Đồ án 2: Điều khiển và giám sát thiết bị điện trong nhà

Phần A

GIỚI THIỆU

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

TP HỒ CHÍ MINH – 06/2012

Khoa Điện – ĐiệnTử

Bộ Môn Điện TửViễn Thông

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Ngày……tháng ……

năm 201…PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN MÔN HỌC…

(Dành cho người hướng dẫn)1 Họ tên sinh viên : ………

được bảo vệ: Không được bảo vệ: 

7 Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước tổ chấmĐAMH:

8 Đánh giá Điểm (Số và chữ):………

CHỮ KÝ và HỌ TÊN

LỜI CẢM ƠN

Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện tử, đặc biệt là các Thầy Cô trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông đã giúp đỡ nhóm trong thời gian thực hiện đề tài

Đặc biệt nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Lê Minh đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi để nhóm có thể thực hiện và hoàn thành đề tài này.Nhóm thực hiện đồ án cũng xin cảm ơn các bạn trong lớp đã trao đổi góp ý để nhómthực hiện hoàn thành tốt đề tài này

Trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi sai sót, kính mong quý thầy côgóp ý và chỉ dẫn để nhóm thực hiện đề tài được hoàn thiện hơn trong các đồ án tiếptheo

Nhóm thực hiện đề tài

Lương Văn Giang - Nguyễn Duy Sơn

Lời nói đầu

Ngày nay, thông qua những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thếgiới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn rất nhiều.Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt thiết bị ngày càng thông minh,tiện dụng, hiệu quả và thân thiện với môi trường người dùng.

Là một nước đang phát triển, vấn đề ứng dụng khoa học công nghệ trong thờikì công nghiệp hóa, hiện đại hóa như hiện nay lại trở thành một yêu cầu cấp bách vàcần thiết hơn bao giờ hết Chính vì vậy, trong những năm qua, nước ta đã chú trọngđầu tư rất nhiều đến các ngành công nghệ cao, đặc biệt là trong lĩnh vực điện tử, tựđộng hóa

Và thực tế hơn, một trong những ứng dụng đó chính là việc tạo ra đượcnhững mạch điện tử thông minh, có tính tự động hóa cao, khả năng giao tiếp đượcvới máy tính, đồng thời kết hợp với việc điều khiển trực tiếp trên board mạch cũngnhư gián tiếp thông qua giao diện được lập trình và cài đặt trên máy tính Điều nàykhông chỉ mang lại nhiều lợi ích thiết thực hiện thời, mà còn góp phần không nhỏcho việc hiện thực hóa những ý tưởng lớn hơn Vì vậy mà nhóm đã quyết định chọn

đề tài “Điều Khiển và Giám Sát Thiết Bị Điện Trong Nhà” Mạch có các chức

năng như tự động bật, tắt thiết bị thông qua cảm biến, thao tác đóng, ngắt bằng tayqua contact hoặc điều khiển gián tiếp từ máy tính, đồng thời hiển thị trạng thái trênLCD và trên giao diện của máy tính, …

Tuy đã cố gắng thực hiện đồ án trong sự nghiêm túc và trách nhiệm nhất, nhưng do điều kiện về kiến thức cũng như khả năng nghiên cứu còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai phạm và thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp tích cực từ thầy cô và các bạn.

Mục lục

Trang

Phần AGIỚI THIỆU i

Trang chấm ĐAMH của GVHD iii

Lời cảm ơn……….iv

Lời nói đầu v

Mục lục vi

Liệt kê bảng viii

Liệt kê hình viii

Phần BNỘI DUNG 1

Chương 1 GIỚI THIỆU 2

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20

Liệt kê bảngLiệt kê hình

Phần B

NỘI DUNG

Chương 1GIỚI THIỆU

Đứng trước những thách thức lớn trong việc tiết kiệm năng lượng điện, vấn đề mang ý nghĩa quốc gia, đồng thời nâng cao tính tự động hóa trong lĩnh vực điều khiển - một trong những nhân tố quyết định sự phát triển của đất nước, nhóm thực hiện đề tài “Điều Khiển Và Giám Sát Thiết Bị Điện Trong Nhà” với mục đích thực hành một trong những ứng dụng quan trọng của ngành công nghiệp điều khiển thiết bị Để thực hiện được điều đó, nhóm thực hiện đã đưa ra một số mục tiêu :

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR và quang trở.

- Tìm hiểu chip vi xử lý AT89C51 và phần mềm giao tiếp C#

- Xây dựng thuật toán kết nối nhận, gửi và điều khiển thiết bị

- Viết chương trình truyền, nhận và điều khiển cho vi xử lý qua cổng COM

- Xây dựng giao diện điều khiển từ máy tính.

- Thủ công: Bật tắt thiết bị bằng tay thông qua contact được gắn trên board

- Màn hình LCD trên mạch hiển thị đầy đủ trạng thái thiết bị.

- Giao tiếp máy tính qua cổng COM - Trên giao diện máy tính Hiển thị trạng thái thiết bị

 Bật tắt gián tiếp thiết bị thông qua các nút nhấn.

