b) Các đặc tính quan trọng của điện trở quang.
2.2.1.Tổng quan về các hệ thống vi điều khiển.
Ta xét sơđồ khối của hệ thống vi điều khiển ở trên. Trên sơđồ khối ta thấy:
-Bộ đệm (Buffer) và bộ chuyển đổi vào ra I/O để biến mức tín hiệu cần thiết cho mục đích diều khiển.
-Để chuyển các tín hiệu, thường dùng các BUS. Ta cĩ thể coi bus như những xa lộ trong đĩ cho các tín hiệu khác nhau được di chuyển. CPU sử dụng 3 loại bus dùng cho các tín hiệu:bus dữ liệu, bus địa chỉ và bus điều khiển. Tín hiệu dữ liệu biểu thị các lệnh và các trị số khác nhau của các biến, ví dụ như nhiệt độ. Các địa chỉ sẽ biểu thị dữ liệu được chứa ở đâu. Cịn các tín hiệu điều khiển chỉ huy hoạt
BUS (MCU) (MCU) Bộ vi điều khiển Mạch Đồng hồ Các bộ nhớ và thiết bị ngoại vi khác Bộ đệm và bộ đổi
Nguồn BUS-Dữ liệu Địa chỉ Điều khiển Hình 2.15: Sơđồ khối của hệ thống vi điều khiển Thế giới bên ngồi
-Mạch đồng hồ CLOCK phát tín hiệu tần số cố định để cung cấp thơng tin thời gian cho tồn hệ thống.
-Các bộ nhớ và thiết bị ngoại vi khác: bộ nhớđể lưu trữ dữ liệu hoặc chương trình. Đây là bộ nhớ phụ bổ xung cho bộ nhớ chính đã chứa trong MCU.
2.2.1.1. Bộ vi điều khiển MCU.
MCU gồm 3 phần chính: CPU, bộ nhớ và các thanh ghi. Chúng được nối với nhau bằng các bus trong. Bên ngồi cĩ các chân nối nguồn, vào-ra I/O và một số tín hiệu đặc biệt khác.
Bộ xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit) điều khiển hoạt động của bộ vi điều khiển.
Bộ nhớ (Memory) dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh. Cĩ nhiều loại bộ nhớ khác nhau như: ROM, RAM, EPROM.
Các thanh ghi (Register) được dùng để lưu trữ thơng tin đang trong quá trình xử lý. Khi CPU làm việc, nĩ làm thay đổi nội dung của các thanh ghi. Bộ vi điều khiển cĩ các thanh ghi vào ra I/O và các thanh ghi CPU.
Các thanh ghi I/O được chia làm 3 loại: thanh ghi dữ liệu, thanh ghi điều khiển và thanh ghi trạng thái.
Mỗi thanh ghi dữ liệu I/O lưu giữ liệu vào ra gắn với cổng I/O tương ứng.
Ví dụ hoạt động đưa dữ liệu vào như sau: bộ vi điều khiển đọc nhiệt độ làm mát, lúc này, bộ cảm biến nhiệt được nối với cổng vào-ra. Dữ liệu từ bộ cảm biến được truyền vào thanh ghi của cổng. Bộ vi điều khiển gửi nội dung của thanh ghi này vào CPU để xử lý (hoặc vào bộ nhớđể lưu trữ). Hoạt động lấy ra cũng tương tự.
H ình 2.16: Bộ vi điều khiển MCU
Các thanh ghi điều khiển và thanh ghi trạng thái điều khiển và chỉ thị quá trình vào ra của bộ vi điều khiển. Ví dụ: bộ vi điều khiển đo tốc độđộng cơ bằng cách đếm xung do bộ cảm biến tốc độ gửi tới trong một khoảng thời gian nhất định. Thanh ghi dữ liệu đếm số xung theo sường trước hoặc sường sau của xung.
Bộ vi điều khiển cĩ bộ nhớ thời gian bên trong. Mỗi lần đặc (Set) và đặc lại (Reset) cĩ một bit đặc biệt gọi là bit trạng thái. Trong thanh ghi trạng thái, khi chu kì thời gian được lập trình đã kết thúc, trạng thái của bit này sẽ thay đổi.
Khi chương trình phát hiện sự thay đổi bit trạng thái, nĩ đọc thanh ghi dữ liệu thích hợp để tìm xem cĩ bao nhiều xung đã gửi tới, từđĩ tính ra tốc độ và xử lý với thơng tin này.
Bộ vi điều khiển cĩ các chân ngồi dùng cho nguồn nuơi, điều khiển và các đường dữ liệu và địa chỉ. Vì đa số các bộ vi xử lý là CMOS nên các chân nguồn V cĩ điện áp dương và V nối đất. CPU Điều khiển I/O và thanh ghi trạng thái Các đường điều khiển Đồng hồ Dữ liệu trong Thanh ghi dữ liệu I/O Cổng vào-ra Bộ nhớ ROM RAM EPROM VÀ EEPROM VDD
CLOCK là một trong các đường điều khiển. Mỗi đường cĩ một chức năng riêng. Một đường Reset đểđưa bộ vi điều khiển trở về trạng thái ban đầu.
2.2.1.2. Bộ xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit)
H ình 2.7: Sơ đồ khối bộ ở lý trung tâm CPU
Làm nhiệm vụ thực hiện các lệnh của chương trình, nĩ cĩ các thanh ghi riêng.
