Giáo trình Mô đun 25: Vi điều khiển - Nghề Điện dân dụng
BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ
GIÁO TRÌNH
Tên mô đun: Vi điều khiển
NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG
TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ
Ban hành kèm theo Quyết định số: 120 /QĐ- TCDN
Ngày 25 tháng 2 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề
Hà Nội, năm 2012
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có
thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về
đào tạo tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích
kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
1
LỜI GIỚI THIỆU
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các nhà khoa học
đã phát minh ra rất nhiều các linh kiện vi điều khiển. Chúng khác nhau không
chỉ về cấu tạo; nguyên lý làm việc hay các đặc tính; các thông số kỹ thuật ... mà
với các đặc điểm về tính chất và chức năng khác nhau chúng được sản xuất để
sử dụng cho nhiều lĩnh vực và môi trường khác nhau.
Việc sử dụng các linh kiện vi điều khiển trong các thiết bị điện tử khác
nhau một cách hợp lý và hiệu quả, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động, tính năng
cho các thiết bị điện tử gia dụng hay công nghiệp đòi hỏi những nguời thiết kế,
lắp ráp các thiết bị đó phải đuợc trang bị những kiến thức cơ bản về vi điện tử .
Mô đun Vi điều khiển được xây dựng nhằm phục vụ cho các yêu cầu nói
trên. Nội dung mô đun bao gồm 5 bài như sau:
Bài 1: Các hệ đếm và việc mã hóa thông tin trong máy tính.
Bài 2. Cấu trúc họ vi điều khiển 8051.
Bài 3. Tập lệnh của 8051.
Bài 4. Lập trình I/O.
Bài 5. Timer/Counter.
Nội dung các bài chủ yếu quan tâm đến việc giúp nguời lắp ráp thiết bị điện
tử gia dụng hay công nghiệp sử dụng các hệ vi xử lý hay vi điều khiển nắm bắt
giải thích tốt nguyên lý hoạt động của chúng.
Mặc dù tác giả đã cố gắng hết sức trong việc cung cấp đầy đủ thông tin liên
quan đến họ vi điều khiển 8051. Tuy nhiên, do thời gian hạn hẹp, kiến thức và
nguồn tài liệu tham khảo còn hạn chế, nên không thể tránh khỏi những sai sót.
Mong nhận được các ý kiến đóng góp để tác giả hoàn thiện hơn nữa nội dung
của tài liệu.
Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ:
Trường Cao đẳng nghề Bách Nghệ Hải Phòng Khoa Điện – Điện tử
Số 196/143 Đường Trường Chinh - Quận Kiến An - TP Hải Phòng
Email: khoadienbn@gmail.com
Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2012
Nhóm biên soạn:
1. Chủ biên: Ngô Duy Khánh
2. Khúc Anh Phúc
3. Phạm Văn Việt
2
Mục lục
Nội dung
Trang
5
Bài 1: Các hệ đếm và việc mã hóa thông tin trong máy tính
1. Hệ đếm mười và hệ đếm hai
1.1. Hệ đếm mười và hệ đếm hai
1.2. Chuyển đổi giữa hai hệ đếm
2. Các hệ đếm khác
5
5
5
6
6
2.1. Số BCD
7
2.2. Hệ 16
7
3. Mã hóa thông tin trong máy tính
4. Giới thiệu về mã ASCII-mã tiêu chuẩn cho trao đổi thông tin
Bài 2. Cấu trúc họ vi điều khiển 8051
1. Cấu trúc họ 8051
7
10
10
10
11
12
14
14
16
16
16
17
17
17
17
17
18
18
18
20
21
21
22
1.1. Cấu trúc tổng quát họ 8051
1.2. Khối ALU
1.3. Bộ nhớ Ram
1.4. Bộ nhớ Rom
2. Trao đổi thông tin trong 8051
3. Sơ đồ và ý nghĩa các chân của 89C51
3.1. Port0
3.2. Port1
3.3. Port 2
3.4. Port 3
3.5. Chân chốt địa chỉ ALE
3.6. Chân truy suất Rom ngoài
3.7. Chân Reset
3.8. Các chân XTAL1 và XTAL2
4. Các thanh ghi đặc biệt
4.1. Thanh ghi PC
4.2. Thanh ghi SP
4.3. Thanh ghi tích lũy A
4.4. Thanh ghi từ trạng thái PSW
4.5. Thanh ghi DPTR
3
23
23
24
24
24
24
25
26
26
27
28
28
32
34
37
48
52
52
52
52
53
53
54
54
54
57
57
69
73
73
73
73
74
4.6. Các thanh ghi PORT
5. Nguyên lý hoạt động của mạch Reset
Bài 3. Tập lệnh của 8051
1. Tổng quan về ngôn ngữ assembly
2. Cấu trúc câu lệnh và chương trình viết bằng assembly
2.1. Cấu trúc câu lệnh assemby
2.2. Cấu trúc chương trình viết bằng assembly
2.3. Chương trình soạn thảo và biên dịch ngôn ngữ assembly
3. Các kiểu đánh địa chỉ của 8051
3.1. Chế độ địa chỉ tức thời
3.2. Chế độ địa chỉ thanh ghi
3.3. Chế độ địa chỉ trực tiếp
3.4. Chế độ địa chỉ gián tiếp thành ghi
3.5. Chế độ định địa chỉ chỉ số và truy cập bộ nhớ Rom trên chip
4. Tập lệnh của 8051
5. Thực hành
Bài 4. Lập trình I/O
1. Các Port của 8051
1.1. Port0
1.2. Port1
1.3. Port2
1.4. Port3
2. Lập trình điểu khiển nháy Led
2.1. Sơ đồ nguyên lý
2.2. Lập trình điều khiển
3. Lập trình điểu khiển LCD
3.1. Sơ đồ nguyên lý
3.2. Lập trình điều khiển
Bài 5. Timer/Counter
1. Tổng quan
2. Các thanh ghi liên quan đến các bộ timer
2.1. Thanh ghi dữ liệu TH0 , TL0, TH1, TL1
2.2. Thanh ghi TMOD
4
76
76
76
77
79
79
83
83
84
2.3. Thanh ghi TCON
3 Lập trình cho chế độ 1
3.1. Đặc điểm
3.2. Các bước lập trình ở chế độ 1
3.3. Tìm các giá trị cần được nạp vào bộ định thời
3.4 Thực hành
4. Lập trình cho chế độ 2
4.1. Đặc điểm
4. 2. Các bước lập trình cho chế độ 2
5
Bài 1
CÁC HỆ ĐẾM VÀ VIỆC MÃ HÓA THÔNG TIN TRONG MÁY TÍNH
Mã bài: MĐ25.01
Giới thiệu :
Trong bài học này, trình bày về các hệ đếm thông dụng trong ngành khoa
học máy tính.