Tài liệu được chia thành 5 chương và được sắp xếp như sau :

Chương 1 Giới Thiệu : trình bày tổng quan nội dung chính trong đề tài – những vấn đề mà sẽ được đề cập đến trong toàn bộ bài viết.

Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết : chương này sẽ đi sâu về lý thuyết vi điều khiển, về cảm biến cũng như tìm hiểu những linh kiện cần thiết làm cơ sở để thực hiện mạch đồ án

Chương 3 Thiết Kế Phần Cứng : cung cấp các thông tin bao gồm sơ đồ khối, chức năng các khối và những tính toán cụ thể để thiết kế phần cứng cho mạch.

Chương 4 Thiết Kế Phần Mềm : tập trung nghiên cứu lưu đồ giải thuật trên vi điều khiển và thiết kế giao diện cho chương trình giao tiếp máy tính.

Chương 5 Kết Luận Và Hướng Phát Triển : bao gồm kết quả thực hiện, ưu, nhược điểm và hướng phát triển của đồ án.

Tuy nhiên, điều quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể của 8051, như khác nhau vềtốc độ và dung lượng nhớ ROM trên chip, nhưng tất cả các lệnh đều tương thích với8051 ban đầu Điều này có nghĩa là, nếu chương trình được viết cho một phiên bản8051 nào đó thì cũng sẽ chạy được với mọi phiên bản khác không phụ thuộc vàohãng sản xuất.

VI.1.1 Bộ vi điều khiển 8051:

Bộ vi điều khiển 8051 là thành viên đầu tiên của 8051 Hãng Intel ký hiệu làMCS51 Có 2 bộ vi điều khiển thành viên khác của 8051 là 8052 và 8031:

 Bộ vi điều khiển 8052:

8052 là một thành viên của họ 8051 8052 có tất cả các thông số kỹ thuật của8051, ngoài ra còn có thêm 128 byte RAM, 4K ROM và một bộ định thời nữa Nhưvậy, 8052 có tổng cộng 256 byte RAM, 8 Kbyte ROM(8051 có 4K byte ROM) và 3bộ định thời.

Thông số các thành viên họ 8051:

 Bộ vi điều khiển 8031:

8031 là một thành viên khác của họ 8051 Chip này thường được coi là 8051không có ROM trên chip Để có thể dùng được chip này cần phải bổ xung ROM

bị giới hạn đến 4K byte, còn ROM ngoài của 8031 thì có thể lên tới 64 Kbyte Tuynhiên, để có thể truy cập hết bộ nhớ ROM ngoài cần dùng thêm 2 cổng, do vậy chỉcòn lại 2 cổng để sử dụng Nhằm khắc phục vấn đề này, chúng ta có thể bổ sungthêm cổng vào/ra cho 8031.

VI.1.2 Các phiên bản của 8051:

IC8051 là thành viên phổ biến nhất của họ 8051, tuy nhiên chúng ta sẽ khôngthấy nguyên phần ký hiệu số “8051” trên chip Sở dĩ như vậy là do 8051 có nhiềuphiên bản.

 Bộ vi điều khiển 8751:

Chip 8751 chỉ có 4 Kbyte bộ nhớ UV-EPROM trên chip Để sử dụng chipnày cần có bộ đốt PROM và bộ xóa UV-EPROM Do ROM trên chip của 8751 làUV-EPROM, nên cần phải mất 20 phút để xóa trước khi được lập trình Vì đây làquá trình mất nhiều thời gian nên nhiều nhà sản xuất đã cho ra mắt phiên bản FlashROM và UV-ROM Ngoài ra còn có nhiều phiên bản với các tốc độ khác nhau.

 Bộ vi điểu khiển AT8951 của Atmel Corporation:

AT8951 là phiên bản 8051 có ROM trên chip là bộ nhớ Flash Phiên bản nàyrất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vì bộ nhớ Flash có thể được xóa trong vàigiây.

Các phiên bản của 8051 của Atmel (Flash ROM):

Từ bảng trên ta thấy chữ C đứng trước số 51 ở ký hiệu AT89C51-12PC là đểchỉ công nghệ CMOS(tiêu thụ năng lượng thấp), “12” để chỉ tốc độ 12MHz và “P”là kiểu đóng vỏ DIP, và chữ “C” cuối cùng là ký hiệu cho thương mại(ngược vớichữ M là quân sự) AT89C51-12PC rất thích hợp cho các thử nghiệm của học sinh –sinh viên.

 Bộ vi điểu khiển DS5000 của hãng Dallas Semiconductor:

Một phiên bản phổ biến khác nữa của 8051 là DS5000 của hãng DallasSemiconductor Bộ nhớ ROM trên chip của DS5000 là NV-RAM DS5000 có khảnăng nạp chương trình vào ROM trên chip trong khi nó vẫn trong hệ thống màkhông cần phải lấy ra Cách thực hiện là dùng qua cổng COM của máy tính Đây làmột điểm mạnh rất được ưa chuộng Ngoài ra, NV-RAM còn có ưu việt là cho phépthay đổi nội dung ROM theo từng Byte.

