Giáo trình mô đun Vi điều khiển 1 - Nghề: Công nghệ kĩ thuật điều khiển và tự động hóa

- 1 -

CỤC HẢNG HẢI VIỆT NAM

TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN:VI ĐIỀU KHIỂN 1

NGHỀ:CÔNG NGHỆ KT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ

ĐỘNG HÓA

TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-TCDN ngày .....tháng..... năm...

của..........

Hải Phòng, tháng 2 năm 2018

- 2 -

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.

- 3 -

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình Mô đun Vi điều khiển 1 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 Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa.

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

chặt chẽ với nhau, logíc.

Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 60

giờ gồm có:

Bài 1: Giới thiệu bộ vi xử lý tổng quát.

Bài 2: Cấu trúc họ vi điều khiển 8051.

Bài 3: Tập lệnh 8051.

Bài 4: Các hoạt động của bộ định thời.

Bài 5: Hoạt động của cổng nối tiếp.

Bài 6: Hoạt động ngắt.

Bài 7: Phần mềm hợp ngữ.

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 người biên soạn sẽ hiệu chỉnh

hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng Hàng hải I

số 498 Đà Nẵng, Hải An, Hải Phòng

Hải Phòng, ngày tháng năm 2018

Tham gia biên soạn

1. Nguyễn Thị Ngọc Hà : Chủ biên

2. Đặng Thị Thu Huyền

3. Hà Thị Hồng Thúy

- 4 -

MỤC LỤC

TT

1

Nội dung

Trang

3

Lời giới thiệu

Mục lục

2

4

3

Danh mục bảng, biểu, hình ảnh

Nội dung

5

4

8

9

Bài 1: Giới thiệu bộ vi xử lý tổng quát.

Bài 2: Cấu trúc họ vi điều khiển 8051.

Bài 3: Tập lệnh 8051.

17

31

50

68

80

99

116

Bài 4: Các hoạt động của bộ định thời.

Bài 5: Hoạt động của cổng nối tiếp.

Bài 6: Hoạt động ngắt.

Bài 7: Phần mềm hợp ngữ

5

Tài liệu tham khảo

- 5 -

Danh mục bảng biểu

TT

Tên hình vẽ

Trang

11

Bảng 1.1: Địa chỉ của một số hãng sản xuất các thành viên vi

điều khiển

Bảng 2.1. Các thông số của các họ VĐK thuộc hãng Intel

(MSC 51)

1

2

3

20

Bảng 2.2. Các thông số của các họ VĐK thuộc hãng Atmel

Bảng 2.3. Sơ đồ chân chức năng của

Port 3 và Port 1

4

5

23

33

Bảng 3.1 Bảng giá trị của

Led đặt tại địa chỉ 100h

Bảng 3.2: Các ký hiệu sử dụng mô tả lệnh

Bảng 4.1. Timer TMOD

6

39

53

7

Bảng 4.2. Thanh ghi chọn chế độ định thời

8

54

Bảng 4.3. Các chế độ định thời

9

54

Bảng 4.4. Thanh ghi điều khiển định thời TCON

Bảng 4.5. chọn chế độ trong Timer 2.

Bảng 4.6. Nội dung thanh ghi T2CON

Bảng 4.7 Nội dung thanh ghi T2MOD

10

11

12

13

14

15

16

17

55

62

63

Bảng 5.1. Nội dung thanh ghi BDRCON

72

Bảng 5.2. Các bit trong thanh ghi điều khiển truyền dữ liệu.

74

Bảng 7.1.Trong hợp ngữ ASM51 có các kiểu toán hạng

103

108

Bảng 7.2. Các toán tử

Danh mục hình vẽ

TT

Tên hình vẽ

Hình 1.1 Cấu trúc bên trong của vi điều khiển.

Hình 1.2 Giao tiếp bộ nhớ

Trang

1

13

2

3

4

14

17

21

Hình 2.1 Sơ đồ khối vi điều khiển 8051.

Hình 2.2 Sơ đồ chân của AT89C51

Hình 2.3 Sơ đồ kết nối các chân xuất nhập với thiết bị ngoại

vi

5

6

22

24

Hình 2.4 Ghép nối vi điều khiển 8951 với IC chốt, mạch

- 6 -

Reset, tụ thạch anh.

