Giới thiệu vi xử lý 8051
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÀNH ĐÔ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHƯƠNG I Giáo viên : ĐẶNG VĂN HIẾU 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG I Một số khái niệm Vi xử lý (VXL): thuật ngữ chung để đề cập đến kỹ thuật ứng dụng công nghệ vi điện tử, công nghệ tích hợp xử lý theo chương trình với chíp (vi xử lý) chế tạo tích hợp phần cứng thiết yếu CPU với giao tiếp với CPU phần cứng khác Trong giai đoạn phần cứng khác (kể nhớ) thường khơng tích hợp chíp mà phải ghép nối thêm bên ngoài, phần cứng gọi phần ngoại vi (Peri pherals) Vi điều khiển (VĐK): Là thuật ngữ dùng để chíp xử lý tích hợp ngoại vi lên IC, việc tích hợp thêm ngoại vi vào IC với CPU tạo nhiều lợi ích làm giảm thiểu ghép nối bên làm giảm thiểu linh kiện điện tử phụ, giảm chi phí cho thiết kế hệ thống, đơn giản hóa việc thiết kế hệ thống, nâng cao hiệu xuất tính linh hoạt 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Phương pháp lựa chọn VĐK: Có vi điều khiển bit Đó 6811 Motorola, 8051 Intel z8 Xilog Pic 16 × Microchip Technology Mỗi kiểu loại có tập lệnh ghi riêng nhất, chúng khơng tương thích lẫn Cũng có vi điều khiển 16 bit 32 bit sản xuất hãng sản xuất chíp khác Với tất vi điều khiển khác lấy làm tiêu chuẩn lựa chọn mà nhà thiết kế phải cân nhắc? Có ba tiêu chuẩn để lựa chọn vi điều khiển là: 1) Đáp ứng nhu cầu tính tốn tốn cách hiệu mặt giá thành đầy đủ chức nhìn thấy (khả dĩ) 2) Có sẵn cơng cụ phát triển phần mềm chẳng hạn trình biên dịch, trình hợp ngữ gỡ rối 3) Nguồn vi điều khiển có sẵn nhiều tin cậy 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1) Tiêu chuẩn trước hết tronglựa chọn vi điều khiển phải đáp ứng nhu cầu tốn mặt cơng suất tính tốn giá thành hiệu Trong phân tích nhu cầu dự án dựa vi điều khiển trước hết phải biết vi điều khiển bit, 16 bit hay 32 bit đáp ứng tốt nhu cầu tính tốn toán mộ tcách hiệu nhất? Những tiêu chuẩn đưa để cân nhắc là: - Tốc độ: Tốc độ lớn mà vi điều khiển hỗ trợ - Kiểu đóng vỏ: Đó kíểu 40 chân DIP hay QFP kiểu đóng vỏ khác (DIP -đóng vỏ theo hàng chân QFP đóng vỏ vng dẹt)? - Cơng suất tiêu thụ: Điều đặc biệt khắt khe sản phẩm dùng pin, ắc quy - Dung lượng nhớ RAM ROM chíp - Số chân vào - định thời chíp -Khả dễ dàng nâng cấp cho hiệu suất cao giảm công suất tiêu thụ - Giá thành cho đơn vị: Điều quan trọng định giá thành cuối sản phẩm mà vi điều khiển sử dụng 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 2) Tiêu chuẩn thứ hai lựa chọn vi điều khiển khả phát triển sản phẩm xung quanh dễ dàng nào? Các cân nhắc chủ yếu bao gồm khả có sẵn trình lượng ngữ, gỡ rối, trình biên dịch ngơn ngữ C hiệu mã nguồn, trình mơ hỗ trợ kỹ thuật khả sử dụng nhà ngồi mơi trường Trong nhiều trường hợp hỗ trợ nhà cung cấp thứ ba (nghĩa nhà cung cấp khác hãng sản xuất chíp) cho chíp tốt như, không tốt hơn, hỗ trợ từ nhà sản xuất chíp 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 3) Tiêu chuẩn thứ ba lựa chọn vi điều khiển khả sẵn sàng đáp ứng số lượng tương lai Đối với số nhà thiết kế điều chí cịn quan hai tiêu chuẩn Hiện nay, vi điều khiển bit dấu đầu, họ 8051 có