Giáo trình Vi xử lý

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ………… o0o………… GIÁO TRÌNH BIÊN SOẠN: NGUYỄN ĐỨC LỢI (chủ biên ) TRẦN KHÁNH NINH VÕ PHÚ CƢỜNG TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2013 LỜI NĨI ĐẦU Sự đời cơng nghệ bán dẫn vào thập niên cuối kỉ XX, có nhiều phát triển vƣợt bậc Công nghệ nano giúp thiết bị điện tử tích hợp với mật độ cao nhiều chức hơn, giá thành ngày rẻ Một bƣớc tiến công nghệ điện tử công ty Intel cho đời vi xử lý mà phần cứng đóng vai trị thứ yếu, phần mềm (chƣơng trình) đóng vai trị chủ đạo chức cần thực Nhờ vi xử lý có mềm dẻo hóa chức Vi xử lý hoạt động cần có chƣơng trình kèm theo, chƣơng trình điều khiển mạch logic xử lý liệu cần thiết theo yêu cầu Để thực công việc với thiết bị cuối cùng, chẳng hạn điều khiển động cơ, hiển thị kí tự hình địi hỏi phải kết hợp vi xử lý với mạch điện giao tiếp với bên đƣợc gọi thiết bị ngoại vi hay gọi thiết bị nhập/xuất (I/O) Hiệu ứng dụng Vi xử lý lớn, chẳng hạn nhƣ hệ thống sản xuất tự động công nghiệp, tổng đài điện thoại, robot có khả hoạt động phức tạp v.v Tuy nhiên ứng dụng nhỏ, khơng địi hỏi khả tính tốn lớn việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc Bởi hệ thống dù lớn hay nhỏ, dùng vi xử lý địi hỏi khối mạch điện giao tiếp phức tạp nhƣ Các khối bao gồm nhớ để chứa liệu chƣơng trình thực hiện, mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập điều khiển trở lại điều gây khó khăn cho ngƣời dùng việc thiết kế phần cứng nên nhà chế tạo tích hợp số mạch giao tiếp ngoại vi với vi xử lý vào IC đƣợc gọi Microcontroller-Vi điều khiển Vi điều khiển giống nhƣ vi xử lý, nhƣng cấu trúc phần cứng dành cho ngƣời dùng đơn giản nhiều Vi điều khiển thƣờng đƣợc dùng để xây dựng hệ thống nhúng, xuất nhiều dụng cụ điện tử thiết bị điện, máy giặt, lị vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phƣơng tiện, dây chuyền tự động Vi xử lý / vi điều khiển mơn học hữu ích cho sinh viên khối kỹ thuật sinh viên ngành điện - điện tử Mọi sinh viên ngành điện cần nắm vững sở lý thuyết để từ thiết kế mạch ứng dụng nhƣ mạch đồng hồ hẹn giờ, mạch đếm sản phẩm, mạch đèn giao thông, mạch quang báo, chống trộm, chống cháy, mạch đo nhiệt độ, robot tự động Trên thị trƣờng tài liệu vi xử lý nhiều, nhiên lại đề cập đến nhiều mảng nội dung khác nhau, sách viết kiểu, điều gây khơng khó khăn cho sinh viên việc tìm kiếm tài liệu phù hợp Nhằm giúp sinh viên Khoa Điện - Điện tử Trƣờng Cao đẳng Giao thông vận tải TP Hồ Chí Minh có tài liệu tham khảo học tập theo sát chƣơng trình mục tiêu đào tạo Trƣờng Đƣợc quan tâm Ban Giám hiệu nhà trƣờng với định hƣớng nội dung Thầy Ths Nguyễn Ngọc Trung - Trƣởng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử , nhóm tác giả Thầy, Cô khoa KT Điện - Điện tử tiến hành biên soạn ―Giáo trình Vi xử lý‖ với mong muốn giáo trình phần giúp em góp nhặt đƣợc kiến thức bổ ích bƣớc đƣờng học tập làm việc mai sau Nội dung giáo trình vi xử lý gồm chƣơng đƣợc giảng dạy thời lƣợng 60 tiết với