Mục tiêu:
- Sử dụng, chuyển đổi thành thạo giữa các hệ đếm thông dụng.
- Thực hiện thành thạo các phép toán trên các hệ đếm nhị phân.
Nội dung:
1. Hệ đếm mười và hệ đếm hai
Mục tiêu
- Phân biệt, chuyển đổi thành thạo giữa hệ đếm mười và hệ đếm hai
1.1. Hệ đếm mười và hệ đếm hai
- Trong cuộc sống hàng ngày hệ đếm cơ số mười hay hệ mười đuợc sử
dụngrộng rãi, hệ đếm cơ số mười sử dụng các số từ 0..9 để biểu diễn các giá trị
số. đi kèm theo tập hợp đó có thể dùng thêm chữ D, trong cuộc sống hàng ngày
các số hệ mười đuợc biểu diễn độc lập không kèm theo kí tự, nhưng trong ngôn
ngữ máy tính khi sử dụng nhiều hệ đếm khác nhau phải có kí tự biểu diễn hệ
đếm đi cùng để phân biệt với các hệ đếm khác.
Ví dụ: 13; 14D.
- Trong thế giới máy tính thì khác, để biểu diễn một giá trị số chúng ta dùng
hệ cơ số hai nói ngắn gọn là hệ hai, trong đó chỉ sử dụng các giá trị 0 và 1 để
biểu diễn các giá trị số (ứng với hai trạng thái có điện và không có điện của các
mạch điện tử cấu tạo lên máy). Khi dùng nhiều hệ đếm khác nhau các hệ hai
thường đi kèm theo chữ B để phân biệt với các hệ đếm khác.
Ví dụ cách biểu diễn hệ hai: 0011; 1101B.
- Cách biểu diễn số hệ mười theo trọng số 10: Một số hệ mười 12345,67
đuợc biểu diễn theo trọng số 10
12345,67=1.104 +2.103 +3.102 +4.101 +5.100 +6.10-1 +7.10-2
- Tương tự một số hệ hai đuợc biểu diễn theo trọng số 2:
1100B= 1.23+1.22+0.21+0.20=12D
1.2. Chuyển đổi giữa hai hệ đếm
- Cách chuyển đổi số nguyên từ hệ mười sang hệ hai
Quy tắc: Lấy số cần đổi chia cho 2 và ghi nhớ phần dư, tiếp theo lấy thương của
phép chia trước đó chia cho 2 và ghi nhớ phần dư, làm như vậy cho đến khi
đuợc thương bằng 0. Đảo ngược thứ tự dãy các số dư sẽ đuợc các chứ số của hệ
hai cần tìm
Ví dụ : Đổi số 34 sang hệ hai( 100010B.)
6
34 2
17
0
2
1
8
2
0
4
2
0
2
2
0
1
2
0
1
- Chuyển số thập phân sang hệ hai:
Ví dụ: Đổi số 0.125 samg hệ hai:
Ta thực hiện theo quy tắc sau:
0,125 * 2 =
0,250 * 2 =
0,500 * 2 =
0 ,250
0 ,500
1 ,000
Kết quả cuối cùng thu đuợc 0,125 = 0,001B .
Kết hợp với kết quả của phép chuyển đổi số nguyên 34 ta sẽ có kết quả chuyển
dổi số thập phân 34,125 sang hệ đếm hai như sau 34,125 = 100010,001 B.
- Cách chuyển đổi từ hệ hai sang hệ mười
1100B= 1.23+1.22+0.21+0.20=12D
2. Các hệ đếm khác
Mục tiêu
- Sử dụng thành thạo hệ đếm BCD và thập lục phân
2.1. Số BCD
Số BCD là số thập phân được mã hóa theo nhị phân. Đây là số rất quen thuộc
bởi vì trong thực tế chúng ta thường sử dụng các số từ 0 đến 9 chứ không phải
số nhị phân hay số Hexa. Biểu diễn nhị phân các số từ 0 đến 9 được gọi là BCD.
Cóhai dạng số BCD là dạng nén và không nén.
