Xem mẫu
- Luân văn tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI :
KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN- THIẾT KẾ-THI CÔNG
MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG
SVTH :NGUYỄN HỒNG VŨ
NGUYỄN THANH VŨ
GVHD:LÊ THANH ĐẠO
TP.HỒ CHÍ MINH 3-2000
Trang 1
- Luân văn tốt nghiệp
LỜI CẢM TẠ
Chúng em xin chân thành cảm
ơn Thầy Lê Thanh Đạo đã tận
tình hướng dẫn và giúp đơ chúng
em trong suốtthờigian thực hiện
luận văn .
Xin cảm ơn qúi thầy côKhoa
Điện và các bạn sinh viên cùng
khóa đã đóng góp những ý kiến qúi
báo để tập luậnvănnàyhồn thành
đúng thời gian.
Nhóm sinh viên thực
hiện.
Trang 2
- Luân văn tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành công nghiệp
luyện kim, chề biến thực phẫm… vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đặc biệt được
chú trọng đến vì nó là một yếu tố quyết định chất lượng sản phẫm. Nắm được tầm
quan trọng của vấn đề trên nhóm thực hiện tiến hành nghiên cứu và thiết kế một hệ
thống đo và khống chế nhiệt độ tự động, với mong muốn là giải quyết những yêu
cầu trên, và lấy đó làm đề tài tốt nghiệp cho mình.
Những kiến thức năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ đ ược
đánh giá qua đợt bảo vệ luận văn cuối khóa. Vì vậy chúng em cố gắng tận dụng tất
cả những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tồi nghiên cứu, để có thể hồn
thành tốt luận văn này. Những sản phẫm những kết quả đạt được ngày hôm nay tuy
không có vì lớn lao. Nhưng đó là những thành quả của năm học tập. Là thành công
đầu tiên của chúng em trước khi ra trường .
Mặt dù chúng em rất cố gắng để hồn thành tập luận văn này đúng thời hạn, nên
không tránh khỏi những thiếu sót mong quí thầy cô thông cảm. Chúng em mong được
đón nhận những ý kiến đóng góp. Cuối cùng xin chân thành cảm ơn quí thầy cô và
các bạn sinh viên.
Nhóm sinh viên thực hiện
NGUYỄN HỒNG VŨ
NGUYỄN THANH VŨ
Trang 3
- Luân văn tốt nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Trang 4
- Luân văn tốt nghiệp
Trang 5
- Luân văn tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP_ TỰ DO _HẠNH PHÚC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN _ĐIỆN TỬ
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên thực hiện : Nguyễn Hồng Vũ__Nguyễn Thanh Vũ
Lớp : 95 KĐĐ
Ngành : điện _điện tử
1.Tên đề tài : KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN_THIẾT KẾ_THI
CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG.
2. Các số liệu ban đầu :
3.Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn :
4.Các bản vẽ :
5.Giáo viên hướng dẫn : LÊ THANH ĐẠO
6. Ngày giao nhiệm vụ :
7.Ngày hồn thành nhiệm vụ :
Thông qua bộ môn.
Ngày___tháng___năm___
Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn
Trang 6
- Luân văn tốt nghiệp
MỤC LỤC
Trang
A_PHẦN GIỚI THIỆU
TRANG TỰA
NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
LỜI NÓI ĐẦU
LỜI CẢM ƠN
B_PHẦN NỘI DUNG 1
Chương 1: DẪN NHẬP 1
I.ĐẶT VẤN ĐỀ 1
II.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1
III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1
Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 3
I.GIỚI THIỆU 3
II.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 3
III.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051/8031 4
Chương 3: KHẢO SÁT IC GIAO TIẾP NGOẠI VI 8255A 38
I.CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 38
II.CẤU TRÚC PHẦN MỀM 40
III.GIAO TIẾP GIỮA VI XỬ LÝ VỚI 8255A 42
Chương 4: KHẢO SÁT BỘ NHỚ BÁN DẪN 43
I.BỘ NHỚ CHỈ ĐỌC (ROM : READ ONLY MEMORY) 43
II.BỘ NHỚ RAM (RANDOM ACCESS MEMORY) 46
Chương 5: ĐO NHIỆT ĐỘ 48
I.HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG 48
II.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 49
Chương 6: CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SANG SỐ
51
I.KHÁI NIỆM CHUNG 51
II. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN CHUYỂN ĐỔI AD 51
III.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI ADC 52
Trang 7
- Luân văn tốt nghiệp
Chương 7: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 56
I.NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 56
II.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI 56
III.THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHỐI 56
IV.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH 71
V.THI CÔNG 89
CHƯƠNG KẾT LUẬN 83
C_PHỤ LỤC – TÀI LIỆU THAM KHẢO 85
I.PHỤ LỤC 85
II.TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 8
- Luân văn tốt nghiệp
Chương 1:DẪN NHẬP
I.ĐẶT VẤN ĐỀ :
Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ
thống điều khiển dần dần được tự động hóa. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử
lí, vi mạch số … đựơc ứng dụng vào lỉnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều
khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các
hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước.
Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo và khống
chế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắm
bắt được nhiệt độ làm việc cuả các hệ thống. Dây chuyền sản xuất … giúp ta biết
được tình trạng làm việc của c ác yêu cầu. Và có những xử lý kịp thời tránh đ ược
những hư hỏng và sự cố có thể xảy ra.
Để đáp ứng được yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động, thì có nhiều
phương pháp để thực hiện, nghiên cửu khảo sát vi điều khiển 8051 nhóm thực hiện
nhận thấy rằng: ứng dụng vi điều khiển 8051 vào việc đo và khống chế nhiệt độ tự
động là phương pháp tối ưu nhất. Đồng được sự đồng ý của khoa Điện Trường Đại
Học Sư Phạm Kỹ Thuật. Nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài “ Khảo sát và
ứng dụng vi điều khiển thiết kế thi công mạch khống chế nhiệt độ phòng” .
II.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI :
Với thời gian gần mười tuần thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên môn có
hạn, chúng em đã cố gắng hết sức để hồn thành tập luận văn này, nhưng ch ỉ gi ải
quyết được những vấn đề sau :
• Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong dải từ 00C – 1000C hiển thị số .
• Khống chế nhiệt độ ở mức 200C .
• Viết chương trình (phần mềm) để đáp ứng các yêu cầu trên .
• Do thời gian quá hạn hẹp nên chúng em chỉ thiết kế một đầu đo và chỉ
khống chế ở một mức nhiệt độ 200C .
III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU :
Mục đích trước hết khi thực hiện đề tài này là để hồn tất chương trình môn
học để đủ điều kiện ra trường .
• Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là chúng em muốn phát huy
những thành quả ứng dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm,
những thiết bị tiên tiến hơn, và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn.
• Mặt khác tập luận văn này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho
những sinh viên khóa sau. Giúp họ hiểu rõ hơn về những ứng dụng của vi điều
khiển .
• Ngòai ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để chúng
em tự kiểm tra lại những kiến thức đã được học ở trường, đồng thời phát huy
tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra. Và đây cũng là
dịp để chúng em tự khẳng định mình trước khi ra trường để tham gia vào các hoạt
động sản xuất của xã hội.
Trang 9
- Luân văn tốt nghiệp
Chương 2
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN
I.GIỚI THIỆU :
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 một hệ thống. Theo các tập
lệnh của người lập trình, bộ vi điều 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 thiếh bị điện và điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển, điều
khiển hoạt động của TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thọai, lò vi-ba … Trong hệ
thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự
động. Các hệ thống càng “thông minh” thì vai trò của hệ vi điều khiển càng quan
trọng.
II.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA C ÁC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN :
Bộ vi điều khiển thực ra, là một loại vi xử lí trong tập hợp các bộ vi x ử lý nói
chung. Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lí, từ những năm 70 do s ự phát
triển và hồn thiện về công nghệ vi điện tử dựa trên kỹ thuật MOS (Metal-Oxide-
Semiconductor) , mức độ tích hợp của các linh kiện bán dẫn trong một chip ngày càng
cao.