bố cục nhƣ sau: Chƣơng : Mô tả tổng quát hệ vi xử lý ( tiết) Chƣơng : Hệ vi điều khiển 8-bit 8051 ( tiết) Chƣơng : Lập trình hợp ngữ hệ vi điều khiển 8051 ( tiết) Chƣơng : Bộ vi xử lý 16 bit Intel 8088/8086 ( tiết) Chƣơng : Hệ vi điều khiển 32-bit MC68332 ( tiết) Chƣơng : Lập trình hợp ngữ họ vi điều khiển 32-bit MC68332 ( tiết) Chƣơng : Các vi mạch hỗ trợ việc thiết kế hệ thống dựa họ ( tiết) Chƣơng : Thiết kế hệ thống ( tiết) Trong trình thực giáo trình vi xử lý nhóm tác giả có sử dụng tài liệu chuẩn nƣớc đồng thời tham khảo vài tài liệu từ trƣờng đại học khu vực nhận đƣợc nhiều ý kiến đóng góp từ đồng nghiệp nhằm giúp giáo trình hồn thiện Do Trƣờng vừa chuyển từ hình thức học phần sang học chế tín chỉ, bắt đầu thực từ khóa K2013 cho đối tƣợng sinh viên hệ cao đẳng đòi hỏi tính tự học cao, với cách trình bày chi tiết từ đến nâng cao cách có hệ thống, hy vọng giáo trình vi xử lý thực hữu ích cho em Bên cạch giáo trình tài liệu giúp giáo viên mơn giảng dạy theo sát chƣơng trình khung Tuy nhiên, lần biên soạn đầu tiên, điều không tránh khỏi thiếu xót, nhóm tác giả mong đón nhận góp ý từ Hội đồng Thầy Cô nhƣ bạn đọc gần xa, nhóm tác giả chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 Nhóm tác giả MỤC LỤC CHƢƠNG : MÔ TẢ TỔNG QUÁT MỘT HỆ VI XỬ LÝ ( TIẾT) 1.1 Giới thiệu vi xử lý tổng quát 10 1.1.1 Các khái niệm 10 1.1.2 Lịch sử phát triển 10 1.1.3 Ứng dụng 12 1.2 Sơ đồ khối hệ vi xử lý 13 1.2.1 Khối xử lý trung tâm (CPU) 14 1.2.2 Hệ thống bus 14 1.3 Tổng quát vi mạch xuất nhập song song/ nối tiếp 15 1.4 Hoạt động xuất nhập 18 1.4.1 Thiết bị ngoại vi có địa tách rời với nhớ 18 1.4.2 Thiết bị ngoại vi nhớ có chung không gian địa 18 1.4.3 Giải mã địa cho thiết bị I / O 18 1.5 Hoạt động xuất nhập sử dụng ngắt 19 1.6 Từ vi xử lý đến vi điều khiển 20 1.7 Sơ đồ khối tổng quát vi điều khiển 23 CHƢƠNG HỆ VI ĐIỀU KHIỂN 8-BIT 8051 ( TIẾT) 25 2.1 Phần cứng hệ vi điều khiển 8051 26 2.1.1 Sơ đồ khối chip 8051 26 2.1.2 Mô tả chân chip 8051 28 2.1.3 Cổng xuất nhập - Input/Output Ports (I/O Ports) 30 2.1.4 Tổ chức nhớ 33 2.1.5 Memory expansion – Mở rộng nhớ 36 2.1.6 Special Function Registers (SFRs)- Thanh ghi chức đặc biệt 38 2.2 Tóm tắt tập lệnh 42 2.2.1 Các lệnh số học (Arithmetic Instruction) : 42 2.2.2 Các hoạt động logic (Logic Operation) : 43 2.2.3 Các lệnh rẽ nhánh chƣơng trình (lệnh nhảy) : 45 2.2.4 Các lệnh dịch chuyển liệu : 48 2.2.5 Các lệnh luận lý (Boolean Instruction) : 49 2.2.6 Các lệnh xen vào (Miscellameous Instruction) : 50 2.3 Hoạt động định thời 51 2.3.1 Timer T0 – Bộ định thời T0 51 2.3.2 TMOD Register (Timer Mode) – Thanh ghi chọn chế độ định thời 52 2.3.3 Timer Control (TCON) Register - Thanh ghi điều khiển hẹn (TCON) 57 2.4 Hoạt động port nối tiếp 59 2.4.1 Bộ đệm port nối tiếp (SBUF - Serial Data Buffer) 61 2.4.2 Điều khiển port nối tiếp SCON (Serial port control) 61 2.4.3 Các chế độ hoạt động: 63 2.4.4 Khởi động truy xuất ghi cổng nối tiếp: 68 2.4.5 Tốc độ baud port nối tiếp: 70 2.5 Hoạt động