7

Hình 2.5 Mạch Reset

25

26

27

8

Hình 2.6 Mạch dao động

9

Hình 2.7 Lấy tín hiệu dao động bên ngoài

Hình 2.8 Vào ra với thiết bị ngoại vi

10

11

12

13

29

30

Hình 2.9 Cho led sáng khi Vi điều khiển xuất ở mức 1

Hình 2.10 Mạch dùng Trở kéo lên

Hình 2.11 Mạch dùng cổng đệm

Hình 3.1 Định địa chỉ bằng thanh ghi

14

34

15

16

17

18

19

20

34

35

36

37

51

Hình 3.2 Định địa chỉ trực tiếp

Hình 3.3 Định địa chỉ gián tiếp

Hình 3.4 Định địa chỉ tương đối

Hình 3.5 Định địa chỉ tuyệt đối

Hình 3.6 Định địa chỉ dài

Hình 4.1 Hoạt động của Timer 3 bit

21

58

Hình 4.2 Ngắt ngoài

22 Hình 4.3 Chế độ giữ Timer 2

23 Hình 4.4 Chế độ tự động lặp lại

24 Hình 4.5 Chế độ tạo xung clock

64

65

66

69

25

Hình 5.1 Ghép nối RS232 với 8051

26

70

75

Hình 5.2 Sơ đồ của khối truyền dữ liệu nối tiếp

Hình 5.3

27

28

29

30

Giản đồ thời gian.

Hình 5.4

76

77

Biểu đồ thời gian truyền dữ liệu mod 0

Hình 5.5 Một ứng dụng kiểu 0 để tăng thêm ngõ ra bằng

thanh ghi dịch.

Hình 5.6 Cung cấp xung cho truyền dữ liệu nối tiếp.

Hình 5.7 Cờ báo phát xong dữ liệu TI.

31

32

78

81

Hình 6.1 Vi điều khiển thực hiện chương trình chính trong 2

trường hợp không và có ngắt.

- 7 -

33

82

86

Hình 6.2 Vi điều khiển 89C52 có 6 nguồn ngắt.

34

35

Hình 6.3 Cấu trúc ngắt của vi điều khiển.

Hình 6.4 Các tín hiệu điều khiển ngắt

87

36 Hình 6.5 Thời gian tối thiểu của ngắt theo mức thấp

37

98

101

Hình 7.1 Biên dịch một chương trình nguồn

- 8 -

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN

Tên mô đun: Vi điều khiển 1

Mã mô đun: MĐ 22

Thời gian của mô đun: 60 giờ. (Lý thuyết: 16 tiết; Thực hành: 40 tiết; Kiểm

tra: 4 tiết).

Vị trí, 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, môn học kỹ thuật cơ sở

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

- ꢀ nghꢁa và vai trò của mô đun: mô đun giúp người học có kiến

thức về điều khiển hệ thống và thiết bị bằng Vi điều khiển. Là mô đun

chuyên ngành giúp người học điều khiển hệ thống vi điều khiển thông qua

các Vi xử lý.

Mục tiêu của mô đun:

- 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:

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

tế.

- Về năng lực tự chủ:

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:

- 9 -

BÀI 1: GIỚI THIỆU BỘ VI XỬ LÝ TỔNG QUÁT

MĐ 6510305.22.01

Giới thiệu:

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

- Sử dụng vi điều khiển đúng với chức năng của nó.

Nội dung chính:

1. Lịch sử phát triển của các hệ vi xử lý .

- 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

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.

- 10 -

- 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.

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.

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

- 11 -

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 nghꢁa 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 1.1: 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

2. Vi điều khiển

www.semiconductors.philips.com

www.sci.siemens.com

www.dalsemi.com

2.1. 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,...

- 12 -

- VDK ATMEL: 89Cxx, AT89Cxx51...

- VDK AVR AT90Sxxxx

- VDK PIC 16C5x, 17C43...

2.2 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.

- 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)

- 13 -

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

- 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 vꢁnh 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

- 14 -

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 vꢁnh 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

- Bộ đếm chương trình (PC:Program Counter): Bộ đếm chương trình

chứa địa chỉ chỉ đến ô nhớ chứa câu lệnh tiếp theo sẽ được kích hoạt.

hức năng

Sau mỗi khi thực hiện lệnh, giá trị của bộ đếm được tăng lên 1. C

của

CPU là tiến hành các thao tác tính toán xử lý, đưa ra các tín hiệu địa

chỉ, dữ liệu và điều khiển nhằm thực hiện một nhiệm vụ nào đó do người lập

trình đưa ra thông qua các lệnh (Instructions).

hức năng

- CPU-Central Processing Unit(Đơn vị xử lý trung tâm): C

của

CPU là tiến hành các thao tác tính toán xử lý, đưa ra các tín hiệu địa

chỉ, dữ liệu và điều khiển nhằm thực hiện một nhiệm vụ nào đó do người lập

trình đưa ra thông qua các lệnh (Instructions).

- 15 -

 Bộ giải mã lệnh có nhiệm vụ nhận dạng câu lệnh và điều khiển các

mạch khác theo lệnh đã giải mã. Việc giải mã được thực hiện nhờ có tập lệnh

“instruction set”. Mỗi họ vi điều khiển thường có các tập lệnh khác nhau.

 Thanh ghi tích lũy (Accumulator) là một thanh ghi SFR liên

quan mật thiết với hoạt động của ALU. Nó lưu trữ tất cả các dữ liệu cho quá

trình tính toán và lưu giá trị kết quả để chuẩn bị cho các tính toán tiếp theo.

Một trong các thanh ghi SFR khác được gọi là thanh ghi trạng thái

(Status Register) cho biết trạng thái của các giá trị lưu trong thanh ghi tích

lũy.

 Arithmetical Logical Unit (ALU): Thực thi tất cả các thao tác tính

toán số học và logic.

- Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR): Thanh ghi chức năng đặc

biệt (Special Function Registers) là một phần của bộ nhớ RAM. Mục đích

của chúng được định trước bởi nhà sản xuất và không thể thay đổi được. Các

bit của chúng được liên kết vật lý tới các mạch trong vi điều khiển như bộ

chuyển đổi A/D, modul truyền thông nối tiếp,… Mỗi sự thay đổi trạng thái

của các bit sẽ tác động tới hoạt động của vi điều khiển hoặc các vi mạch.

- Các cổng vào/ra (I/O Ports): Để vi điều khiển có thể hoạt động hữu

ích, nó cần có sự kết nối với các thiết bị ngoại vi. Mỗi vi điều khiển sẽ có

một hoặc một số thanh ghi (được gọi là cổng) được kết nối với các chân của

vi điều khiển. Chúng có thể thay đổi chức năng, chiều vào/ra theo yêu cầu

của người dùng.

Address bus(

địa chỉ): Là các đường tín hiệu song song 1 chiều

-

Bus

nối từ

CPU đến bộ nhớ, CPU gửi giá trị địa chỉ của ô nhớ cần truy nhập

(đọc/ghi) trên các đường tín hiệu này. Độ rộng của bus địa chỉ là n (là số các

đường tín hiệu, với n có thể là 8, 18, 20, 24, 32 hay 64), khi đó số ô nhớ mà

n

CPU có thể địa chỉ hố được sẽ là 2 .

- Data bus(Bus dữ liệu): Là các đường tín hiệu song song 2 chiều,

nhiều thiết bị khác nhau có thể được nối với bus dữ liệu, nhưng tại một thời

điểm chỉ có 1 thiết bị duy nhất có thể được phép đưa dữ liệu lên bus. Độ

rộng Bus dữ liệu là m(với m có thể là 4, 8, 16, 32 hay 64), khi đó số bit mà

môi một chu kỳ đọc/ghi có thể truyền trên trên bus là m bits.

- Control bus(Bus điều khiển): CPU gửi tín hiệu thông qua bus này để

điều khiển mọi hoạt động của hệ thống. Các tín hiệu điều khiển thường là:

đọc/ ghi bộ nhớ, đọc/ ghi cổng vào/ra,…

3. Lĩnh vực và ứng dụng.

3.1. Sản phẩm dân dụng.

 Nhà thông minh: Cửa tự động, khóa số, tự động điều tiết ánh sáng

- 16 -

thông minh (bật/tắt đèn theo thời gian, theo cường độ ánh sáng,...), điều

khiển các thiết bị từ xa (qua điều khiển, qua tiếng vỗ tay,...),

điều tiết hơi

ẩm, điều tiết nhiệt độ, điều tiết không khí, gió. Hệ thống vệ sinh thông minh.

 Các máy móc dân dụng: Máy điều tiết độ ẩm cho vườn cây,buồng

ấp trứng gà/vịt.Đồng hồ số, đồng hồ số có điều khiển theo thời gian.

 Các sản phẩm giải trí: Máy nghe nhạc, m áy chơi game, Đầu thu kỹ

thuật số, đầu thu set-top-box,...

3.2. Trong các thiết bị y tế.

 Máy móc thiết bị hỗ trợ: máy đo nhịp tim, máy đo đường huyết,

máy đo huyết áp, điện tim đồ, điện não đồ,…

 Máy cắt/mài kính.

 Máy chụp chiếu (city, X-quang,...)

3.3. Các sản phẩm công nghiệp.

 Điều khiển động cơ

 Đo lường (đo điện áp, đo dòng điện, áp suất, nhiệt độ,...)

 Cân băng tải, cân toa xe, cân ô tô,...

 Điều khiển các dây truyền sản xuất công nghiệp

 Làm bộ điều khiển trung tâm cho Robot

Câu hỏi:

Câu 1: Nêu cấu trúc của Vi điều khiển họ 8051?

Câu 2: Chức năng của thanh ghi ALU?

Câu 3: Nêu 1 số lꢁnh vực ứng dụng của Vi điều khiển.