số lương lớn nhà cung cấp đa dạng (nhiều nguồn) Nhà cung cấp có nghĩa nhà sản xuất bên cạnh nhà sáng chế vi điều khiển Trong trường hợp 8051 nhà sáng chế Intel, có nhiều hãng sản xuất (cũng trước sản xuất) 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Tổng quan họ VĐK 8051: Vào năm 1981 Hãng Intel giới thiệu số vi điều khiển gọi 8051 Bộ vi điều khiển có 128 byte RAM, 4K byte ROM chíp, hai định thời, cổng nối tiếp cổng (đều rộng bit) vào tất đặt chíp 8051 xử lý bit có nghĩa CPU làm việc với bit liệu thời điểm Dữ liệu lớn bit chia thành liệu bit xử lý 8051 trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến 8051 với tốc độ khác dung lượng ROM chíp khác tất chúng tương thích với 8051 ban đầu lệnh Điều có nghĩa ta viết chương trình cho phiên chạy với phiên khác mà khơng phân biệt từ hãng sản xuất 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Các phiên 8051: Bộ vi điều khiển 8051 nhiều phiên với tên gọi, kí hiệu khác tùy thuộc vào kiểu nhớ chương trình, cơng nghệ chế tạo tần số làm việc VD: Phiên 8051 có nhớ UV-PROM ký hiệu 8751 Phiên Flash-ROM bán với nhiều hãng khác Atmel với tên gọi AT89C51, phiên NV-RAM 8051 Dalas Semiconductor cung cấp gọi DS5000 Ngồi cịn có phiên OTP (lập trình lần) sản xuất nhiều hãng 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Bộ vi điểu khiển 8751: Chíp 8751 có 4K byte nhớ UV-EPROM chíp Để sử dụng chíp để phát triển yêu cầu truy cập đến đốt PROM xoá UV- EPROM để xoá nội dung nhớ UVEPROM bên 8751 trước ta lập trình lại Do thực tế ROM chíp 8751 UV-EPROM nên cần phải 20 phút để xố 8751 trước lập trình trở lại Điều dẫn đến nhiều nhà sản xuất giới thiệu phiên Flash Rom UV-RAM 8051 Ngồi cịn có nhiều phiên với tốc độ khác 8751 từ nhiều hãng khác 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Bộ vi điều khiển AT8951 Atmel: Chíp 8051 phổ biến có ROM chíp dạng nhớ Flash Điều lý tưởng phát triển nhanh nhớ Flash xố vài giây tương quan so với 20 phút mà 8751 yêu cầu Vì lý mà AT89C51 để phát triển hệ thống dựa vi điều khiển yêu cầu đốt ROM mà có hỗ trợ nhớ Flash Tuy nhiên lại không yêu cầu xoá ROM Lưu ý nhớ Flash ta phải xố tồn nội dung ROM nhằm để lập trình lại cho Việc xố nhớ Flash thực đốt PROM lý lại khơng cần đến xoá Để loại trừ nhu cầu đốt PROM hãng Atmel nghiên cứu phiên AT 89C51 lập trình qua cổng truyền thơng COM máy tính IBM PC 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 10 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Sơ đồ chân AT98C51/AT89S51: 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 24 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Sơ đồ chân AT98C52/AT89S52: 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 25 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Sơ đồ chân AT98C52/AT89S52: 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 26 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Sơ đồ chân AT98C52/AT89S52: 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 27 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Chức chân: Nhìn vào sơ đồ bố trí chân 8051 Ta thấy có 32 chân dành cho cổng P0, P1, P2 P3 với cổng có chân Các chân cịn lại