ngắt 74 2.5.1 Giới thiệu chung: 74 2.5.2 Tổ chức ngắt 8951: 75 2.5.3 Cho phép cấm ngắt : 76 2.5.4 Quyền ƣu tiên ngắt : 78 2.5.5 Các bit cờ ngắt 79 2.5.6 Các ngắt 79 2.5.7 Vận hành Step 80 CHƢƠNG LẬP TRÌNH HỢP NGỮ TRÊN HỆ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 ( TIẾT) 82 3.1 Mô tả chi tiết lệnh hệ vi điều khiển 8051 83 3.1.1 Nhóm lệnh di chuyển liệu 83 3.1.2 Nhóm lệnh số học 89 3.1.3 Nhóm lệnh lơgic học 95 3.1.4 Nhóm lệnh rẽ nhánh 100 3.1.5 Nhóm lệnh xử lý bít 112 3.2 Trình dịch hợp ngữ 114 3.2.1 Cú pháp ngôn ngữ assembly 115 3.2.2 Numbers – Các số 115 3.2.3 Operators – thực 116 3.2.4 Symbol - biểu tƣợng 117 Ví dụ: biểu tƣợng sau đƣợc coi giống hệt nhau: 118 Serial_Port_Buffer 118 SERIAL_PORT_BUFFER 118 3.3 Khuôn dạng chƣơng trình hợp ngữ 118 3.3.1 Các thành phần ngôn ngữ Assembly: 118 3.3.2 Khuôn dạng dòng lệnh 119 3.3.3 Các quy ƣớc tập lệnh 120 3.3.4 Một số dẫn thƣờng gặp: 121 3.3.5 Các chế độ địa 122 3.3.6 Cấu trúc chƣơng trình hợp ngữ 124 3.4 Đánh giá biểu thức thời gian dịch 125 3.5 Các dẫn 126 3.6 Các điều khiển trình dịch hợp ngữ 126 3.7 Hoạt động liên kết 127 3.8 Macro 127 3.9 Lập trình định thời 128 3.9.1 Khởi động truy xuất ghi timer 128 3.9.2 Các toán Timer 128 3.10 Lập trình cho port nối tiếp 131 3.10.1 Chƣơng trình phục vụ truyền thông nối tiếp 131 3.10.2 Truyền thông UART cho 8051 phần mềm 131 3.11 Lập trình sử dụng ngắt 132 3.11.1 Dùng ngắt 132 3.11.2 Lập trình ngắt ngồi theo sƣờn xuống 134 CHƢƠNG BỘ VI XỬ LÝ 16 BIT INTEL 8088/8086 ( TIẾT) 136 4.1 Mở đầu: 137 4.1.1 Mô tả chức chân 138 4.1.2 Các chế độ địa 139 4.2 Mơ tả tín hiệu 139 4.3 Tập ghi 141 4.4 Khuôn dạng lệnh 144 4.5 Tập lệnh 146 4.5.1 Giới thiệu chung 146 4.5.2 Các nhóm lệnh 146 4.6 Khả ngắt 164 4.7 Khả DMA 165 4.8 Xử lý tranh chấp bus 166 4.8.1 Chức thông số BUS 166 4.8.2 Trọng tài bus (bus arbitration) 168 4.9 Hoạt động chế độ 170 4.10 Hoạt động chế độ max 170 CHƢƠNG HỆ VI ĐIỀU KHIỂN 32-BIT MC68332 ( TIẾT) 172 5.1 Mở đầu 173 5.2 Mô tả tín hiệu 174 5.3 Mơ-đun tích hợp hệ thống SIM (system integration module) 177 5.4 Đơn vị xử lý trung tâm CPU ( central processing unit) 179 5.5 Đơn vị xử lý thời gian TPU ( time processor unit ): 181 5.6 Mơ-đun nối tiếp có hàng đợi QSM ( queued serial module ): 182 5.7 TPURAM 183 CHƢƠNG LẬP TRÌNH HỢP NGỮ TRÊN HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 32-BIT MC68332 ( TIẾT) 185 6.1 Mô tả chi tiết lệnh MC68332 186 6.1.1 Nhóm truyền liệu: 186 6.1.2 Nhóm lệnh số học 187 6.1.3 Nhóm lệnh logic 188 6.1.4 Nhóm lệnh quay dịch 189 6.1.5 Nhóm lệnh xử lý bit 190 6.1.6 Nhóm lệnh BCD 190 6.1.7 Nhóm lệnh điều khiển chƣơng trình 191 6.1.8 Nhóm lệnh hệ thống 192 6.2 Trình dịch hợp ngữ 193 6.3 Khn dạng chƣơng trình hợp ngữ 194 6.4 Đánh giá biểu thức thời gian dịch 195 6.5 Các dẫn 195 6.6 Các điều khiển trình dịch hợp ngữ 197 6.7 Hoạt động liên kết 198 6.8 Macro 199 6.9 Lập trình cho TPU 199 6.10 Lập trình xuất nhập 200 6.11 Lập trình cho QSM 201 6.11.1 Lập trình cho khối SCI 201 6.11.2 Lập