Các phiên bản 8051 của hãng Dallas Semiconductor:

Còn có nhiều phiên bản DS5000 với những tốc độ và kiểu đóng gói khácnhau Ví dụ: DS5000-8-8 có 8K NV-RAM và tốc độ 8MHz Thông thườngDS5000-8-12 hoặc DS5000T-8-8 thì thích hợp cho các nghiên cứu, thử nghiệm củasinh viên.

Phiên bản OPT của 8051:

Phiên bản OPT (One Time Programmable) của 8051 là các chip 8051 có thểlập trình được 1 lần và được nhiều hãng sản xuất khác nhau cung cấp Các phiênbản Flash và NV-RAM thường được dùng để phát triển sản phẩm mẫu Khi sảnphẩm mẫu được hoàn tất thì phiên bản OPT của 8051 được dùng để sản xuất hàngloạt vì giá thành trên một đơn vị sản phẩm sẽ rẻ hơn nhiều.

2.2 Khảo sát họ vi điều khiển 89C51:

2.2.1 Giới thiệu cấu trúc phần cứng họ MSC-51(89C51):

Đặc điểm và chức năng hoạt động của IC MSC-51 hoàn toàn tương tự nhau.Ở đây giới thiệu IC 8951 là một họ IC vi điều khiển do hãng Intel của Mỹ sản xuất.Chúng có những đặc điểm như sau:

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau: 4 Kbyte ROM bên trong.

 128 Byte RAM nội.

 4 Port xuất nhập (I/O) 8 bit. 2 bộ định thời 16 bit.

 Mạch giao tiếp nối tiếp. 64 Kbyte vùng nhớ mã ngoài. 64 Kbyte vùng nhớ dữ liệu ngoài.

 Bộ xử lý 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s

2.2.2 Khảo sát sơ đồ chân 8951, chức năng từng chân:2.2.2.1 Sơ đồ chân 8951:

Hình 6.2 – Sơ đồ chân của AT89C512.2.2.2 Chức năng các chân của 8951:

8951 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập Trong đó có24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt

A T89C 519

R S TXTA L2XTA L1

P S E NA LE /P R O GE A /V P P

V C CP 1.0P 1.1P 1.2P 1.3P 1.4P 1.5P 1.6P 1.7

P 2.0/A 8P 2.1/A 9P 2.2/A 10P 2.3/A 11P 2.4/A 12P 2.5/A 13P 2.6/A 14P 2.7/A 15P 3.0/R XDP 3.1/TXDP 3.2/IN T0P 3.3/IN T1P 3.4/T0P 3.5/T1P 3.6/W RP 3.7/R DP 0.0/A D 0

P 0.1/A D 1P 0.2/A D 2P 0.3/A D 3P 0.4/A D 4P 0.5/A D 5P 0.6/A D 6P 0.7/A D 7

20GND

động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của cácBus dữ liệu và Bus địa chỉ.

Các Port của 8951:

 Port 0:

Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 -> 39 của 8951 Trong các thiếtkế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường I/O Đối vớicác thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa Bus địa chỉ và Bus dữliệu.

Hình 6.3 - Cấu trúc chính bên trong chip 8051

 Port 1:

Port 1 là port I/O trên các chân 1 -> 8 Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1,…,P1.7 có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoại vi nếu cần Port 1 không có cácchức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bênngoài.

 Port 2:

Port 2 là port có tác dụng kép trên các chân 21 -> 28 được dùng như cácđường xuất nhập hoặc là Byte cao của Bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớmở rộng.

 Port 3:

Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10 -> 17 Các chân của port nàycó nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệtcủa 8951 như ở bảng sau:

P3.0 RxD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp.

P3.1 TxD Dữ liệu phát cho port nối tiếp.

P3.4 T0 Ngõ vào của timer/couter 0.

P3.5 T1 Ngõ vào của timer/couter 1.

P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài.

P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.

Các ngõ tín hiệu điều khiển:

 Ngõ tín hiệu PSEN (Program Store Enable):

PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chươngtrình mở rộng thường được nối đến chân OE(Output Enable) của Eprom cho phép

đọc các Byte mã lệnh.

PSEN ở mức thấp trong thời gian MicroController 8951 lấy lệnh Các mãlệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua Bus dữ liệu và được chốt vào thanhghi lệnh bên trong 8951 để giải mã lệnh Khi 8951 thi hành chương trình trongROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1.

 Ngõ tín hiệu điều khiển chốt địa chỉ ALE (Address Latch Enable):

8951 sử dụng chân 30 để xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE(AddressLatch Enable) dể giải đa hợp (Demultiplexing) Bus địa chỉ và Bus dữ liệu Tín ALEcó tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong chip vi điều khiển Nếumạch dao động có tần số 12MHz, tín hiệu ALE có tần số 2MHz Chân ALE cònđược dùng để nhận xung ngõ vào lập trình cho Eprom trên chip đối với các phiênbản của 8951 có Eprom.

 Chân truy xuất ngoài EA( External Access):

Ngõ vào này (chân 31) có thể được nối với Vcc(logic 1) hoặc với GND(logic0) Nếu chân này nối lên Vcc thì 8951 thực thi chương trình trong Rom nội(chươngtrình nhỏ hơn) Nếu chân này nối với GND( và chân PSEN cũng ở logic 0) thì 8951sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng.

Nếu chân AE ở logic 0 đối với 8051/8052 Rom nội bên trong chip được vôhiệu hóa Các phiên bản Eprom của 8051 còn sử dụng chân EA làm chân nhận điệnáp cấp điện 21V(Vpp) cho việc lập trình Eprom nội(nạp Eprom).

 Chân RESET(RST):

Ngõ vào RST ở chân số 9 là ngõ vào xóa chính (Master Reset) của 8051dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi là Reset hệ thống Cácthanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống.

 Các chân XTAL1 và XTAL2:

Địa chỉ

byte Địa chỉ bit Địa chỉ byte Địa chỉ bit

Mạch dao động bên trong chip 8051 được ghép với thạch anh bên ngoài ở 2chân XTAL1(chân 19) và XTAL2(chân 18) Tần số thạch anh thường sử dụng cho8951 là khoảng 12MHz (11.0592 MHz).

 Các chân nguồn:

8051 sử dụng nguồn đơn +5V Vcc được nói vào chân 40 và Vss (GND)được nối vào chân 20.

2.2.3 Tổ chức bộ nhớ:

Hầu hết các bộ vi xử lý (CPU) đều có không gian nhớ chung cho dữ liệu vàchương trình.

Bộ nhớ nội trong chip bao gồm ROM (chỉ có 8051/8052) và RAM RAMtrên chip bao gồm vùng RAM đa chức năng, vùng RAM với từng bit được định địachỉ (gọi tắt là RAM định địa chỉ bit), các dãy (Bank) thanh ghi và các thanh ghi cóchức năng đặc biệt SFR( Special Function Register).

2.2.3.1 Vùng Ram đa mục đích:

Vùng Ram đa mục đích có 80 byte đặt ở địa chỉ từ 30H đến 7FH, bên dướivùng này từ địa chỉ 00H đến 2FH là vùng nhớ có thể sử dụng tương tự Bất kỳ vị trínhớ nào trong vùng Ram đa mục đích đều có thể truy xuất tự do bằng cách sử dụngcác kiểu định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp (MOV A,5FH).

Một byte dữ liệu bằng cách dùng kiểu định địa chỉ trực tiếp để xác định vị trínguồn(nghĩa là địa chỉ 5FH).

Vùng Ram đa mục đích còn có thể được truy xuất bằng cách dùng kiểu địnhchỉ gián tiếp qua các thanh ghi R0, R1.

Bảng biểu diễn vùng RAM và thanh ghi có chức năng đặc biệt:

23 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 8D Không được địa chỉ hóa bit TH1

22 17 16 15 14 13 12 11 10 8C Không được địa chỉ hóa bit TH0

21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 8B Không được địa chỉ hóa bit TL1

20 07 06 05 04 03 02 01 00 8A Không được địa chỉ hóa bit TL0

07 Bank thanh ghi 0(mặc định cho R0 -R7)

81 Không được địa chỉ hóa bit SP

Default Register Bank for R0-R7: Dãy thanh ghi mặc định R0 đến R7.Special Function Register: Các thanh ghi chức năng đặc biệt.

Not Bit Addressable: Không định địa chỉ bit.

2.2.3.2 Vùng RAM định địa chỉ Bit:

8051 chứa 210 vị trị bit được định địa chỉ trong đó 128 bit chứa trong cácbyte ở địa chỉ từ 20H đến 2FH(16 byte*8 bit = 128 bit), còn lại chứa trong cácthanh ghi đặc biệt.

Ý tưởng truy xuất các bit riêng rẽ thông qua phần mềm là một đặc trưngmạnh của hầu hết các bộ vi điều khiển Các bit có thể SET, CLEAR, AND, OR …bằng một lệnh đơn Hầu hết các bộ vi xử lý yêu cầu một chuỗi lệnh đọc – sửa – ghi

để nhận được cùng một kết quả Ngoài ra 8051 còn có Port xuất/nhập có thể địnhđịa chỉ từng bit, điều này làm đơn giản việc giao tiếp bằng phần mềm với các thiếtbị xuất/nhập đơn bit.

8051 có 128 vị trí bit được định địa chỉ và có nhiều mục đích ở các byte cóđịa chỉ từ 20H đến 2FH Các địa chỉ này được truy xuất như là các byte hay các bittùy thuộc vào từng lệnh cụ thể.

2.2.3.3 Các dãy thanh ghi:

32 vị trí thấp nhất của bộ nhớ nội chứa trong các dãy thanh ghi của 8051, hỗtrợ 8 thanh ghi từ R0-R7 thuộc dãy 0(bank 0), dãy mặc định sau khi Reset hệ thống.Các thanh ghi này ở các địa chỉ từ 00H đến 07H.

Các lệnh sử dụng các thanh ghi từ R0-R7 là các lệnh ngắn và thực hiệnnhanh hơn so với các lệnh tương đương sử dụng kiểu định địa chỉ trực tiếp Các giátrị dữ liệu thường được sử dụng nên chứa ở một trong các thanh ghi này.

Dãy thanh ghi đang được sử dụng gọi là dãy thanh ghi tích cực Dãy thanhghi tích cực có thể được thay đổi bằng cách thay đổi các bit chọn dãy trong từ trạngthái chương trình PSW, ý tưởng các dãy thanh ghi cho phép chuyển đổi ngữ cảnhnhanh và có hiệu quả ở những nơi mà các phần riêng rẽ của phần mềm sử dụng mộttập thanh ghi riêng, độc lập với các phần khác của phần mềm.

2.2.3.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt:

Các thanh ghi nội của 8951 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh Các thanhghi trong 8951 được định dạng như một phần của RAM trên chip vì vậy mỗi thanhghi sẽ có một địa chỉ(ngoại trừ thanh ghi bộ đếm chương trình và thanh ghi lệnh vìcác thanh ghi này hiếm khi bị tác động trực tiếp) Cũng như R0 đến R7, 8951 có 21thanh ghi có chức năng đặc biệt ở vùng trên của RAM nội từ địa chỉ 80H đến FFH.

Chú ý: Tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa, chỉ có 21thanh ghi có chức năng đặc biệt được định nghĩa sẵn các địa chỉ.

Ngoại trừ thanh ghi A có thể truy xuất ngầm như đã nói, đa số các thanh ghicó chức năng đặc biệt SFR có thể địa chỉ hóa từng bit hoặc byte.

a Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power Control Register):

Thanh ghi điều khiển công suất (PSON) ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điềukhiển.

TR1 TCON.68EH

Bit điều khiển bô định thời 1 hoạt động Được Set/Clear bởi phầnmềm để điều khiển bộ định thời 11 hoạt động hoặc ngưng hoạtđộng.

TF0 TCON.58DHCờ tràn bộ định thời 0

TR0 TCON.48CHBit điều khiển bộ định thời 0 hoạt động.

IE1 TCON.38BH

Cờ ngắt ngoài 1 tác động cạnh Được Set bởi phần cứng khi pháthiện có ngắt ngoài tác động cạnh, được xóa bởi phần cứng khingắt được xử lý.

IT1 TCON.28AH

Bit điều khiển chọn ngắt Được Set/Clear để xác định ngắt ngoàithuộc loại tác động cạnh xuống hay tác động mức thấp.

IE0 TCON.189HCờ ngắt ngoài 0 tác động cạnh.

IT0 TCON.088HBit điều khiển chọn loại ngắt.

c Thanh ghi TMOD (Timer/Counter Mode Control Register):

Thanh ghi này gồm 2 nhóm 4 bit: 4 bit thấp đặt mode hoạt động cho Timer 0và 4 bit cao đặt mode hoạt động cho Timer 1.

Bit điều khiển cổng Khi bit TRx trong TCON được Set bằng 1 và GATE = 1, bộ địnhthời/đếm chỉ hoạt động trong khi chân INTx ở mức cao(điều khiển cứng) Khi bit GATE = 0,bộ định thời/đếm chỉ hoạt động trong khi chân TRx ở mức cao(điều khiển mềm).

d Thanh ghi điều khiển Port nối tiếp SCON (Serial Port Control Register):

Chế độ hoạt động của Port nối tiếp được đặt bằng cách ghi vào thanh ghi chếđộ Port nối tiếp (SCON) ở địa chỉ 98H.

SM2 SCON.59DH

Bit chọn chế độ Bit này cho phép truyền thông đã xử lý ở cácchế độ 2 và 3 Trong chế độ 2 hoặc 3, nếu SM2 = 1, RI sẽ khôngđược tích cực nếu bit nhận được thứ 9(RB8) bằng 0 Trong chếđộ 1, nếu SM2 = 1, RI sẽ không được tích cực nếu ta không nhậnđược bit Stop hợp lệ Trong chế độ 0, SM2 phải bằng 0.

TI SCON.199H Cớ ngắt phát, cờ này được bật lên khi quá trình phátmột byte dữ liệu kết thúc và được xóa bởi phần mềm.

RI SCON.098H Cớ ngắt thu, cờ này được bật lên khi quá trình thu mộtbyte dữ liệu kết thúc và được xóa bởi phần mềm.

Hai bit SM0, SM1 dùng để chọn chế độ:

SM0SM1Chế độMô tảTốc độ baud000 Thanh ghi dịch fosc ÷ 12

011 8 bit UARTThay đổi

102 9 bit UARTfosc ÷ 64 hoặc fosc ÷ 32

113 9 bit UARTThay đổi

e Thanh ghi cho phép ngắt IE (Interrupt Enable Register):

Mỗi nguồn ngắt được cho phép hoặc không cho phép thông qua thanh ghichức năng đặc biệt có các bit được địa chỉ hóa IE (Interrupt Enable) tại địa chỉ0A8H.

Ký hiệu: IE

Chức năng: cho phép ngắt.

Địa chỉ byte: 0A8HĐịnh địa chỉ bit: có.

– IE.6AEHDự trữ

ET2 IE.5ADHCho phép hoặc không cho phép khi xảy ra tràn bộ định thời 2 hoặc khithu nhận của bộ định thời 2(8052).

ES IE.4ACHCho phép hoặc không cho phép ngắt do Port nối tiếp.

