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

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

Đồ á n môn học : Vi xử lý GV HD : T Rầ N VĂ N HạNH Sinh viên: ĐINH NGọC CƯờNG 1 Lớp: ĐL - ĐĐT3 B LAO NG TH NG BINH V X HI TR NG I HC S PHM K THUT NAM NH KHOA: IN - IN T N MễN HC K THUT VI IU KHIN NG DNG VI IU KHIN H 8051 Sinh viờn t hc hin: INH NGC CNG G i ỏo viờn h ng dn: TRN VN HNH Lp: L IN - IN T K3 Nam nh - nm 2010 Sinh viên: ĐINH NGọC CƯờNG 2 Lớp: ĐL - ĐĐT3 Đồ á n môn học : Vi xử lý GV HD : T Rầ N VĂ N HạNH PHN I. GII THIU V T I LI NểI U Trong nhiu l nh vc sn xut cụng nghip h i n nay, nht l ngnh cụng Nghip luyn k i m, ch b i n t hc phm vn o v khng ch nhit c bit c chỳ t rng n v ỡ nú l m t yu t quyt nh cht l ng sn phm. Nm c tm quan t rng ca vn t rờn nhúm thc hin ti n hnh nghiờn cu v thi t k mt h thng o nhi t kt hp vi ph ng t hc truyn thụng , vi mong mun l gii quyt nhng yờu cu trờn. Nhng kin t hc nng lc t c trong quỏ trỡnh hc tp t r ng s c ỏnh giỏ qua t bo v ỏn mụn hc. Vỡ vy chỳng em c gng tn dng tt c nhng kin t hc ó hc tr ng cựng vi s tỡm ti ngh i ờn cu, cú th hon thnh t t l un vn ny. Nhng sn phm nhng k t qu t c ngy hụm nay t uy khụng cú gỡ l n l ao. Nh ng ú l nhng t hnh qu ca nm hc tp. L thnh cụng u ti ờn ca chỳng em tr c khi ra tr ng. Mt dự chỳng em rt c gng hon thnh tp lun vn ny ỳng t hi hn, nờn khụng t rỏnh khi nhng thiu sút mong quớ thy cụ t hụng cm. Chỳng em mong c ún nhn nhng ý kin úng gúp. Cui cựng xin chõn thnh cm n quớ thy cụ v cỏc bn sinh viờn. I. ĐẶT VẤN ĐỀ PHẦN II: NỘI DUNG CH Ư ƠNG 1:DẪN NHẬP Ngày nay vớ i sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần dần đ ư ợc tự động hóa. Với những kỹ thuậ t tiên ti ến nh − vi xử lí, vi mạch số đựơc ứng dụng vào lỉnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ kh í thô sơ, vớ i tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác đ ư ợc t hay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh ch ư ơng trình đã đ ư ợc thiế t lập tr − ớc. Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo nhiệ t độ tự động là một yêu cầu hết sức cần t h i ế t và quan t rọng. Vì nếu nắm bắt đ ư ợc nhiệt độ l àm việc của các hệ thống. Dây chuyền sản xuất giúp ta biết đ ư ợc tì nh trạng làm việc của các yêu cầu. Và có những xử l ý kịp thời t ránh đ ư ợc những h ư hỏng và sự cố có t hể xảy ra. Để đáp ứng đ ư ợc yêu cầu đo nhiệt độ t ự động, thì có nhiều ph − ơng pháp để thực 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 ph − ơng pháp tối ư u nhất. Đồng đ − ợc sự đồng ý của khoa Điện Tr − ờng Đại Học S − Phạm Kỹ Thuật. Nhóm chúng em ti ến hành t hực hiện đề t à i “ thiế t kế mạng t hu t hập dữ li ệu dùng vi điều khiển 8051”. II.GIỚI HẠN ĐỀ T À I : Với t hời gian có hạn cũng nh − trình độ có hạn chúng em đã cố gắng hoàn thành tập đồ án này nh − ng ch ỉ giải quyết đ − ợc 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 1 vi điều khiển slave. - Viế t ch − ơng trình cho vi điều khiển 8051 để đáp ứng các yêu cầu trên III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mc ớch tr c ht khi thc hin ti ny l hon t t ch ng trỡnh mụn hc iu kin ra t r ng. C t h khi nghiờn cu thc hin ti l chỳng em mun phỏt huy nhng thnh qu ng dng ca vi iu khin nhm to ra nhng sn phm, nhng t h i t b ti ờn tin hn, v t hiu qu sn xut cao hn. Mt khỏc tp ỏn ny cng cú th lm t i li u tham kho cho nhng sinh viờn khúa sau. G i ỳp h hiu rừ hn v nhng