dành cho nguồn VCC, đất GND, chân giao động XTAL1 XTAL2 tái lập RST cho phép chốt địa ALE truy cập địa , cho phép cất chương trình Trong chân chân VCC , GND, XTAL1, XTAL2, RST họ 8031 8051 sử dụng Hay nói cách khác chúng phải nối hệ thống làm việc mà không cần biết vi điều khiển thuộc họ 8051 hay 8031 Còn hai chân khác EA ALE sử dụng chủ yếu hệ thống dựa 8031 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 28 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Chân VCC: Chân số 40 VCC cấp điện áp nguồn cho chíp Nguồn điện áp +5V Chân GND: Chân GND: Chân số 20 GND Chân XTAL1 XTAL2: 8051 có giao động chíp u cầu có xung đồng hồ ngồi để chạy Bộ giao động thạch anh thường xuyên nối tới chân đầu vào XTAL1 (chân 19) XTAL2 (chân 18) Bộ giao động thạch anh nối tới XTAL1 XTAL2 cần hai tụ điện giá trị 30pF Một phía tụ điện nối xuống đất Cần phải lưu ý có nhiều tốc độ khác họ 8051 Tốc độ coi tần số cực đại giao động nối tới chân XTAL 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 29 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Chân RST: Chân số chân tái lập RESET Nó đầu vào có mức tích cực cao (bình thường mức thấp) Khi cấp xung cao tới chân vi điều khiển tái lập kết thúc hoạt động Điều thường coi tái bật nguồn Khi kích hoạt tái bật nguồn làm giá trị ghi Bảng 4.1 cung cấp cách liệt kê ghi 8051 giá trị chúng sau tái bật nguồn 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 30 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Chân EA : Các thành viên họ 8051 8751, 98C51 DS5000 có ROM chíp lưu cất chương trình Trong trường hợp chân nối tới VCC Đối với thành viên củ họ 8031 8032 mà khơng có ROM chíp mã chương trình lưu cất nhớ ROM chúng nạp cho 8031/32 Do vậy, 8031 chân phải nối đất để báo mã chương trình cất ngồi có nghĩa truy cập ngồi (External Access) chân số 31 vỏ kiểu DIP Nó chân đầu vào phải nối với VCC GND Hay nói cách khác khơng để hở VD: Hãy tìm chu kỳ máy XTAL = 11.0592MHz Giải: 11.0592MHz/12 = 921.6kHz Chu kỳ máy = 1/921.6kHz = 1.085µs 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 31 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Chân PSEN : Đây chân đầu cho phép cất chương trình (Program Store Enable) hệ thống dựa 8031 chương trình cất nhớ ROM ngồi chân nối tới chân OE ROM Chân ALE: Chân cho phép chốt địa ALE chân đầu tích cực cao Khi nối 8031 tới nhớ ngồi cổng cấp địa liệu Hay nói cách khác 8031 dồn địa liệu qua cổng để tiết kiệm số chân Chân ALE sử dụng để phân kênh địa liệu cách nối tới chân G chíp 74LS373 Các cổng vào ra: bốn cổng P0, P1, P2 P3 sử dụng chân tạo thành cổng bít Tất cổng RESET cấu đầu ra, sẵn sàng để sử dụng cổng đầu Muốn sử dụng cổng số cổng làm đầu vào phải lập trình 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 32 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Cổng P0: Cổng chiếm tất chân (từ chân 32 đến 39) Nó dùng cổng đầu ra, để sử dụng chân cổng vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào chân phải nối tới điện trở kéo bên 10kΩ Điều thực tế cổng P0 màng mở khác với cổng P1, P2 P3 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 33 