ET1 IE.3ABHCho phép hoặc không cho phép ngắt do tràn bộ định thời 1

EX1 IE.2AAHCho phép hoặc không cho phép ngắt ngoài 1

ET0 IE.1A9HCho phép hoặc không cho phép ngắt do tràn bộ định thời 0

EX0 IE.0A8HCho phép hoặc không cho phép ngắt ngoài 0

f Thanh ghi ưu tiên ngắt IP (Interrupt Priority):

Ký hiệu: IP

Chức năng: ưu tiên ngắt.Địa chỉ byte: 0B8HĐịnh địa chỉ bit: có.

PT2 IP.5BDHMức ưu tiên cho ngắt do bộ định thời 2

PS IP.4BCHMức ưu tiên cho ngắt do Port nối tiếp

PT1 IP.3BBHMức ưu tiên cho ngắt do bộ định thời 1

PX1 IP.2BAHMức ưu tiên cho ngắt do ngắt ngoài 1

PT0 IP.1B9HMức ưu tiên cho ngắt do bộ định thời 0

PX0 IP.0B8HMức ưu tiên cho ngắt do ngắt ngoài 0

g Thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW (Program Status Word):

F0 PSW.5D5HCờ 0 Cờ này dành cho người lập trình viên.

RS1 PSW.4D4HBit chọn dãy thanh ghi.

RS0 PSW.3D3HBit chọn dãy thanh ghi.

OV PSW.2D2HCờ tràn Cờ này được Set sau khi cộng hoặc trừ nếu có tràn số học.

102 10H – 17H(Bank 2)

113 18H – 1FH(Bank 3)

VI.2.3.5 Các thanh ghi đặc biệt khác:

Ngoài hệ thống các thanh ghi đặc biệt đã nêu ở trên thì chúng ta còn có 12than ghi có chức năng tương tự như các thanh ghi trên và được chia làm 4 nhóm.

Nhóm 1: là hệ các thanh ghi Port(I/O).

Nhóm 2: là hệ các thanh ghi phục vụ định thời.Nhóm 3: là hệ các thanh ghi con trỏ dữ liệu.

Nhóm 4: là thanh ghi phục vụ truyền nối tiếp(thu/phát).

a Hệ các thanh ghi Port:

Đây là hệ các thanh ghi định địa chỉ bit nó giúp cho lập trình viên ghi đọc dữliệu từ bên trong vi điều khiển ra bên ngoài hoặc từ bên ngoài vào Trong 8051 nhàsản xuất cung cấp trên chip 4 Port xuất/nhập Mục đích giúp cho người lập trình tạođược nhiều hệ thống điều khiển hơn khi chỉ sử dụng 1 chip.

 Thanh ghi Port có 3 chức năng:

Ký hiệu: P0Địa chỉ : 80H

Chức năng: ngoài 2 chức năng xuất nhập(I/O) còn có một chức năng quantrọng nửa là Byte cao khi truy xuất ROM ngoài.

Chức năng: ngoài 2 chức năng xuất nhập(I/O) còn có một chức năng quantrọng nửa là Byte thấp khi truy xuất ROM ngoài.

Chức năng: có 2 chức năng xuất nhập(I/O).

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

76543210 Thanh ghi Port có 3 chức năng:

Ký hiệu: P3Địa chỉ : 90H

Chức năng: ngoài 2 chức năng xuất nhập(I/O) còn có một chức năng quantrọng nửa là ngắt ngoài T0,T1, đọc ghi (RD, WR), hai ngõ vào T0,T1.

RD WR T1T0 INT 1 INT 0 TxDRxD

b Hệ các thanh ghi phục vụ định thời:

Hệ thanh ghi này gồm 4 thanh ghi nó cho phép lập trình viên nạp giá trị chobộ định thời Thực tế chỉ 2 thanh ghi 16 bit nhưng nó được cắt đôi thành 4 thanh ghi8 bit Trong đó 2 thanh phục vụ cho Timer 0 và 2 thanh phục vụ cho Timer 1.

Bộ Timer 0 có hai thanh ghi là TH0 và TL0, hai thanh ghi này không địnhđịa chỉ bit.

Thanh ghi 8 bit TH0Thanh ghi 8 bit TL0

Địa chỉ: 8CHĐịa chỉ: 8AH

Bộ Timer 1 có hai thanh ghi là TH1 và TL1, hai thanh ghi này không địnhđịa chỉ bit.

Thanh ghi 8 bit TH1Thanh ghi 8 bit TL1

Địa chỉ: 8DHĐịa chỉ: 8BH

c Hệ các thanh ghi con trỏ dữ liệu:

Nhóm này gồm 3 thanh ghi, thực chất nó là 2 thanh ghi một thanh DP(thanhghi con trỏ dữ liệu DPTR) có chiều dài 16 bit và được chia làm 2 thanh ghi DPH vàDPL mỗi thanh ghi có chiều dài 8 bit Và thanh ghi SP có chiều dài là 8 bit.

Thanh ghi DPTR này dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài và bộ nhớdữ liệu ngoài Trên thực tế người ta có thể dùng thanh ghi DPTR này để truy xuấtcác bảng giá trị trong vùng nhớ.

