Khảo sát và ứng dụng vi điều khiển - thiết kế thi công mạch khống chế nhiệt độ phòng

Khảo sát và ứng dụng vi điều khiển - thiết kế thi công mạch khống chế nhiệt độ phòng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI :

KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN- THIẾT KẾ-THI CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG

SVTH :NGUYỄN HOÀNG VŨ

NGUYỄN THANH VŨ GVHD:LÊ THANH ĐẠO

TP.HỒ CHÍ MINH 3-2000

LỜI CẢM TẠ

Chúng em xin chân thành

cảm ơn Thầy Lê Thanh Đạo

đã tận tình hướng dẫn và giúp

đơ chúng em trong suốtthờigian thực hiện luận văn

Xin cảm ơn qúi thầy

côKhoa Điện và các bạn sinh

viên cùng khóa đã đóng góp những ý kiến qúi báo để tập luậnvănnàyhoàn thành đúng thời gian

Nhóm sinh viên thực

hiện

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành công nghiệp luyện kim, chề biến thực phẫm… vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đặc biệt được chú trọng đến vì nó là một yếu tố quyết định chất lượng sản phẫm Nắm được tầm quan trọng của vấn đề trên nhóm thực hiện tiến hành nghiên cứu và thiết kế một hệ thống đo và khống chế nhiệt độ tự động, với mong muốn là giải quyết những yêu cầu trên, và lấy đó làm đề tài tốt nghiệp cho mình

Những kiến thức năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được đánh giá qua đợt bảo vệ luận văn cuối khóa Vì vậy chúng em cố gắng tận dụng tất cả những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tồi nghiên cứu, để có thể hoàn thành tốt luận văn này Những sản phẫm những kết quả đạt được ngày hôm nay tuy không có vì 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 quí thầy cô và các bạn sinh viên

Nhóm sinh viên thực hiện

NGUYỄN HOÀNG VŨ NGUYỄN THANH VŨ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP_ TỰ DO _HẠNH PHÚC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN _ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên thực hiện : Nguyễn Hoàng Vũ Nguyễn Thanh Vũ

Lớp : 95 KĐĐ

Ngành : điện _điện tử

1.Tên đề tài : KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN_THIẾT KẾ_THI

CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG

2 Các số liệu ban đầu :

3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán :

4.Các bản vẽ :

5.Giáo viên hướng dẫn : LÊ THANH ĐẠO

6 Ngày giao nhiệm vụ :

7.Ngày hoàn thành nhiệm vụ :

Thông qua bộ môn

Ngày _tháng _năm _

MỤC LỤC

Trang

A_PHẦN GIỚI THIỆU  TRANG TỰA  NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN  BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  LỜI NÓI ĐẦU  LỜI CẢM ƠN B_PHẦN NỘI DUNG 1

Chương 1: DẪN NHẬP 1

I.ĐẶT VẤN ĐỀ 1

II.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1

Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 3

I.GIỚI THIỆU 3

II.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 3

III.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051/8031 4

Chương 3: KHẢO SÁT IC GIAO TIẾP NGOẠI VI 8255A 38

I.CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 38

II.CẤU TRÚC PHẦN MỀM 40

III.GIAO TIẾP GIỮA VI XỬ LÝ VỚI 8255A 42

Chương 4: KHẢO SÁT BỘ NHỚ BÁN DẪN 43

I.BỘ NHỚ CHỈ ĐỌC (ROM : READ ONLY MEMORY) 43

II.BỘ NHỚ RAM (RANDOM ACCESS MEMORY) 46

Chương 5: ĐO NHIỆT ĐỘ 48

I.HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG 48

II.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 49

Chương 6: CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SANG SỐ

51

I.KHÁI NIỆM CHUNG

51 II NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN CHUYỂN ĐỔI AD 51

III.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI ADC

52 Chương 7: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 56

I.NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 56

II.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI

56 III.THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHỐI

56 IV.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH

71 V.THI CÔNG 89

CHƯƠNG KẾT LUẬN 83

C_PHỤ LỤC – TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

I.PHỤ LỤC 85

II.TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chương 1:DẪN NHẬP

I.ĐẶT VẤN ĐỀ :

Ngày 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 xử

lí, vi mạch số … đựơc ứng dụng vào lỉnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển

cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước

Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng Vì nếu nắm bắt được nhiệt độ làm việc cuả các hệ thống Dây chuyền sản xuất … giúp ta biết được tình trạng làm việc của c ác yêu cầu Và có những xử lý kịp thời tránh được những hư hỏng và sự cố có thể xảy ra

Để đáp ứng được yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động, thì có nhiều phương 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 phương pháp tối ưu nhất Đồng được sự đồng ý của khoa Điện Trường Đại

Học Sư Phạm Kỹ Thuật Nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài “Khảo sát và

ứng dụng vi điều khiển thiết kế thi công mạch khống chế nhiệt độ phòng” II.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI :

Với thời gian gần mười tuần thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên môn có hạn, chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành tập luận văn này, nhưng chỉ giải quyết được những vấn đề sau :

 Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong dải từ 00C – 1000C hiển thị số