Năm 1971 xuất hiện bộ vi xử lí 4 bit loại TMS1000 do công ty texas Instruments
vừa là nơi phát minh vừa là nhà sản xuất. Nhìn tổng thể thì bộ vi xử lí chỉ có chứa
trên một chip những chức năng cần thiết để xử lí chương trình theo một trình tự, còn
tất cả bộ phận phụ trợ khác cần thiết như : bộ nhớ dữ liệu , bộ nhớ chương trình ,
bộ chuển đổi AID, khối điều khiển, khối hiển thị, điều khiển máy in, hối đồng hồ
và lịch là những linh kiện nằm ở bên ngồi được nối vào bộ vi xử lí.
Mãi đến năm 1976 công ty INTEL (Interlligen-Elictronics). Mới cho ra đời bộ vi
điều khiển đơn chip đầu tiên trên thế giới với tên gọi 8048. Bên cạnh bộ xử lí trung
tâm 8048 còn chứa bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình, bộ đếm và phát thời gian
các cổng vào và ra Digital trên một chip.
Các công ty khác cũng lần lược cho ra đời các bộ vi điều khiển 8bit tương tự
như 8048 và hình thành họ vi điều khiển MCS-48 (Microcontroller-sustem-48).
Đến năm 1980 công ty INTEL cho ra đời thế hệ thứ hai của bộ vi điều khiển
đơn chip với tên gọi 8051. Và sau đó hàng loạt các vi điều khiển cùng lo ại với 8051
ra đời và hình thành họ vi điều khiển MCS-51 .
Đến nay họ vi điều khiển 8 bit MCS51 đã có đến 250 thành viên và hầu hết các
công ty hàng dẫn hàng đầu thế giới chế tạo. Đứng đầu là công ty INTEL và rất
nhiều công ty khác như : AMD, SIEMENS, PHILIPS, DALLAS, OKI …
Ngồi ra còn có các công ty khác cũng có những họ vi điều khiển riêng như:
Họ 68HCOS của công ty Motorola
Họ ST62 của công ty SGS-THOMSON
Họ H8 của công ty Hitachi
Họ pic cuả công ty Microchip
III.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ 8031:
IC vi điều khiển 8051/8031 thuộc họ MCS51 có các đặt điểm sau :
- 4kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051)
- 128 búyt RAM
- 4port I10 8bit
- Hai bộ định thời 16bit
Trang 10
- Luân văn tốt nghiệp
- Giao tiếp nối tiếp
- 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng
- 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng
- một bộ xử lí luận lí (thao tác trên các bit đơn)
- 210 bit được địa chỉ hóa
- bộ nhân / chia 4µs
1.CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA 8051 / 8031 :
INT\*1
INT\*0
TIMER2
TIMER1
PORT nối tiềp
Rom T1*
Điều Các 128 4K-8051 Timer1
khiển ngắt ùthanh ghi byte Timer2 T2*
OK-8031
khác Ram
CP U
Tạo dao Điều khiển Các port I\O Port nối
động bus tiếp
P0 P1 P2
EA\ RST PSEN ALE
P3
TXD* RXD*
Hình 2.1 : Sơ Đồ Khối 8051 / 8031
Phần chính của vi điều khiển 8051 / 8031 là bộ xử lí trung tâm (CPU: central
processing unit ) bao gồm :
- Thanh ghi tích lũy A
- Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia
- Đơn vị logic học (ALU : Arithmetic Logical Unit )
- Từ trạng thái chương trình (PSW : Prorgam Status Word)
- Bốn băng thanh ghi
- Con trỏ ngăn xếp
Trang 11
- Luân văn tốt nghiệp
- Ngồi ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian
và logic.
Đơn vị xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ giao động, ngồi ra còn có khả
năng đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngồi.
Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở
bên trong. Các nguồn ngắt có thể là : các biến cố ở bên ngồi , sự tràn bộ đ ếm đ ịnh
thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp.
Hai bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm.
Các cổng (port0, port1, port2, port3 ). Sử dụng vào mục đích điều khiển.
Ơû cổng 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ nhớ
bên ngồi, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn bên
ngồi.
Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ, làm
việc độc lập với nhau. Tốc độ truyền qu ổng nối tiếp có thể đặt trong vảy rộng và
được ấn định bằng một bộ định thời.
Trong vi điều khiển 8051 / 8031 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ
và các thanh ghi :
Bộ nhớ gồm có bộ nhớ Ram và bộ nhớ Rom (chỉ có ở 8031) dùng để lưu trữ dữ
liệu và mã lệnh.
Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lí. Khi CPU làm
việc nó làm thay đổi nội dung củ ác thanh ghi.
2.CHỨC NĂNG CÁC CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN :
Trang 12
- Luân văn tốt nghiệp
40
30
19 32
p Vc Po.7 AD7
XTAL1 c Po.6 33 AD6
12MH 34
z Po.5 AD5
XTAL2 Po.4 35 AD4
18 36
30 Po.3 AD3
Po.2 37 AD2
p
Po.1 38 AD1
Po.0 39 AD0
29
PSEN 30
ALE 8
P2.7
31 7
EA\ P2.6
9 6
RET P2.5
5
P2.4
4
P2.3
3
17 P2.2
RD\ 2
16 P2.1
WR\ 1
15 P2.0
T1
T0 14
13 2 A1
INT1 P1.7
12 8 5
INT0 P1.6
11 2 A1
TXD P1.5
10 7 4
RXD P1.4
2 A1
P1.3
6 3
P1.2
2 A1
P1.1
5 2
P1.0
Vss 2 A1
4 1
2 A1
20
3 0
2
Hình 2.2 : Sơ Đồ Chân 8051 A9
2 A8
a.port0 : là port có 2 chức năng ở trên chân từ 32 2 ến 39
đ trong các thiết kế cỡ
nhỏ 1
( không dùng bộ nhớ mở rộng ) có hai chức năng như các đường IO. Đối với các thiết
kế cỡ lớn ( với bộ nhớ mở rộng ) nó được kết hợp kênh giữ a các bus )
b.port1 : port1 là một port I/O trên các chân 1-8. Các chân được ký hiệu P1.0,
P1.1, P1.2 … có thể dùng cho các thiết bị ngồi nếu cần. Port1 không có ch ức năng
khác, vì vậy chúng ta chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngồi.
c.port2 : port2 là một port công 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 kế dùng bộ
nhớ mở rộng.
d.Port3 : port3 là một port công dụng kép trên các chân 10 – 17. Các chân của
port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tín
đặc biệt của 8051 / 8031 như ở bảng sau :
Trang 13
- Luân văn tốt nghiệp
Bit Tên Chức năng chuyển đổi
P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp
P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp
P3.2 INTO Ngắt 0 bên ngồi
P3.3 INT1 Ngắt 1 bên ngồi
P3.4 TO Ngõ vào của timer/counter 0
P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter 1
P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngồi
P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngồi
Bảng 2.1 : Chức năng của các chân trên port3
e.PSEN (Program Store Enable ) : 8051 / 8031 có 4 tín hiệu điều khiển
PSEN là tín hiệu ra trên chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ
chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của một
EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh.
PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhị phân của chương
trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051 để giải
mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội (8051) PSEN sẽ ở mức thụ động
(mức cao).
f.ALE (Address Latch Enable ) :
tín hiệu ra ALE trên chân 30 tương hợp với các thiết bị làm việc với các xử lí
8585, 8088, 8086, 8051 dùng ALE một cách tương tự cho làm việc giải các kênh các
bus địa chỉ và dữ liệu khi port 0 được dùng trong chế độ chuyển đổi của nó : vừa là
bus dữ liệu vừa là búyt thấp của địa chỉ, ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một
thanh ghi bên ngồi trong nữa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó, các đ ường port 0 dùng
để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nữa sau chu kỳ của bộ nhớ.
Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có
thể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống. Nếu xung trên 8051 là 12MHz
thì ALE có tần số 2MHz. Chỉ ngoại trừ khi thi hành lệnh MOVX, một xung ALE s ẽ
bị mất. Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong 8051.
g.EA (External Access) :
Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức
thấp (GND). Nếu ở mức cao, 8051 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng
địa chỉ thấp (4K). Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở
rộng. Khi dùng 8031, EA luôn được nối mức thấp vì không có bộ nhớ chương trình
trên chip. Nếu EA được nối mức thấp bộ nhớ bên trong chương trình 8051 sẽ bị cấm
và chương trình thi hành từ EPROM mở rộng. Người ta còn dùng chân EA làm chân
cấp điện áp 21V khi lập trình cho EPROM trong 8051.
h.SRT (Reset) :
Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8051. Khi tín hiệu này được đưa lên
múc cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy ), các thanh ghi trong 8051 được tải những giá trị
thích hợp để khởi động hệ thống.
i.Các ngõ vào bộ dao động trên chip :
Trang 14
- Luân văn tốt nghiệp
Như đã thấy trong các hình trên , 8051 có một bộ dao động trên chip. Nó thường
được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19. Các tụ giữa cũng cần thiết như đã vẽ.
Tần số thạch anh thông thường là 12MHz.
j.Các chân nguồn :
8051 vận hành với nguồn đơn +5V. Vcc được nối vào chân 40 và Vss (GND)
được nối vào chân 20.
3.Tổ chức bộ nhớ :
8051 / 8031 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard : có những vùng cho bộ nhớ riêng
biệt cho chương trình dữ liệu. Như đã nói ở trên, cả chương trình và dữ liệu có thể ở
bên trong 8051, dù vậy chúng có thể được mơ ûrộng bằèng các thành phần ngồi lên
đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ chương trình và 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu.
Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM (8051) và RAM trên chip, RAM trên chip bao
gồm nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank
thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt.
FFFF FFFF
Bộ nhớ Bộ nhớ
chương dữ liệu
trình
FF
được chọn được chọn
qua PSEN qua WR
Và RD
00 0000 0000
Hình 2.3 : Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 8031 / 8051
Hai đặc tính cần lưu ý là :
- Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được xếp trong bộ nhớ và có thể được
truy xuất trực tiếp như các địa chỉ bộ nhớ khác.
- Ngăn xếp bân trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngồi như trong các bộ vi
xử lí khác.
• Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip :
Như ta đã thấy trên hình sau, RAM bên 8051/ 8031 được phân chia giữa các bank
thanh ghi (00H – 1FH), RAM địa chỉ hóa từng bit (20H – 2FH), RAM đa dụng (30H –
7FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H – FFH).
a. RAM đa dụng.
Địa chỉ byte Địa chỉ bit
7F
RAM đa dụng
30
2F
2E 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78
2D 77 76 75 74 73 72 71 70
2C 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68
2B 67 66 65 64 63 62 61 60
2A 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58
Trang 15
- Luân văn tốt nghiệp
29 57 56 55 54 53 52 51 50
28 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48
27 47 46 45 44 43 42 41 40
26 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38
25 37 36 35 34 33 32 31 30
24 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28
23 27 26 25 24 23 22 21 20
22 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18
21 17 16 15 14 13 12 11 10
20
0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08
1F
07 06 05 04 03 02 01 00
18
17 BANK 3
10
BANK 2
0F
08 BANK 1
07
Default register
00
Bank for RO÷ R7
Bảng tóm tắt bản bản đồ vùng nhớ trên chip data 8051
Địa chỉ byte Địa chỉ bit
FF
F0 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B
E0 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 ACC
D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW
B8 - - - BC BB BA B9 B8 IP
B0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P3
A8 AF - - AC AB AA A9 A8 IE
A0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2
SBUF
99 Not bit addressable
98 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCON
Trang 16
- Luân văn tốt nghiệp
90 97 96 95 94 93 92 91 90 P1
8D TH1
8C Not bit addressable
TH0
8B Not bit addressable
8A Not bit addressable TL1
89 Not bit addressable TL0
Not bit addressable TMOD
88 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON
87 Not bit addressable PCON
83 Not bit addressable DPH
82 Not bit addressable DPL
81 Not bit addressable SP
80 87 86 85 84 83 82 81 80 PO
Tóm tắt bộ nhớ dữ liệu trên chip
Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng
cách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Ví dụ, để đọc nội dung ở địa chỉ 5FH của
RAM nội vào thanh ghi tích lũy lệnh sau sẽ được dùng :
MOV A, 5FH
Lệnh này di chuyển một búyt dữ liệu dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp để xác
định “địa chỉ nguồn” (5FH). Đích nhận dữ liệu được ngầm xác định trong mã lệnh là
thanh ghi tích lũy A.
RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián tiếp qua
RO hay R1. Ví dụ, sau khi thi hành cùng nhiệm vụ như lệnh đơn ở trên :
MOV R0, #5FH
MOV A, @R0
Lệnh đầu dùng đị hỉ tức thời để di chuyển giá trị 5FH vào thanh ghi R0 và lệnh
thứ hai dùng địa trực tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi R0” vào thanh ghi tích
lũy.
b.RAM địa chỉ hóa từng bit :
8051 / 8031 chứa 210 bit
được địa chỉ hóa, trong đó 128 bit là ở các địa chỉ byte 20H đến 2FH, và phần
còn lại trong các thanh ghi chức năng đặc biệt .
Y tưởng truy xuất từng bit riêng rẽ bằng mềm là một đặc tín tiện lợi c ủa vi
điều khiển nói chung. Các bit có thể được đặt, xóa, AND,OR …với một lệnh đơn.
Đa số các chi xử lí đòi hỏi một chuổi lệnh đọc – sữa – ghi đ ể đ ạt đ ược hi ệu quả
tương tự. Hơn nữa, các port I/0 cũng được địa chỉ từng bit làm đợn giản phần mềm
xuất nhập từng bit.
Có 128 bit được địa chỉ hóa đa dụng ở các byte 20H đến 2FH. Các địa chỉ này
được truy xuất như các byte hoặc các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng . ví d ụ, đ ể
đặt bit 67H, ta dùng lệnh sau :
SETB 67H
Chú ý rằng “địa chỉ bit 67H” là bit có trọng số lớn nhất (MSB) ở “địa chỉ byte
2CH” lệnh trên sẽ không tác động đến các bit khác của địa chỉ này.
c.Các bank thanh ghi :
Trang 17
- Luân văn tốt nghiệp
32 byte thấp nhất của bộ nhớ nội là dành cho các bank thanh ghi. Bộ lệnh của
8051 / 8031 hổ trợ 8 thanh ghi (RO đến R7) và theo mặc định (sau khi Reset hệ thống)
các thanh ghi này ở các địa chỉ 00H-07H. Lệnh sau đây sẽ đọc nội dung ở địa chỉ 05H
vào thanh ghi tích lũy.
MOV A,R5
Đây là lệnh một byte dùng địa chỉ thanh ghi. Tất nhiên, thao tác tương t ự có
thể được thi hành bằng lệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ hai:
MOV A,05H
Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn các lệnh
tương ứng nhưng dùng địa chỉ trực tiếp. Các giá trị dữ liệu được dùng thường xuyên
nên dùng một trong các thanh ghi này.
Bank thanh ghi tích cực có thể chuyển đổi bằng cách thay đổi các bit chọn
bank thanh ghi trong từ trạng thái chương trình (PSW). Giả sử rằng bank thanh ghi 3
được tích cực, lệnh sau sẽ ghi nội dung của thanh ghi tích lũy vào địa chỉ 18H:
MOV R0,A
Yù tưởng dùng “các bank thanh ghi” cho phép “chuyển hướng” chương trình
nhanh và hiệu qủa (từng phần riêng rẽ của phần mềm sẽ có một bộ thanh ghi riêng
không phụ thuộc vào các phần khác).
4./ Các thanh ghi chức năng đặc biệt:
Các thanh ghi nội của 8051/8031 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh. Ví dụ
lệnh “INC A” sẽ tăng nội dung của thanh ghi tích lũy A lên 1. Tác động này được
ngầm định trong mã lệnh.
Các thanh ghi trong 8051/8031 được định dạng như một phần của RAM trên
chip. Vì vậy mỗi thanh ghi sẽ có một địa chỉ (ngoại trừ thanh ghi trực tiếp, sẽ không
có lợi khi đặt chúng vào trong RAM trên chip). Đó là lý do để 8051/0831 có nhiều
thanh ghi. Cũng như R0 đến R7, có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special
Funtion Rgister) ở vùng trên của RAM nội, từ địa chỉ 80H đến FFH. Chú ý rằng hầu
hết 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa. Chỉ có 21 địa chỉ SFR là
được định nghĩa.
Ngoại trừ tích lũy (A) có thể được truy xuất ngầm như đã nói, đa số các SFR
được truy xuất dùng địa chỉ trực tiếp. chú ý rằng một vài SFR có thể đ ược đ ịa ch ỉ
hóa bit hoặc byte. Người thiết kế phải thận trọng khi truy xuất bit và byte. Ví dụ
lệnh sau:
SETB 0E0H
Sẽ Set bit 0 trong thanh ghi tích lũy, các bit khác không thay đổi. Ta thấy rằng
E0H đồng thời là địa chỉ byte của thanh ghi tích lũy và là địa chỉ bit có trọng số nhỏ
nhất trong thanh ghi tích lũy. Vì lệnh SETB chỉ tác động trên bit, nên chỉ có địa chỉ bit
là có hiệu quả.
a. Từ trạng thái chương trình:
Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word) ở địa chỉ D0H chứa các
bit trạng thái như bảng tóm tắt sau:
Trang 18
- Luân văn tốt nghiệp
Bit Ký hiệu Địa chỉ Yù nghĩa
PSW.7 CY D7H Cờ nhớ
PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ
PSW.5 F0 D5H Cờ 0
PSW.4 RS1 D4H Bit 1 chọn bank thanh ghi
PSW.3 RS0 D3H Bit chọn bank thanh ghi.
00=bank 0; địa chỉ 00H-07H
01=bank 1: địa chỉ 08H-0FH
10=bank 2:địa chỉ 10H-17H
11=bank 3:địa chỉ 18H-1FH
PSW.2 OV D2H Cờ tràn
PSW.1 D1H Dự trữ
PSW.0 P D0H Cờ Parity chẵn.
Bảng 21: Từ trạng thái chương trình
• Cờ nhớ (CY) có công dụng kép. Thông thường nó được dùng cho các l ệnh tốn
học: nó sẽ được set nếu có một số nhớ sinh ra bởi phép cộng hoặc có một số
mượn phép trừ . Ví dụ, nếu thanh ghi tích lũy chứa FFH, thì lệnh sau:
ADD A,#1
Sẽ trả về thanh ghi tích lũy kết qủa 00H và set cờ nhớ trong PSW.
Cờ nhớ cũng có thể xem như một thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thi hành
trên bit. Ví dụ, lệnh sẽ AND bit 25H với cờ nhớ và đặt kết qủa trở vào cờ nhớ:
ANL C,25H
• Cờ nhớ phụ:
Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ (AC) được set nếu kết qủa của 4 bit thấp
trong khoảng 0AH đến 0FH. Nếu các giá trị cộng được là số BCD, thì sau lệnh cộng
cần có DA A( hiệu chỉnh thập phân thanh ghi tích lũy) để mang kết qủa lớn hơn 9 trở
về tâm từ 0÷ 9.
• Cờ 0
Cờ 0 (F0)là một bit cờ đa dụng dành các ứng dụng của người dùng.
• Các bit chọn bank thanh ghi
Các bit chọn bank thanh ghi (RSO và RS1) xác định bank thanh ghi đ ược tích
cực. Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bằng phần mềm nếu
cần. Ví dụ, ba lệnh sau cho phép bank thanh ghi 3 và di chuyển nội dung của thanh
ghi R7 (địa chỉ byte IFH) đến thanh ghi tích lũy:
SETB RS1
SETB RSO
MOV A,R7
Khi chương trình được hợp dịch các địa chỉ bit đúng được thay thế cho các ký
hiệu “RS1” và “RS0”. Vậy lệnh SETB RS1 sẽ giống như lệnh SETB 0D4H.
• Cờ Tràn
Cờ tràn (OV) được set một lệnh cộng hoặc trừ nếu có một phép tốn bị tràn.
Khi các số có dấu được cộng hoặc trừ với nhau, phần mềm có thể kiểm tra bit này
để xác định xem kết qủa của nó có nằm trong tầm xác định không. Khi các số không
dấu được cộng, bit OV có thể được bỏ qua. Các kết qủa lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn
–128 sẽ set bit OV.
b. Thanh ghi B:
Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích lũy A cho các phép
tốn nhân và chia. Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trị không dấu 8 bit trong A và B rồi
Trang 19
- Luân văn tốt nghiệp
trả về kết qủa 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao). Lệnh DIV AB sẽ chia A cho
B rồi trả về kết qủa nguyên trong A và phần dư trong B. Thanh ghi B cũng có th ể
được xem như thanh ghi đệm đa dụng. Nó được địa chỉ hóa ttừng bit bằng các địa chỉ
bit FOH đến F7H.
c. Con trỏ ngăn xếp:
Con trỏ ngăn xếp (SP) là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H. Nó chứa địa chỉ của
byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp. Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm các
thao tác cất dữ liệu vào ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp. Lệnh cất dữ liệu
vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu, và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi ngăn
xếp sẽ dọc dữ liệu và làm giảm SP. Ngăn xếp của 8051/8031 được giữ trong RAM
nội và được giới hạn các địa chỉ có thể truy xuất bằng địa chỉ gián tiếp. chúng là 128
byte đầu của 8051/8031.
Để khởi động lại SP với ngăn xếp bắt đầu tại 60H, các lệnh sau đây được dùng:
MOV SP,#%FH
Trên 8051/8031 ngăn xếp bị giới hạn 32 byte vì địa chỉ cao nhất của RAM trên
chip là 7FH. Sở dĩ cùng giá trị 5FH vì SP sẽ tăng lên 60H trước khi cất byte dữ lệu
đầu tiên.
Người thiết kế có thể chọn không phải khởi động lại con trỏ ngăn xếp mà để
nó lấy giá trị mặc định khi reset hệ thống. Giá trị măc định đó là 07H và kết qủa là
ngăn đầu tiên để cất dữ liệu có địa chỉ 08H. Nếu phần mềm ứng dụng không khởi
động lại SP , bank thanh ghi 1 (có thể cả 2 và 3) sẽ không dùng được vì vùng RAM
này đã được dùng làm ngăn xếp.
Ngăn xếp được truy xuất trực tiếp bằng các lệnh PUSH và POP để lưu giữ tạm
thời và lấy lại dữ liệu hoặc được truy xuất ngầm bằng các lệnh gọi chương trình
con (ACALL, LACALL) và các lệnh trở về (RET,RETI) để cất và lấy lại bộ đếm
chương trình.
d. Con trỏ dữ liệu:
Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngồi là một thanh ghi
16 bit ở địa chỉ 82H(DPL: byte thấp) và 83H (DPH:byte cao). Ba lệnh sau sẽ ghi 55H
vào RAM ngồi ở địa chỉ 1000H:
MOV A,#55H
MOV DPTR,#1000H
MOVX @DPTR,A
Lệnh đầu tiên dùng địa chỉ tức thời để tải dữ liệu 55H vào thanh ghi tích lũy,
lệnh thứ hai cũng dùng địa chỉ tức thời, lần này để tải dữ liệu 16 bit 1000H vào con
trỏ dữ liệu. Lệnh thứ ba dùng địa chỉ gián tiếp để di chuyển dữ liệu trong A (55H)
đến RAM ngồi ở địa chỉ được chứa trong DPTR (1000H)
e. Các thanh ghi port xuất nhập:
Các port của 8051/8031 bao gồm Port 0 ở địa chỉ 80H, Port 1 ở địa chỉ 90 H, Port
2 ở địa chỉ A0H và Port 3 ở địa chỉ B0H. Tất cả các Port đều đ ược đ ịa chỉ hóa t ừng
bit. Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi.
f. Các thanh ghi timer:
8051/8031 chứa 2 bộ định thời đếm 16 bit được dùng trong việc định thời hoặc
đếm sự kiện. Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0:byte thấp) và 8CH (TH0:byte cao).Timer 1
ở địa chỉ 8BH (TL1:byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao). việc vận hành timer được set
bởi thanh ghi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển timer
(TCON) ở địa chỉ 88H. Chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit.
g. Các thanh ghi port nối tiếp:
Trang 20
nguon tai.lieu . vn