Số
0
1
2
3
4
5
6
7
BCD
0000
0001
0010
0011
0011
0101
0110
0111
8
9
1000
1001
7
Số BCD không nén có 4 bit thấp biểu diễn số BCD còn bốn bit cao bằng 0. Ví
dụ “00001001” và “00000101” là những số BCD không nén của số 9 và số 5.
Để biểu diễn số BCD không nén cần dùng 1 byte bộ nhớ hay một thanh ghi 8
bit.
Số BCD nén thì một byte chứa được hai số BCD, một số ở 4 bit thấp và số thứ
2 ở 4 bit cao. Ví dụ “0101 1001” là số BCD nén của số 59H. Như vậy chỉ cần 1
byte bộ nhớ có thể lưu được hai toán hạng BCD. Đây là lý do tại sao sử dụng số
BCD nén thì hiệu quả lưu dữ liệu tăng gấp đôi.
2.2. Hệ 16
- Hệ đếm 16 dùng các số từ 0 đến 9 và các chữ cái A, B,C, D,E, F tương ứng với
giá trị 10 đến 15 để biểu diễn chữ số.
- Hệ đếm 16 thường đuợc dùng thay thế cho các số dài khi biểu diễn dưới dạng
hệ đếm hai
Ví dụ: 255D= 11111111B= FFH
3. Mã hóa thông tin trong máy tính
Mục tiêu
Nắm bắt đuợc cách tổ chức thông tin, các đơn vị đo lường thông tinh trong
máy tính
- Đơn vị thông tin:
Các hệ thống máy tính chỉ làm việc với hệ đếm hai, các thông tin đuợc máy
tính xử lý phải đuợc mã hóa lưu trữ trong các bộ nhớ bán dẫn duới dạng nhị
phân, một giá trị 0 hay 1 sẽ đuợc cất trữ trong một ô nhớ của bộ nhớ (0 ứng với
mức điện áp 0V, 1 ứng với mức điện áp 5V) và được gọi là 1bit, Một cụm 4 bit
sẽ tạo thành 1 nibble, cụm 8 bit sẽ tạo thành 1 byte, cụm 16 bit thông thường sẽ
trạo thành một từ(word), cụm 32 bit sẽ tạo thành một từ kép. Chữ số đầu tiên
bên trái trong dãy các số hệ hai gọi là bít có ý nghĩa lớn nhất, còn bit cuối cùng
bên phải trong dãy gọi là bit có ý nghĩa bé nhất. Ứng với việc đếm thứ tự
1,2,3…ở hệ 10 thì ở hệ 2 ta có 1,10,11…
Nibble
byte
word
Double Word
- Các đơn vị khác:
1kbyte=1024byte= 210 Byte
1Mbyte= 1024Kbyte.
4. Giới thiệu về mã ASCII-mã tiêu chuẩn cho trao đổi thông tin
Mục tiêu
Nắm bắt đuợc cách mã hóa các kí tự thông thường theo tiêu chuẩn Ascii trong
máy tính
8
ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Chuẩn mã
trao đổi thông tin Hoa Kì), thường được phát âm là át-xơ-ki, là bộ kí tự và bộ mã
kí tự dựa trên bảng chữ cái La Tinh được dùng trong tiếng Anh hiện đại và các
ngôn ngữ Tây Âu khác. Nó thường được dùng để hiển thị văn bản trong máy
tính và các thiết bị thông tin khác. Nó cũng được dùng bởi các thiết bị điều
khiển làm việc với văn bản.
Cũng như các mã máy tính biểu diễn kí tự khác, ASCII quy định mối tương
quan giữa kiểu bit số với kí hiệu/biểu tượng trong ngôn ngữ viết, vì vậy cho
phép các thiết bị số liên lạc với nhau và xử lí, lưu trữ, trao đổi thông tin hướng
kí tự. Bảng mã kí tự ASCII, hoặc các mở rộng tương thích, được dùng trong hầu
hết các máy tính thông thường, đặc biệt là máy tính cá nhân và máy trạm làm
việc. Tên MIME thường dùng cho bảng mã này là "US-ASCII".
ASCII chính xác là mã 7-bit, tức là nó dùng kiểu bit biểu diễn với 7 số nhị
phân (thập phân từ 0 đến 127) để biểu diễn thông tin về kí tự. Vào lúc ASCII
được giới thiệu, nhiều máy tính dùng nhóm 8-bit (byte hoặc, chuyên biệt hơn, bộ
tám) làm đơn vị thông tin nhỏ nhất; bit thứ tám thường được dùng bit chẵn-lẻ
(parity) để kiểm tra lỗi trên các đường thông tin hoặc kiểm tra chức năng đặc
hiệu theo thiết bị. Các máy không dùng chẵn-lẻ thường thiết lập bit thứ tám là
zero, nhưng một số thiết bị như máy PRIME chạy PRIMOS thiết lập bit thứ tám
là một.
