PC gióp cho ng−êi sö dông cã thÓ ph¸t triÓn c¸c øng dông trªn bé KIT tõ m¸y tÝnh... Ngoµi ra ng−êi sö dông cã thÓ sö lùa chän lo¹i ®iÖn 5V.[r]
(1)Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 29
Ch−¬ng II Ch−¬ng II Ch−¬ng II Ch−¬ng II
ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn
(2)
Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 30
Ch−¬ng II Ch−¬ng IICh−¬ng II Ch−¬ng II
ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨnThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn ThiÕt kÕ 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 dông
+ Họ 8051 đ3 mơn học đ−ợc nằm ch−ơng trình đào tạo tr−ờng trung học, cao đẳng đại học n−ớc, đối t−ợng 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 ch−ơng 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 mơn học này, ta định chọn ph−ơng án sử dụng chip vi điều khiển 89C52 h3ng ATMEL để 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 tr−ng họ Ngồi cịn có thêm định thời Timer nguồn ngắt so với 8051
72.2 Xây dựng sơ đồ khối KIT
(3)Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 31
CPU
PC LCD
bµN PHÝM
A/D D/A LED
7 THANH
VàO/RA DIGITAL
ĐầU VµO
XUNG MATRIXLED x
stepper motor
Trong sơ đồ khối KIT nh− trên, chức khối nh− sau
- Khối CPU : Đây khối trung tâm hƯ thèng Nã bao gåm chip vi ®iỊu
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 m¸y
tính PC giúp cho ng−ời sử dụng phát triển ứng dụng KIT từ máy tính Ng−ời sử dụng dùng PC để nạp ch−ơng trình ứng dụng cho KIT Ngồi PC cịn cho phép ng−ời sử dụng nạp ch−ơng trình điều hành ng−ời sử dụng viết cho KIT thay đổi ch−ơng trình điều hành có KIT Ch−ơng trình điều hành phải đ−ợc nạp từ mạch nạp cố định KIT Ch−ơng trình ứng dụng ng−ời sử dụng đ−ợc nạp cho KIT từ máy tính thơng qua phần mềm nạp kèm theo KIT
(4)Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 32
- Bàn phím: Đây khối thiết bị đầu vào giao tiếp vi điều khiển ngời
s dng Bn phớm cho phép ng−ời sử dụng sử dụng để điều khiển hoạt động KIT theo h−ớng dẫn hỡnh 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 thp phõn
- Khối LCD: hình tinh thĨ láng víi kÝch th−íc lín 24x8 kÝ tù gióp ta cã thÓ
quan sát dễ dàng giá trị ghi (R0-R7), ghi đặc biệt (SFR) PORT (P0,P1,P2, P3), ô nhớ RAM Ngồi hình cịn có h−ớng dẫn ng−ời sử dụng, chức phím tùy theo ngữ cảnh LCD tạo tiện lợi, thân thiện cho ng−ời sử dụng làm quen nh− thí nghiệm KIT
- Khối A/D : Có chức chuyển đổi tín hiệu điện áp t−ơng tự – 5V thành
tín hiệu số bit để đ−a vào vi điều khiển xử lí Tín hiệu vào 0-5V đ−ợc đ−a từ bên ngồi thông qua DIP-SWITCH (Dual Inline Pakage - SWITCH) để nối tín hiệu t−ơng 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 phịng
- Khối D/A : Là khối cho phép chuyển đổi tín hiệu số bit thành tín hiệu t−ơng
tù 10V đa ngoài, hiển thị đợc máy sóng
- Khi vo/ra xung số - điều khiển động b−ớc động chiu:
(5)Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 33
hoặc 12V tùy theo loại động công tắc thay đổi nguồn cấp cho động mạch
- LED : Là khối hiển thị LED thanh, dùng để hiển th cỏc giỏ
trị theo chơng trình ngời sư dơng
- Khối LED Matrix (8x8) : Là ma trận đèn LED gồm hàng x cột,
