Thiết kế mạch đo khoảng thời gian giữa 2 sự kiện có hiển thị kết quả trên LED 7 vạch
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN BÀI TẬP LỚN MÔN: VI XỬ LÝ Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN VĂN TIẾN Sinh viên : MÃ VĂN CHÂU Mã sinh viên : 36131 Lớp : ĐTĐ50- ĐH2 Hải Phòng, Năm 2013 1 ĐỀ 5: ‘‘Thiết kế mạch đo khoảng thời gian giữa hai sự kiện có hiển thị kết quả trên LED 7 vạch ’’. Yêu cầu nội dung: Xây dựng mạch nguyên lý hệ VĐK gồm: VĐK 8051, LED 7 vạch, nút ấn và các vi mạch phụ trợ khác nhằm thực hiện chức năng đo khoảng thời gian. Trình tự: - Mô tả công nghệ. - Xây dựng mạch phần cứng -Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch. - Xây dựng lưu đồ thuật toán - Viết phần mềm điều khiển , thuyết minh cách thức hoạt động 2 ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ Chương 1. GIỚI THIỆU HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1.1.Cấu trúc phần cứng. 1.2.Sơ đồ chân và chức năng từng chân. Chương 2. ỨNG DỤNG ĐO KHOẢNG THỜI GIAN 2 XUNG 2.1.Mạch tạo xung sử dụng time 555. 2.2.Giới thiệu về LED 7 vạch. 2.3 .Lưu đồ thuật toán. 2.4.Mạch đo và chương trình hợp ngữ. Sinh viên : Giáo viên hướng dẫn : Mã Văn Châu Nguyễn Văn Tiến 3 LỜI NÓI ĐẦU Bộ vi xử lý là hạt nhân của hệ VXL.Nó thực hiện các phép tính logic hoặc số học để điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ . - Đọc các lệnh từ ô nhớ ,giải mã lệnh và thực hiện lệnh . - Trao đổi số liệu với bộ nhớ và các thiết bị vào ra . - Có thể được điều khiển từ số tín hiệu bên ngoài để thực hiện một số chức năng đặc biệt như thâm nhập bộ nhớ ,ngắt và treo . Một hệ VXL bao gồm 2 phần : - Phần cứng - Phần mềm Phần cứng là toàn bộ các kết cấu vật lý cấu thành nên hệ như ROM, RAM …. Phần mềm là phần logic bao gồm hệ điều hành và chương trình ứng dụng (do người viết ).Chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ bằng mã nhị phân của máy tính .Một chương trình viết bằng ngôn ngữ máy là 1 chuỗi các byte nhị phân biểu diễn các lệnh mã máy tính thực hiện được .Hợp ngữ thay thế các mã nhị phân của ngôn ngữ máy bằng các mã gợi nhớ giúp chúng ta dễ nhớ hơn và dễ lập trình hơn . Trong quá trình làm bài tập lớn do trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi có sai xót. Em mong thầy giáo giúp đỡ và chỉ bảo. Em trân thành cảm ơn. Sinh viên : Mã Văn Châu 4 Chương 1. GIỚI THIỆU HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1.1. Cấu trúc phần cứng. Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự như nhau .Dưới đây là giới thiệu IC8951 là một họ IC vi điều khiển do hãng Intel của Mỹ sản xuất .Chúng có những đăc điểm sau : - 8 kb EPROM bên trong . - 4 Port xuất /nhập I/O 8 bít . - Giao tiếp nối tiếp . - 64 kb vùng nhớ mã ngoài . - 64 kb vùng nhớ dữ liệu ngoại . - Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn ) - 210 vị trí nhớ có thể định vị bit . - 4 µs cho hoạt động nhân hoặc chia . Sơ đồ khối của 8051 : Hinh ve 1.2. Sơ đồ chân và chức năng chân của 8951 . 1.2.1. Sơ đồ chân . Hinh ve 1.2.2. Chức năng các chân của 8951 . 8951 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập .Trong đó 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng ),mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ . a. Các port . - Port 0 : Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32-39 của 8951 .Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường I/O .Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mỏ rộng ,nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu. P0 được dồn kênh giữa bus dữ liệu (D0-D7) và bus địa chỉ (A0-A7) . 5 - Port 1 : Port 1 là port I/O trên các chân 1 đến 8 .Các chân được ký hiệu P1.0 , P1.1,P1.2,… có thê rdungf cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần .Port 1 không có chức năng khác ,vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài . - Port 2 : Port 2 là 1 port có tác 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 bị dùng bộ nhớ mở rộng . - Port 3 : Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10-17 .Các chân của port này có nhiều chức năng ,các công dụng chuyển đổi có lien hệ với các đặc tính đặc biệt của 8951 như bảng sau : Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RXD Chân nhận dữ liệu của cổng nối tiếp P3.1 TXD Chân thu dữ liệu của cổng nối tiếp P3.2 /INT0 Chân tiếp nhận ngắt cứng thứ 0 P3.3 /INT1 Chân tiếp nhận ngắt cứng thứ 1 P3.4 T0 Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 0 P3.5 T1 Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 1 P3.6 /WR Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài P3.7 /RD Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài b. Các ngõ tín hiệu điều khiển : Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable): -PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân số 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được nói đến chân /OE (output enable ) của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh . -PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcotroller 8951 lấy lệnh .Các mã lệnh của chương trình được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 8951 để giải mã lệnh .Khi 8951 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1 . 6 Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable) : -Khi 8951 truy xuất bộ nhớ bên ngoài ,Port 0 có chức năng là bus địa chỉ và dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ .Tín hiệu ra ALE ở chân 30 ,nó dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt . -Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động .Các xung tín hiệu ALE có tốc đọ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống .Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong 8951 . Ngõ tín hiệu /EA (External Access) : -Tín hiệu vào /EA ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc 0 .Nếu ở mức 1, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 kbyte .Nếu ở mức 0, 8951 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng .Chân /EA được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho EPROM trong 8951 . Ngõ tín hiệu RST (Reset ) : -Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 8951 .Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy ,các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống .Khi cấp điện mạch tự động Reset . Các ngõ vào bộ dao động XTAL1 ,XTAL2 : -Hai chân XTAL1 và XTAL2 (chân 18 và 19) .Bộ dao động được tích hợp bên trong 8951 .khi sử dụng 8951 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ .Tần số thạch anh thường sử dụng cho 8951 la 12 MHz . Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn nuôi 5V . Chương 2 : ỨNG DỤNG ĐO KHOẢNG THỜI GIAN GIỮA 2 XUNG ( F < 1000 HZ ) 7 2.1.Mạch tạo xung dùng time 555 : -Vcc cung cấp nguồn cho IC có thể sử dụng từ 4.5 v đến 5v .Đường mạch màu đỏ là dương nguồn ,đường màu đen dưới cùng là âm nguồn . -Khi thay đổi các điện trở R1 ,R2 và các giá trị tụ C1 sẽ thu được dao động có tần số và độ rộng xung như ý muốn theo công thức sau : T =0.7*(R1 + 2 *R2)*C1 (2.1.1) Và f=1.4*(R1 + 2*R2)*C1. (2.1.2) Trong đó : + T là thời gian của một chu kỳ tính bằng (s) . + f là tần số dao động tính bằng (Hz) . + R1 và R2 là điện trở (Ohm) + C1 là tụ điện (fara) T=Tm + Ts (2.1.3) Trong đó : + Tm là thời gian điện áp cao . Tm =0.7*(R1 +R2)*C1 . (2.1.4) 8 + Ts là thời gian điện áp thấp .Ts=0.7*R2*C1. (2.1.5) Chu kỳ toàn phần T bao gồm thời gian có điện áp cao Tm và thời gian có điện áp thấp TS .Từ công thức trên ta có thể tạo ra một dao động xung vuông Tm và Ts bất kỳ .Sau khi đã tạo ra xung có Tm và Ts ta có : T =TM +Ts và f=1/T . (2.16) 2.2.Giới thiệu về LED 7 vạch : -Trong các thiết bị ,để cảnh báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với thong số chỉ là các dãy số đơn thuần,thường người ta sử dụng “LED 7 đoạn”. Led 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hởi quá phức tạp,chỉ cần hiện thị số là đủ ,chẳng hạn led 7 vạch được dùng để hiện thị nhiệt độ phòng. Trong đó đồng hồ treo tường bằng điện tử ,hiển thị số lượng sản phẩm được kiểm tra sau một công đoạn nào đó…. -LED 7 đoạn có cấu tạo gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và thêm một led đơn hình tròn nhỏ để thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới,bên phải của led7đoạn. -8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung với nhau vào một điểm ,đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện .8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng ,cũng được đưa ra ngoài kết nối với mạch điện . - Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung thì đầu chung này được nối với +Vcc. Các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sang tắt của các led đơn. Led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0 . -Nếu led 7 đoạn có Cathode (cực -) chung thì đầu chung này được nối xuống Ground (hay mass),các chân còn lại được dùng để điều khiển trạng thái sang tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1 . 9 - Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led .Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn chế dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển. -Sơ đồ vị trí các led được trình bày như hình dưới : 10