ASCII được công bố làm tiêu chuẩn lần đầu vào năm 1963 bởi Hiệp hội tiêu
chuẩn Hoa Kì (American Standards Association, ASA), sau này đổi thành
ANSI. Có nhiều biến thể của ASCII, hiện tại phổ biến nhất là ANSI X3.4-1986,
cũng được tiêu chuẩn hoá bởi Hiệp hội nhà sản xuất máy tính châu Âu
(European Computer Manufacturers Association) ECMA-6, ISO/IEC 646:1991
Phiên bản tham khảo quốc tế, ITU-T Khuyến cáo T.50 (09/92), và RFC 20
(Request for Comments). Nó được dùng trong Unicode, một thay thế có thể xảy
ra của nó, như là 128 kí tự 'thấp nhất'. ASCII được xem là tiêu chuẩn phần mềm
thành công nhất từng được công bố từ trước tới nay
Hệ
2 Hệ 10 (Thập
(Thập lục
16
Biểu
diễn
Viết in
Hệ
(Nhị
phân)
Tên/Ý
nghĩa nghĩa
Truy
nhập Tên/Ý
tiếng Anh
phân) phân)
tắt
được bàn phím
tiếng Việt
000 0000 0
00
NUL
^@
Null character
Kí tự rỗng
␀
Bắt đầu
Header
000 0001 1
01
SOH
STX
ETX
^A
Start of Header
␁
Bắt đầu
văn bản
000 0010 2
000 0011 3
02
03
^B
Start of Text
End of Text
␂
Kết thúc
văn bản
^C
␃
Kết thúc
truyền
000 0100 4
000 0101 5
04
05
EOT
ENQ
^D
End of Transmission
Enquiry
␄
^E
Truy vấn
␅
9
000 0110 6
000 0111 7
06
07
ACK
BEL
^F
Acknowledgement
Bell
␆
␇
^G
^H
^I
Chuông
Xoá
ngược
000 1000 8
000 1001 9
000 1010 10
08
09
0A
BS
HT
LF
Backspace
␈
␉
␊
Horizontal Tab
New Line
Tab ngang
Xuống
dòng
^J
000 1011 11
000 1100 12
000 1101 13
000 1110 14
000 1111 15
001 0000 16
0B
0C
0D
0E
0F
10
VT
FF
^K
^L
^M
^N
^O
^P
Vertical Tab
Form feed
Tab dọc
␋
␌
␍
␎
␏
␐
CR
SO
SI
Carriage return
Shift Out
Shift In
DLE
Data Link Escape
Device Control 1 —
oft. XON
001 0001 17
001 0010 18
001 0011 19
001 0100 20
001 0101 21
11
12
13
14
15
DC1
DC2
DC3
DC4
NAK
^Q
^R
^S
^T
^U
␑
␒
␓
␔
␕
Device Control 2
Device Control 3 —
oft. XOFF
Device Control 4
Negative
Acknowledgement
001 0110 22
001 0111 23
001 1000 24
001 1001 25
001 1010 26
001 1011 27
001 1100 28
001 1101 29
001 1110 30
001 1111 31
16
17
18
19
1A
1B
1C
1D
1E
1F
SYN
ETB
CAN
EM
SUB
ESC
FS
^V
^W
^X
^Y
^Z
Synchronous Idle
End of Trans. Block
Cancel
␖
␗
␘
␙
␚
␛
␜
␝
␞
␟
End of Medium
Substitute
^[ hay ESC Escape
^\
File Separator
GS
^]
^^
Group Separator
Record Separator
Unit Separator
RS
US
^_
DEL
Backspace
hay
111 1111 127
7F
DEL
Delete
␡
10
Bài 2
CẤU TRÚC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051
Mã bài: MĐ25.02
Giới thiệu :
Trong bài học này trình bày về cấu trúc tổng quát của vi điều khiển họ 8051
Mục tiêu:
- Giải thích, phân biệt đuợc chức năng tác dụng các thành phần cấu tạo
của họ vi điểu khiển 8051.
Nội dung:
1. Cấu trúc họ 8051
Mục tiêu
Phân biệt được chức năng của các bộ phận cấu tạo bên trong họ 8051
1.1. Cấu trúc tổng quát họ 8051
Cấu trúc tổng quát của 8051
11
Cấu trúc tổng quát của 8051 gồm các phần chính sau:
- ALU : Khôi chuyên thực hiện các phép tính số học và logic .
- Bộ tạo dao động Osc: tạo xung nhịp hoạt động cho chip từ nguồn thạch anh
ngoài.
- Các bộ đệm cổng Port 0 Latch, Port 1 Latch, Port 2 Latch, Port 3 Latch.
- Các bộ điều khiển cổng Port 0 Driver, Port 1 Driver, Port 2 Driver, Port 3
Driver.
- Khối Timing And Control: Khối điều khiển hoạt động của Bus.
- Khối Timer: Điều khiển hoạt động của các bộ Timer.
- Bộ nhỡ dữ liệu RAM.
- Bộ nhớ chương trình Rom (Flash).
- Hệ thống các thanh ghi đặc biệt, gồm các thanh ghi chính sau:
Các thanh ghi tạm TMP1, TMP2 của khối ALU.
Thanh ghi tích lũy Acc.
Thanh ghi trung gian B.
Thanh ghi trạng thái PSW.
Thanh ghi con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer).
Thanh ghi bộ đếm chương trình PC (Program Counter).
Thanh ghi địa chỉ dữ liệu Ram Addr register.
Thanh ghi mã lệnh Instruction Register.
Thanh ghi truy cập dữ liệu trên ROM Dptr.
- Hệ thống đường Bus trao đổi thông tin, bao gồm hai loại bus: đường Bus dữ
liệu 8 bit (Data bus) và bus địa chỉ 16 bit (Address bus).