Thanh ghi 8 bit DPHThanh ghi 8 bit DPL

Địa chỉ: 83HĐịa chỉ: 82H

Thanh ghi SP (Stack Pointer) là thanh ghi 8 bit, nhiệm vụ của thanh ghi nàylà chứa địa chỉ dữ liệu hiện đang ở đỉnh Stack Việc cất hoặc lấy dữ liệu vào trongStack sẽ làm tăng giảm SP.

Khi sử dụng SP ta phải khởi động nó nếu không nội dung mặc định của nó sẽlà 07H Thao tác cất vào Stack đầu tiên sẽ là 08H.

Để khởi động SP ta làm như sau: MOV SP, #địa chỉ

Thanh ghi SP có chiều dài 8 bit

Địa chỉ: 81H

d Hệ thanh ghi phục vụ truyền nối tiếp:

Như chúng ta đã biết SCON mới chỉ là thanh ghi điều khiển truyền nối tiếpvậy để truyền và nhận dữ liệu nối tiếp sẽ có một thanh ghi đảm nhận việc phát hoặcthu đó là thanh ghi SBUF.

Thanh ghi này có chiều dài 8 bit có chức năng là chứa giá trị, nội dung pháthoặc thu khi nhận dữ liệu Thanh ghi này không định địa chỉ bit.

Thanh ghi này không được sử dụng trực tiếp mà phải thông qua thanh ghitích lũy ACC.

Thanh ghi SBUF có chiều dài 8 bit

Địa chỉ: 99H

Là hiện tượng điện trở của chất bán dẫn giảm đi khi bị chiếu sáng.

Cấu tạo Quang trở gồm một lớp chất bán dẫn (cadimi sunfua CdS chẳng hạn) phủ trên một tấm nhựa cách điện Có hai điện cực và gắn vào lớp chất bán dẫn đó

Hình B.2.1.Cấu tạo đơn giản của quang trở

Nối một nguồn khoảng vài volt thông với một miliampe kế Khi quang trở được đặt trong bóng tối thì trong mạch không có dòng điện qua Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang dẫn của quang trở thì sẽ xuất hiện dòng điện trong mạch Điện trở của quang trở giảm đi rất mạnh khi bị chiếu ánh sáng bởi ánh sáng nói trên Đo điện trở của quang trở CdS, người ta thấy: khi không bị chiếu sáng, điện trường của nó vào khoảng 3.106 Ω; khi bị chiếu sáng, điện trở của nó chỉ còn khoảng 20Ω

Ngày nay, quang trở được dùng thay cho các tế bào quang điện trong hầu hết các mạch điều khiển tự động Xét mạch đóng ngắt đèn đường:

Hình B.2.2:Sơ đồ mạch điện tự đóng ngắt đèn đường Mô tả mạch điện:

Một quang trở mắc giữa cực base B và cực Emitter E của một

transistor T (loạinpn).Quang trở đóng vai trò chia hiệu điện thể với điện trở R 1 mắcgiữa cực Collector C và cực base B.Một nguồn 6V vừa dùng để tạo hiệu điện thế UBE vừa dùng để tạo ra dòng Collector IC Dòng IC chạy qua một nam châm ngắt điện của một rơ-le điện tử đóng ngắt mạch điện thắp sáng các đèn đường.Nam châmđiện nằm trong mạch collector của transistor

Hoạt động:

Ban ngày,khi ánh sáng chiếu vào quang trở đủ mạnh thì điện trở của nó rất nhỏ sovới R1.Hiệu điện thế IB =0 và do đó collector IC =0,vì vậy,nam châm không hoạt động Buổi tối,khi ánh sáng chiếu vào quang trở yếu đến mức nào đó thì điện trở của nó sẽ đủ lớn.Hiệu điện thế UBE tăng.Khi UBE đạt đến một giá trị nào đó (cỡ khoảng 0,7 V) thì xuất hiện dòng cực base IB (khoảng 0,3mA) và do đó, xuất hiện dòng điện IC (khoảng 60mA).Dòng IC chạy qua nam châm điện làm cho nó hút cầnngắt điện và đóng mạch thắp sáng các đèn đường.

Nó là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm

biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính làcác tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật

Trên đây là  đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chânra, một chân nối masse, một chân nối với nguồn volt DC, mức áp làm việc có thể từ3 đến 15V Góc dò lớn Để tăng độ nhậy cho đầu dò, Bạn dùng kính Fresnel, nóđược thiết kế cho loại đầu có 2 cảm biến, góc dò lớn, có tác dụng ngăn tia tử ngoại. Nguyên lý làm việc của loại đầu dò PIR như hình sau:

Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồngngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ trên 2cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại vớitransistor FET Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuấthiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vàomạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động. 

Đây là một sơ đồ điển hình cho thấy cách kết hợp giữa đầu dò PIR và mạchkhuếch đại, mạch so áp  (dùng ic LM324) và mạch tạo trễ (dùng ic logic CD4538)để có các tiếp điểm lá kim  (của một relay) dùng điều khiển các dụng cụ điện khác.