ng dng ca vi i u khin . Ngũai ra quỏ trỡnh nghiờn cu thc hin t i l mt c hi chỳng em t kim tra l i nhng kin t hc ó c hc t r ng, ng th i phỏt huy tớnh sỏng to, kh nng gii quyt mt vn theo yờu cu t ra. V õy cng l dp chỳng em t khng nh mỡnh tr c khi ra tr ng tham gia vo cỏc hot ng sn xut ca xó hi. CH NG 2: GII THIU CHUNG V B VI IU KHIN I. GIớI THIệU Bộ vi đ i ều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chip có thể lập trình đ ợc, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống. Theo các tập lệnh của ng ời l ập trình, bộ vi điều khiển ti ến hành đọc, l u t rữ thông ti n, xử l ý t hông ti n, đo t hời gian và ti ến hành đóng mở một cơ cấu nào đó. Trong các t h i ếh 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 vi-ba. Trong hệ thống sản xuấ t tự động, bộ vi điều khiển đ ợc sử dụng trong Robot, dây chuyền tự động. Các hệ thống càng thông minh t h ì 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 l oạ i vi xử lí trong t ập hợp các bộ vi xử l ý nói chung. Bộ vi điều khiển đ ợc phát triển t ừ bộ vi xử lí , từ những năm 70 do sự pháttriển và hoàn thiện về công nghệ vi điện tử dựa trên kỹ thuật MOS (Metal- Oxide-Semiconductor) , mức độ tích hợp của các li nh kiện bán dẫn trong một ch i p ngày càng cao. Năm 1971 xuất hiện bộ vi xử lí 4 bit loại TMS1000 do công t y texas Instruments vừa là nơi phát minh vừa là nhà sản xuất. Nhìn tổng t hể thì bộ vi xử lí ch ỉ có chứa trên một chip những chức năng cần thiế t để xử lí ch ơng trình theo mộ t trình tự, còn tất cả bộ phận phụ trợ khác cần thiết nh : bộ nhớ dữ liệu , bộ nhớ ch ơng trình , bộ chuển đổi AID, khối điều khiển, khối hiển thị, điều khiển máy in,hối đồng hồ và lịc h là những linh kiện nằm ở bên ngoài đ ợc nối vào bộ vi xử lí. Mãi đến năm 1976 công t y INTEL (Interlligen-El i ctronics). Mới cho ra đời bộvi điều khiển đơn chip đầu tiên t rên thế giới với t ên gọi 8048. Bên cạnh bộ xử lí trung tâm 8048 còn chứa bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ ch ơng trình, bộ đếm và phát thờ i g i an các cổng vào và ra Digi tal t rên mộ t chip.Các công t y khác cũng lần l ợc cho ra đờ i các bộ vi điều khiển 8bit t ơng tự nh 8048 và hình thành họ vi điều khiển MCS-48 (Microcontroller-sus t em-48).Đến năm 1980 công t y INTEL cho ra đời t hế hệ thứ hai của bộ vi điều khiển đơn ch i p với tên gọi 8051. Và sau đó hàng loạt các vi điều khiển cùng l oạ i với 8051 ra đời và hình t hành họ vi điều khiển MCS-51 . Đến nay họ vi điều khiển 8 bit MCS51 đã có đến 250 thành v i ên và hầu hế t các công t y hàng dẫn hàng đầu thế giới chế t ạo. Đứng đầu là công ty INTEL và rấtnhiều công t y khác nh : AMD, SIEMENS, PHILIPS, DALLAS, OKI Ngoài ra còn có các công t y khác cũng có những họ vi điều khiển riêng nh : -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 V 8031 1. Các thông số cơ bản IC vi điều khiển 8051/8031 thuộc họ MCS51 có các đặ t điểm sau : - 4kby t e ROM (đ ợc lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051) - 128 búyt RAM - 4port I10 8bit - Hai bộ định thời 16bit - Giao tiếp nố i tiế p - 64KB không gian bộ nhớ ch ơng t r ì nh mở rộng - 64 KB không gian bộ nhớ dữ li ệu mở rộng - một bộ xử lí luận lí (thao tác trên các bit đơn) - 210 bi t đ ợc địa chỉ hóa - bộ nhân / chia 40s 2.CấU TRúC BÊN TRONG CủA 8051 / 8031 Hình 2.1 Cấu trúc bên trong của 8051/ Nhiệm vụ các khối - CPU: thực hiện các phép toán số học và l ô g í c, đ a ra các chỉ th ị lệnh - Bộ tạo dao động: tạo ra tí n hiệu xung nhịp cho CPU , t ạo xung nhịp cho timer/couter - BUS điều khiển: tập chung tí n hiệuđiều khiểnhoạt động của vi điều khiển - PSEN: ( Program store enable) dùng để truy suấ t bộ nhớ ngoà i ( bộ nhớ trong của 8051: ROM 4 kbyte, RAM 128 byte) P0.6 P0.6 EA/CP ALE/PRO ( WR ) ( RD ) XTAL XTAL1 + Khi PSEN= 0: cho phép truy suất bộ nhớ ngoài + Khi PSEN= 1: cho phép truy suất bộ nhớ trong - EA: dùng để truy suất bộ nhớ dữ li ệu hoặc bộ nhớ ch ơng trình ngoài - RST: reset - ALE: (Adress Latch Enable) dùng để tách tín hiệu đ ị a chỉvà tí n h i ệu ở cổng P0 - Khối vào ra song song: dùng để t ruy suấ t dữ li ệu 8 bi t - Khối vào ra nối tiếp: dùng để truy suất dữ liệ u nối tiế p theo tiêu chuẩn RS232 - Khối sử lý ngắt: tiếp nhận ngắt và thực h i ện ch ơng t rình phục vụ ngắt - T i mer/ couter : tạo khoảng thời g i an hoặc đếm các sự kiện - ROM on chip: (4 kbyte) l u giữ ch ơng trình - RAM on chíp: (128 byte) l u g i ữ ch ơng trình tạm thời 3.Sơ Đồ CHÂN VI ĐIềU KHIểN P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST ( RXD ) ( TXD ) ( NT0 ) ( NT1 ) ( T0 ) ( T1 ) GND 1 40 2 39 3 38 4 37 5 36 6 35 7 34 8 8051 33 9 (89C51) 32 10 31 11 30 12 29 13 28 14 27 15 26 16 25 17 24 18 23 19 22 20 21 Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 ( A12 ) P2.3 P2.2 P2.1 ( A9 ) P2.0 ( AB ) Hình 2.2 Sơ đồ chân của IC 89C51 Chức năng các chân Chân 32 39 t huộc cổng P0 t hực hiện t ruy suất dữ liệu hoặc làm chân địa chỉ trong tr ờng hợp có t h i ế t kế mở rộngbộ nhớ Chân 1 8 thuộc cổng P1 chỉ dùng để t ruy suất dữ liệu Chân 21 28 thuộc cổng P2có chức năng cơ bản dùng để vào ra dữ li ệu trong tr ờng hợp có thiết kế mở rộng bộ nhớ thì nó đ ợc dùng làm chân địa chỉ cho các bít cao của địa chỉ 16 b it Chân 10 17 t huộc cổng P3 ở trạng thái b ì nh th ơng ta có thể dùng để vào ra dữ liệu, ngoài ra cổng P3 còn l u giữ các chức năng đặc biệt P 3.I Tên Chức năng P 3.0 R XD Nhập dữ liệu t rong t r ờng hợp truyền nối tiếp P 3.1 T XD Phát dữ liệu trong tr ờng hợp t ruyền song song P 3.2 INT 0 Đầu vào ngắ t 0 P 3.3 INT 1 Đầu vào ngắ t 1 P 3.4 T 0 Đầu vào cho bộ ti mer/couter 0 P 3.5 T 1 Đầu vào cho bộ ti mer/couter 1 P 3.6 WR Đ ờng điều khiển ghi bộ nhớ ngoài P 3.7 RD Đ ờng điều khiển đọc bộ nhớ ngoài Chân 18, 19: Đầu vào của bộ dao động Chân 20 : chân Mass Chân 40 : chân d ơng nguồn 4.Tổ chức bộ nhớ Các vi điều khiển thuộc ho 8051 đều tổ chức thành 2 không gian ch ơng trình và dữ liệu. Kiến trúc vi xử lý 8 bi t của 8051 này cho phép truy nhập và tí nh toán nhanh hơn đố i với không gian dữ liệu nhờ việc phân không gian bộ nhớ [...]... trúc chơng trình vi t cho 8051 Một chơng trình hợp ngữ phảI có dạng quy ớc theo dạng của trình hợp dịch, để chơng trinh hợp dịnh không báo lỗi trong quá trình biên dịch Với vi điều khiển 8051 có chơng trình hợp dịch trong môI trờng DOS và Windown Hiện nay có rất nhiều trình hợp dịch cho họ vi điều khiển 8051 nh Pinace, Read 51, Keil C Cấu trúc cơ bản của chơng trình vi t cho vi điều khiển 8051 có 2 loại... 64kbyte Với họ vi điều khiển 89xx, bộ nhớ chơng trình đợc tích hợp sẵn trong chip có kich thớc nhỏ nhất là 4Kbyte Với các vi điều khiển không tích hợp sẵn bộ nhớ chơng trình trên chip, buộc phải thiết kế bộ nhớ chơng 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 chơng trinh Họ vi điều khiển8 051 có bộ nhớ... Hình dới đây mô tả cấu trúc 128 byte thấp của bộ nhớ dữ liệu của họ vi điều khiển 8051 32byte đầu tiên ( 00H - 1FH) đợc 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 vi điều khiển sẽ dùng trong khi thực hiện chơng trình Hình 2.7 Cấu trúc 128 byte thấp của bộ nhớ dữ liệu trong 8051 chứa 210 vị trí bit đợc định địa chỉ trong đó 128 bit chứa... cho truyền thông nối tiếp của vvi điều khiển 8051 a Thanh ghi SBUF SBUF là thanh ghi 8 bít đợc dùng riêng cho truyền thông nối tiếp trong 8051 Đối với một byte dữ liệu cần phải đợc truyền qua đờng TxD thì nó phải đợc đặt trong thanh ghi SBUF Tơng tự nh vậy SBUF giữ một byte dữ liệu khi nó đợc nhận bở đờng RxD của 8051 SBUF có thể đợc truy cập bởi mọi thanh ghi bất kỳ trong 8051 Xét một ví dụ dới đây để... thực hiện chơng trình ở vị trí 0000h Mõi khi có ngắt xảy ra con trỏ của CPU sẽ nhảy đến đúng địa chỉ ngắt tơng ứng và thực thi chơng 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 họ vi điều khiển 8051 CPU sẽ dùng đến các chân RD và WR khi truy cập đến bộ nhớ dữ liệu ngoài Dới đây là cấu trúc bộ nhớ dữ liệu... kết thúc chơng trình CHƯƠNG III truyền thông nối tiếp của vi điều khiển 8051 Các máy tính truyền dữ liệu theo hai cách: Song song và nối tiếp Trong truyền dữ liệu song song thờng cần 8 hoặc nhiều đờng dây dẫn để truyền dữ liệu đến một thiết bị chỉ cách xa vài bớc Ví dụ của truyền dữ liệu song song là các máy in và các ổ cứng, mỗi thiết bị sử dụng một đờng cáp với nhiều dây dẫn Mặc dù trong các trờng... Modem là chữ vi t tắt của Modulator/ demodulator (điều chế/ giải điều chế) Khi cự ly truyền ngắn thì tín hiệu số có thể đợc truyền nh nói ở trên, một dây dẫn đơn giản và không cần điều chế Đây là cách các bàn PC và IBM truyền dữ liệu đến bo mạch mẹ Tuy nhiên, để truyền dữ liệu đi xa dùng các đờng truyền chẳng hạn nh đờng thoại thì vi c truyền thông dữ liệu nối tiếp yêu cầu một modem để điều chế (chuyển... hạn ở 100.000 bps 3.Tốc độ baud trong 8051 8051 truyền và nhận dữ liệu nối tiếp theo nhiều tốc độ khác nhau Tốc độ truyền của nó có thể lập trình đợc Điều ày thực hiện nhờ sự trợ giúp của bộ định thời Timer1 Trớc khi ta đi vào bàn cách làm điều đó nh thế nào thì ta sẽ xét quan hệ giữa tần số thạch anh và tốc độ baud trong 8051 Nh ta đã nói ở chơng trớc đây thì 8051 chia sóo thạch anh cho 12 để lấy... A,@A+DPTR (8051 lấy nội dung thanh ghi A + nội dung của DPTR làm đị chỉ của ROM on chip sau đó sao dữ liệu ở địa chỉ A+DPTR vào thanh ghi A MOVX A,@DPTR (8051 lấy dữ liệu trong RAM ngoài có địa chỉ ở DPTR sao vào thanh ghi A) 4.4 Tập lệnh của họ vi điều khiển 8051 Quy ớc: # Data: toán hang định địa chỉ tức thời Direct : Toán hạng định địa chỉ trực tiếp @Ri : Toán hạng định đia chỉ gián tiếp Rn : Toán hạng... có bộ nhớ dữ liệu tích hợp trên chip nhỏ nhất là 128 Byte và có thể mở rộng dữ liệu ngoài lên tới 64Kbyte Với những vi điều khiển không tích hợp Rom trên chip thì vẫn có RAM treenc 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 chơng trình và bộ nhớ dữ liệu bên ngoài thì buộc phảo kết hợp chân RD và PSEN bởi cổng logic AND đế phân . giảm nội dung t hanh ghi một giá trị: DEC A DEC Divect DEC @Ri DEC Rn g, Lệnh nhân MUL: MUL AB Th c hiện nhân nội dung t hanh ghi A với nội dung t hanh. ROM RAM ngoà i Vd: MOVC A,@A + DPTR (8051 lấy nội dung thanh ghi A + nội dung của DPTR làm đị chỉ của ROM on chip sau đó sao dữ liệu ở địa