Sơ đồ khối
1.2. Khối ALU
ALU là một trong những thành phần chính của chip 8051. ALU chứa các
khối logic thực hiện các phép tính số học và logic. Các khối này có tên gọi
12
tương ứng như: bộ cộng, bộ trừ, bộ dịch, các so sánh, bù 2, tăng, giảm, phép
logic hoặc, phép logic và, XOR, đảo NOT, hoặc đảo NOR.
ALU có 2 cổng vào (IN) và một cổng ra (OUT). Các cổng IN để nhận từ dữ
liệu vào ALU. Cổng OUT để lấy kết quả xử lý dữ liệu của ALU ra ngoài. Các
cổng IN đuợc nhớ đệm bằng các thanh ghi tạm thời TMP1 và TMP 2. Những
thanh ghi này làm nhiệm vụ nhận dữ liệu từ các nơi khác nhau bên trong chip
thông qua bus dữ liệu bên trong và lưu giữ tạm thời dữ liệu cho hai cổng IN
trong quá trình xử lý dữ liệu trong ALU. Tương tự cổng OUT đuợc kết nối với
bus dữ liệu bên trong, do đó kết quả phép toán có thể được đưa tới các nơi khác
nhau.
1.3. Bộ nhớ Ram
a. Cấu trúc tổng quảt
Bộ nhớ Ram hay còn gọi là bộ nhớ dữ liệu, là nơi cung cấp các dữ liệu cho
chương trình phần mềm điều khiển hoạt động của chip. Tùy vào từng dòng chip
trong họ 8051 bộ nhớ RAM có các dung lượng khác nhau. Đối với dòng 8051
như 89C51, 89S51 có dung lượng 128 byte, đối với dòng 8052 có dung lượng
256 byte.
8051 có 128 byte RAM, 128 byte Ram bên trong này được gán địa chỉ từ 00
đến 7FH, các ô nhớ này sẽ được truy cập trực tiếp như các ô nhớ có dung lượng
8 bit (vì 8051 là vi điều khiển 8 bit).
Các ô nhớ của Ram được cấu tạo từ 8 bit nhớ, đuợc đánh số thứ tự từ phải
qua trái lần lượt là D0 cho tới D7, trong đó D0 được gọi là bit có trọng số thấp
nhất (LSB), D7 được gọi là bit có trọng số cao nhất (MSB). Do có dung lượng 8
bit nên một ô nhớ chỉ chứa được tối đa 256 giá trị (28). Nếu dữ liệu là số nguyên
dương thì một ô nhớ sẽ chứa giá trị từ 0 – 255, nếu giá trị là kí tự thì một ô nhớ
sẽ chứa được 256 kí tự trong bảng mã Ascii. Một số ô nhớ trong vùng Ram có
thể được truy cập đến từng bit được gọi là vùng Ram địng địa chỉ theo bit.
D7 D6 D5
D4 D3 D2 D1 D0
128 byte Ram trong 8051 được phân chia thành từng nhóm như sau:
Từ ngăn nhớ 00 đến 1FH tổng cộng
7F
32 byte, được dành làm các băng
thanh ghi và ngăn xếp.
Từ ngăn nhớ 20H đến 2FH, tổng
cộng 16 byte, được dành làm bộ
nhớ đọc/ghi định địa chỉ được theo
bit.
Ram bảng nháp
30
2F
Ram định địa chỉ bit
Băng thanh ghi 3
Băng thanh ghi 2
Băng thanh ghi 1
20
1F
18
17
10
0F
08
07
Từ ngăn nhớ 30H đến 7FH, tổng
cộng 80 byte, được dùng để lưu
thông tin khi đọc và ghi, hay như
vẫn thường gọi là bảng nháp. 80
byte Ram này thường được các lập
Băng thanh ghi 0
00
Tổ chức Ram của 8051
13
trình viên sử dụng để lưu dữ liệu và tham số.
b. Băng thanh ghi của 8051
Như đã nói ở trên, tổng cộng 32 byte Ram được dành riêng cho các băng
thanh ghi và ngăn xếp. 32 byte này được chia thành 4 băng thanh ghi, mỗi băng
có 8 thanh ghi từ R0 đến R7. Các ngăn nhớ từ ô nhớ 0 đến 7 là băng 0 gồm 8
thanh ghi R0-R7, trong đó R0 ơ ngăn nhớ 0, R1 ở ngăn nhớ 1,R2 ở ngăn nhớ 2...
v.v. Băng thanh ghi thứ hai (cũng từ R0 đến R7) bắt đầu từ ngăn nhớ 8 cho đến
ngăn nhớ 0FH. Băng thứ 3 bắt đầu từ ngăn nhớ 10H đến 17H và cuối cùng từ
ngăn nhớ 18H đến 1FH là dùng cho băng thứ tư.
c. Băng thanh ghi mặc định
Như đã biết, các ngăn nhớ từ 00 đến 1F được dành cho bốn băng thanh ghi,
vậy băng thanh ghi nào cần được truy cập mỗi khi 8051 được cấp nguồn? Câu
trả lời là băng thanh ghi 0. Đó là các ngăn nhớ Ram số 0,1,2,3,4,5,6 và 7 được
truy cập với tên lập trình là R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6 và R7. Dĩ nhiên sử dụng tên
để truy cập ngăn nhớ thuận lợi hơn nhiều so với sử dụng trực tiếp các ngăn nhớ
đó.