 Khống chế nhiệt độ ở mức 200C

 Viết chương trình (phần mềm) để đáp ứng các yêu cầu trên

 Do thời gian quá hạn hẹp nên chúng em chỉ thiết kế một đầu đo và chỉ khống chế ở một mức nhiệt độ 200C

III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU :

Mục đích trước hết khi thực hiện đề tài này là để hoàn tất chương trình môn học để đủ điều kiện ra trường

 Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là chúng em muốn phát huy những thành quả ứng dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn, và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn

 Mặt khác tập luận văn này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viên khóa sau Giúp họ hiểu rõ hơn về những ứng dụng của vi điều khiển

 Ngòai ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để chúng

em tự kiểm tra lại những kiến thức đã được học ở trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra Và đây cũng

là dịp để chúng em tự khẳng định mình trước khi ra trường để tham gia vào các hoạt động sản xuất của xã hội

Chương 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN

I.GIỚI THIỆU :

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

Trong các thiếh 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 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 C ÁC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN :

Bộ vi điều khiển thực ra, là một loại vi xử lí trong tập hợp các bộ vi xử lý nói chung Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lí, từ những năm 70 do sự phát triển 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 ngày càng cao

Năm 1971 xuất hiện bộ vi xử lí 4 bit loại TMS1000 do công ty texas Instruments vừa là nơi phát minh vừa là nhà sản xuất Nhìn tổng thể thì bộ vi xử lí chỉ có chứa trên một chip những chức năng cần thiết để xử lí chương trình theo một trình tự, còn tất cả bộ phận phụ trợ khác cần thiết như : bộ nhớ dữ liệu , bộ nhớ chương trình , bộ chuển đổi AID, khối điều khiển, khối hiển thị, điều khiển máy in, hối đồng hồ và lịch 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 bộ

vi điều khiển đơn chip đầu tiên trên thế giới với tên gọi 8048 Bên cạnh bộ xử lí trung tâm 8048 còn chứa bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình, bộ đếm và phát thời gian các cổng vào và ra Digital trên một chip

Các công ty khác cũng lần lược cho ra đời các 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 thứ hai của bộ vi điều khiển đơn chip với tên gọi 8051 Và sau đó hàng loạt các vi điều khiển cùng loại với

8051 ra đời và hình thành họ vi điều khiển MCS-51

Đến nay họ vi điều khiển 8 bit MCS51 đã có đến 250 thành viên và hầu hết các công ty hàng dẫn hàng đầu thế giới chế tạo Đứng đầu là công ty INTEL và rất nhiều công ty khác như : AMD, SIEMENS, PHILIPS, DALLAS, OKI …

Ngoài ra còn có các công ty khác cũng có những họ vi điều khiển riêng như:

III.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ 8031:

IC vi điều khiển 8051/8031 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 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 4s

1.CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA 8051 / 8031 :

Hình 2.1 : Sơ Đồ Khối 8051 / 8031

EA\ RST PSEN ALE

Các ùthanh ghi khác

128 byte Ram

Rom 4K-8051 OK-8031

Timer1 Timer2

Điều khiển ngắt

Điều khiển bus

CPU

Port nối tiếp

Các port I\O Tạo dao

động

Phần chính của vi điều khiển 8051 / 8031 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 còn có 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 / 8031 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 (chỉ có ở 8031) 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

2.CHỨC NĂNG CÁC CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN :

Hình 2.2 : Sơ Đồ Chân 8051

a.port0 : là port có 2 chức năng ở trên chân từ 32 đến 39 trong các thiết kế cỡ

nhỏ

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

b.port1 : port1 là một port I/O trên các chân 1-8 Các chân được ký hiệu P1.0,

P1.1, P1.2 … có thể 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

c.port2 : port2 là một port công dụng kép trên các chân 21 – 28 được dùng như

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

d.Port3 : port3 là một port công dụng kép trên các chân 10 – 17 Các chân của

port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tín đặc biệt của 8051 / 8031 như ở bảng sau :

18

19 12MHz

40

29 30

31 9

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8

AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0

P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0

P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0

30p

30p

XTAL1 XTAL2

Bit Tên Chức năng chuyển đổi

Bảng 2.1 : Chức năng của các chân trên port3

e.PSEN (Program Store Enable ) : 8051 / 8031 có 4 tín hiệu điều khiển

PSEN là tín hiệu ra trên chân 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)

f.ALE (Address Latch Enable ) :

tín hiệu ra ALE trên chân 30 tương hợp với các thiết bị làm việc 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

g.EA (External Access) :

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

3.Tổ chức bộ nhớ :

8051 / 8031 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard : có những vùng cho bộ nhớ riêng biệt cho chương trình dữ liệu Như đã nói ở trên, cả chương trình và dữ liệu có thể ở bên trong 8051, dù vậy chúng có thể được mơ ûrộng bằèng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ chương trình và 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM (8051) và RAM trên chip, RAM trên chip bao gồm nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

00 0000 0000

Hình 2.3 : Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 8031 / 8051

Hai đặc tính cần lưu ý là :

- Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được xếp trong bộ nhớ và có thể được truy xuất trực tiếp như các địa chỉ bộ nhớ khác

