Giáo trình Mô đun Vi điều khiển - Nghề Điện công nghiệp

- 1 -

- 2 -

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TỔNG CỤC DẠY NGHỀ

GIÁO TRÌNH

Mô đun: VI ĐIỀU KHIỂN

NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm

2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề

Năm 2013

- 3 -

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 và

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.

- 4 -

LỜI GIỚI THIỆU

Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp ở

trình độ CĐN và TCN, giáo trình Mô đun Vi điều khiển là một trong những

giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung

chương trình khung được Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội và Tổng cục

Dạy nghề ban hành dành cho hệ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề Điện tử

công nghiệp.

Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng

chặt chẽ với nhau, logíc.

Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức

mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu

đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực

tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao. Nội dung giáo trình được

biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 150 giờ gồm có:

Bài MĐ25-01: Sơ lược về lịch sử và hướng phát triển của vi điều khiển.

Bài MĐ25-02: Cấu trúc họ vi điều khiển 8051.

Bài MĐ25-03: Tập lệnh 8051.

Bài MĐ25-04: Bộ định thời.

Bài MĐ25-05: Cổng nối tiếp.

Bài MĐ25-06: Ngắt.

Bài MĐ25-07: Phần mềm hợp ngữ.

Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học

và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên

thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập

của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng.

Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các

trường có thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để

đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết.

Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm

biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về

Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai

Đồng Nai, ngày 10 tháng 06 năm 2013

Tham gia biên soạn

1. Chủ biên :TS. Lê Văn Hiền

2. Kỹ sư Lê Văn Hùng

3. Kỹ sư Nguyễn Văn Tuấn

- 5 -

MỤC LỤC

TRANG

LỜI GIỚI THIỆU ...........................................................................................- 2 -

BÀI 1 S Ơ L ƯỢ C V Ề L Ị CH S Ử VÀ H ƯỚ NG PHÁT TRI Ể N C Ủ A VI

Đ I Ề U KHI Ể N ...............................................................................................- 13 -

Nội dung chính:.............................................................................................- 13 -

1. L ị ch s ử xu ất hi ệ n b ộ vi đ i ề u khi ể n 8051. ...............................................- 13 -

2. Vi điều khiển (microcontroller). .................................................................- 15 -

2.1. Nguyên lý, cấu tạo. .................................................................................- 15 -

3.1. Sản ph ẩ m dân dụn g ................................................................................- 20 -

3.2. Trong các thiết b ị y tế..............................................................................- 20 -

3.3. Các sản ph ẩ m công n ghiệp.....................................................................- 20 -

4. H ướng phát triển. ....................................................................................- 21 -

BÀI 2 CẤU TRÚC CỦA HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 805 1 ...............................- 23 -

Nội dung chính:.............................................................................................- 23 -

1. Tổng quan .................................................................................................- 23 -

2. S ơ đồ chân vi đ i ề u khi ể n 8051:..............................................................- 27 -

2.1. Port 0......................................................................................................- 28 -

2.2. Port 1......................................................................................................- 29 -

2.3. Port 2......................................................................................................- 29 -

2.4. Port 3......................................................................................................- 29 -

2.5. Chân cho phép bộ nhớ ch ươ ng trình PSE N .......................................- 30 -

2.6.Chân cho phép chốt địa chỉ ALE...........................................................- 30 -

2.7. Chân truy xu ấ t ROM ngoài EA ............................................................- 31 -

2.8. Chân RESET ( RST ).............................................................................- 31 -

2.9. Các chân XTAL1, XTAL2 ...................................................................- 32 -

......................................................................................- 33 -

3. Cấu trúc Port I/O

.....................................................- 33 -

3.1. Chức năng các Port I/O (hình 2.8).

3.2. Kết nối các Port với led. ........................................................................- 35 -

........................................................................................- 37 -

4. Tổ ch ứ c b ộ n hớ.

12 ................................................- 37 -

4.1. Tổng quan tổ chức bộ nhớ (hình 2. )

4.2. Vùng RAM đ a n ă ng...............................................................................- 41 -

4.3. Vùng RAM đị nh địa ch ỉ bit...................................................................- 41 -

5. Các thanh ghi ch ứ c n ă ng đặc bi ệ t (SFR)...............................................- 41 -

5.1. T ừ tr ạ ng thái ch ươ ng trình PSW (program status word)..................- 41 -

5.3. Con tr ỏ Stack..........................................................................................- 43 -

5.4. Con tr ỏ d ữ li ệ u DPTR. ..........................................................................- 43 -

5.5. Các thanh ghi Port n ố i ti ế p....................................................................- 43 -

5.6. Các thanh ghi đị nh th ờ i........................................................................- 43 -

5.7. Các thanh ghi port n ố i ti ế p (Serial Data Buffer). ................................- 43 -

5.8. Các thanh ghi ng ắt .................................................................................- 44 -

5.9.Thanh ghi đ i ề u khi ể n ngu ồ n PCON.....................................................- 44 -

6. T ổ ch ứ c b ộ nh ớ ngoài. .............................................................................- 45 -

- 6 -

6.1. Truy xu ấ t b ộ nh ớ ch ươ ng trình ngoài. ...............................................- 47 -

6.2. Truy xu ấ t b ộ nh ớ dữ li ệ u ngoài...........................................................- 47 -

6.3.Gi ả i mã đị a ch ỉ........................................................................................- 47 -

7. Các c ải ti ế n c ủ a 8032/8052. .....................................................................- 47 -

8. Ho ạt độ ng Reset .......................................................................................- 48 -

BÀI 3 TẬP LỆNH 8051 ...............................................................................- 55 -

1. M ở đầ u ......................................................................................................- 55 -

1.1.Cú pháp l ệnh. ..........................................................................................- 55 -

1.2.Khai báo dữ l iệu. .....................................................................................- 56 -

2. Các ph ươ ng pháp đị nh đị a chỉ ................................................................- 57 -

2.1. Đị nh đị a ch ỉ b ằ ng thanh ghi (hình 3.1) ...............................................- 58 -

2.2. Đị nh đị a ch ỉ tr ự c ti ế p (hình 3.2) ............................................................- 58 -

2.3. Đị nh đị a chỉ gián ti ế p (Indirect Addressing) (hình 3.3)........................- 59 -

2.4. Định địa chỉ tức thời (Immediate Addressing )......................................- 60 -

2.5. Đị nh đị a chỉ t ươ ng

2.6. Đị nh đị a chỉ tuy ệ t

đ

ố i (hình 3.4).........................................................- 60 -

đ

ố i (hình 3.5)............................................................- 61 -

2.7. Đị nh đị a chỉ dài (Long Addressing) ( hình 3.6) ....................................- 61 -

2.8. Đị nh đị a chỉ chỉ s ố (Index Addressing). ...............................................- 61 -

3. Các nhóm lệnh. .........................................................................................- 62 -

3.1. Nhóm lệnh số học. ..................................................................................- 64 -

3.2. Nhóm lệnh logic......................................................................................- 73 -

3.3. Nhóm lệnh truyền dữ liệu. ....................................................................- 82 -

3.4. Nhóm lệnh boolean.................................................................................- 88 -

3.5.Nhóm lệnh rẽ nhánh ch ươ ng trình........................................................- 90 -

BÀI 4 B Ộ ĐỊ NH TH Ờ I .............................................................................- 103 -

Nội dung chính:...........................................................................................- 103 -

2.Thanh ghi SFR của timer........................................................................- 106 -

3. Các ch ế độ làm vi ệ c ...............................................................................- 108 -

4. Ngu ồ n cung c ấ p xung cho Timer. .........................................................- 109 -

4.1. Ch ứ c năng đị nh th ờ i ............................................................................- 110 -

5. Kh ở i động, d ừ ng và điều khiển Timer.................................................- 110 -

6. Kh ở i tạo và truy xuất thanh ghi Timer. ...............................................- 111 -

6.1. Đọ c b ộ đị nh th ời đ ang h oạt độ ng. ......................................................- 112 -

6.2. Th ờ i gian ngắn và th ờ i gian dài..........................................................- 114 -

7.1. Các thanh ghi điều khiển Timer 2......................................................- 115 -

7.2. Chế độ capture .....................................................................................- 117 -

7.3. Chế độ tự động nạp lại. .......................................................................- 118 -

7.4. Chế độ tạo xung clock. ........................................................................- 119 -

7.5 Chế độ tạo tốc độ baud........................................................................- 120 -

BÀI 5 CỔNG NỐI TIẾP (SERIAL PORT ).............................................- 124 -

1. M ở đầu....................................................................................................- 124 -

2. Thanh ghi điều khiển..............................................................................- 126 -

2.2. Thanh ghi BDRCON (Baud Rate Control Register).......................- 128 -

- 7 -

3. Chế độ làm việc .......................................................................................- 129 -

3.1. Thanh ghi dịch 8 bit (ch ế độ 0)..........................................................- 130 -

3.2. Chế độ UART 8 bit có tốc độ baud thay đổi ( ch ế độ 1)...................- 132 -

3.3. Ch ế độ 2: UART 9 bit với tốc độ Baud cố định ..............................- 134 -

3.4. Ch ế độ 3: UART 9 bit với tốc độ Baud thay đổi. ............................- 134 -

4. Khởi tạo và truy xuất thanh ghi PORT nối tiếp. ...............................- 134 -

4.1. Bit điều khiển cho phép nhận dữ liệu (Receive Enable). ..............- 134 -

4.2. Bit dữ liệu thứ 9. ..................................................................................- 134 -

4.3. Thêm vào bit chẵn lẻ Parity................................................................- 135 -

4.4. Các cờ ngắt ...........................................................................................- 135 -

5. Truyền thông đa xử lý (Multiprocessor Communications ). .................- 136 -

6. T ố c độ baud.............................................................................................- 138 -

...........................- 139 -

6.1. S ử d ụ ng b ộ đị nh th ời 1 là xung clock t ố c độ baud

6.2. Tạo t ố c độ baud b ằ ng Timer 1..........................................................- 140 -

6.3. Tạo t ố c độ baud b ằ ng Timer 2..........................................................- 143 -

6.4. Bộ tạo t ố c độ baud n ộ i ........................................................................- 144 -

BÀI 6 NG Ắ T...............................................................................................- 152 -

1. M ở đầ u.....................................................................................................- 152 -

2.1 Cho phép và không cho phép ng ắ t:.....................................................- 155 -

2.2 Ư u tiên ng ắ t ...........................................................................................- 156 -

2.3. Chu ỗi .....................................................................................................- 157 -

3.1 Các vector ng ắt .......................................................................................- 161 -

3.2. Ng ắ t ngoài (External Interrupt)..........................................................- 161 -

4. Thi ế t k ế ch ươ ng trình s ử d ụ ng ng ắ t. ...................................................- 162 -

4.1 Các trình ph ụ c v ụ n gắt kích th ước nh ỏ ................................................- 163 -

4.2 Các trình ph ụ c v ụ n gắt kích th ước l ớ n .................................................- 164 -

5. Ngắt cổng nối tiếp. ..................................................................................- 165 -

6. Các c ổ ng ng ắt ngoài ................................................................................- 167 -

7. Đồ thị thời gian của ngắt ........................................................................- 168 -

BÀI 7 PH Ầ N M Ề M H Ợ P NG Ữ ...............................................................- 181 -

1. Mở đầu .....................................................................................................- 181 -

1.1. Khái niệm ..............................................................................................- 181 -

1.2. Một số khái niệm. .................................................................................- 182 -

2. Hoạt động của trình biên dịch Assembler ............................................- 183 -

3. Cấu trúc chung ch ươ ng trình h ợ p ngữ cho 8051 .................................- 184 -

3.1. Các thành ph ầ n c ơ b ả n của ngôn ngữ Assembly ...............................- 184 -

3.2. Cấu trúc ch ươ ng trình dữ liệu. ...........................................................- 184 -

4. Tính bi ể u th ứ c trong khi h ợ p d ị ch .....................................................- 189 -

4.2. Các toán tử số học (arithetic operation). .............................................- 192 -

4.3. Các toán tử logic ...................................................................................- 192 -

4.4. Các toán tử quan hệ (relation operators). ...........................................- 193 -

4.5. Các toán tử khác ...................................................................................- 193 -

4.6. Thứ tự ư u tiên các toán tử. ..................................................................- 193 -

- 8 -

5. Các điều khiển của ASSEMBLER ........................................................- 194 -

5.1. Điều khiển trạng thái ASSEMBLER...................................................- 194 -

5.2. Chỉ dẫn định nghĩa kí hiệu. .................................................................- 195 -

5.3. Khởi tạo giá trị trong bộ nhớ ................................................................- 197 -

5.4. Định địa chỉ trong bộ nhớ. ..................................................................- 197 -

5.5. Liên kết ch ươ ng trình...........................................................................- 198 -

5.6. Cách chọn segment...............................................................................- 199 -

6. Hoạt động liên kết (Linker). ..................................................................- 200 -

7. Macr o .......................................................................................................- 200 -

7.1. Truyền tham số cho Macro. .................................................................- 201 -

7.2. Macro với nhãn cục bộ .........................................................................- 201 -

7.3. Tác động lặp lại (Repeat)......................................................................- 202 -

7.4. Các tác vụ điều khiển............................................................................- 203 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………….... ...-240-

- 9 -

MÔ ĐUN VI ĐIỀU KHIỂN

Mã mô đun: MĐ 25

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

- Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong môn

học mô đun: Kỹ thuật xung số điện tử cơ bản, điện tử nâng cao, điện tử

công suất, và học trước môn vi mạch số lập trình..

- Tính chất của mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề.

- Ý nghĩa của mô đun: mô đun giúp ngườu học có kiến thức về điều

khiển hệ thống va thiết bị bằng Vi đều khiển.

- Vai trò của mô đun: Là mô đun chuyên ngành giúp người học điều

Vi khiển hệ thống thông qua các Vi xử lý.

Mục tiêu của mô đun:

- Vận hành được các thiết bị và dây chuyền sản xuất dùng vi điều

khiển.

- Xác định được các nguyên nhân gây ra hư hỏng xảy ra trong thực

tế.

- Kiểm tra và viết được các chương trình điều kiển.

❖ Về kiến thức:

- Trình bày được cấu trúc, ứng dụng cả vi điều khiển trong công nghiệp.

- Kiểm tra và viết được các chương trình điều khiển.

❖ Về kỹ năng:

- Vận hành được các thiết bị và dây chuyền sản xuất dùng vi điều

khiển.

- Xác định được các nguyên nhân gây ra hư hỏng xảy ra trong thực

tế.

❖ Về thái độ:

- Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, cẩn thận, chính xác trong

học tập và thực hiện công việc

Nội dung của mô đun:

Thời gian

Mã bài Tên các bài trong mô đun

Tổng

số

Lý

thuyết

Thực Kiểm

Hành tra

- 10 -

Sơ lược về lịch sử và hướng

MĐ25- phát triển của vi điều khiển

01

4

1

4

1

1.

2.

3.

4.

Lịch sử phát triển

Vi điều khiển

1

7

Lĩnh vực và ứng dụng

Hướng phát triển

1

10

3

MĐ25- Cấu trúc họ vi điều khiển 8051

02

1

1.

2.

3.

4.

5.

Tổng quan

Sơ đồ chân

Cấu trúc Port I/O

Tổ chức bộ nhớ

Các thanh ghi chức năng đặc

biệt

- 11 -

1

6.

7.

8.

9.

Bộ nhớ ngoài

0,5

3

0,5

Các cải tiến của 8032/8052

Hoạt động Reset

3

Thực hành ứng dụng

Tập lệnh 8051

30

7

22

1

MĐ25-

03

1

4

1

2

4

1.

2.

3.

4.

Mở đầu

Các cách định địa chỉ

Các nhóm lệnh

Luyện tập

2

5

1

20

30

20

9

MĐ25-

Bộ định thời

04

1

1.

2.

Mở đầu

Thanh ghi SFR của timer

- 12 -

2

3.

4.

Các chế độ làm việc

Nguồn cung cấp xung cho

Timer

1

5.

6.

Khởi động, dừng, điều khiển

1

2

Timer

1

Khởi tạo và truy xuất thanh

ghi Timer

1

7.

8.

Timer 2 của 8052

Luyện tập

20

30

20

23

6

1

MĐ25-

Cổng nối tiếp

05

1

2

1

1.

2.

3.

4.

Mở đầu

Thanh ghi điều khiển

Chế độ làm việc

1

Khởi tạo và truy suất thanh

ghi PORT nối tiếp

- 13 -

2

1

5.

6.

7.

Truyền thông đa xử lý

Tốc độ BAUD

Luyện tập

Ngắt

20

30

20

21

8

1

MĐ25-

06

1

2

1

3

1

2

1

2

1.

2.

3.

4.

Mở đầu

Tổ chức ngắt của 8051

Xử lý ngắt

1

Thiết kế chương trình dùng

ngắt

1

5.

6.

7.

8.

Ngắt cổng nối tiếp

Các cổng ngắt ngoài

Đồ thị thời gian của ngắt

Luyện tập

1

20

- 14 -

16

6

9

1

MĐ25-

Phần mềm hợp ngữ

Mở đầu

07

1

2

1

1.

2.

3.

4.

Hoạt động của ASSEMBLER

Cấu trúc chương trình dữ liệu

1

Tính biểu thức trong khi hợp

dịch

2

0,5

1,5

0,5

5.

Các điều khiển của

ASSEMBLER

2

1

0,5

6.

7.

8.

Hoạt động liên kết

MACRO

1,5

5

Luyện tập

150

45

100

5

Tổng cộng

- 15 -

BÀI 1

SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA

VI ĐIỀU KHIỂN

Mã bài: MĐ25-01

Giới thiệu:

Trong những thập niên cuối thế kỷ XX, từ sự ra đời của công nghệ bán

dẫn, kỹ thuật điện tử đã có sự phát triển vượt bậc. Các thiết bị điện tử sau đó

đã được tích hợp với mật độ cao và rất cao trong các diện tích nhỏ,nhờ vậy

các thiết bị nhỏ hơn và nhiều chức năng hơn. Các thiết bị điện tử ngày càng

nhiều chức năng trong khi giá thành ngày càng rẻ hơn, chính vì vậy điện tử có

mặt khắp nơi. Bước đột phát mới trong kỹ thuật điện tử là tạo ra một thiết bị

điện tử mới là Vi điều khiển.

Một bộ vi điều khiển (microcontroller) được xem như là “một máy tính

trong một chip” – nó là một mạch điện tích hợp trên một chip, có thể lập trình

được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống.

Vi điều khiển được ứng dụng rất rộng rãi hiện nay. Đa số các lĩnh vực

đều có thể ứng dụng vi điều khiển. Và đối với nền cơ khí tự động hoá bây giờ

thì có lẽ nó đã gắn liền với vi xử lý. Vi điều khiển là một câu trúc siêu nhỏ,

gồm các linh kiện điện tử có kích thước micro hoặc nano kết hợp với nhau, và

được nối với các thiết bị bên ngoài qua các chân vi điều khiển. Vì vậy hiểu rõ

cấu trúc của nó, ta sẽ hiểu được mình đang làm việc với cái gì? Và nó hoạt

động như thế nào?

Mục tiêu:

- Trình bày được cấu trúc chung của vi điều khiển.

- Phát biểu được các ứng dụng của vi điều khiển và hướng phát

triển của vi điều khiển.

Nội dung chính:

1. Lịch sử xuất hiện bộ vi điều khiển 8051.

Mục tiêu:

- Trình bày được lịch sử hình thành và quá trình phát triển của họ vi

điều khiển 8051.

- Trình bày được cấu trúc chung của vi điều khiển.

Nội dung:

- Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748,

một chip tương tự như các bộ vi xử lý và là chip đầu tiên trong họ MCS-48.

Độ phức tạp, kích thước và khả năng của Vi điều khiển tăng thêm một bậc

quan trọng vào năm 1980 khi intel tung ra chip 8051, bộ Vi điều khiển đầu

- 16 -

tiên của họ MCS-51 và là chuẩn công nghệ cho nhiều họ Vi điều khiển được

sản xuất sau này. Chip 8051 chứa trên 60000 transistor bao gồm 4K byte

ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời

16 bit. Sau đó rất nhiều họ Vi điều khiển của nhiều nhà chế tạo khác nhau lần

lượt được đưa ra thị trường với tính năng được cải tiến ngày càng mạnh.

- Hiện nay có rất nhiều họ Vi điều khiển trên thị trường với nhiều ứng

dụng khác nhau, trong đó họ Vi điều khiển họ MCS-51 được sử dụng rất rộng

rãi trên thế giới và ở Việt Nam.

- Vào năm 1980 Intel công bố chíp 8051(80C51), bộ vi điều khiển đầu

tiên của họ vi điều khiển MCS-51. Nó bao gồm 4KB ROM, 128 byte RAM,

32 đường xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit. Tiếp theo sau đó

là sự ra đời của chip 8052, 8053, 8055 với nhiều tính năng được cải tiến.

- Hiện nay Intel không còn cung cấp các loại Vi điều khiển họ MCS-51

nữa, thay vào đó các nhà sản xuất khác như Atmel, Philips/signetics, AMD,

Siemens, Matra&Dallas, Semiconductors được cấp phép làm nhà cung cấp

thứ hai cho các chip của họ MSC-51. Chip Vi điều khiển được sử dụng rộng

rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay là Vi điều khiển của hãng

Atmel với nhiều chủng loại vi điều khiển khác nhau.

- Hãng Atmel có các chip Vi điều khiển có tính năng tương tự như chip

Vi điều khiển MCS-51 của Intel, các mã số chip được thay đổi chút ít khi

được Atmel sản xuất. Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel

khi sản xuất ở Atmel mã số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính

năng chương trình tương tự như nhau. Tương tự 8051,8053,8055 có mã số

tương đương ở Atmel là 89C51,89C53,89C55. Vi điều khiển Atmel sau này

ngày càng được cải tiến và được bổ sung thêm nhiều chức năng tiện lợi hơn

cho người dùng.

Bảng 1

Dung lượng RAM

Dung lượng ROM

Chế độ nạp

89C51

89C52

89C53

89C55

128 byte

4 Kbyte

8 Kbyte

12 Kbyte

20 Kbyte

song song

- Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị

trường dòng Vi điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt

là có thêm khả năng nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện

lợi cho người sử dụng.

- 17 -

Bảng 2

Dung lượng RAM

Dung lượng ROM

Chế độ nạp

89S51

89S52

89S53

89S55

128 byte

4 Kbyte

8 Kbyte

12 Kbyte

20 Kbyte

nối tiếp

- Tất cả các Vi điều khiển trên đều có đặc tính cơ bản giống nhau về

phần mềm (các tập lệnh lập trình như nhau), còn phần cứng được bổ sung với

chip có mã số ở hai số cuối cao hơn, các Vi điều khiển sau này có nhiều tính

năng vượt trội hơn Vi điều khiển thế hệ trước. Các Vi điều khiển 89Cxx như

trong bảng 1 có cấu tạo ROM và RAM như 98Sxx trong bảng 2, tuy nhiên

98Sxx được bổ sung một số tính năng và có thêm chế độ nạp nối tiếp.

- 8051 là bộ vi điều khiển 8 bit tức là CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit

dữ liệu. Dữ liệu lớn hơn 8 bit được chia thành các dữ liệu 8 bit để xử lý.

- 8051 đã trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác

(Siemens, Atmel, Philips, AMD, Matra, Dallas, Semiconductor …) sản xuất và

bán bất kỳ dạng biến thể nào của 8051 mà họ muốn với điều kiện họ phải để

mã chương trình tương thích với 8051. Từ đó dẫn đến sự ra đời của nhiều

phiên bản của 8051 với các tốc độ và dung lượng ROM trên chip khác nhau.

- Tuy nhiên, điều quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể của 8051,

cũng như khác nhau về tốc độ, dung lượng ROM nhưng tất cả các lệnh đều

tương thích với 8051 ban đầu. Điều này có nghĩa là nếu chương trình được

viết cho một phiên bản 8051 nào đó thì cũng sẽ chạy được với mọi phiên bản

khác không phụ thuộc vào hãng sản xuất.

- Các loại vi điều khiển khác: vi điều khiển AVR, vi điều khiển PIC, vi

điều khiển MCUs của Philips,...Ngoài ra, các loại vi điều khiển chuyên dụng

của các hãng sản xuất khác: các loại vi điều khiển này được sử dụng chuyên

dụng theo chức năng cần điều khiển.

Bảng 3: Địa chỉ của một số hãng sản xuất các thành viên vi điều khiển

Hãng

Địa chỉ Website

intel

Antel

www.intel.com/design/mcs51

www.atmel.com

Philips/Signetis

Siemens

Dallas Semiconductor

www.semiconductors.philips.com

www.sci.siemens.com

www.dalsemi.com

- 18 -

2. Vi điều khiển (microcontroller).

Mục tiêu : Hiểu được cấu trúc bên trong và nguyên lý hoạt động của bộ vi

điều khiển 8051.

2.1. Nguyên lý, cấu tạo.

2.1.1. Cấu tạo vi điều khiển.

- Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường

được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển thực chất gồm

một vi xử lý có hiệu suất đủ cao và giá thành thấp (so với các vi xử lý đa năng

dùng trong máy tính) kết hợp với các thiết bị ngoại vi như các bộ nhớ, các mô

đun vào/ra, các mô đun biến đổi từ số sang tương tự và từ tương tự sang số,

mô đun điều chế độ rộng xung (PWM)...

- Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng hệ thống nhúng. Nó

xuất hiện nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng,

điện thoại, dây truyền tự động...

- Hầu hết các loại vi điều khiển hiện nay có cấu trúc Harvard là loại cấu

trúc mà bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu được phân biệt riêng.

- Cấu trúc của một vi điều khiển gồm CPU, bộ nhớ chương trình (thường

là bộ nhớ ROM hoặc bộ nhớ Flash), bộ nhớ dữ liệu (RAM), các bộ định thời,

các cổng vào/ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài, tất cả các khối này

được tích hợp trên một vi mạch.

Các loại vi điều khiển trên thị trường hiện nay:

- VDK MCS-51: 8031, 8032, 8051, 8052,...

- VDK ATMEL: 89Cxx, AT89Cxx51...

- VDK AVR AT90Sxxxx

- VDK PIC 16C5x, 17C43...

2.1.2. Nguyên lý hoạt động của Vi điều khiển

Mặc dù đã có rất nhiều họ vi điều khiển được phát triển cũng như nhiều

chương trình điều khiển tạo ra cho chúng, nhưng tất cả chúng vẫn có một số

điểm chung cơ bản. Do đó nếu ta hiểu cặn kẽ một họ thì việc tìm hiểu

thêm một họ vi điều khiển mới là hoàn toàn đơn giản. Một kịch bản chung

cho hoạt động của một vi điều khiển như sau:

- Khi không có nguồn điện cung cấp, vi điều khiển chỉ là một con

chip có chương trình nạp sẵn vào trong đó và không có hoạt động gì xảy ra.

- Khi có nguồn điện, mọi hoạt động bắt đầu được xảy ra với tốc độ

cao. Đơn vị điều khiển logic có nhiệm vụ điều khiển tất cả mọi hoạt động. Nó

khóa tất cả các mạch khác, trừ mạch giao động thạch anh. Sau vài mili giây

đầu tiên tất cả đã sẵn sàng hoạt động.

- 19 -

- Điện áp nguồn nuôi đạt đến giá trị tối đa của nó và tần số giao

động trở nên ổn định. Các bit của các thanh ghi SFR cho biết trạng thái của

tất cả các mạch trong vi điều khiển. Toàn bộ vi điều khiển hoạt động theo chu

kỳ của chuỗi xung chính.

- Thanh ghi bộ đếm chương trình (Program Counter) được xóa về 0.

Câu lệnh từ địa chỉ này được gửi tới bộ giải mã lệnh sau đó được thực thi ngay

lập tức.

- Giá trị trong thanh ghi PC được tăng lên 1 và toàn bộ quá trình

được lặp lại vài … triệu lần trong một giây.

❖ Các kiểu cấu trúc bộ nhớ (Hình 1.1)

Hình 1.1. Cấu trúc bên trong của vi điều khiển.

- 20 -

- Memory (bộ nhớ): là ROM/RAM lưu trữ chương trình hay các kết

quả trung gian.

 Read Only Memory (ROM): Read Only Memory (ROM) là một

loại bộ nhớ được sử dụng để lưu vĩnh viễn các chương trình được thực thi.

Kích cỡ của chương trình có thể được viết phụ thuộc vào kích cỡ của bộ nhớ

này. ROM có thể được tích hợp trong vi điều khiển hay thêm vào như là một

chip gắn bên ngoài, tùy thuộc vào loại vi điều khiển. Cả hai tùy chọn có một

số nhược điểm. Nếu ROM được thêm vào như là một chip bên ngoài, các vi

điều khiển là rẻ hơn và các chương trình có thể tồn tại lâu hơn đáng kể. Đồng

thời, làm giảm số lượng các chân vào/ra để vi điều khiển sử dụng với mục

đích khác. ROM nội thường là nhỏ hơn và đắt tiền hơn, nhưng có thêm lá

ghim sẵn để kết nối với môi trường ngoại vi. Kích thước của dãy ROM từ

512B đến 64KB.

 Random Access Memory (RAM): Random Access Memory (RAM)

là một loại bộ nhớ sử dụng cho các dữ liệu lưu trữ tạm thời và kết quả trung

gian được tạo ra và được sử dụng trong quá trình hoạt động của bộ vi điều

khiển. Nội dung của bộ nhớ này bị xóa một khi nguồn cung cấp bị tắt.

- Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM) (hình 1.2)

EEPROM là một kiểu đặc biệt của bộ nhớ chỉ có ở một số loại vi điều khiển.

Nội dung của nó có thể được thay đổi trong quá trình thực hiện chương trình

(tương tự như RAM), nhưng vẫn còn lưu giữ vĩnh viễn, ngay cả sau

khi mất điện (tương tự như ROM). Nó thường được dùng để lưu trữ các

giá trị được tạo ra và được sử dụng trong quá trình hoạt động (như các giá trị

hiệu chuẩn, mã, các giá trị để đếm, v.v..), mà cần phải được lưu sau khi

nguồn cung cấp ngắt. Một bất lợi của bộ nhớ này là quá trình ghi vào

tương đối chậm.

Hình 1.2. Giao tiếp bộ nhớ