Ví dụ: Nội dung của các câu lệnh sau đều là chuyển giá trị 99H vào R0 của
băng thanh ghi 0
MOV 00, #99H (00 là địa chỉ của ô nhớ Ram 00)
MOV R0, #99H
Băng 2
Băng 3
Băng 0
Băng 1
7
6
F
E
17
16
R7
R6
R5
R7
R6
R5
R7
R6
R5
1F
1E
R7
R6
5
D
C
B
A
15
14
13
12
R5
R4
R3
R2
R1
R0
1D
1C
1B
1A
19
4
R4
R3
R2
R4
R3
R2
R4
R3
R2
3
2
1
0
R1
R0
9
8
R1
R0
11
10
R1
R0
18
d. Chuyển băng thanh ghi
Như đã nói ở trên, băng thanh ghi 0 là mặc định khi 8051 được cấp nguồn.
Chúng ta có thể chuyển sang các băng thanh ghi khác bằng cách sử dụng bit D3
và D4 của thanh ghi PSW.
PSW.4
PSW.3
Băng được chọn
Băng thanh ghi 0
Băng thanh ghi 1
Băng thanh ghi 2
0
0
1
0
1
0
14
1
1
Băng thanh ghi 3
Bit D3 và D4 của thanh ghi PSW còn được viết dưới dạng PSW.3 và PSW.4
và chúng có thể được truy cập bằng các lệnh định địa chỉ theo bit như SETB và
CLR. Ví dụ câu lệnh “SETB PSW.3” sẽ thiết lập PSW.3 lên 1 và chọn băng
thanh ghi 1 thay băng thanh ghi mặc định
1.4. Bộ nhớ Rom
Bộ nhớ chương trình:
Hình 2.3. Cấu trúc bộ nhớ chương trình
Hình 2.4. Địa chỉ các ngắt trên bộ nhớ chương trình
Hình 2.3 mô tả cấu trúc bộ nhớ chương trình. Sau khi khởi động, CPU bắt đầu
thực hiện chương trình ở vị trí 0000H. Hình 2.4 mô tả địa chỉ ngắt mặc định trên
bộ nhớ chương trình. Mối khi xảy ra ngắt, con trỏ của CPU sẽ nhảy đến đúng
địa chỉ ngắt tương ứng và thực thi chương trình tại đó. Ví dụ ngắt ngoài 0 sẽ có
địa chỉ là 0003H, khi xảy ra ngắt ngoài 0 thì con trỏ chương trình sẽ nhảy đến
đúng địa chỉ 0003H để thực thi chương trình tại đó. Nếu trong chương trình ứng
dụng không xử dụng đến ngắt ngoài 0 thì địa chỉ 0003H vẫn có thể dùng cho
mục đích khác (sử dụng cho bộ nhớ chương trình). Bởi vậy khi lập trình bằng
ngôn ngữ Assembly, phần đầu chương trình bao giờ cũng phải cho chương trình
nhảy đến địa chỉ cao hơn địa chỉ chứa các ngắt và mã lệnh viết cho các ngắt thì
phải viết đúng địa chỉ của các ngắt tương ứng.
2. Trao đổi thông tin trong 8051
15
Mục tiêu
- Giải thích đuợc nguyên lý trao đổi thông tin giữa các thành phần bên trong họ
8051
Bus
RO
ALU
RA
Việc trao đổi thông tin bên trong vi điều khiển được thực hiện chủ yếu giữa
ALU với bộ nhớ chương trình ROM và bộ nhớ RAM, thông qua các khối điều
khiển, các thanh ghi và hệ thống bus nội bộ gồm bus địa chỉ và bus dữ liệu.
Bộ nhớ ROM là nơi lưu giữ nội dung chương trình điều khiển cho 8051 dưới
dạng các chuỗi số nhị phân. Việc truy cập thông tin giữa ALU và ROM được
thực hiện thông qua thanh ghi bộ đếm chương trình PC, thanh ghi địa chỉ
chương trình Program address register, thanh ghi con trỏ Dptr, bộ tăng giá trị PC
(PC incrementer). Việc truy cập bộ nhớ dữ liệu được ALU thực hiện thông qua
thanh ghi địa chỉ Ram (Ram addr register).
Chương trình sau khi được soạn thảo, biên dịch và được nạp vào Rom sẽ tồn
tại vĩnh viễn, kể cả khi mất nguồn nuôi, còn dữ liệu trong Ram sẽ mất khi bị mất
nguồn nuôi. Khi mới bật nguồn, thông qua thanh ghi địa chỉ chương trình, con
trỏ PC sẽ xác định được địa chỉ bắt đầu của chương trình điều khiển, thông qua
hệ thống bus địa chỉ nội dung của câu lệnh sẽ được chuyển xuống thanh ghi lệnh
(Instruction register). ALU sẽ đọc nội dung của thanh ghi lệnh và thực hiện
đúng nội dung của câu lệnh. Trong quá trình thực hiện lệnh nếu cần lấy toán
hạng trên Ram, ALU truy cập đến các ô nhớ Ram thông qua thanh ghi địa chỉ
Ram. Các toán hạng trước khi được đưa vào ALU xử lý tính toán được lưu trữ
tạm thời ở các thanh ghi tạm của ALU, sau khi thực hiện xong phép tính ALU
trả kết quả về các thanh ghi chứa kết quả hay thanh ghi tích lũy Acc.
