Mạch khống chế nhiệt độ dùng vi điều khiển họ 8051

Mạch khống chế nhiệt độ dùng vi điều khiển họ 8051

GVHD: Phạm Quang Trí SVTH : Nguyễn Văn Trịnh Dương Anh Tuấn

Nguyễn Thị Lệ Nhung

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

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

Văn Trịnh Anh Tuấn

Lệ Nhung

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

CHƯƠNG 1 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 thiết 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 CÁC 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:

Họ 68HCOS của công ty Motorola

Họ ST62 của công ty SGS-THOMSON

Họ H8 của công ty Hitachi

Họ pic cuả công ty Microchip

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 bit 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 4µs

1.Cấu trúc bên trong của 8051 / 8031 :

Hình 1 : Sơ Đồ Khối 8051 / 8031

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

EA\ RST PSEN ALE

Các thanh 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

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 qua cổng 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 của các thanh ghi

2.Chức năng của các chân vi điều khiển

18

19 12MHz

40

29 30

31 9

17 16 15 14 13 12 11 10

RD\

WR\

T1 T0 INT1 INT0 TXD RXD

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8

28 27 26 25 24 23 22 21

8 7 6 5 4 3 2 1

32 33 34 35 36 37 38 39

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

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

Hình 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 :

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp

P3.4 TO Ngõ vào của timer/counter 0

P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter 1

P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng : 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.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

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

PSW.0 P D0H Cờ Parity chẵn.

Bảng : 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:

SETB RS1

SETB RSO

MOV A,R7

Khi chương trình được hợp dịch các địa chỉ bit đúng được thay thế cho các ký hiệu

“RS1” và “RS0” Vậy lệnh SETB RS1 sẽ giống như lệnh SETB 0D4H

• Cờ Tràn

Cờ tràn (OV) được set một lệnh cộng hoặc trừ nếu có một phép toán bị tràn Khi các số có dấu được cộng hoặc trừ với nhau, phần mềm có thể kiểm tra bit này để xác định xem kết qủa của nó có nằm trong tầm xác định không Khi các số không dấu được cộng, bit OV có thể được bỏ qua Các kết qủa lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn –128 sẽ set bit OV

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:

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:

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 :Thanh ghi điều khiển công suất (PCON)

4 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 8 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 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.

5 Hoạt động của bộ định thời (timer)

a 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:

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

Có Không Không Không Không Không

Bảng : Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer.

b 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

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

1 M1 0 Bit 1 của chế độ

c 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

TCON.7 TF1 8FH Cờ báo tràn timer 1 Đặt bởi phần cứng khi tràn, được xóa bởi

phần mềm hoặc phần cứng khi bộ xử lý chỉ đến chương trình phục vụ ngắt

TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển timer 1 chạy Đặt/xóabằng phần mềm cho timer

chạy/ngưng.

TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn timer 0

TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển timer 0 chạy

TCON.3 IE1 8BH Cờ cạnh ngắt 1 bên ngoài, đặc bởi

TCON.2 IT1 8AH Cờ kiểu ngắt một bên ngoài.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

TCON.1 IE0 89H Cờ cạnh ngắt 0 bên ngoài

TCON.0 IT0 88H Cờ kiểu ngắt 0 bên ngoài

Bảng : Tóm tắt thanh ghi TCON

d Các chế độ timer.

• Chế độ 0, chế độ timer 13 bit.

Để tương thích với 8048 (có trứớc 8051)

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

timer

• 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

• 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

TLx

THx (8 bit)

Nạp lại

Cờ báo tràn

• 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

e.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

TimerClock T0 or T1

pin

0=Up (Internal Timing)1=Down (Event Counting)

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

f.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

Timer

Các thanh ghi timer

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

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.

g.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

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 này 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

TRx

h 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 1µs 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)

lại

lập phần mềm

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

6 Hoạt động port nối tiếp.

a.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 sự 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

Hình 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

SUBF

SBUF (chỉ đọc)

BUS nội 8051/8031

SBUF (chỉ đọc)

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

b 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 :

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả

các chế độ 2 và 3 ;RI sẽ không bị tác động nếu bit thứ 9 thu được là 0

thu (nhận) các ký tự

chế độ 2 và 3; được đặt và xóa bằng phần mềm

phát ký tự; được xóa phần mềm

ký tự; được xóa bằng phần mềm

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

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

c.Khởi động và truy xuất các thanh ghi cổng nối tiếp.

• 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 :