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Ngoài cổng P0 gán AD0 - AD7 cho phép sử dụng vừa cho địa chỉ, vừa cho liệu Khi nối 8051/31 tới nhớ ngồi cổng cung cấp địa liệu 8051 dồn liệu địa qua cổng P0 để tiết kiệm số chân ALE báo P0 có địa hay liệu ALE - cấp liệu D0 – D7 Do vậy, ALE sử dụng để tách địa liệu với trợ giúp chốt 74LS373 Cổng P1: Cổng P1 chiếm tất chân (từ chân đến chân 8) sử dụng đầu vào đầu So với cổng P0 cổng khơng cần đến điện trở kéo có điện trở kéo bên Trong trình tái lập cổng P1 cấu cổng đầu Cổng P1 đầu vào: Để biến cổng P1 thành đầu vào phải lập trình mức logic cao đến tất bit 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 34 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Cổng P2: Cổng P2 chiếm chân (các chân từ 21 đến 28) Nó sử dụng đầu vào đầu giống cổng P1, cổng P2 khơng cần điện trở kéo có điện trở kéo bên Khi tái lập, cổng P2 cấu cổng đầu Để tạo cổng P2 đầu vào phải lập trình mức logic cao tới tất chân Vai trị kép P2: Trong hệ thống dựa 8751, 89C51 DS5000 P2 dùng đầu đơn giản Tuy nhiên hệ thống dựa 80312 cổng P2 phải dùng với P0 để tạo địa 16 bít nhớ ngồi Cổng P2 định A8 - A15 báo chức kép Vì 8051/31 có khả cung cấp 64kbyte nhớ ngồi, cần đường địa 16 bít Trong P.0 cung cấp bit thấp qua A0 – A7 Công việc P2 cung cấp bít địa A8 - A15 Hay nói cách khác 8051/31được nối tới nhớ ngồi P2 dùng cho bít địa 16 bit khơng thể dùng cho vào 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 35 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Cổng P3: Cổng P3 chiếm tổng cộng chân từ chân 10 đến chân 17 Nó sử dụng đầu vào đầu Cống P3 không cần điện trở kéo P1 P2 Mặc dù cống P3 cấu cống đầu tái lập, khơng phải cách ứng dụng phổ biến Cống P3 có chức bổ xung cung cấp số tín hiệu quan trọng đặc biệt chẳng hạn ngắt Bảng cung cấp chức khác cống P3 Thông tin áp dụng cho 8051 8031 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 36 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Các bit P3.0 P3.1 dùng cho tín hiệu nhận phát liệu truyền thông liệu nối tiếp Các bit P3.2 P3.3 dành cho ngắt Bit P3.4 P3.5 dùng cho định thời Cuối bit P3.6 P3.7 cấp cho tín hiệu ghi đọc nhớ nối tới hệ thống dựa 8051/31 Trong hệ thống dựa 8751, 89C51 D35000 chân P3.6 P3.7 dùng cho vào - chân khác P3 sử dụng bình thường vai trò chức thay đổi 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 37 Mạch điện để 8051 hoạt động 10/04/13 Giáo Viên: Đặng Văn Hiếu 38 ... hãng sản xu? ??t (cũng trước sản xu? ??t) 10 /04 /13 Giáo Vi? ?n: Đặng Văn Hiếu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Tổng quan họ VĐK 80 51: Vào năm 19 81 Hãng Intel giới thiệu số vi điều khiển gọi 80 51 Bộ vi điều... trước số 51 AT 89C 51 – 12 PC ký hiệu cho CMOS ? ?12 ” ký hiệu cho 12 MHZ “P” kiểu đóng vỏ DIP chữ “C” cuối ký hiệu cho thương mại (ngược với chữ “M” quân ) 10 /04 /13 Giáo Vi? ?n: Đặng Văn Hiếu 11 CHƯƠNG... AT98C 51/ AT89S 51: 10 /04 /13 Giáo Vi? ?n: Đặng Văn Hiếu 22 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Sơ đồ chân AT98C 51/ AT89S 51: 10 /04 /13 Giáo Vi? ?n: Đặng Văn Hiếu 23 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Sơ đồ chân AT98C 51/ AT89S 51: