ liệu trong

8051 chứa 210 vị trí bit được định địa chỉ trong đó 128 bit chứa các byte ởđịa chỉ từ 20H đến 2FH và phần còn lại chứa trong các thanh ghi chức năng đặc biệt Ngoài ra 8051 còn có các port xuất/nhập có thể định địa chỉ bit, điề này làmđơn giản việc giao tiếp bằng phấn mềm với các thiết bị xuất/nhập đơn bit Vùng

RAM đa mục đích có 80 byte đặt ở địa chỉ 30H đến 7FH, bân dưới vùng này từ địachỉ 00H đến 20Fh là vùng nhớ có thể sử dụng tương tự Bất kỳ ở vị trí nào trên Ramđa mục đích đều có thể được truy xuất tự do bằng cách sử dụng các kiểu định địachỉ trực tiếp hay gián tiếp Cũng như các thanh ghi từ R0 đến R7 ta có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt SFR chiếp phần trên của Ram nội từ địa chỉ 80H đến FFH ( Cầnlưu ý là không phảI tất cả 128 byte địa chỉ từ 80H đến FFH đều được định nghĩa màchỉ có 21 địa chỉ được định nghĩa )

Trang 27

Trang 28

Vd: Nạp giá tri 25H vào thanh ghi A (Reg A) MOV A,#25H

Số liệu được đặt tên là data equ 25H

MOV A,#data (Nạp giá tri 25H vào thanh ghi A)

Chú ý: chế độ định địa chỉ này số liệu thường là một hằng số không thay đổitrong suốt chương trình hoạt động, và giá trị nạp vào phải có kích thước phù hợp vớithanh ghi (thanh ghi A, B, R là thanh ghi 8 bit, thanh ghi DPTR là thanh ghi 16 bit)

4.3.2 Chế độ định địa chỉ thanh ghi

Trong chế độ này dữ liệu được lưu trữ trong các thanh ghi va CPU truy xuấttới dữ liệu thông qua tên của thanh ghi Trong câu lệnh dịch chuyển dữ liệu sử dụngphương pháp địng địa chỉ thanh ghi thì các toán hạng trong câu lệnh phải có kíchthước phù hợp nhau, và không được sử dụng 2 thanh ghi Ri trng 1 câu lệnh

Trang 29

Trang 30

- PUSH địa chỉ trực tiếp (cất dữ liệu trong ô nhớ có địa chỉ trực tiếp vào ngăn xếp)- POP địa chỉ trực tiếp (lấy dữ liệu trong ngăn xếp đưa ra ô nhớ có địa chỉ trực tiếp)

Vd: PUSH 7

4.3.4 Chế độ định địa chỉ gián tiếp

Trong chế độ định địa chỉ này thì thanh ghi dữ liệu R0 và R1 làm con chỏ đểchỏ tới dữ liệu trong bộ nhớ Trong câu lệnh nếu R0 và R1 làm con chỏthì có ký hiệu‘@’ phía trước

Vd: MOV R0,#30H (Nạp thanh ghi dữ liệu R0 giá trị 30h)

MOV a,@R0 (Nạp nội dung ô nhớ có địa chỉ trong R0 ‘30H’ vào thanh ghi A

4.3.5 Chế độ định địa chỉ chị số thanh ghi

Trong phương pháp định địa chỉ gián tiêpthì thanh ghi con trỏ 8 bit (R0 R1)chỉ có thể chỏ tới địa chỉ tối đa là FFh trong trường hợp muốn trỏ tới các địa chỉ lớnhơn ta sẽ sử dụng phương pháp định địa chỉ chỉ số Trong phương pháp này ta dùngthanh ghi chứa A và thanh ghi con chỏ dư liệu DPTR để xác định địa chỉ Chú ý:thanh ghi A bao giờ cũng kếtt hợp với DPTR để tạo địa chỉ nhưng DPTR có thể điriêng Phương pháp định địa chỉnày dùng để chỏ tới ROM on chip và ROM RAMngoài

Vd: MOVC A,@A + DPTR (8051 lấy nội dung thanh ghi A + nội dung của DPTRlàm đị chỉ của ROM on chip sau đó sao dữ liệu ở địa chỉ A+DPTR vào thanh ghi A

Trang 31

Trang 32

Trang 33

Mov Direct, #Data Mov Direct, @Ri

Trang 34

c, Lệnh Movc

Movx @ Ri,A

Movc A,@ A +DPTRMovc A , @A +PCd, Lệnh trao đổi nội dung thanh ghi A với toán hạng 2

XCH A, DirectXCH A, @RiXCH A, Rne, Lệnh XCHD

ADDC A, # data ADDC A, Direct

Trang 36