Sơ đồ cho thấy, bộ đầu do PIR có 3 chân, chân 3 cho nối masse, chân 1 nối vàođường nguồn và chân 2 cho xuất ra tín hiệu, nguyên do phải phân cực cho đầu PIRlà vì bên trong nó có dùng transistor FET. R2 (100K) là điện trở lấy tín hiệu Tínhiệu này cho qua 2 tầng khuếch đại với IC1A và IC2B Ở đây, người ta dùng mạchhồi tiếp nghịch với R4 (1M), R3 (10K) và tụ C2 (10uF) để định độ lợi cho tầngkhuếch đại này (do 1M/10K = 100, nên độ lợi tầng này lấy khoảng 100), tụ C3(0.1uF) có tác dụng ép dãy tần  hẹp lại, chỉ cho làm việc ở vùng tần thấp bỏ vùngtần cao (vì tác nhân nhiệt có quán tính lớn, thường thay đổi rất chậm), tín hiệu lấy ratrên chân 1 cho qua điện trở giảm biên R5 (10K) và tụ liên lạc C4 (10uF) vào tầngkhuếch đại sau trên chân số 6.

Mạch dùng điện trở R6 (1M), diode D1, D2 và điện trở R7 (1M) tạo thành cầu chiaáp, nó lấy áp phân cực cho chân 5 của tầng khuếch đại và tạo điện áp mẫu (Vref)cấp cho chân 9 (ngả vào đảo) và chân 12 (ngả vào không đảo) của 2 tầng so ápIC1C và IC1D Điện trở R8 (1M) và tụ C5 (0.1uF) tạo tác dụng hồi tiếp nghịch, ổnđịnh cho tầng khuếch đại IC1B Tín hiệu cảm biến sau khi được khuếch đại cho ratrên chân 7, rồi cùng lúc đưa vào 2 tầng so áp trên chân 10 và chân 13 Đây là 2tầng so áp có chu trình hồi sai, dùng tạo ra xung kích thích có độ dóc tốt, kích vàotầng đa hài đơn ổn trong ic CD4538, diode D3 và diode D4 có công dụng cách lytránh ảnh hưởng qua lại của 2 đường ra trên chân 8 và chân 14.

CD 4538 là ic logic có 2 tầng đơn ổn, nó định thời gian quá độ (thời gian trễ) theothời hằng của điện trở R10 (1M) và tụ C6 (1uF) trên chân số 2 Xung làm chuyểntrạng thái đưa vào trên chân 4, khi chuyển mạch mức áp cao cho xuất hiện trên chânsố 6, nó sẽ kích dẫn transistor thúc Q1, và Q1 cấp dòng cho relay để đóng các tiếpđiểm lá kim Do dùng mạch đơn ổn, định thời theo thời hằng của R10 và tụ C6, nên

chỉ sau một thời gian qui định, mạch sẽ tự trở lại trạng thái ổn cố, Q1 sẽ tắt và relaysẽ bị cắt dòng và nhã tiếp điểm lá kim ra.

 Mạch có thể làm việc với mức nguồn nuôi từ 5 đến 12V .

2.4 IC LM324

Trong IC LM324 có 4 tầng khuếch đại toán thuật (op-amp), do vậy có thể dùng cáctầng  khuếch đại op-amp này để khuếch đại các tín hiệu hay dùng làm tầng so áp Đây là ic có rất nhiều công dụng.

2.5 IC CD4538

Đây là ic có 2 bộ đa hài đơn ổn, thời gian quá độ có thể xác định theo mạch thời hằng với điện trở và tụ điện Mạch sẽ tự trở lại trạng thái ổn cố sauthời gian qui định IC này rất thông dụng trong các mạch điều khiển.

Chuẩn RS232 sử dụng phương thức truyền không đối xứng, sử dụng tín hiệuđiện áp chênh lệnh giữa một dây tín hiệu và đất.Mức điện áp được sử dụng giaođộng -15v đến +15v Mức logic 1 tương đương với điện áp từ -3v đến 15v, mứclogic 0 tương đương với điện áp từ 3v đến 15v Tốc độ làm truyền nhận khoảng20KPS và phụ thuộc vào khoảng cách Công suất phát tương đối thấp nhờ vào trởkháng đầu vào hạn chế.

Chuẩn RS232 loại 9 chân:

Giao diện chuẩn RS232 loại 9 chân ( cổng COM)

DCD : Phát hiện sóng mang.DSR : sẵn sàng làm việc.RXD :nhận dữ liệu.

RTS : yêu cầu truyền dữ liệu.TXD : Truyền dữ liệu.

CTS : sẵn sàng nhận dữ liệu.DTR : sẵn sàng làm việc.RI : Báo chuông.

GND : 0V

Hình 1.1: Giao diện cổng COM

Các máy tính thường có 1 hoặc 2 cổng nối tiếp theo chuẩn RS232, được gọilà cổng COM Chúng được dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lường…Khi cần dùng nhiều cổng hơn ta có thể lắp đặt các card mở rộng trên đó có thêmmột đến hai cổng Com Có hai dạng cổng COM: cổng COM 25 chân và cổng COM9 chân

Ưu điểm giao diện nối tiếp RS232:

- Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao.