Tài liệu về Thiết kế KIT vi điều khiển.
Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Chơng II Thiết kế KIT vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 29 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Chơng II Thiết kế KIT vi điều khiển 2.1 Chọn phơng án thiết kế Họ vi điều khiển mà KIT chọn làm thành phần trung tâm họ 8051, lí sau đây: + Họ 8051 họ vi điều khiển phổ biến nay, đợc sử dụng rộng r3i ứng dụng công nghiệp nh việc chế tạo sản phẩm dân dụng + Họ 8051 đ3 môn học đợc nằm chơng trình đào tạo trờng trung học, cao đẳng đại học nớc, đối tợng cụ thể cho sinh viên bắt đầu nhập môn vi điều khiển Vì vậy, việc chọn họ 8051 làm thành phần trung tâm KIT phù hợp với chơng trình đào tạo điều kiện học tập sinh viên Vì lí trên, xuất phát từ mục đích, yêu cầu đồ án thiết kế KIT vi điều khiển phục vụ mục đích đào tạo môn học này, ta định chọn phơng án sử dơng chip vi ®iỊu khiĨn 89C52 cđa h3ng ATMEL ®Ĩ làm thành phần trung tâm KIT, với thành phần nhớ ROM, RAM bên thiết bị ngoại vi phong phú Chip vi điều khiển AT89C52 vi điều khiển thuộc họ 8051, có tất đặc trng họ Ngoài có thêm định thời Timer nguồn ngắt so với 8051 72.2 Xây dựng sơ đồ khối KIT Sau ta xây dựng sơ đồ khối KIT vi điều khiển nh sau: Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 30 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển PC Chơng21 : thiết kế Kit vi ®iỊu khiĨn LCD CPU bµN PHÝM A/D D/A LED THANH VàO/RA DIGITAL ĐầU VàO XUNG LED MATRIX 8x8 stepper motor Hình 2.1 - Sơ đồ khối KIT Trong sơ đồ khối KIT nh trên, chức khối nh sau - Khối CPU : Đây khối trung tâm hệ thống Nó bao gồm chip vi điều khiển AT89C52, EEPROM, RAM, cổng giao tiếp mở rộng, mạch chốt, giải m3 địa Khối làm nhiệm vụ trung tâm điều hành hoạt động KIT - Khối PC : Đây khối giao tiếp hệ vi điều khiển KIT máy tính PC giúp cho ngời sử dụng phát triển ứng dụng KIT từ máy tính Ngời sử dụng dùng PC để nạp chơng trình ứng dụng cho KIT Ngoài PC cho phép ngời sử dụng nạp chơng trình điều hành ngời sử dụng viết cho KIT thay đổi chơng trình điều hành có KIT Chơng trình điều hành phải đợc nạp từ mạch nạp cố định KIT Chơng trình ứng dụng ngời sử dụng đợc nạp cho KIT từ máy tính thông qua phần mềm nạp kèm theo KIT Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 31 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển - Bàn phím: Đây khối thiết bị đầu vào giao tiếp vi điều khiển ngời sử dụng Bàn phÝm cho phÐp ng−êi sư dơng sư dơng nã ®Ĩ điều khiển hoạt động KIT theo hớng dẫn hình LCD nh: Chạy chơng trình bớc (nút STEP) Xem, sửa đổi ghi (R0-R7), ghi đặc biệt (SFR), PORT (P0,P1,P2, P3), ô nhớ RAM Chuyển đổi qua lại kiểu hiển thị liệu nh nhị phân, hexa hay thập phân - Khối LCD: hình tinh thể lỏng với kÝch th−íc lín 24x8 kÝ tù gióp ta cã thĨ quan sát dễ dàng giá trị ghi (R0-R7), ghi đặc biệt (SFR) PORT (P0,P1,P2, P3), ô nhớ RAM Ngoài hình có hớng dẫn ngời sử dụng, chức phím tùy theo ngữ cảnh LCD tạo tiện lợi, thân thiện cho ngời sử dụng làm quen nh thí nghiệm KIT - Khối A/D : Có chức chuyển đổi tín hiệu điện áp tơng tự 5V thành tín hiệu số bit để đa vào vi điều khiển xử lí Tín hiệu vào 0-5V đợc đa từ bên thông qua DIP-SWITCH (Dual Inline Pakage - SWITCH) để nối tín hiệu tơng tự có sẵn kit nhờ chia áp biến trở vi chỉnh đặc biệt đầu cảm biến nhiệt độ LM35, tiến hành thí nghiệm đo nhiệt độ phòng - Khối D/A : Là khối cho phép chuyển đổi tín hiệu số bit thành tín hiệu tơng tự 10V đa ngoài, hiển thị đợc máy sóng - Khối vào/ra xung số - điều khiển động bớc động chiều: Là khối vào/ra tín hiệu số, cho phÐp bé KIT nhËn vµo mét tÝn hiƯu sè bit, tín hiệu vào dạng xung nút ấn, tín hiệu vào dạng xung từ bên nh encoder, có đầu xung, có đệm tầng khuyếch điều khiển động bớc động chiều Ngoài ngời sử dụng sử lựa chọn loại điện 5V Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 32 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển 12V tùy theo loại động công tắc thay đổi nguồn cấp cho động mạch - LED : Là khối hiển thị LED thanh, dùng để hiển thị giá trị theo chơng trình ngời sử dụng - Khèi LED Matrix (8x8) : Lµ mét ma trËn đèn LED gồm hàng x cột, ®iĨm cđa ma trËn LED cã ®Ìn víi màu xanh đỏ, điều khiển cho sáng lúc đèn ta đợc màu cam 2.3 Chọn thiết bị, giải mà thiết kế mạch nguyên lý hệ thống: 2.3.1 Chọn dung lợng nhớ thiết bị ngoại vi: Ta chọn thành phần nhớ KIT bao gồm: - 8K-byte parallel (song song) EEPROM – chip sư dơng AT28C64 - 32K-byte RAM ngoµi – chip sư dơng HM62256 - chip 8255 mở rộng I/O để giao tiếp với thiết bị sau: LCD 24x8 ký tự Bàn phím 5x4 LED đơn LED đoạn LED ma trận màu 8x8 Các chuyển đổi ADC, DAC Vào xung số, tầng khuyếch đại đệm để điều khiển động bớc, động chiều Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 33 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển 2.3.2 Giải mà địa chỉ: Ta xếp nhớ địa thiết bị ngoại vi giao tiếp với KIT bảng 2.1 nh sau Địa chØ ThiÕt bÞ 0000h - 1FFFh EEPROM RAM 4000h - 7FFFh 8000h - 8003h 8004h - 8007h 8008h - 800Bh 8255 (1) Ghi Chứa chơng trình Monitor Chứa chơng trình ứng dụng 8000h - PortA : Điều khiển LCD 8001h - PortB : Data bus cña LCD 8002h - PortC : NhËn m3 cđa bµn phÝm 8003h - CW : Thanh ghi ®iỊu khiĨn 8255 (5) 8004h - PortA: §iỊu khiĨn cÊp ngn cho c¸c Anot chung cđa LED matrix (các hàng) 8005h - PortB: Điều khiển đèn màu xanh cđa LED matrix (c¸c cét xanh) 8006h - PortC: Điều khiển đèn màu đỏ LED matrix (các cột ®á) 8007h - CW: Thanh ghi ®iỊu khiĨn 8255 (2) 8008h - PortA : §−êng Data cđa ADC0809 8009h - PortB : §−êng Data cđa DAC0808 800Ah - PortC : §iỊu khiĨn ADC0809 800Bh - CW : Thanh ghi ®iỊu khiÓn 800Ch - 800Fh 8255 (3) C000h - C003h 8255 (4) C004h C007h 8255-EX 800Ch - PortA : Đầu vào Digital 800Dh - PortB : Điều khiển động bớc(PB0-PB3) động chiều (PB4 - PB5) 800Eh - PortC : đầu vào xung dạng nút ấn (PC4-PC7), đầu vào cho thiết bị nh encoder (PC0 - PC3) 800Fh - CW : Thanh ghi ®iỊu khiĨn C000h - PortA : HiĨn thÞ LED đơn C001h - PortB : Hiển thị LED (trái) C002h - PortC : Hiển thị LED (phải) C003h - CW : Thanh ghi điều khiển BUS mở rộng dự trữ, gắn thêm module khác Bảng 2.1 Sắp xếp nhớ cách phân địa cho thiết bị ngoại vi KIT Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 34 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Dựa vào bảng 2.1 ta có sơ đồ nhớ cụ thể nh bảng 2.2 sau: EEPROM AT28C64 8Kbyte Address 0000h 15 14 13 12 11 10 0 0 0 0 0 1FFFh 0 1 1 1 1 1 1 4000h 0 0 0 0 0 0 0 7FFFh 1 1 1 1 1 1 1 8255-1 KEYPAD LCD 8000h 8001h 8002h 8003h 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 8255-5 MATRIX LED 8004h 8005h 8006h 8007h 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 8255-2 ADC DAC 8008h 8009h 800Ah 800Bh 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 8255-3 XUNG Sè STEPPER DC MOTOR 800Ch 800Dh 800Eh 800Fh 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 8255-4 LED đoạn LED đơN C000h C001h C002h C003h 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 C004h C005h C006h C007h 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 RAM HM62256 32Kbyte 8255-EX Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 35 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Nhìn vào cột có màu xám bảng 2.2 ta có đợc cách phân công giải m3 nh sau: Ta sử dụng chip giải m3 chuyên dụng vi mạch 74HC138 để phục vụ việc giải m3 địa cho chip nhớ nh chip mở rộng I/O 8255, đầu vào chip giải m3 đợc trình bày bảng sau: Chip giải mà A B A14 A15 0 74HC138 - (U10) A2 A3 A4 Y2(U9) Y2(U9) 74HC138 - (U11) A2 0 Y3(U9) Y3(U9) 74HC138 - (U9) C G2A G2B Đầu vào chọn chip CS (Chip Select) chip EEPROM, RAM, 8255 nh bảng sau: Chip CS (Chip Select) EEPROM - 28C64 A13 + Y0(U9) (*) RAM - 62256 Y1(U9) 8255(1) - Keypad, LCD Y0(U10) 8255(5) - LED ma trËn Y2(U10) 8255(2) - ADC, DAC Y3(U10) 8255(3) - Xung số, stepper, DC motor Y1(U10) 8255(4) - LED đoạn, LED đơn Y0(U11) 8255(EX) Y1(U11) Ghi U9,U10,U11 xem sơ đồ nguyên lý (*) Do yêu cầu thiết kế KIT, chip nhớ RAM EEPROM vừa phải có khả làm nhớ liệu nhớ chơng trình nên chân OE (Output Enable) chip nhớ nàyBảng có logic = /PSEN /RD 2.2.nh Bảnsau đồ/OE nhớ giải* m3 địa KIT Để rõ ta tìm hiểu kỹ chức chân /PSEN EA ứng dụng mở réng bé nhí ngoµi cđa hä 8051 PSEN (Program Store Enable) có nghĩa cho Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 36 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển phép cất chơng trình Đây tín hiệu đợc nối với chân OE nhớ chơng trình Khi chân EA đợc nối đất 8031/51 nạp mM lệnh từ nhớ thông qua chân PSEN, nhớ đóng vai trò nhớ chơng trình Ngoài nhớ làm chức nhớ liệu tín hiệu RD đợc sử dụng để truy cập không gian liệu (dùng lệnh MOVX), nên RD đợc nối đến OE chip nhớ Trong thiết kế phần mềm KIT đòi hỏi chức nhớ, vừa nhớ chơng trình, vừa nhớ liệu chân OE chip nhớ phải cã møc logic nh− trªn /OE = /PSEN * /RD 2.3.3 Giới thiệu chức thiết bị đợc sử dụng KIT: 2.3.3.1 CPU C PU R10 VCC VCC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 10k VCC ADRRESS: 0000H-1FFFH VCC CR4 104 CR3 104 VCC GND ADRRESS: 4000H-7FFFH GND U3 62256 U13 T2 T2-EX STEP GND /EA RST P1.0/T2 P3.0/RXD P1.1/T2-EX P3.1/TXD P1.2 P3.2/INT0 P1.3 P3.3/INT1 P1.4 P3.4/T0 P1.5 P3.5/T1 P1.6 P3.6/WR P1.7 P3.7/RD 19 18 J10 T0 T1 T2 T2-EX P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 31 XTAL1 XTAL2 ALE/PROG PSEN EA/VPP RST AT89C52 VCC 21 22 23 24 25 26 27 28 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 CR5 104 10 11 12 13 14 15 16 17 RXD TXD /INT0 /INT1 T0 T1 /WR /RD 30 29 ALE /PSEN VCC U5A /PSEN CR1 104 7404 U6A /EA 33pF GND CR6 104 P_COM GND VCC 14 GND VCC RXD OUT TXD IN 28 VCC VCC C1.2 22 27 20 12 MHz 33pF Y 1.1 C1.1 7408 10 25 24 21 23 40 GND A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 GND VCC CR8 104 GND Chế độ monitor INT1 nối GND Đầu vào cho T0, T1, T2, T2-EX chế độ CAPTURE P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 AT28C64 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 11 12 13 15 16 17 18 19 A14 A13 26 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 11 12 13 15 16 17 18 19 /CS_62256 /WR GND OE WE CE 20 27 22 VCC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 CS WR OE 10 25 24 21 23 26 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 14 VSS GND 14 ALE 11 39 38 37 36 35 34 33 32 VCC GND D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 GND CR2 104 U11A GND CHƯƠNG TRÌNH NGƯỜ I SỬ DỤNG A13 7432 VCC U7B /WR SWITCH GND 7432 VCC 1 VCC SW7.1 CR7 104 14 LE OE GND 10 28 U2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 14 74HC573 VCC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 GND 19 18 17 16 15 14 13 12 20 U4 20 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 MONITOR GND U8 16 C8.4 10uF TXD IN 13 TXD 11 10 C8.1 10uF C8.2 10uF C8.3 10uF VCC MAX232/SO VCC 12 R1IN R1OUT R2IN R2OUT T1IN T2IN C1+ C1C2+ C2V+ V-15 T1OUT T2OUT 14 RXD VCC VCC CR9 104 A14 A15 VCC VCC U9 16 A B C G1 G2A G2B VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 GND 15 14 13 12 11 10 A2 /CS_62256 U12 16 /CS_8255_7SEG_LED_EX12 VCC CR10 104 CR12 104 74HC138 GND GND VCC RXD OUT A B C G1 G2A G2B 74HC138 VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 GND 15 14 13 12 11 10 74HC138 /CS_8255_7SEG_LED /CS_8255_7SEG_EX A2 A3 A4 VCC U10 16 A B C G1 G2A G2B VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 GND 15 14 13 12 11 10 /CS_8255_LCD_KEY PAD /CS_8255_MATRIX_LED /CS_8255_ADC_DAC /CS_8255_PULSE_STEPPER GND GND VCC Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý khối CPU Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 37 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Đây phần điều khiển trung tâm KIT, phận quan trọng nhÊt Khèi CPU gåm cã chip vi ®iỊu khiĨn chÝnh AT89C52, EEPROM, RAM, mạch chốt, giải m3 địa Sơ đồ nguyên lý khối CPU nh hình 2.3 Các linh kiện có khối : Vi điều khiển AT89C52 Với thực tế thị trờng Đà Nẵng, khu vực Miền Trung - Tây Nguyên nói chung ta chọn AT89C52 chip dễ dàng mua đợc, nhớ 8Kbyte vừa đủ cho chơng trình MONITOR điều hµnh KIT - AT89C52 cã 8K Flash ROM lµm bé nhớ chơng trình, 256 byte RAM, 32 đờng xuất nhập, định thời, cấu trúc ngắt mức u tiên nguồn ngắt, port nối tiếp song công (full duplex) Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 38 ...Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Chơng II Thiết kế KIT vi điều khiển 2.1 Chọn phơng án thiết kế Họ vi điều khiển mà KIT chọn làm thành phần trung... Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển 2.3.2 Giải mà địa chỉ: Ta xếp nhớ địa thiết bị ngoại vi giao tiếp với KIT bảng 2.1 nh sau Địa Thiết bị 0000h - 1FFFh... xây dựng sơ đồ khối KIT vi điều khiển nh sau: Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 30 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển PC Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển LCD CPU