trình khởi động cho khối QSPI 201 6.12 Lập trình cho TPURAM 201 6.13 Lập trình sử dụng ngắt 202 CHƢƠNG CÁC VI MẠCH HỖ TRỢ VIỆC THIẾT KẾ HỆ THỐNG DỰA TRÊN CÁC HỌ TRÊN ( TIẾT) 204 7.1 IC chuyển đổi tƣơng tự sang số ADC 205 7.1.1 Vi mạch 0809 205 7.1.2 Vi mạch 0808 205 7.1.3 Ứng dụng 206 7.2 IC chuyển đổi số sang tƣơng tự DAC 206 7.2.1 Vi mạch AD7524 206 7.2.2 Vi mạch DAC 0830 207 7.2.3 Ứng dụng 207 7.3 Vi mạch nhớ ROM 208 7.3.1 Các loại ROM đặc trƣng 209 7.3.2 Một vài nhớ ROM 209 7.4 Vi mạch nhớ RAM 210 7.5 Vi mạch cổng đệm 212 7.6 Giải mã địa 213 CHƢƠNG : THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG ( TIẾT) 214 8.1 Nguồn cung cấp – Reset 215 8.2 Xung đồng hồ 215 8.3 Thiết bị chuyển mạch 216 8.4 Giao tiếp với OPTOCOUPLER 216 8.5 Giao tiếp với Rơle 217 8.6 Mạch giao tiếp với Led đơn 218 8.7 Mạch giao tiếp với LED 219 8.8 Giao tiếp với hình tinh thể lỏng Liquid Crystal Displays (LCD) 221 8.9 Giao tiếp với RS232 225 8.10 Giao tiếp với bàn phím 226 Chƣơng 1: Mô tả tổng quát hệ vi xử lý Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử CHƢƠNG : MÔ TẢ TỔNG QUÁT MỘT HỆ VI XỬ LÝ ( TIẾT) Trình bày sơ lƣợc lịch sử đời hệ vi xử lý – vi điều khiển, biểu diễn sơ đồ khối tổng quát hệ thống điều khiển gồm cấu trúc xử lý trung tâm CPU, nhớ RAM/ROM, cổng vào /ra (IN/OUT), đƣờng BUS liệu, địa Nội dung chƣơng gồm mục sau: 1.1 Giới thiệu vi xử lý tổng quát 1.2 Sơ đồ khối hệ vi xử lý 1.3 Tổng quát vi mạch xuất nhập song song vă nối tiếp lập trình đƣợc 1.4 Hoạt động xuất nhập sử dụng lệnh xuất nhập 1.5 Hoạt động xuất nhập sử dụng ngắt 1.6 Từ vi xử lý đến vi điều khiển 1.7 Sơ đồ khối tổng quát vi điều khiển Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang Chƣơng 1: Mô tả tổng quát hệ vi xử lý Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử 1.1 Giới thiệu vi xử lý tổng quát 1.1.1 Các khái niệm Vi xử lý - microprocessor (viết tắt µP hay uP), đơi cịn đƣợc gọi vi xử lý, linh kiện điện tử đƣợc chế tạo từ tranzito thu nhỏ tích hợp lên vi mạch tích hợp đơn Khối xử lý trung tâm (CPU) vi xử lý đƣợc nhiều nguời biết đến, nhiều thành phần khác máy tính có vi xử lý riêng nó, ví dụ card hình (video card) có vi xử lý Truớc xuất vi xử lý, CPU đƣợc xây dựng từ mạch tích hợp cỡ nhỏ riêng biệt, mạch tích hợp chứa khoảng vào chục tranzito Do dó, CPU bảng mạch gồm hàng ngàn hay hàng triệu vi mạch tích hợp Ngày nay, cơng nghệ tích hợp phát triển, CPU tích hợp lên vài vi mạch tích hợp cỡ lớn, vi mạch tích hợp cỡ lớn chứa hàng ngàn hàng triệu tranzito Nhờ cơng suất tiêu thụ giá thành vi xử lý giảm đáng kể 1.1.2 Lịch sử phát triển Một hệ vi xử lý đƣợc gọi hệ thống bao gồm:  Ðơn vị nhập xuất: Ðƣợc sử dụng để nhập xuất số liệu, liệu  Ðơn vị xử lý: Xử lý liệu nhập vào, sau xuất thiết bị  Bộ nhớ: Luu trữ thông tin, liệu q trình xử lý Tất thiết bị có chức nhƣ đƣợc gọi hệ vi xử lý Máy vi tính hệ thống vi xử lý Một thành phần quan trọng hệ thống máy vi tính, vi xử lý Trên thực tế, có nhiều hãng chế tạo vi xử lý cho máy vi tính nhƣ: IBM, Intel, Cyrix, AMD, Motorola Nhƣng thơng dụng vi xử lý Intel Các vi xử lý Intel đƣợc phát triển qua thời kỳ nhƣ sau:  Thế hệ (1971 - 1973): vi xử lý bit, đại diện 4004, 4040, 8080 (Intel) hay IPM-16 (National Semiconductor) + Ðộ dài word thuờng bit (có thể lớn hơn) + Tốc độ 10 - 60 µs / lệnh, với tần số xung nhịp 0.1 - 0.8 MHz + Tập lệnh don giản phải cần nhiều vi mạch phụ trợ  Thế hệ (1974 - 1977): vi xử lý bit, đại diện 8080, 8085 (Intel) hay Z80 Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 10 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử 8.1 Nguồn cung cấp – Reset Vi điều khiển cần có nguồn ổn áp +5V DC, dùng IC ổn áp chân 7805 Hình 8-1 Mạch nguồn cung cấp ổn áp volt DC 8.2 Xung đồng hồ Mặc dù vi điều khiển tích hợp sẵn bên dao động, khơng thể hoạt động mà khơng có hai tụ điện bên ngồi tinh thể thạch anh giúp ổn định hoạt động xác định tần số (tốc độ hoạt động vi điều khiển) Tất nhiên, lúc áp dụng giải pháp này, số cung cấp tín hiệu đồng hồ từ nguồn đặc biệt thơng qua invertor Hình 8-2 Sơ đồ tín hiệu xung nối với vi điều khiển Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 215 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử 8.3 Thiết bị chuyển mạch Khơng có thiết bị chuyển mạch đơn giản công tắc Switch nút nhấn Push Đây cách đơn giản để phát xuất điện áp chân vào vi điều khiển Giải pháp đơn giản cho vấn đề kết nối mạch RC đơn giản để ngăn chặn thay đổi điện áp nhanh chóng Các giá trị thành phần xác định xác Trong hầu hết trƣờng hợp, đƣợc khuyến cáo sử dụng giá trị thể hình bên dƣới Hình 8-3 Mạch RC dùng chống dội chuyển mạch Nếu ổn định hoàn toàn cần thiết biện pháp triệt để nên đƣợc thực Đầu mạch, thể hình (RS flip-flop), thay đổi trạng thái logic sau phát xung kích hoạt Giải pháp tốn (chuyển đổi SPDT), nhƣng hiệu Hình 8-4 Mạch Flipflop dùng chống dội chuyển mạch 8.4 Giao tiếp với OPTOCOUPLER Một optocoupler thiết bị thƣờng đƣợc sử dụng để vi điều khiển tránh khả nguy hiểm điện áp mơi trƣờng xung quanh Optocouplers thƣờng có một, hai bốn nguồn ánh sáng (điốt LED) đầu vào Đối diện với điốt, có số yếu tố nhạy cảm với ánh sáng (phototransistors, photo_thyristors photo_triacs) Các optocouplers thƣờng đƣợc sử dụng có phototransistors kết đầu họ Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 216 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử Hình 8-5 Mạch giao tiếp dùng OPTO Optocoupler sử dụng đƣờng truyền quang học ngắn để chuyển tín hiệu yếu tố mạch, giữ cách điện Bằng cách này, vi điều khiển thiết bị điện tử khác đắt tiền đƣợc hoàn toàn bảo vệ khỏi điện áp cao nhiễu nguyên nhân phổ biến làm huỷ hoại, gây tổn hại hoạt động không ổn định thiết bị điện tử thực tế 8.5 Giao tiếp với Rơle Rơ le công tắc điện để mở đóng dƣới kiểm sốt mạch điện Hình 8-6 Sơ đồ cấu tạo Rơle đơn giản Do đƣợc kết nối với chân vi điều khiển sử dụng để bật / tắt thiết bị điện áp cao nhƣ động cơ, máy biến áp, máy sƣởi, bóng đèn, hệ thống ăng-ten Có nhiều loại khác rơle nhƣng tất hoạt