Các thành phần khác nhau trong 8051 đều sử dụng chung nguồn tài nguyên
bus, do đó việc điều phối hoạt động của bus được thực hiện thông qua khối điều
khiển bus (Timing and Control). Khối điều khiển bus hoạt động nhịp nhàng theo
xung nhịp của tần số thạch anh, khối điều khiển bus xác định thời điểm các
thành phần được phép trao đổi thông tin với ALU và trả kết quả ra ngoài. Mỗi
một câu lệnh được thực hiện mất một vài chu kì máy, đối với họ 8051 một chu lì
máy gồm 12 chu kì thạch anh. Ví dụ nếu tần số dao động của thạch anh bằng
11,0592Mhz, thì tần số chu kì máy bằng :
11,0592Mhz/12=921,6Khz
hay nói cách khác chu kì máy sẽ bằng 1/921,6Khz= 1,085µs.
16
Trong tập lệnh của 8051, mỗi lệnh sẽ có thời gian thực hiện khác nhau, có
lệnh thực hiện mất một chu kì máy nhưng có lệnh thực hiện mất hai chu kì máy.
Thời gian thực hiện lệnh phụ thuộc vào độ dài của câu lệnh và được nhà sản
xuất cung cấp. Thông qua thời gian thực hiện lệnh người viết chương trình tính
được thời gian để thực hiện một đoạn chương trình bằng bao nhiêu.
3. Sơ đồ và ý nghĩa các chân của 89C51
Mục tiêu
- Giải thích đuợc tác dụng, chức năng của các chân IC họ 8051
Hình dáng và sơ đồ chân của 8051
3.1. Port0
Cổng P0 có 8 chân(từ 32 đến 39). Bình thường đây là cổng ra/ Để có thể vừa
làm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi chân phải được nối tới một điện trở kéo
10kΩ bên ngoài. Sở dĩ như vậy là vì cổng P0 có dạng cực máng hở, đây là điểm
khác biệt so với cổng P1, P2, P3. Khái niệm cực máng hở cũng tương tự như
như colectơ hở, tuy nhiên ở đây áp dụng cho các chip dạng MOS. Ở mọi hệ
thống 8751, 89C51 hoặc DS5000 thì P0 luôn được nối với các điện trở kéo, và
như vậy ta có được cổng vào ra(I/O) P0. Với các điện trở kéo ngoài, khi khởi
động lại, cổng P0 được cấu hình làm cổng ra.
Cổng P0 được sử dụng để ghép nối với thiết vị ngoại vi, khi ghép nối với
thiết bị ngoại vi ngoài cổng P0 vừa có chức năng gửi/nhận dữ liệu, vừa là cổng
gửi/nhận địa chỉ.
3.2. Port1
Cổng P1 cũng có 8 chân, từ chân 1 đến chân 8, và có thể sử dụng làm đầu
vào hoặc ra, việc là cổng vào hay cổng ra phụ thuộc vào việc khai báo khi lập
17
trình cho cổng. Khác với cổng P0, cổng P1 không cần đến điện trở kéo vì nó đã
có các điện trở kéo bên trong. Khi Reset cổng P1 được cấu hình làm cổng ra.
3.3. Port 2
Cổng P2 cũng có 8 chân từ chân 21 đến 28, và có thể được sử dụng vừa làm
đầu vào hoặc đầu ra phụ thuộc vào việc lập trình khai báo cho cổng. Cũng giống
như P1, cổng P2 không cần điện trở kéo vì bên trong đã có các điện trở kéo. Khi
Reset, thì cổng P2 được
cấu hình làm đầu ra.
Cổng P2 được sử dụng để ghép nối với các thiết bị ngoại vi bên ngoài, khi
ghép nối với thiết bị ngoại vi ngoài, cổng P2 được sử dụng làm cổng gửi hay
nhận địa chỉ với thiết bị ngoại vi.
3.4. Port 3
Cổng P3 chiếm 8 chân, từ chân 10 đến chân 17. Cổng này có thể được sử
dụng làm đầu vào hoặc đầu ra. Cũng như P1 và P2, cổng P3 không cần điện trở
kéo. Khi Reset, cổng P3 được cấu hình làm một cổng ra, tuy nhiên đây không
phải là ứng dụng chủ yếu. Cổng P3 có thêm một chức năng quan trọng khác là
cung cấp một số tín hiệu đặc biệt, chẳng hạn như ngắt.
Bit P3.0 và P3.1 được dùng để thu và phát dữ liệu trong truyền thông nối
tiếp. Bit P3.2 và P3.3 được dùng cho ngắt ngoài. Bit P3.4 và P3.5 được dùng
cho các bộ định thời 0 và 1. Bit P3.6 và P3.7 dùng để ghi đọc với bộ nhớ ngoài.
3.5. Chân chốt địa chỉ ALE
Do bộ đếm PC của 8031/8051 là 16bit nên có thể truy cập được 64Kbyte. Ở
8031/8051, cổng P0 và P2 cung cấp địa chỉ 16 bit để truy cập tới bộ nhớ ngoài,
trong đó, P0 cấp 8bit địa chỉ thấp là A0-A7, còn P2 cấp 8 bit địa chỉ cao từ A8-
A15. Một nhiệm vụ quan trọng nữa đó là P0 còn được dùng để cấp bus dữ liệu 8
bit D0-D7. Như vậy, các chân P0.0-P0.7 vừa được dùng để làm bus địa chỉ vừa
được dùng làm bus dữ liệu. Cách tổ chức như vậy được gọi là dồn kênh dữ
liệu/địa chỉ chỉ là để tiết kiệm số chân của vi mạch 8031/8051. Vậy làm thế nào
để biết được khi nào thì P0 được dùng làm Bus dữ liệu khi nào làm Bus địa chỉ.
Đó là nhiệm vụ của chân cho phép chốt địa chỉ ALE để chốt địa chỉ (H), phương
pháp mở rộng địa chỉ như vậy được gọi là phân kênh dữ liệu/địa chỉ.
Bình thương ALE = 0 cổng P0 được dùng làm bus dữ liệu. Nhưng nếu
8031/8051 muốn dùng P0 làm bus địa chỉ thì cần nối bus địa chỉ A0-A7 vào các
chân của P0 và kích hoạt ALE=1 để báo trên P0 có địa chỉ.
3.6. Chân truy suất Rom ngoài
Một tín hiệu quan trọng khác của 8031/8051 là cho phép cất chương trình
PSEN(Program Store Enable). Đây là tín hiệu ra và được nối với chân OE của
bộ nhớ ROM. Như vậy, để truy cập bộ nhớ ROM bên ngoài thì 8031/8051 sử
dụng tín hiệu PSEN. Cần nhấn mạnh đến vai trò của EA và PSEN khi ghép nối
8031/8051 với ROM ngoài. Khi chân EA được nối đất thì 8031/51 nạp mã lệnh
từ ROM ngoài vào thông qua chân PSEN. Khi EA= Vcc, chip không kích hoạt
chân PSEN, điều này báo rằng mã lệnh đặt ở ROM trên chip.
3.7. Chân Reset
18
Reset là chân khởi động lại chip, đó là chân vào số 9, mức tích cực cao, bình
thường ở mức thấp. Khi có xung đặt tới chân này thì bộ vi điều khiển sẽ kết thúc
mọi hoạt động hiện tại và tiến hành khởi động lại. Quá trình xảy ra hoàn toàn
tương tự như khi bật nguồn. Khi Reset, mọi giá trị trên các thanh ghi sẽ bị xóa.
Lưu ý rằng khi Reset giá trị của bộ đếm chương trình PC sẽ bằng 0, và như
vậy CPU nhận mã lệnh đầu tiên tại địa chỉ 0000 của bộ nhớ ROM. Do đó, tại địa
chỉ này phải có lệnh đầu tiên chương trình nguồn ROM.
Để Reset có hiệu quả, chân RST cần duy trì trạng thái tích cực mức cao tối
thiểu 2 chu kỳ máy.
3.8. Các chân XTAL1 và XTAL2
XTAL1 và XAL2 là các chân vào của bộ dao động thạch anh ngoài. 8051 có
một bộ tạo dao động trên chip nhưng vẫn cần một bộ tạo dao dộng đồng hồ bên
ngoài chip để kích hoạt. Bộ dao động thạch anh ngoài được nối với các chân
XTAL1(chân 19) và XTAL2(chân 18). Khi mắc dao động thạch anh, phải có hai
tụ điện 30pF, một đầu mỗi tụ nối với XTAL1 và XTAL2 còn đầu kia nối đất.
Cần lưu ý rằng họ 8051 có nhiều phiên bản tốc độ khác nhau. Tốc độ được
hiểu là tần số cực đại của bộ dao động nối tới chân XTAL1, ví dụ chip 20MHz,
12MHz hoặc thấp hơn. Dao động đồng hồ ngoài không nhất thiết là bộ dao động
thạch anh mà cũng có thể dùng bộ dao động TTL. Khi đó bộ dao động được nối
tới chân XTAL1, còn chân XTAL2 để hở.
4. Các thanh ghi đặc biệt
Mục tiêu
- Giải thích đuợc tác dụng, chức năng của các thanh ghi đặc biệt của họ 8051
4.1. Thanh ghi PC
a. Bộ đếm chương trình
Một thanh ghi quan trọng khác của 8051 là bộ đếm chương trình. Bộ đếm
chương trình có tác dụng trỏ tới địa chỉ của lệnh kế tiếp cần được thực hiện. Mỗi
khi CPU nhận mã lệnh từ bộ
nhớ ROM, thì bộ đếm chương
trình tăng lên để trỏ đến lệnh
kế tiếp. Bộ đếm chương trình
của 8051 rộng 16 bit, điều đó
có nghĩa là, 8051 có thể truy
cập được địa chỉ chương trình
từ 0000 đến FFFFH, tổng cộng
là 64Kbyte. Tuy nhiên, không
phải tất cả mọi thành viên của
FFFH
Mã chương
trình trong
ROM
Con trỏ chương trình
PC
0000H
8051 đều có đủ 64k byte ROM trên chip. Vấn đề tiếp theo là khi bắt đầu bật
nguồn thì địa chỉ khởi đầu được bắt đầu từ đâu.
b. Địa chỉ bắt đầu của bộ đếm chương trình khi 8051 được cấp nguồn
Mỗi họ vi điều khiển khi bật nguồn đều được bắt đầu từ những địa chỉ khác
nhau. Đối với họ 8051 thì địa chỉ bắt đầu đều từ 0000. Nói cách khác khi 8051
được cấp nguồn, thì bộ đếm chương trình có giá trị 0000. Điều này có nghĩa là
nó sẽ thực hiện mã lệnh đầu tiên được lưu ở địa chỉ ROM 0000H. Tại sao lại ở
Tải về để xem bản đầy đủ
87 trang
10/01/2024
3280
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mô đun 25: Vi điều khiển - Nghề Điện dân dụng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mo_dun_25_vi_dieu_khien_nghe_dien_dan_dung.pdf