mỗi điểm ma trận LED có đèn với màu xanh đỏ, điều khiển cho sáng lúc đèn ta s c mu 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 nhí trªn KIT bao gåm:
- 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 trËn mµu 8x8
Các chuyển đổi ADC, DAC
(6)Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 34
2.3.2 Giải mã địa chỉ:
Ta xếp nhớ địa thiết bị ngoại vi giao tiếp với KIT
b¶ng 2.1 nh sau
Địa Thiết bị Ghi
0000h - 1FFFh EEPROM Chứa chơng trình Monitor 4000h - 7FFFh RAM Chứa chơng trình ứng dụng
8000h - 8003h 8255 (1)
8000h - PortA : §iỊu khiĨn LCD
8001h - PortB : Data bus cđa LCD
8002h - PortC : NhËn m3 cđa bµn phÝm
8003h - CW : Thanh ghi ®iỊu khiĨn
8004h - 8007h 8255 (5)
8004h - PortA: §iỊu khiĨn cÊp ngn cho c¸c Anot
chung cđa LED matrix (các hàng)
8005h - PortB: iu khin đèn màu xanh LED
matrix (c¸c cét xanh)
8006h - PortC: Điều khiển đèn màu đỏ LED
matrix (các cột đỏ)
8007h - CW: Thanh ghi ®iỊu khiĨn
8008h - 800Bh 8255 (2)
8008h - PortA : §−êng Data cđa ADC0809
8009h - PortB : §−êng Data cđa DAC0808
800Ah - PortC : §iỊu khiĨn ADC0809
800Bh - CW : Thanh ghi ®iỊu khiĨn
800Ch - 800Fh 8255 (3)
800Ch - PortA : Đầu vào Digital
800Dh - PortB : Điều khiển động b−ớc(PB0-PB3)
và 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 - C003h 8255 (4)
C000h - PortA : Hiển thị LED đơn
C001h - PortB : HiĨn thÞ LED (tr¸i)
C002h - PortC : Hiển thị LED (phải)
C003h - CW : Thanh ghi ®iỊu khiĨn
C004h – C007h 8255-EX BUS mở rộng dự trữ, gắn thêm module khác
(7)Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 35
Dựa vào bảng 2.1 ta có sơ đồ nhớ cụ thể nh− bảng 2.2 sau:
Address 15 14 13 12 11 10 0000h 0 0 0 0 0 0 0 0
EEPROM AT28C64 -
8Kbyte 1FFFh 0 1 1 1 1 1 1
4000h 0 0 0 0 0 0 0
RAM HM62256 -
32Kbyte 7FFFh 1 1 1 1 1 1 1
8000h 0 0 0 0 0 0 0
8001h 0 0 0 0 0 0 0
8002h 0 0 0 0 0 0
8255-1 KEYPAD
LCD
8003h 0 0 0 0 0 0 1
8004h 0 0 0 0 0 0 0
8005h 0 0 0 0 0 0 1
8006h 0 0 0 0 0 0 1
8255-5 MATRIX
LED
8007h 0 0 0 0 0 0 1
8008h 0 0 0 0 0 0
8009h 0 0 0 0 0 0
800Ah 0 0 0 0 0 1
8255-2 ADC DAC
800Bh 0 0 0 0 0 1
800Ch 0 0 0 0 0 1 0
800Dh 0 0 0 0 0 1
800Eh 0 0 0 0 0 1
8255-3
XUNG Sè
STEPPER
DC MOTOR 800Fh 0 0 0 0 0 1 1
C000h 1 0 0 0 0 0 0 0
C001h 1 0 0 0 0 0 0
C002h 1 0 0 0 0 0 0
8255-4 LED
đoạn
LED N C003h 1 0 0 0 0 0 0 1
C004h 1 0 0 0 0 0 0
C005h 1 0 0 0 0 0 1
C006h 1 0 0 0 0 0 1
8255-EX
(8)Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 36
Nhìn vào cột có màu xám bảng 2.2 ta có đợc cách phân công giải m3 nh sau:
Ta s dng 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 đ−ợc trình bày bảng sau:
Chip gi¶i m· A B C G2A G2B
74HC138 - (U9) A14 A15 0
74HC138 - (U10) A2 A3 A4 Y2(U9) Y2(U9) 74HC138 - (U11) A2 0 Y3(U9) Y3(U9)
Đầu vào chọn chip CS (Chip Select) chip EEPROM, RAM, 8255 nh b¶ng sau:
Chip CS (Chip Select) Ghi chó
EEPROM - 28C64 A13 + Y0(U9) (*) RAM - 62256 Y1(U9)
8255(1) - Keypad, LCD Y0(U10) 8255(5) - LED ma trận 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)
U9,U10,U11 xem sơ nguyờn 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 có logic nh sau /OE = /PSEN * /RD
Để rõ ta tìm hiểu kỹ chức chân /PSEN EA øng dơng më réng bé nhí ngoµi cđa hä 8051 PSEN (Program Store Enable) cã nghÜa lµ cho
(9)Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 37
phép cất chơng trình Đây tín hiệu đợc nối với chân OE nhớ chơng
trình ngồi Khi chân EA đ−ợc nối đất 8031/51 nạp mM lệnh từ nhớ ngồi thơng
qua chân PSEN, nhớ ngồi đóng vai trị nhớ ch−ơng trình Ngồi nhớ ngồi làm chức nhớ liệu tín hiệu RD đ−ợc sử dụng để truy cập khơng gian liệu (dùng lệnh MOVX), nên RD đ−ợc nối đến OE chip nhớ Trong thiết kế phần mềm KIT đòi hỏi chức nhớ, vừa nhớ ch−ơng trình, vừa nhớ liệu chân OE chip nhớ phải có mức logic nh− /OE = /PSEN * /RD
2.3.3 Giíi thiƯu vỊ chức thiết bị đợc sử dụng KIT: 2.3.3.1 CPU
Hình 2.3 – Sơ đồ nguyên lý khối CPU
R10 10k GND T1 A8 T2 VCC T2 T0 VCC T2-EX CR12 104 T2-EX STEP A2 GND TXD IN RXD OUT CR1 104 VCC GND U8 MAX232/SO C1+ C1-3 C2+ C2-5 VCC 16 GND 15 V+ V-6 R1OUT12 R2OUT9 T1IN 11 T2IN 10 R1IN 13 R2IN T1OUT14 T2OUT7 RXD TXD IN RXD OUT VCC /CS_8255_7SEG_LED P_COM TXD CR8 104 VCC C8.4 10uF C8.3 10uF GND C8.2 10uF VCC C8.1 10uF GND C h e đ o ä m o n i t o r t h ì I N T đ ïc n o G N D /WR VCC /RD /CS_8255_MATRIX_LED VCC ALE /CS_62256 /PSEN /CS_62256 CR7 104 /WR U2 AT28C64 A0 10 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 25 A9 24 A10 21 A11 23 A12 D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19 A14 VCC 28 G N D CE 20 OE 22 WE 27 26 A13 U5A7408 CHƯƠNG TRÌNH NGƯỜI SỬ DỤNG
U9 74HC138 A B C G1 G2A G2B
Y 015
Y 114 Y 213 Y 312
Y 411 Y 510
Y 69 Y 77 VCC 16 GND U10 74HC138 A B C G1 G2A G2B
Y 15
Y 14 Y 13 Y 12
Y 11 Y 10
Y Y 7 VCC 16 GND A13 U4 74HC573 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 LE11 OE1 Q0 19 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 GND 10 VCC 20 /CS_8255_7SEG_EX J10 U3 62256 A010 A19 A28 A37 A46 A55 A64 A73 A825 A924 A1021 A1123 A122 A1326 A141 VSS14 VCC 28 D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19 CS 20 WR 27 OE 22 ALE U7B 7432 VCC CR9 104 D0 D2 D1 D4 D3 D5 D6 U11A 7432 D7 VCC GND /CS_8255_ADC_DAC VCC VCC CR10 104 D0 D6 D7 D1 D2 D4 D5 D3 VCC A0 A2 A1 MONITOR A3 VCC Y 1.1 12 MHz VCC A4 U6A 7404 14 D0 GND A5 D2 D5 D1 D4 D3 A6 D6 D7 A7 CR4 104 VCC A9 /CS_8255_LCD_KEY PAD A12 A11 A13 A10 A14 A15 A1 A0 A6 A2 A4 A7 A8 A10 A5 A3 A12 A9 VCC A11 A0 A2 A5 A9 A1 A3 A4 A8 A6 A10 A12 A13 A7 A11 A3 A2 A14 A4 A15 /EA GND /EA GND D3 D0 RST D1 D2 D6 D5 D4 GND D7 VCC GND CR6 104 VCC D3 D1 D2 D5 D0 D7 D4 D6 /CS_8255_PULSE_STEPPER C1.1 33pF GND GND /CS_8255_7SEG_LED_EX12 GND C1.2 33pF GND CR2 104 ADRRESS: 4000H-7FFFH GND VCC VCC VCC VCC CR5 104 GND /PSEN SW7.1 SWITCH
2 11
33 GND /WR ADRRESS: 0000H-1FFFH RXD CR3 104 /INT1 /INT0 TXD U12 74HC138 A B C G1 G2A G2B
Y 15
Y 14 Y 13 Y 12
Y 11 Y 10
Y Y 7 VCC 16 GND T1 T0 Đầu vào cho
T0, T1, T2, T2-EX chế độ CAPTURE
(10)Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 38
Đây phần điều khiển trung tâm KIT, phận quan trọng Khối CPU gồm có chip vi điều khiển AT89C52, EEPROM, RAM, mạch chốt, giải m3 địa Sơ đồ nguyên lý khối CPU nh− hình 2.3
C¸c linh kiÖn chÝnh cã khèi :
Vi ®iỊu khiĨn AT89C52
Với thực tế thị tr−ờng Đà Nẵng, khu vực Miền Trung - Tây Nguyên nói chung ta chọn AT89C52 chip dễ dàng mua đ−ợc, nhớ 8Kbyte vừa đủ cho ch−ơng trình MONITOR điều hành KIT
-AT89C52 cã 8K Flash ROM làm nhớ chơng trình, 256 byte RAM, 32