- Ngăn xếp bân trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngoài như trong các bộ

vi xử lí khác

 Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip :

Như ta đã thấy trên hình sau, RAM bên 8051/ 8031 được phân chia giữa các bank thanh ghi (00H – 1FH), RAM địa chỉ hóa từng bit (20H – 2FH), RAM đa dụng (30H – 7FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H – FFH)

a RAM đa dụng

30 2F 2E 2D 2C 2B 2A

18

17

10 0F

Bảng tóm tắt bản bản đồ vùng nhớ trên chip data 8051

Địa chỉ byte Địa chỉ bit

FF F0 E0 D0 B8 B0 A8 A0

99

98

90

8D 8C 8B 8A

TH1 TH0

TL1 TL0 TMOD

Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable

SP

Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable

Tóm tắt bộ nhớ dữ liệu trên chip Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp Ví dụ, để đọc nội dung ở địa chỉ 5FH của RAM nội vào thanh ghi tích lũy lệnh sau sẽ được dùng :

MOV A, 5FH

Lệnh này di chuyển một búyt dữ liệu dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp để xác định “địa chỉ nguồn” (5FH) Đích nhận dữ liệu được ngầm xác định trong mã lệnh là thanh ghi tích lũy A

RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián tiếp qua RO hay R1 Ví dụ, sau khi thi hành cùng nhiệm vụ như lệnh đơn ở trên :

MOV R0, #5FH

MOV A, @R0

Lệnh đầu dùng đị hỉ tức thời để di chuyển giá trị 5FH vào thanh ghi R0 và lệnh thứ hai dùng địa trực tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi R0” vào thanh ghi tích lũy

b.RAM địa chỉ hóa từng bit :

Có 128 bit được địa chỉ hóa đa dụng ở các byte 20H đến 2FH Các địa chỉ này được truy xuất như các byte hoặc các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng ví dụ, để đặt bit 67H, ta dùng lệnh sau :

SETB 67H

Chú ý rằng “địa chỉ bit 67H” là bit có trọng số lớn nhất (MSB) ở “địa chỉ byte 2CH” lệnh trên sẽ không tác động đến các bit khác của địa chỉ này

c.Các bank thanh ghi :

32 byte thấp nhất của bộ nhớ nội là dành cho các bank thanh ghi Bộ lệnh của 8051 / 8031 hổ trợ 8 thanh ghi (RO đến R7) và theo mặc định (sau khi Reset hệ thống) các thanh ghi này ở các địa chỉ 00H-07H Lệnh sau đây sẽ đọc nội dung ở địa chỉ 05H vào thanh ghi tích lũy

MOV A,R5

Đây là lệnh một byte dùng địa chỉ thanh ghi Tất nhiên, thao tác tương tự có thể được thi hành bằng lệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ hai: MOV A,05H

Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn các lệnh tương ứng nhưng dùng địa chỉ trực tiếp Các giá trị dữ liệu được dùng thường xuyên nên dùng một trong các thanh ghi này

Bank thanh ghi tích cực có thể chuyển đổi bằng cách thay đổi các bit chọn bank thanh ghi trong từ trạng thái chương trình (PSW) Giả sử rằng bank thanh ghi 3 được tích cực, lệnh sau sẽ ghi nội dung của thanh ghi tích lũy vào địa chỉ 18H: MOV R0,A

Yù tưởng dùng “các bank thanh ghi” cho phép “chuyển hướng” chương trình nhanh và hiệu qủa (từng phần riêng rẽ của phần mềm sẽ có một bộ thanh ghi riêng không phụ thuộc vào các phần khác)

4./ Các thanh ghi chức năng đặc biệt:

Các thanh ghi nội của 8051/8031 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh Ví dụ lệnh “INC A” sẽ tăng nội dung của thanh ghi tích lũy A lên 1 Tác động này được ngầm định trong mã lệnh

Các thanh ghi trong 8051/8031 được định dạng như một phần của RAM trên chip Vì vậy mỗi thanh ghi sẽ có một địa chỉ (ngoại trừ thanh ghi trực tiếp, sẽ không có lợi khi đặt chúng vào trong RAM trên chip) Đó là lý do để 8051/0831 có nhiều thanh ghi Cũng như R0 đến R7, có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special Funtion Rgister) ở vùng trên của RAM nội, từ địa chỉ 80H đến FFH Chú ý rằng hầu hết 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa Chỉ có 21 địa chỉ SFR là được định nghĩa

Ngoại trừ tích lũy (A) có thể được truy xuất ngầm như đã nói, đa số các SFR được truy xuất dùng địa chỉ trực tiếp chú ý rằng một vài SFR có thể được địa chỉ hóa bit hoặc byte Người thiết kế phải thận trọng khi truy xuất bit và byte Ví dụ lệnh sau:

SETB 0E0H

Sẽ Set bit 0 trong thanh ghi tích lũy, các bit khác không thay đổi Ta thấy rằng E0H đồng thời là địa chỉ byte của thanh ghi tích lũy và là địa chỉ bit có trọng số nhỏ nhất trong thanh ghi tích lũy Vì lệnh SETB chỉ tác động trên bit, nên chỉ có địa chỉ bit là có hiệu quả

a Từ trạng thái chương trình:

Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word) ở địa chỉ D0H chứa các bit trạng thái như bảng tóm tắt sau:

D2H D1H D0H

Cờ nhớ Cờ nhớ phụ Cờ 0

Bit 1 chọn bank thanh ghi Bit chọn bank thanh ghi

00=bank 0; địa chỉ 00H-07H 01=bank 1: địa chỉ 08H-0FH 10=bank 2:địa chỉ 10H-17H 11=bank 3:địa chỉ 18H-1FH Cờ tràn

Dự trữ Cờ Parity chẵn

Bảng 21: Từ trạng thái chương trình

 Cờ nhớ (CY) có công dụng kép Thông thường nó được dùng cho các lệnh toán học: nó sẽ được set nếu có một số nhớ sinh ra bởi phép cộng hoặc có một số mượn phép trừ Ví dụ, nếu thanh ghi tích lũy chứa FFH, thì lệnh sau:

ADD A,#1

Sẽ trả về thanh ghi tích lũy kết qủa 00H và set cờ nhớ trong PSW

Cờ nhớ cũng có thể xem như một thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thi hành trên bit Ví dụ, lệnh sẽ AND bit 25H với cờ nhớ và đặt kết qủa trở vào cờ nhớ:

ANL C,25H

 Cờ nhớ phụ:

Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ (AC) được set nếu kết qủa của 4 bit thấp trong khoảng 0AH đến 0FH Nếu các giá trị cộng được là số BCD, thì sau lệnh cộng cần có DA A( hiệu chỉnh thập phân thanh ghi tích lũy) để mang kết qủa lớn hơn 9 trở về tâm từ 09

 Cờ 0

Cờ 0 (F0)là một bit cờ đa dụng dành các ứng dụng của người dùng

 Các bit chọn bank thanh ghi

Các bit chọn bank thanh ghi (RSO và RS1) xác định bank thanh ghi được tích cực Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bằng phần mềm nếu cần Ví dụ, ba lệnh sau cho phép bank thanh ghi 3 và di chuyển nội dung của thanh ghi R7 (địa chỉ byte IFH) đến thanh ghi tích lũy:

b Thanh ghi B:

Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích lũy A cho các phép toán nhân và chia Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trị không dấu 8 bit trong A và B rồi trả về kết qủa 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao) Lệnh DIV AB sẽ chia A cho B rồi trả về kết qủa nguyên trong A và phần dư trong B Thanh ghi B cũng có thể được xem như thanh ghi đệm đa dụng Nó được địa chỉ hóa ttừng bit bằng các địa chỉ bit FOH đến F7H

c Con trỏ ngăn xếp:

Con trỏ ngăn xếp (SP) là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H Nó chứa địa chỉ của byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp Các lệnh trên ngăn xếp bao

gồm các thao tác cất dữ liệu vào ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu, và lệnh lấy dữ liệu

ra khỏi ngăn xếp sẽ dọc dữ liệu và làm giảm SP Ngăn xếp của 8051/8031 được giữ trong RAM nội và được giới hạn các địa chỉ có thể truy xuất bằng địa chỉ gián tiếp chúng là 128 byte đầu của 8051/8031

Để khởi động lại SP với ngăn xếp bắt đầu tại 60H, các lệnh sau đây được dùng: MOV SP,#%FH

Trên 8051/8031 ngăn xếp bị giới hạn 32 byte vì địa chỉ cao nhất của RAM trên chip là 7FH Sở dĩ cùng giá trị 5FH vì SP sẽ tăng lên 60H trước khi cất byte dữ lệu đầu tiên

Người thiết kế có thể chọn không phải khởi động lại con trỏ ngăn xếp mà để nó lấy giá trị mặc định khi reset hệ thống Giá trị măc định đó là 07H và kết qủa là ngăn đầu tiên để cất dữ liệu có địa chỉ 08H Nếu phần mềm ứng dụng không khởi động lại SP , bank thanh ghi 1 (có thể cả 2 và 3) sẽ không dùng được vì vùng RAM này đã được dùng làm ngăn xếp

Ngăn xếp được truy xuất trực tiếp bằng các lệnh PUSH và POP để lưu giữ tạm thời và lấy lại dữ liệu hoặc được truy xuất ngầm bằng các lệnh gọi chương trình con (ACALL, LACALL) và các lệnh trở về (RET,RETI) để cất và lấy lại bộ đếm chương trình

d Con trỏ dữ liệu:

Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi

16 bit ở địa chỉ 82H(DPL: byte thấp) và 83H (DPH:byte cao) Ba lệnh sau sẽ ghi 55H vào RAM ngoài ở địa chỉ 1000H:

e Các thanh ghi port xuất nhập:

Các port của 8051/8031 bao gồm Port 0 ở địa chỉ 80H, Port 1 ở địa chỉ 90 H, 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

f Các thanh ghi timer:

8051/8031 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

g Các thanh ghi port nối tiếp:

8051/8031 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

h Các thanh ghi ngắt:

8051/8031 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

i Các thanh ghi điều khiển công suất:

Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điều khiển Chúng được tóm tắt trong bảng sau:

PD IDL

Bit gấp đôi tốc độ baud, nếu được set thì tốc độ baud sẽ tăng gấp đôi trong các mode 1,2 và 3 của port nối tiếp

Không định nghĩa Không định nghĩa Không định nghĩa Bit cờ đa dụng 1 Bit cờ đa dụng 0 Giảm công suất, được set để kích hoạt mode giảm công suất, chỉ thoá khi reset

Mode chờ, set để kích hoạt mode chờ, chỉ thoát khi có ngắt hoặc reset hệ thống

Bảng 2.2 :Thanh ghi điều khiển công suất (PCON)

5/ Bộ nhớ ngoài

8051/8031 có khả năng mở rộng bộ nhớ đến 64K bộ nhớ chương trình và 64K bộ nhớ dữ liệu bên ngoài Do đó có thể dùng thêm ROM và RAM nếu cần

Khi dùng bộ nhớ ngoài, port 0 không còn là một port I/O thuần túy nữa Nó được hợp kênh giữa bus địa chỉ (A0-A7) và bus dữ liệu (D0-D7) với tín hiệu ALE để chốt byte thấp của địa chỉ khi bắt đầu mỗi chu kỳ bộ nhớ Port 2 thông thường được dùng cho byte cao của bus địa chỉ

Trong nửa đầu của mỗi chu kỳ bộ nhớ, byte thấp của địa chỉ được cấp trong port 0 và được chốt bằng xung ALE Một IC chốt 74HC373 (hoặc tương đương) sẽ giữ byte địa chỉ thấp trong phần còn lại của chu kỳ bộ nhớ Trong nửa sau của chu kỳ bộ nhớ port 0 được dùng như bus dữ liệu và được đọc hoặc ghi tùy theo lệnh

a/ Truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài:

Bộ nhớ chương trình ngoài là mộ IC ROM được phép bởi tín hiệu PSEn Hình sau mô tả cách nối một EPROM vào 8051/8031:

Hình 2.5 Giao tiếp giữa 8051/8031 và EPROM

Một chu kỳ máy của 8051/8031 có 12 chu kỳ xung nhịp Nếu bộ dao động trên chip được lái bởi một thạch anh 12MHz thì chu kỳ máy kéo dài 1s Trong một chu kỳ máy sẽ có 2 xung ALE và 2 byte được đọc từ bộ nhớ chương trình (nếu lệnh hiện hành là một byte thì byte thứ hai sẽ được loại bỏ) Giản đồ thời gian của một lần lấy lệnh được vẽ ở hình sau:

Hình 2.6: Giản đồ thời gian đọc bộ nhớ chương trình ngoài

b/ Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài:

Port 0

EA

8051 ALE Port 2 PSEN

D0-D7 A0-A7 EPROM A8-A15

OE

D Q 74HC373

Hình 2.7: Giao tiếp giữa 8051/8031 và RAM

Bộ nhớ dữ liệu ngoài là một bộ nhớ RAM được cho phép ghi/đọc bằng các tín hệu WR và RD (các chân P3.6 và P3.7 thay đổi chức năng) chỉ có một cách truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài là với lệnh MOVX dùng con trỏ dữ liệu (DPTR) 16 bit hoặc R0 và R1 xem như thanh ghi địa chỉ

Kết nối bus địa chỉ và bus dữ liệu giữa RAM và 8051/8031 cũng giống EPROM và do đó cũng có thể lên đến 64 byte bộ nhớ RAM Ngoài ra, chân RD của 8051/8031 được nối tới chân cho phép xuất (OE) của RAM và chân WR được nối tới chân ghi (WR) của RAM

Giản đồ thời gian cho lệnh đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài được vẽ trên hình sau đối với lệnh MOVX A, @DPTR:

Hình 2.8: Giản đồ thời gian của lệnh MOVX

74HC373

O D

G

Giản đồ thời gian cho lệnh ghi (MOVX @DPTR, A) cũng tương tự chỉ khác đường WR sẽ thay vào đường RD và dữ liệu được xuất ra trên port 0 (RD vẫn giữ mức cao)

6/ Lệnh reset

8051/8031 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

Hình 2.9: Mạch reset hệ thống

Trạng thái của tất cả các thanh ghi của 8051/8031 sau khi reset hệ thống được tóm tắt trong bảng sau:

Đếm chương trình Tích lũy

B PSW

SP DPTR Port 0-3

IP

IE Các thanh ghi định thời

SCON SBUF PCON(HMOS) PCON(CMOS)

0000H 00H 00H 00H 07H 0000H FFH XXX00000B 0XX00000B 00H 00H 00H 0XXXXXXB 0XXX0000B

Bảng 2.3: Trạng thái các thanh ghi sau khi reset

Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên là thanh ghi đếm chương trình, nó được đặt lại 0000H Khi RST trở lại mức thấp, việc thi hành chương trình luôn bắt đầu ở địa chỉ đầu tiên trong bộ nhớ trong chương trình: địa chỉ 0000H Nội dung của RAM trên chip không bị thay đổi bởi lệnh reset

7 Hoạt động của bộ định thời (timer)

+5V

+5V

100

8,2K 10UF

7.1 Giới thiệu

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

8051/8031 có 2 timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc Người ta sử dụng các timer để : a) định khoảng thời gian, b) đếm sự kiện hoặc c) tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trong 8051/8031

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:

Điều khiển timer

Chế độ timer

Byte thấp của timer

0

Byte thấp của timer

1

Byte cao của timer 0

Byte cao của timer 1

88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH

Có Không Không Không Không Không

Bảng 2.4: Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer

7.2 Thanh ghi chế độ timer (TMOD)

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

Bit Tên Timer Mô tả

7 GATE 1 Bit (Mở) cổng, khi lên 1 timer chỉ chạy khi INT1

ở mức cao

6 C/T 1 Bit chọn chế độ counter/timer

1=bộ đếm sự kiện 0=bộ định khoảng thời gian

00: chế độ 0 : timer 13 bit 01: chế độ 1 : timer 16 bit 10: chế độ 2 : tự động nạp lại 8255A bit 11: chế độ 3 : tách timer

Bảng 2.5: Tóm tắt thanh ghi TMOD

7.3 Thanh ghi điều khiển timer (TCON)

Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển cho timer 0 và

timer 1

bằng phần mềm cho timer chạy/ngưng

phần cứng khi phát hiện một cạnh xuống ở INT1, xóa bằng phần mềm hoặc phần cứng khi CPU chỉ đến chương trình phục vụ ngắt

Đặt/xóa bằng phần mềm đề ngắt

ngoài tích cực cạnh xuống/mức thấp

Bảng 2.6: Tóm tắt thanh ghi TCON

7 4 Các chế độ timer

Để tương thích với 8048 (có trứớc 8051)

Ba bit cao của TLX (TL0 và/hoăc TL1) không dùng

Xung nhịp

timer

Cờ báo tràn

b) 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

timer

Cờ báo tràn

c) 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

TFx

THx (8 bit)

d) 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

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)

Cờ báo tràn

7.5 Nguồn tạo xung nhịp

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

Crytal

Timer Clock



T

C /

Nguồn xung tạo nhịp

- Định khoảng thời gian (interval timing)

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 chú7c 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

7.6 Bắt đầu dừng và điều khiển các timer

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 nhịp

0=lên : timer dừng 1=xuống : timer chạy

Cho chạy và dừng timer

Vì TRx ở trong thanh ghi TCON có địa chỉ bit, nên dễ dàng cho việc điều khiển các timer trong chương trình Ví dụ : cho timer 0 chạy bằng lệnh : SETB TR0 và dừng bằng lệnh SETB TR0

Trình biên dịch sẽ thực hiện việc chuyển đổi ký hiệu cần thiết từ “TR0” sang địa chỉ bit đúng SETB TR0 chính xác giống như SETB 8CH

7.7 Khởi động và truy xuất 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

TRx

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

Lệnh nàyy sẽ đặt M1=0 vả 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

7.8 Các khoảng ngắn và các khoảng dài

Dãy các khoảng thời gian có thể định thời là bao nhiêu ? vấn đề này được khảo sát với 8051/8031 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 8051/8031 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 8051/8031 có tần số 12 MHz)

Không giới hạn - Timer 16 bit cộng với các vòng

Các kỹ thuật để lập trình các khoảng thời gian (FOSC=12 MHz)

8 Hoạt động port nối tiếp

8.1 Giới thiệu

8051/8031 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)

CLK

Q D

CLK Xung nhịp tốc Độ baud (thu) Xung nhịp tốc

Độ baud (thu)

Hình 2.9: 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

8.2 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 :

SUBF

SBUF (chỉ đọc)

BUS nội 8051/8031

SBUF (chỉ đọc)

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả

cho phép truền thông đã xử lý trong các chế độ 2 và 3 ;RI sẽ

Bảng 2.7:Tóm tắt thanh ghi chế độ port nối tiếp SCON

Bảng 2.8: Các chế độ port nối tiếp

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

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

a 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 :

c 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

d 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

8.4 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

a Chế độ 0

SMOD=0

SMOD=1

12

64

32

b Chế độ 2

SMOD=0

SMOD=1

c Chế độ 1 và 3

Hình 2.10 Các nguồn tạo xung nhịp cho port nối tiếp

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 lệnh sau:

MOV A,PCON lấy giá trị hiện thời của PCON

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

9 Hoạt động ngắt

Ngắt là hoạt động ngừng tạm thời một chương trình này để tji hành một chương trình khác Các ngắt có một vai trò quan trọng trong thiết kế và khả năng thực thi của vi điều khiển Chúng cho phép hệ thốn đáp ứng không cùng lúc tới một công việc và giải quyết một công việc đó trong khi một chương trình khác đang thực thi

Một hệ thống được điều khiển bằng ngắt cho ảo giác là làm nhiều việc đồng thời Dĩ nhiên CPU mỗi lần không thể thực thi một chương trình để thực thi một chương trình khác, rồi quay về chương trình đầu khi có yêu cầu ngắt Chương trình giải quyết ngắt được gọi lả chương trình phục vụ ngắt (ISR : Interrupt Sevice Reutine)

- 2 ngắt từ timer

- 1 ngắt port nối tiếp

Tất cả các ngắt sẽ không được đặt sau khi reset hệ thống và cho phép ngắt riêng rẽ bởi phần mềm

a Cho phép và không cho phép ngắt

Mỗi nguồn ngắt được cho phép hoặc không cho phép từng ngắt một qua thanh ghi chức năng đặt biệt cố định địa chỉ bit IE (Interrupt Enable : cho phép ngắt) ở địa chỉ A8H Cũng như các bit cho phép mỗi nguồn ngắt, có một bit cho phép hoặc cấm toàn bộ được xóa để cấm tất cả các ngắt hoặc được đặt lên 1 để cho phép tất cả các ngắt

AFH AEH ADH ACH ABH AAH A9H

A8H

Cho phép hoặc cấm toàn bộ Không được định nghĩa Cho phép ngắt từ timer 2 (8052) Cho phép ngắt Port nối tiếp Cho phép ngắt từ timer 1 Cho phép ngắt ngoài 1 Cho phép ngắt từ timer 0 Cho phép ngắt ngoài 0

Tóm tắt thanh ghi IE

b Ưu tiên ngắt

Mỗi nguồn ngắt đuợc lập trình riêng vào một trong hai mức ưu tiên qua thanh ghi chức năng đặc biệt được địa chỉ bit Ip (Interrupt priority : ưu tiên ngắt) ở địa chỉ B8H

BDH BCH BBH BAH B9H B8H

Không được định nghĩa Không được định nghĩa

Ưu tiên cho ngắt từ timer 2 (8052)

Ưu tiên cho ngắt Port nối tiếp

Ưu tiên cho ngắt từ timer 1

Ưu tiên cho ngắt ngoài

Ưu tiên cho ngắt từ timer 0

Ưu tiên cho ngắt ngoài 0

Tóm tắt thanh ghi IP

Các ngắt ưu tiên được xóa sau khi reset hệ thống để đặ ttất cả các ngắt ở mức ưu tiên thấp hơn

9.2 Xử lý ngắt

Khi có một ngắn xẩy ra và được CPU chấp nhận, chương trình chính bị ngắt quãng Những hoạt động sau xẩy ra:

- Thi hành hoàn chỉnh lệnh đang hiện hành

- Các DC vào ngắt xếp

- Trạng thái ngắt hiện hành được cất bên trong

- Các ngắt được chặn tại mức của ngắt

- Nap vàp DC địa chỉ Vector của ISR

- ISR thực thi

ISR thực thi và đáp ứng ngắt ISR hoàn tất bằng lệnh RET1 Điều này làm lấy lại giá trị cũ của PC từ ngăn xếp và lấy lại trạng thái ngắt cũ Chương trình lại tiếp tục thi hành tại nơi mà nó dừng

 Các Vector ngắt

Khi chấp nhận ngắt, giá trị được nạp vào PC được gọi là Vector ngắt Nó là địa chỉ bắt đầu của ISR cho nguồn tạo ngắt Các Vector ngắt được cho ở bảng sau:

Reset hệ thống

TI hoặc RI

0000H 0003H 000BH 0013H 001BH

0023H

Các Vector ngắt

Vector reset hệ thống (RST ở địa chỉ 0000H) nó giống như một ngắt Nó ngắt chương trình chính và tải vào PC một giá trị mới

Khi chỉ đến một ngắt “cờ gây ngắt tự động bị xóa bởi phần cứng, trừ ra R1, T1 cho các ngắt cổng nối tiếp Vì có hai nguồn có thể có cho ngắt này, không thực tế để CPU xóa cờ ngắt này Các bit phải được kiểm tra trong ISR để xác định nguồn ngắt và cờ tạo ngắt sẽ được xóa bằng phần mềm

9.3 Các ngắt của 8051

a Các ngắt timer

Các ngắt timer có địa chỉ Vector ngắt là 000BH (timer 0) và 001BH (timer 1) Ngắt timer xẩy ra khi các thanh ghi timer (TLx ITHx) tràn và set cờ báo tràn (TFx) lên 1 Các cờ timer (TFx) không bị xóa bằng phần mềm Khi cho phép các ngắt, TFx tự động bị xóa bằng phần cứng khi CPU chuyển đến ngắt

b Các ngắt cổng nối tiếp

Ngắt cổng nối tiếp xẩy ra khi hoặc cờ phát (TI) hoặc cờ ngắt thu (KI) được đặt lên 1 Ngắt phát xẩy ra khi một ký tự đã được nhận xong và đang đợi trong SBUP để được đọc

Các ngắt cổng nối tiếp khác với các ngắt timer Cờ gây ra ngắt cổng nối tiếp không bị xóa bằng phần cứng khi CPU chuyển tới ngắt Do có hai nguồn ngắt cổng

nối tiếp Ti và RI Nguồn ngắt phải được xác định trong ISR và cờ tạo ngắt sẽ được xóa bằng phần mềm Các ngắt timer cờ ngắt cờ ngắt được xóa bằng phần cứng khi CPU hướng tới ISR

c Các ngắt ngoài

- Các ngắt ngoài xẩy ra khi có một mức thấp hoặc cạnh xuống trên chân INT0 hoặc INT1 của vi điều khiển Đây là chức năng chuyển đổi của các bit Port 3.(Port 3.2 và Port 3.3)

Các cờ tạo ngắt này là các bit IE0 vá IE1 trong TCON Khi quyền điều khiển đã chuyển đến ISR, cờ tạo ra ngắt chỉ được xóa nếu ngắt được tích cực bằng cạnh xuống Nếu ngắt được tích cực theo mức, thì nguồn yêu cầu ngắt bên ngoài sẽ điều khiển mức của cờ thay cho phần cứng

Sự lựa chọn ngắt tích cực mức thấp hay tích cực cạnh xuống được lập trình qua các bit IT0 và IT1 trong TCON Nếu IT1 = 0, ngắt ngoài 1 được tác động bằng múc thấp ở chân IT1 Nếu IT1 = 1 ngắt ngoài 1 sẽ được tác động bằng cạnh xuống trong chế độ này, nếu các mẫu liên tiếp trên chân INT1 chỉ mức cao trong một chu kỳ và chỉ mức thấp trong chu kỳ kế, cờ yêu cầu ngắt IE1 trong TCON được đặt lên

1, rồi bit IÉ yêu cầu ngắt

Nếu ngắt ngoài được tác động bằng cạnh xuống thì nguồn bên ngoài phải giữ chân tác động ở mức cao tối thiểu một chu kỳ và giữ nó ở mức thấp thêm một chu kỳ nữa để đảm bảo phát hiện được cạnh xuống Nếu ngắt ngoài được tác động theo mức thì nguồn bên ngoài phải giữ tín hiệu yêu cầu tác động cho đến khi ngắt được yêu cầu được thật sự tạo ra và không tác động yêu cầu ngắt trước khi ISR được hoàn tất Nếu không một ngắt khác sẽ được lặp lại

10 Tập lệnh của 8051/8031

Tập lệnh 8051/8031 có 255 lệnh gồm 139 lệnh 1 byte, 92 lệnh 2 byte và 24 lệnh 3 byte

10.1 Các chế độ đánh địa chỉ: trong tập lệnh có 8 chế độ đánh địa chỉ:

a Thanh ghi địa ghi:

8051/8031 có 4 bank thanh ghi, mỗi bank có 8 thanh ghi đ1nh số từ R0 đến R7 Tại mỗi thời điểm chỉ có một bank thanh ghi được tích cực Muốn chọn bank thanh ghi nào ta chỉ cần gán các bit nhị phân thích hợp vào RSI (PSW.4) và RS0(PSW.3) trong thanh ghi trạng thái chương trình (PSW)

Địa chỉ thanh ghi

Ngoài ra, một số thanh ghi đặc biệt như thanh ghi tích lũy, con trỏ dữ liệu cũng được xác định trong các lệnh nên không cần các bit địa chỉ Trong các lệnh này thanh ghi tích lũy được xác định là “A”, con trỏ dữ liệu là “DPTR”, thanh ghi đếm chương trình là “PC”, cờ nhớ là “C”, cặp thanh ghi tích lũy B là “AB”

n n nMã lệnh

c Địa chỉ gián tiếp

R0 và R1 được dùng để chứa địa chỉ ô nhớ mà lệnh tác động đến người ta quy ước dùng dấu @ trước R0 hoặc R1

Địa chỉ gián tiếp

d Địa chỉ tức thời:

Người ta dùng # trước các toán hạng tức thời Các toán hạng đó có thể là một hằng số, một ký số hay một biểu thức toán học Trường hợp dịch sẽ tự động tính toán và thay thế dữ liệu trực tiếp vào mã lệnh

Địa chỉ tức thời

e Địa chỉ tương đối:

Địa chỉ tương đối được dùng trong các lệnh nhảy 8051/8031 dùng giá trị 8 bit có dấu để cộng thêm vào thanh ghi đếm chương trình (PC) Tầm nhảy của lệnh này trong khoảng từ –128 đến 127 ô nhớ Trước khi cộng , thanh ghi PC sẽ tăng đến địa chỉ theo sau lệnh nhảy rồi tính toán địa chỉ offset cần thiết để nhảy đến địa chỉ yêu cầu Như vậy địa chỉ mới là địa chỉ tương đối so với lệnh kế tiếp chứ không phải là bản thân lệnh nhảy Thường lệnh này có liên quan đến nhãn được định nghĩa trước

Địa chỉ tương đối

f Địa chỉ tuyệt đối:

Địa chỉ tuyệt đối chỉ dùng trong các lệnh ACALL và JIMP Các lệnh 2 byte này dùng để rẽ nhánh vào một trang 2 Kbyte của bộ nhớ trương trình bằng cách cấp 11 bit địa chỉ thấp (A0-A10) để xác định địa chỉ đích trong trang mã Còn 5 bit cao của địa chỉ đích (A11-A15) chính là 5 bit cao hiện hành trong thanh ghi đếm chương

Mã lệnh i