động theo cách Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, rơle đƣợc vận hành nam châm điện để mở đóng nhiều kết nối Tƣơng tự nhƣ optocouplers, rơle khơng có kết nối mạ (tiếp xúc điện) đầu vào đầu mạch Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 217 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử Hình 8-7 Mạch xuất từ vi điều khiển qua Rơle 8.6 Mạch giao tiếp với Led đơn Giá trị đặc trƣng điốt thƣờng đƣợc sử dụng đƣợc hiển thị bảng dƣới Nhƣ thấy, có ba loại đèn LED Những tiêu chuẩn có độ sáng ful 20mA Điốt thấp đƣợc độ sáng ful lúc mƣời lần thấp điốt siêu sáng tạo ánh sáng tập trung so với tiêu chuẩn Cách tính điện trở hạn dịng cho led đơn Hình 8-8 Sơ đồ nối Led với điện trở hạn dòng Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 218 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử Bảng 8.1: Thông số LED COLOR TYPE TYPICAL MAXIMAL VOLTAGE CURRENT CURRENT DROP UD ID (MA) IF (MA) (V) Infrared - 30 50 1.4 Red Standard 20 30 1.7 Red Super Bright 20 30 1.85 Red Low Current 30 1.7 Orange - 10 30 2.0 Green Low Current 20 2.1 Yellow - 20 30 2.1 Blue - 20 30 4.5 White - 25 35 4.4 8.7 Mạch giao tiếp với LED Led bao gồm nhiều led tích hợp bên trong, led đƣợc nối chung chân Trong thực tế có loại led led A-nốt chung led Ka-tốt chung Hình 8-9 Hình dạng sơ đồ chân Led Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 219 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử Led loại A-nốt chung, led có chung chân nguồn (chân dƣơng), chân cịn lại led đƣợc nối đất led sáng Led loại Ka-tốt chung, led nối chung chân đất (chân âm), chân lại led đƣợc nối nguồn led sáng Hiển thị kết nối với vi điều khiển thƣờng chiếm số lƣợng lớn giá trị I / O pins, vấn đề lớn, đặc biệt cần thiết để hiển thị số nhiều chữ số Hình 8-10 Mạch điều khiển với nhiều Led Lần byte đơn vị đại diện đƣợc áp dụng cổng vi điều khiển T1 đƣợc kích hoạt lúc Sau thời gian, T1 tắt, byte đại diện cho hàng chục đƣợc áp dụng cổng T2 đƣợc kích hoạt Q trình đƣợc lặp lặp lại theo chu kỳ tốc độ cao cho tất chữ số transistor tƣơng ứng Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 220 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử Hình 8-11 Sơ đồ diễn tả vi điều khiển làm sáng số Led đoạn 8.8 Giao tiếp với hình tinh thể lỏng Liquid Crystal Displays (LCD) Một hình LCD đƣợc sản xuất đặc biệt để đƣợc sử dụng với vi điều khiển, có nghĩa khơng thể đƣợc kích hoạt mạch IC tiêu chuẩn Nó đƣợc sử dụng để hiển thị thông điệp khác hình hiển thị tinh thể lỏng thu nhỏ Nó hiển thị tất chữ bảng chữ cái, chữ Hy Lạp, dấu chấm câu, ký hiệu tốn học vv Ngồi ra, hiển thị biểu tƣợng tạo ngƣời sử dụng Tính hữu ích khác bao gồm chuyển đổi tự động thông báo (trái phải), xuất trỏ, đèn LED, vv Hình 8-12 Sơ đồ chân LCD Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 221 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử Bảng 8.2 Chức chân LSD CHỨC SỐ NĂNG CHÂN Ground Vss - 0V Vdd - +5V Vee - – Vdd RS D0 – D7 are interpreted as commands D0 – D7 are interpreted as data R/W Write data (from controller to LCD) Read data (from LCD to controller) Access to LCD disabled Normal operating From to Data/commands are transferred to LCD Power supply Contrast Control of TÊN operating E MỨC LOGIC MÔ TẢ D0 0/1 Bit LSB D1 0/1 Bit D2 0/1 Bit Data / 10 D3 0/1 Bit commands 11 D4 0/1 Bit 12 D5 0/1 Bit 13 D6 0/1 Bit 14 D7 0/1 Bit MSB Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 222 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử Một hình LCD bao gồm hai dịng, dịng có chứa 16 ký tự Mỗi ký tự bao gồm 5x8 5x11 điểm ma trận Hình 8-13 Các điểm sáng LCD Màn hình hiển thị độ tƣơng phản phụ thuộc vào điện áp cung cấp điện cho dù tin nhắn đƣợc hiển thị hai dịng Vì lý này, thay đổi điện áp 0-VDD đƣợc áp dụng chân đánh dấu Vee Biến trở tinh chỉnh điện thƣờng đƣợc sử dụng cho mục đích Một số hình LCD có tích hợp đèn (đèn LED màu xanh màu xanh cây) Khi đƣợc sử dụng trình hoạt động, điện trở hạn chế nên đƣợc nối tiếp kết nối với chân cung cấp điện đèn (tƣơng tự nhƣ đèn LED) Hình 8-14 Kết nối LCD có điện trở hạn dịng Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 223 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử Tùy thuộc vào có dòng đƣợc sử dụng để kết nối hình LCD với vi điều khiển, có chế độ hình LCD 8-bit 4-bit Chế độ hình LCD 8-bit sử dụng kết đầu D0D7 để truyền liệu Mục đích chế độ LED 4-bit để tiết kiệm chân I / O vi điều khiển Chỉ có bit cao (D4-D7) đƣợc sử dụng cho truyền thông, bit khác để lại khơng có liên quan Mỗi liệu đƣợc gửi đến hình LCD hai bƣớc sau: bốn bit cao đƣợc gửi (thƣờng thơng qua đƣờng D4-D7), sau bốn bit thấp Khởi tạo cho phép hình LCD để liên kết giải thích bit nhận đƣợc cách xác Dữ liệu đƣợc đọc từ hình LCD (nó chủ yếu chuyển từ vi điều khiển với hình LCD), thƣờng tiết kiệm thêm chân I / O cách đơn giản kết nối chân R / W xuống đất Tiết kiệm nhƣ có giá nó, tin nhắn đƣợc hiển thị bình thƣờng, nhƣng khơng thể đọc cờ busy khơng thể đọc hình hiển thị Hình 8-15 Sơ đồ kết nối LCD với vi điều khiển Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 224 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử 8.9 Giao tiếp với RS232 Để cho phép giao tiếp nối tiếp thành công UART, cần thiết đáp ứng quy định cụ thể tiêu chuẩn RS232 Nó chủ yếu đề cập đến cấp điện áp theo yêu cầu tiêu chuẩn Tiêu chuẩn phù hợp tin nhắn -10V cho logic (1), +10 V cho logic (0) Vi điều khiển chuyển đổi liệu cách xác vào định dạng nối tiếp, nhƣng điện áp cung cấp điện 5V Vì khơng dễ dàng chuyển đổi 0V vào 10V 5V vào-10V, hoạt động cho truyền nhận bên trái Ở đây, MAX232 Maxim đƣợc sử dụng phổ biến rộng rãi, giá rẻ đáng tin cậy Sơ đồ bên dƣới cho thấy làm để nhận đƣợc tin nhắn đƣợc gửi máy tính Bộ đếm thời gian T1 tạo tỷ lệ boud Vì tinh thể thạch anh 11,0592 MHz đƣợc sử dụng đây, dễ dàng để có đƣợc tốc độ truyền tiêu chuẩn tới 9600 baud Mỗi liệu nhận đƣợc đƣợc chuyển đến chân cổng P1 Hình 8-16 Sơ đồ giao tiếp vi xử lý với Max 232 Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 225 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử 8.10 Giao tiếp với bàn phím Vi xử lý giao tiếp với bàn phím bên ngồi Hình 8-17 Giao tiếp với phím đơn Hình 8-18 Giao tiếp với module bàn phím Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 226 Chƣơng 8:Thiết kế hệ thống Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử Thuật tốn đọc bàn phím - Khởi tạo cho cổng P2 = 0xFF - Lần lƣợt cho hàng - Với hàng kiểm tra cột, cột phím tƣơng ứng với hàng cột đƣợc bấm - Với phím đƣợc bấm lƣu lại kết ( để sử dụng sau – có ) Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 227 Tài liệu tham khảo Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử PHỤ LỤC Bài tập – thực hành Phần tập sau chƣơng thực hành KIT vi điều khiển 89C51 đƣợc giáo viên môn biên soạn riêng ( không ghép chung giáo trình ) Các em tìm đọc: Bài tập họ vi điều khiển/ vi xử lý từ đến nâng cao Tài liệu hƣớng dẫn thực tập vi điều khiển KIT 89C52 Hƣớng dẫn lập trình mơ Model Sim Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 228 Tài liệu tham khảo Khoa kỹ thuật Điện – Điện tử TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Rolin D McKinl, ―Introduction to Microcontrollers‖, 2005 [2] Muhammad Ali Mazidi ,Janice Gillispie Mazidi,: ―The 8051 Microcontroller and Embedded Systems Using Assembly and C‖ (Second Edition), 2010 [3] M68300 famaly MC68332 User‘s manual Motorola, INC 1995 [4] Pentice Hall , ―The 8088/8086 family : Designing, programming and interfacing‖ , 1987 [5] Technical summary 32-bit modular microcontroller Motorola, INC 1996 [6] Sharon Darley, Mark Maiolanie and Charles Melear An introduction to the MC68331 and MC68332, 1996 [7] Tống Văn On, ― Họ vi điều khiển 8051‖ [8] Hệ vi điều khiển 8051-NXB Lao động & Xã Hội, 2001 (Bản dịch ―The 8051 Microcontroller‖, I.Scott Mackenzie, NXB Prentice Hall ( 2nd Ed.) 1995 [9] Bài thí nghiệm vi xử lý ( hệ vi điều khiển 8051 ) Bộ môn Kỹ thuật điện tử – Đại học Bách khoa TP HCM Một số trang Web http://www.societyofrobots.com/microcontroller_tutorial.shtml http://www.atmel.com/ http://www.newbiehack.com/MicrocontrollerWritingthefirstprogramandtransfer.aspx http://www.mikroe.com/products/view/285/book-pic-microcontrollers-programming-in-c/ http://www.maximintegrated.com/products/microcontrollers/training/basics/ Chủ biên: Nguyễn Đức Lợi Trang 229 ... gọi vi xử lý đƣợc tích hợp thêm ngoại vi ? ?vi điều khiển‖ Hình 1-9 So sánh vi xử lý vi điều khiển Vi xử lý có khối chức cần thiết để lấy liệu, xử lý liệu xuất liệu sau xử lý Và chức Vi xử lý xử lý. .. 5: vi xử lý 64 bit Năm 1993, vi xử lý Pentium đời với 64 bit liệu, tốc độ xử lý 100MHz Sau vi xử lý Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Celeron, Pentium 4, vi xử lý đa lõi (Multi Core ) Một xử. .. liệu  Ðơn vị xử lý: Xử lý liệu nhập vào, sau xuất thiết bị  Bộ nhớ: Luu trữ thơng tin, liệu q trình xử lý Tất thiết bị có chức nhƣ đƣợc gọi hệ vi xử lý Máy vi tính hệ thống vi xử lý Một thành