Trong đĩ, bộ đếm PC (Program Counter) là thanh ghi đặc biệt để chỉ cho CPU thứ tự lệnh hay dữ liệu tiếp theo cần thực hiện. Các thanh ghi khác chứa các dữ liệu và địa chỉ.
Bộ giải mã lệnh (Instruction Decoder) chỉ cho bộ số học và logic ALU (Arithmetic and Logic Unit) cách xử lý với các dữ liệu.
Bộ tuần tự điều khiển (Control Sequencer) quản lý việc truyền lệnh và byte dữ liệu theo bus dữ liệu bên trong. Bus dữ liệu ngồi lựa chọn vị trí chỉđịnh trong
Bộ tuần tự điều khiển
thanh ghi CPU Tín hiệu
điều khiển Đồng hồ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bộ đếm chương trình
Thanh ghi địa chỉ Bộ chuyển dữ liệu Bộ giải mã lệnh Bus dữ liệu trong Bộ số học và logic CPU
bộ nhớ. Bộ chuyển dữ liệu (Data Driver) quy định tín hiệu dữ liệu được gửi vào hoặc lấy ra từ bộ nhớ hoặc thanh ghi I/O.
Việc tìm nạp một lệnh từ RAM hệ thống là một trong các thao tác cơ bản nhất mà CPU thực hiện. Việc tìm nạp lệnh được thực hiện theo các bước sau:
- Nội dung của PC đặt lên bus địa chỉ.
- Tín hiệu điều khiển READ được xác lập (chuyển sang trạng thái tích cực). - Dữ liệu (opcode của lệnh) được đọc từ RAM và đưa lên bus dữ liệu. - Opcode được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong CPU.
- PC được tăng để chuẩn bị tìm nạp lệnh kế từ bộ nhớ
Giai đoạn thực thi lệnh bao gồm việc giải mã opcode và tạo ra các tín hiệu điều khiển, các tín hiệu này điều khiển việc xuất nhập giữa các thanh ghi nội với ALU và thơng báo để ALU thực hiện thao tác thao tác đã được xác định. Do các thao tác cĩ tầm thay đổi rộng, phạm vi dành cho các giải thích vừa nêu trên cĩ phần nào bị giới hạn, chỉ áp dụng cho được cho các thao tác đơn giản như tăng nội dung của một thanh ghi. Các lệnh phức tạp hơn địi hỏi thêm nhiều bước nữa, chẳng hạn nhưđọc byte dữ liệu thứ hai và dữ liệu thứ ba để thực hiện thao tác.
2.2.1.3. Tổ chức bộ nhớ.
* ROM - Bộ nhớ chỉ đọc (Read only memory): được sử dụng để lưu giữ thơng tin chương trình nạp khi chế tạo và khơng xố được. Trong vi điều khiển, ROM thường chứa chương trình điều hành.
* RAM- Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên (Random access memory): là bộ nhớ cĩ thể ghi, đọc. Nĩ lưu giữ các thơng tin thay đổi trong quá trình hoạt động của vi điều khiển. Các thơng tin ấy sẽ bị mất khi cắt nguồn cung cấp.
* EPROM- Là ROM nhưng khi lập trình cĩ thể xố được (Erasable programmable ROM): là bộ nhớ cố định. Vì vậy, chương trình khơng thể ghi dữ liệu vào chúng như RAM. Tuy nhiên, bằng chương trình riêng, ta vẫn cĩ thểđưa dữ liệu vào. Cĩ thể xố EPROM bằng cách chiếu tia tử ngoại qua cửa sổ thạch anh trên nĩ, do vậy cĩ thể lập trình lại được.
-Gĩư dữ liệu được chính định, ví dụ bộ phát hiện khí. -Phát triển ứng dụng trong mục đích thứ nhất.
* EEPROM -Bộ nhớ ROM lập trình cĩ thể xố bằng điện (Electrically EPROM): thay cho việc cần sử dụng nguồn tia tử ngoại, người ta cĩ thể xố chúng bằng phương pháp điện mà khơng cần tháo chip ra. Việc lập trình và xố chỉ cần nguồn nuơi 5V (thơng thường nguơng khoảng 25V).
2.2.1.4. Một số vi điều khiển
Bảng 2.1: Các họ vi điều khiển
Bộ xử lý Ngày ra đời Bus dữ liệu tốc độ clock Bus địa chỉ
Intel 8080 1975 8 bit 16 bit
MC 6800 1976 8 bit 2MHz 16 bit
Intel 8086 1978 8bit 8MHz 20 bit
MC6805 1979 8 bit 2MHz 16 bit
MC68000 1981 16 bit 8MHz 23 bit
MC68HC11 1984 8 bit 4MHz 16 bit
MC6840 1989 32 bit 25MHz 30 bit
Intel 486 1991 32 bit 66MHz 30 bit
MC 68332 1991 16 bit 17MHz 24 bit
DEC alpha 1992 64 bit 200MHz 34 bit
Supersparc 1992 32 bit 100MHz 32 bit
MPC 601 1993 64 bit 80MHz 32 bit
Intel 8051 1980 8Bit 2MHz 8bit (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3. GIỚ THIỆU TỔNG QUÁT VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051.
MCS-51 là họ vi điều khiển của Intel. Các nhà sản xuất IC khác như Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu và Philips được cấp phép làm các nhà cung cấp thứ hai co các chip của họ MCS-51.
Vi mạch tổng quát của họ MCS-51 là chip 8051, linh kiện đầu tiên của họ này được đưa ra thị trường. Chip 8051 cĩ các đặc trưng được tĩm tắc như sau: