Giáo trình Vi điều khiển, vi xử lý

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN- VI XỬ LÝ

1. Giới thiệu về vi điều khiển PIC

1.1 Giới thiệu về vi điều khiển

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller là mạch tích hợp trên một chip có thể

lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống .Theo các tập lệnh của người

lập trình, bộ vi điêu khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và

tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó .

Trong các thiết bị điện và điện tử, các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt động của ti

vi, máy giặt, đầu đọc lase, lò vi ba, điện thoại …Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi

điều khiển sử dụng trong robot, các hệ thống đo lường giám sát .Các hệ thống càng thông

minh thì vai trò của vi điều khiển ngày càng quan trọng. Hiện nay trên thị trường có rất

nhiều họ vi điều khiển như: 6811 của Motorola, 8051 của Intel, Z8 của Zilog, PIC của

Microchip Technology .

1.2 Giới thiệu về vi điều khiển PIC

PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” ( Máy

tính khả trình thông minh) là sản phẩm của hãng General Instrument đặt cho dòng sản

phẩm đầu tiên của họ là PIC 1650. Lúc này Pic dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi

cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy người ta gọi PIC với tên là “ Peripheral Interface

Controller” ( bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) .

Năm 1985 General Instrument bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới

(Microchip Technology) huỷ bỏ hầu hết các dự án – lúc đó đã quá lỗi thời. Tuy nhiên PIC

được bổ sung EEPROM để tạo thành một bộ điều khiển vào ra khả trình. Ngày nay có rất

nhiều dòng PIC được sản xuất với hàng loạt các modul ngoại vi được tích hợp sẵn ( như

:USART, PWM, ADC…) với bộ nhớ chương trình từ 512 word đến 32k word.

PIC sử dụng tập lệnh RISC, với dòng PIC low-end (độ dài mã lệnh 12 Bit ví dụ

PIC12Cxxx) và mid-range (độ dài mã lệnh 14 bit , ví dụ PIC16Fxxx), tập lệnh bao gồm

khoảng 35 lệnh, và 70 lệnh đối với dòng PIC high-end( có độ dài mã lệnh 16bit

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

PIC18Fxxxx). Tập lệnh bao gồm các lệnh tính toán trên các thanh ghi, và các hằng số,

hoặc các vị trí ô nhớ, cũng như có các lệnh điều kiện, nhảy/ gọi hàm, và các lệnh quay trở

về, nó cũng có các chức năng phần cứng khác như ngắt hoặc sleep( chế độ hoạt động tiết

kiệm điện ). Microchip cung cấp môi trường lập trình MPLAB0, nó bao gồm phần mềm

mô phỏng và trình dịch ASM

Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng

chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau :

 8/16/24/32 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard

 Flash và Rom có thể tuỳ chọn 256 byte đến 256 kbybe

 Bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/ xoá lên tới hàng triệu lần

 Các cổng xuất/nhập (mức lôgic thường từ 0v đến 5v, ứng với mức logic 0 và 1,

dòng khoảng vài chục mA)

 8/16 bit timer

 Modun giao tiếp ngoại vi nối tiếp không đồng bộ: USART

 Modun giao tiếp ngoại vi song song (kiểu máy in)

 Bộ chuyển đổi ADC 10 bit nội gồm 8 kênh đầu vào

 Module ngoại vi MSSP dùng cho các giao tiếp I2C, SPI

 Modul CCP có chức năng

o Comparator (so sánh)

o Capture

o PWM: dùng trong điều khiển động cơ

Một số dòng vi điều khiển PIC hỗ trợ thêm:

 Hỗ trợ điều khiển động cơ 3 pha, 1 pha

 Hỗ trợ giao tiếp USB

 Hỗ trợ điều khiển Ethernet

 Hỗ trợ giao tiếp CAN

 Hỗ trợ giao tiếp LIN

 Hỗ trợ giao tiếp IRDA

 DSP những tính năng xử lý tín hiệu số

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

1.3 Các thành phần cơ bản của một mạch ứng dụng vi điều khiển PIC:

1.4 Các khái niệm cơ bản:

Cổng xuất nhập I/O:

Trong vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng:

 Cổng A gồm 6 chân: RA0, RA1.. RA5

 Cổng B gồm 8 chân: RB0, RB1,..RB7

 Cổng C gồm 8 chân: RC0, RC1, ..RC7

 Cổng D gồm 8 chân: RD0, RD1,..RD7

 Cổng E gồm 3 chân: RE0, RE1, RE2

Mỗi cổng thực chất được quản lý bởi các thanh ghi PORTA, PORTB, PORTC, PORTD,

PORTE nằm trong bộ nhớ RAM của vi điều khiển. Xem hình sau:

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

Bộ nhớ RAM của vi điều khiển PIC 16F877A gồm 4 bank nhớ. Nhìn vào các bank nhớ

ta có thể thấy các thanh ghi được đặt tên và các thanh ghi đa mục đích (General Purpose

Register).

 Các thanh ghi được đặt tên là các thanh ghi đặc biệt dùng để điều khiển, quản lý

hoặc thể hiện trạng thái của các khối chức năng trong vi điều khiển ví dụ PORTA

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

là đại diện cho các chân cổng A, PORTB là đại diện cho các chân cổng B v.v. Các

thanh ghi này có địa chỉ xác định và không được dùng cho các mục đích khác

 Các thanh ghi đa mục đích được dùng để đặt biến trong một chương trình ứng

dụng của vi điều khiển. Nhìn vào bản đồ bộ nhớ RAM, ta thấy biến có thể đặt từ

địa chỉ 20F đến 7Fh trong bank nhớ 0, A0h-EFh, 120h-16Fh, 1A0h-1EFh.

Trở lại vấn đề về các cổng, tới đây ta có thể đưa ra nhận xét:

Thanh ghi PORTA phản ánh trạng thái của các chân cổng A, nghĩa là muốn tín hiệu đầu

ra của các chân cổng A như thế nào ta chỉ việc đưa giá trị vào các bit tương ứng trên

thanh ghi PORTA. Cũng như khi đọc giá trị của thanh ghi PORTA ta sẽ biết được trạng

thái của các chân cổng A.

Ví dụ:

Muốn RA0 ở mức logic 1 (mức 5V), RA1 ở mức logic 0 (mức 0V), RA2 ở mức logic 1,

RA3 ở mức logic 0, RA4 ở mức logic 1, RA5 ở mức logic 1, ta chỉ việc gán giá trị

000110101 cho thanh ghi PORTA.

X

1

0

1

0

1

RA5

RA4

RA3

RA2

RA1

RA0

X: không quan tâm.

Tương tự như vậy với PORTB,PORT C,PORTD,PORTE.

Tính đa chức năng của một chân trên vi điều khiển:

Nhìn vào sơ đồ chân của vi điều khiển, ta có thể thấy một số chân của vi điều khiển có

tên gồm nhiều phần với dấu gạch chéo. Ví dụ: RA0/AN0, RC7/RX/DT, RC6/TX/CK

Đây chính là tính đa chức năng của một chân trên vi điều khiển hay còn gọi là sự dồn

kênh.

Ý nghĩa của nó là:

Bình thường nếu không được cài đặt thì tấc cả các chân trên 5 cổng A, B, C, D, E là các

chân vào ra số I/O.

Nếu trong chương trình ta có cài đặt một chức năng nào đó như RS232, ADC hoặc PWM

v.v thì các chân tương ứng với chức năng đó sẽ hoạt động theo chức năng đó. Khi đó

chân này sẽ không được dùng làm chân vào ra số như bình thường nữa.

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

Ví dụ: bình thường chân RA0/ANO là chân vào ra số RA0, nếu chức năng ADC với kênh

vào tín hiệu analog là kênh 0 được cài đặt khi đó chân RA0 /AN0 sẽ là chân vào của bộ

ADC, tức là hoạt động theo chức năng AN0.

Tương tự như vậy, khi cài đặt giao tiếp với thiết bị ngoại vi theo chuẩn RS232, chân vào

ra số RC7/RX/DT sẽ hoạt động như đầu vào dữ liệu RS232 tức là chức năng RX của

chân này.

Cài đặt vào/ra cho các chân vào ra số trên các cổng:

Các chân vào/ra số trên vi điều khiển PIC phải được cài đặt là chân vào hoặc chân ra thì

mới hoạt động đúng chức năng. Việc một chân trên cổng X (X=A,B,..E) được qui định là

đầu ra hay đầu vào phụ thuộc vào bit tương ứng trên thanh ghi TRISX (X=A,B,..E) là 0

hay 1.

Ví dụ: Muốn 4 chân thấp (bit thấp) trên cổng B (RB0-RB3) là chân vào, 4 chân cao (bit

cao) trên cổng B (RB4-RB7) là chân ra thì giá trị các bit trên thanh ghi TRISB sẽ là:

0

1

Gợi ý dễ nhớ là:

Để chân RB.m (m=0-7) là đầu ra, tức Output thì giá trị TRISB.m là 0

Là đầu vào, tức Input thì giá trị TRISB.m là 1

Tương tự như vậy đối với các chân trên các cổng còn lại

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F

2.1 Cấu trúc chung:

Hình 1: Cấu trúc chung của vi điều khiển

Cấu tạo của vi điều khiển có thể chia làm 2 phần cơ bản như sau:

-

Phần lõi: gồm bộ điều khiển trung tâm có chức năng chạy chương trình (gồm các

câu lệnh) đã được nạp vào trong bộ nhớ chương trình (program memory) trước

đó.

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

-

Phần ngoại vi: gồm có các timer, bộ biến đổi tương tự số ADC và các modun

khác

Phần lõi của vi điều khiển chịu trách nhiệm chạy chương trình trong vi điều khiển và

quản lý toàn bộ các hoạt động khác bao gồm hoạt động của ngoại vi.

Vi điều khiển chạy chương trình gồm các lệnh trong bộ nhớ chương trình, địa chỉ của

lệnh nằm trong thanh ghi bộ đếm chương trình PC, lúc khởi động PC=0, sau khi thực

hiện một lệnh PC=PC+1 do đó vi điều khiển chạy lệnh kế tiếp trong chương trình. Lệnh

vi điều khiển trong bộ nhớ thực ra đã được mã hóa mỗi lệnh thành 14 bit. Quá trình thực

hiện một lệnh gồm các bước:

- Lệnh trong bộ nhớ chương trình được đưa vào thanh ghi lệnh (địa chỉ của lệnh nằm

trong thanh ghi PC). Sau đó lệnh đưa vào bộ giải mã và điều khiển để giải mã lệnh. Trên

cơ sở đó, vi điều khiển biết lệnh đó là lệnh gì, thao tác với dữ liệu nào, phép thao tác

v.v.v Trên cơ sở đó, nếu lệnh thao tác với dữ liệu chứa trong các thanh ghi trong RAM,

bộ điều khiển điều khiển đọc dữ liệu trong RAM đưa vào bộ xử lý số học và logic ALU,

các phép toán sẽ được thực hiện qua trung gian là thanh ghi làm việc W, quá trình sẽ kết

thúc khi kết quả trả dữ liệu về cho chương trình, tiếp theo PC tăng lên 1 đơn vị, vi điều

khiển nhảy đến lệnh kế tiếp, tiếp tục 1 chu kì thực hiện lệnh

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

2.2 Bộ nhớ vi điều khiển pic 16f877A

Bộ nhớ vi điều khiển PIC chia làm 3 phần:

-

Bộ nhớ chương trình-FLASH: chứa nội dung của chương trình chạy trong vi điều

khiển. Bộ đếm chương trình PC (Program counter) sẽ thực hiện các lệnh chứa

trong bộ nhớ chương trình này theo thứ tự từ trên xuống.

-

Bộ nhớ dữ liệu tạm thời- RAM : Gồm 2 phần: các thanh ghi đặc biệt-SFR

(Special Function Register) - đây là các thanh ghi chức năng thể hiện hoặc trạng

thái, điều khiển của các khối bên trong vi điều khiển PIC (các thanh ghi trạng thái

các chân vi điều khiển như PORTA v.v, Các thanh ghi Status v.vv, TMR0 cho

timer v.v ). Các thanh ghi mục đích chung GPR (general purpose register) là nơi

lưu các giá trị tạm thời, nơi mà các biến chương trình nằm đây

-

Bộ nhớ dữ liệu không mất nội dung- EEPROM cho phép chứa các dữ liệu và dữ

liệu này không mất nội dung khi mất điện (phần này xem như thiết bị ngoại vi)

2.2.1 Bộ nhớ chương trình:

Bộ nhớ chương trình là nơi chứa các lệnh đã được mã hóa. Quá trình mã hóa đã được

thực hiện trong khâu dịch chương trình trên máy tính ra file hex và nạp chương trình vào

bộ nhớ chương trình.

Mỗi một lệnh đã được mã hóa được chứa trong 1 thanh ghi 14 bit trong bộ nhớ chương

trình. Như vậy khi hình dung về bộ nhớ chương trình ta có hình ảnh sau:

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

Chương trình của vi điều khiển chạy theo thứ tự từ địa chỉ thấp đến địa chỉ cao, địa chỉ

lệnh là nội dung của thanh ghi bộ đếm chương trình PC (Program Counter). Đối với

pic16f877a, thanh ghi PC có độ dài 13 bit.

Nếu dùng 2 bit địa chỉ ta phân biệt được 4 địa chỉ: 00,01,10,11

Nếu dùng 3 bit địa chỉ ta phân biệt được 8 địa chỉ: 000,001,010,011,100,101,110,111

Suy ra, PC dùng 13 bit địa chỉ ta phân biệt được 2^13= 2^3 x 2^10=8K địa chỉ

Khi bật nguồn cho vi điều khiển (hay ấn nút reset chương trình), PC được xóa về 0

Sau khi thực hiện xong 1 lệnh nội dung của PC tăng lên 1 đơn vị: PC=PC+1 (trừ 1 số

lệnh đặc biệt như gọi chương trình con, goto v.v.v)

Do vi điều khiển sẽ thực hiện lệnh tại địa chỉ chứa trong thanh ghi PC nên theo phân tích

trên có thể nói, vi điều khiển thực hiện lệnh tuần tự từ địa chỉ thấp đến địa chỉ cao

2.2.2 Mã hóa và giải mã lệnh:

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

Như đã nói ở trên, khi chương trình đã nằm trong bộ nhớ (tức là đã được nạp vào), các

lệnh đã được mã hóa thành số nhị phân 14 bit chứa trong các thanh ghi của bộ nhớ

chương trình.

Việc mã hóa này phải tuân theo qui luật của từng loại vi điều khiển mà cụ thể đối với

PIC16F877a thì việc mã hóa phải tuân theo qui luật của nhà sản xuất microchip qui định

để trong quá trình thực hiện 1 lệnh, bộ điều khiển bên trong của vi điều khiển PIC có thể

giải mã (để hiểu) và thực thi lệnh đó được.

Để tiện cho việc theo dõi, ta đưa ra bảng tổng hợp các lệnh vi điều khiển 16f877a như

sau:

Bảng 1: Tập hợp tấc cả các lệnh

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

Toàn bộ tập lệnh chia làm 3 dạng:

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

-

Lệnh thao tác theo từng byte (Byte-Oriented)

Lệnh thao tác theo từng bit (Bit-Oriented)

Lệnh thao tác với hằng số

Trong vi điều khiển pic16f877a không có lệnh thực hiện tương tác giữa 2 thanh ghi,

hay giữa thanh ghi và một số (chú ý ở đây, thanh ghi là thanh ghi nằm trong bộ nhớ

RAM, ví dụ như PORTA hoặc thanh ghi có địa chỉ 0x21 )

Để giải quyết vấn đề trên, trong vi điều khiển pic 16f877a có thanh ghi đặc biệt làm

chức năng trung gian cho các thao tác trên gọi là thanh ghi làm việc W (work

register)

Để dễ hiểu:

Giả sử ta có 2 biến a,b (tất nhiên là được khai báo và cấp phát trong bộ nhớ RAM)

Ta muốn thực hiện phép toán:

a=a+b

Trong PIC không có lệnh thực hiện giữa 2 thanh ghi a và b. Để thực hiện lệnh này ta

phải qua các bước:

W=0

W= w+b

a=w+a (sau lện này a=w+a=b+a)

Các lệnh thực hiện chuỗi phép toán trên như sau:

(sau lệnh này w=b)

CLRW

ADDWF b,0

ADDWF a,1

Phần cụ thể về lệnh sẽ được giới thiệu sau, ta trở lại vấn đề mã hóa lệnh

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

Cấu trúc một lệnh:

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

Cấu trúc một lệnh phụ thuộc vào 3 dạng thao tác theo byte, theo bit , thao tác với

hằng số

-

Các lệnh thao tác theo byte

Cấu trúc lệnh:

o Mã lệnh thanhghi,d

Đây là các tác động giữa thanh ghi trong RAM và thanh ghi làm việc W, d chỉ

hướng kết quả được lưu trữ. d=0 kết quả chứa trong w, d=1 kết quả chứa trong thanh ghi

Ví dụ: cộng thanh ghi a với w, kết quả chứa trong a

ADDWF a,1

cộng thanh ghi a với w, kết quả chứa trong w

ADDWF a,0

Câu hỏi đặt ra là khi vi điều khiển đọc mã lệnh trong bộ nhớ gồm các con số nhị phân

làm sao nó xác định được đâu là lệnh cộng (ADDWF) đâu là lệnh AND (ANDWF) ?

Câu trả lời là trong lúc mã hóa lệnh một số bit đầu tiên của chuỗi 14 bit lệnh dành để

phân biệt các lệnh với nhau hay còn gọi là mã toán tử hay theo tiếng anh là opcode

Đối với lệnh theo tác theo byte, vi điều khiển dùng 6 bit để mã hóa opcode

Để phân biệt khi nào kết quả chứa trong thanh ghi, khi nào thì chứa trong w, vi điều

khiển dành 1 bít hướng d: d=0 kết quả chứa trong thanh ghi w, d=1 kết quả chứa

trong thanh ghi.

7 bit còn lại trong để phân biệt lệnh tác động với thanh ghi nào trong bộ nhớ RAM

13

8

7

6

0

d(hướng)

FILE (địa chỉ thanh ghi)

OPCODE (toán

tử)

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

Ví dụ:

ADDWF

a, 0

Giải sử a địa chỉ là 0x30= 0b00110000

Mã lệnh sẽ là:

d(hướng)

FILE (địa chỉ thanh ghi)

OPCODE (toán

tử)

00 0111

0

0110000

-

Các lệnh thao tác theo bit

Cấu trúc lệnh gồm 3 phần:

o Mã lệnh thanh ghi, bit

Các lệnh bao gồm lệnh set 1 bit nào đó của một thanh ghi nào đó lên mức 1 hoặc xóa bít

đó về 0, hoặc kiểm tra 1 bit nào đó của một thanh ghi nào đó bằng 0 hoặc bằng 1 v.v

Từ đây, ta có thể thấy, cần một số bit trong 14 bit của 1 lệnh dành để phân biệt các lệnh

với nhau, cụ thể ở đây là 4 bit, cần 3 bít để xác định vị trí bít nào trong thanh ghi bị tác

động (vì vị trí bít là 0-7), còn lại 7 bít để xác định thanh ghi nào trong các thanh ghi bộ

nhớ RAM bị tác động

13

10 9

(toán

7

6

0

Vị trí bít

FILE (địa chỉ thanh ghi)

OPCODE

tử)

Ví dụ:

BCF a,3

Xóa bít 3=011 của thanh ghi a (giả sử a được khai báo trước và có địa chỉ

0x24=0b0010 0100 trong bộ nhớ RAM)

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

13

10 9

(toán

7

6

0

Vị trí bít

FILE (địa chỉ thanh ghi)

OPCODE

tử)

01 00

011

010 0100

-

Các lệnh thao tác với hằng số và điều khiển rẽ nhánh chương trình:

Cấu trúc lệnh:

o Mã lệnh hằng số k

Các lệnh thông thường:

13

8 7

0

Hằng số k

OPCODE

(toán

tử)

Trừ 2 lệnh Call k và goto k

13

11 10

0

Hằng số k

OPCODE

(toán

tử)

Ví dụ:

ADDLW

cộng 233 vào thanh ghi w

8 7

(toán

233

Miêu tả:

13

0

Hằng số k

OPCODE

tử)

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

11 111

1110 1001

Sau khi phân tích như trên, nhìn lại bảng 1: tập hợp tất cả các lệnh của vi điều khiển

pic16f877a ta đưa ra nhận xét sau:

-

2 bit đầu của 14 bit mã hóa lệnh xác định 3 dạng lệnh: thao tác theo byte (00),

thao tác theo bit (01), thao tác với hằng số (11 hoặc 10 hoặc 00)

Có tấc cả 18 lệnh thao tác byte, như đã nêu ở trên, để mã hóa mã lệnh (opcode-

toán tử) dùng hết 6 bít: 2 bít phân biệt dạng thao tác theo byte (00) vậy còn 4 bit

để phân biệt 18 lệnh thao tác byte. Như ta biết với 4 bit chỉ phân biệt được 2^4

=16 lệnh, làm sao phân biệt được 18 lệnh.

Thực ra vi điều khiển dùng 14 mã lệnh cho 14 lệnh, 2 mã lệnh còn lại, cụ thể là 00

0001 cùng cho 2 lệnh CLRF (xóa nội dung thanh ghi) CLRW (xóa nội dung thanh

ghi W) và mã 00 0000 cùng cho 2 lệnh MOVWF (chuyển nội dung của thanh ghi

w sang thanh ghi F (có địa chỉ cụ thể trong ram) ) và lệnh NOP (lệnh không thực

hiện nhiệm vụ gì). Thế làm sao phân biệt được CLRF và CLRW? Đơn giản là khi

gặp mã lệnh 00 0001 vi điều khiển kiểm tra tiếp bit hướng d: rõ ràng nếu d=0 (kết

quả chứa trong w) thì đây là lệnh CLRW, nếu d=1 (kết quả chứa trong thanh ghi

f) thì đây là lệnh CLRF

Khi gặp mã 00 0000, vi điều khiển kiểm tra tiếp bit hướng d, d =1 thì đây là lệnh

MOVWF, d=0 là lệnh NOP

-

Có 4 lệnh thao tác theo bit. 2 bit mã thao tác theo bit là 01, 2 bit còn lại trong

OPCODE (xem bên trên) để mã hóa 4 lệnh

Có 13 lệnh thao tác với hằng số và điều khiển: một số lệnh có 2 bit mã thao tác là

11 hoặc 10 hoặc 00. Kiểm tra các bit còn lại ta thấy đều có cách để vi điều khiển

thực hiện phân biệt được các lệnh với nhau

2.2.3 Cấu trúc bộ nhớ và stack:

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

2.2.3.1 Thanh ghi bộ đếm chương trình:

Tại mỗi thời điểm, vi điều khiển thực hiện 1 lệnh trong bộ nhớ chương trình có địa chỉ

cho bởi thanh ghi bộ đếm chương trình PC (Program Counter) gồm 13 bit. Nhắc lại là với

độ dài 13 bit, thanh ghi PC có thể phân biệt được tối đa 2^13=8K địa chỉ.

Cấu trúc thanh ghi PC gồm 2 phần: phần thấp PCL (Program Counter Low) 8 bit 0-7,

phần cao PCH (Program Counter High) 5 bit 8-12

PCH

PCL

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

Trong đó các bit trong PCL là các bit có thể đọc ghi được

Các bit trong PCH<12-8> không thể đọc ghi và được cập nhật thông qua thanh ghi

PCLATCH<4-0>. Nghĩa là mỗi một lần tác động thay đổi 4 bit PCLATCH sẽ dẫn đến

thay đổi nội dung PCH.

Nhìn vào tổ chức bộ nhớ chương trình của vi điều khiển ta thấy rằng bộ nhớ chương trình

gồm 8 K chia thành 4 bank nhớ, mỗi bank có dung lượng 2 K từ nhớ:

-

Bank 0: 0000h-07FFh

Bank 1: 0800h-0FFFh

Bank 2: 1000h-17FFh

Bank 3: 1800h-1FFFh

2 bit cao PCLATCH<4-3> sẽ qui định vi điều khiển đang truy cập bank nhớ nào trong 4

bank nêu trên.

Khi bàn đến các lệnh CALL, GOTO, các lệnh trở về từ chương trình con, chương trình

ngắt ta sẽ quay lại vấn đề này

2.2.3.2 Reset vector:

Mỗi khi chương trình vi điều khiển bị reset lại (tắt nguồn, ấn nút reset), thanh ghi PC bị

xóa về 0, vậy vi điều khiển bắt đầu thực hiện lệnh chứa tại địa chỉ 0000h. Do đó địa chỉ

này gọi là địa chỉ vector reset

2.2.3.3 Stack:

Trong khi thực hiện chương trình, sẽ có những đoạn chương trình được thực hiện nhiều

lần, người lập trình để đơn giản chương trình sẽ đưa đoạn chương trình đó thành chương

trình con, mỗi lần cần thực hiện đoạn chương trình thì đơn giản là gọi chương trình con

đó.

Ví dụ chương trình con hay dùng nhất là chương trình delay ví dụ như các chương trình

con delay 100ms dưới đây

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

;************* 1msec Timer Subroutine *****************

t1m movlw d'2'

movwf cnt1m

tm1lp1 movlw d'249'

movwf cnt500u

tm1lp2 nop

;(1)

Set loop cnt1

Save loop cnt1

;(1)*2 Set loop cnt2

;(1)*2 Save loop cnt2

;(1)*249*2 Time adjust

;(1)*249*2 cnt500u-1=0 ?

;(2)*248*2 No, continue

;(1)*2 cnt1m-1=0 ?

nop

decfsz cnt500u,f

goto tm1lp2

decfsz cnt1m,f

goto tm1lp1

;(2)

No. Continue

Yes. Cnt end

return

;Total 2501*0.4usec=1msec

;************* 100msec Timer Subroutine ***************

t100m movlw d'100'

movwf cnt100m

tm2lp call t1m

decfsz cnt100m,f

goto tm2lp

;Set loop counter

;Save loop counter

;1msec subroutine

;cnt100m - 1 = 0 ?

;No. Continue

return

;Yes. Count end

;************* 500msec Timer Subroutine ***************

t500m movlw d'5'

movwf cnt500m

tm3lp call t100m

decfsz cnt500m,f

goto tm3lp

;Set loop counter

;Save loop counter

;100msec subroutine

;cnt500m - 1 = 0 ?

;No. Continue

return

;Yes. Count end

chương trình chính:

-----

bcf a,3

call t1m

bsf a,3

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ

GV: TRẦN THÁI ANH ÂU

Như vậy sau khi thực hiện lệnh bcf a,3, gặp lệnh call t1m, thanh ghi PC được load địa chỉ

bắt đầu của chương trình t1m, sau khi gặp lệnh return vi điều khiển trở về chương trình

chính thực hiện lệnh bsf a,3. Câu hỏi đặt ra là làm sao vi điều khiển nhớ được địa chỉ trở

về? thực ra khi gặp lệnh CALL t1m, nội dung thanh ghi PC tăng lên 1 đơn vị và giá trị

này được lưu vào stack, sau đó PC được load địa chỉ của lệnh đầu tiên trong chương trình

con t1m và do đó vi điều khiển sẽ thực hiện lệnh của chương trình con t100m, cho đến

khi gặp lệnh return, PC load được chỉ đã lưu trước đó ở stack ra, và do đó thực hiện tiếp

lệnh bsf a,3

Qua ví dụ nói trên ta đã hình dung được nhiệm vụ của stack là lưu địa chỉ trở về từ

chương trình con, chương trình ngắt (sẽ đề cập sau)

Stack của vi điều khiển pic16f877a có thể quản lý đến 8 mức stack. Nếu sử dụng đến

mức stack thì 9 thì mức stack 9 này sẽ viết đè lên mức 1.

2.2.2.4 Vector ngắt:

Chưa bàn đến ngắt, nhưng chúng ta hình dung như thế này: mặc định vi điều khiển thực

hiện chương trình chính, khi có sự kiện ngắt xảy ra, nếu ngắt đó được cài đặt trước trong

chương trình thì vi điều khiển sẽ dừng thực hiện chạy chương trình chính và nhảy vào địa

chỉ 0004h, tại đó phần xử lý ngắt này do người lập trình viết chương trình thực hiện

Và địa chỉ 0004h trong bộ nhớ chương trình được gọi là vector ngắt.

2.3 Tập lệnh vi điều khiển PIC:

2.3.1 Thời gian thực hiện 1 lệnh:

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Giáo trình Vi điều khiển, vi xử lý - Trần Thái Anh Âu