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:

Đánh giá về kiến thức: Tự luận

- 17 -

BÀI 2: CẤU TRÚC CỦA HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051

MĐ 6510305.22.02

Giới thiệu:

Vi điều khiển tuy được xây dựng với phần cứng dành cho người sử

dụng đơn giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là khả năng xử lý bị giới

hạn. Vì Vi điều khiển có giá thành rẻ hơn nhiều so với vi xử lý, việc sử dụng

đơn giản nên nó được ứng dụng rộng rãi vào nhiều ứng dụng có chức năng

đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp. Do đó, để nắm được hoạt động

của các hệ thống dùng vi điều khiển ta phải tìm hiểu cấu trúc của họ vi điều

khiển 8051.

Mục tiêu:

- Mô tả được cấu trúc họ vi điều khiển chuẩn công nghiệp.

- Thực hiện truy xuất bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình đúng qui

trình kỹ thuật.

- Thực hiện đúng kỹ thuật phương pháp mở rộng bộ nhớ ngoài.

- Trình bày được nguyên lý hoạt động của mạch reset.

Nội dung chính:

1. Tổng quan

Hình 2.1. Sơ đồ khối vi điều khiển 8051.

- 18 -

Thuật ngữ “8051” được dùng để chỉ rộng rãi các chip của họ MSC-51.Vi

mạch tổng quát của họ MSC-51 là chip 8051,linh kiện đầu tiên của họ này

được hãng Intel đưa ra thị trường. MCS-51 bao gồm nhiều phiên bản khác

nhau, mỗi phiên bản sau tăng thêm một số thanh ghi điều khiển hoạt động

của MCS-51. Hiện hay nhiều nhà sản xuất IC như Seimens, Advance Micro

Devices ( AMD ), Fujitsu, Philips, Atmel … được cấp phép làm nhà cung cấp

thứ hai cho các chip của họ MSC-51. Ở Việt Nam các chip và các biến thể họ

MSC-51 của hãng Atmel và Philips được sử dụng rộng rãi như : AT89C2051,

AT89C4051, AT89C51, AT8C52, AT89S52, AT89S8252, AT89S8253,

P89C51RDxx, P89V51RDxx

…

Vi điều khiển 8051có 40 chân, mỗi chân có một kí hiệu tên và có các đặc

trưng như sau :

-

4KB ROM, 128 byte RAM.

4 port xuất nhập (I/O port) 8 bit.

ạch giao tiếp nối tiếp.

2 bộ định thời 16 bit, m

Không gian nhớ chương trình ngoài 64K, không gian nhớ dữ liệu

ngoài 64K.

- Bộ xử lý bit

210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit nhân/chia

trong 4µs.

Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào từng họ VĐK của từng hãng sản xuất khác

nhau mà tính năng cũng như phạm vi ứng dụng của mỗi bộ VĐK là khác

nhau, và chúng được thể hiện trong các bảng thống kê sau ( bảng 2.1, 2.2):

ROM

RAM

Tốc độ

Các

Timer/

Nguồn

Họ VĐK

UART

(bytes)

(MHz)

chân I/O Counter

ngắt

8051

8031AH

8051AH

8051AHP

8751H

ROMLESS

4K ROM

128

12

32

2

1

5

4K ROM

4K EPROM

8751BH

8052

ROMLESS

8K ROM

256

12

32

3

1

6

8032AH

8052AH

8752BH

80C51

8K EPROM

3

- 19 -

ROMLESS

4K ROM

128

12,16

32

2

1

5

80C31BH

80C51BH

80C31BH

P

4K EPROM

128

12,16,20,2

4

32

2

1

5

87C51

8xC52/54/58

ROMLESS

12,16,20,2

256

32

3

1

6

80C32

80C52

87C52

80C54

87C54

4

8K ROM

12,16,20,2

4

8K EPROM

16K ROM

16K EPROM

12,16,20,2

4

12,16,20,2

4

12,16,20,2

4

ROM

RAM

Tốc độ

Các

Timer/

Nguồn

ngắt

Họ VĐK

UART

(bytes)

(MHz)

chân I/O Counter

32K ROM

12,16,20,2

256

32

3

1

6

80C58

87C58

4

12,16,20,2

4

32K EPROM

8xL52/54/58

12,16,20

80L52

87L52

80L54

87L54

8K ROM

8K OTP

ROM

256

32

3

1

6

12,16,20

16K ROM

16K OTP

ROM

256

32

3

1

6

- 20 -

12,16,20

80L58

87L58

…

32K ROM

32K OTP

ROM

256

32

3

1

6

Bảng 2.1. Các thông số của các họ VĐK thuộc hãng Intel (MSC 51)

Bộ nhớ chương Bộ nhớ dữ liệu

Timer

16 bit

Công

Họ VĐK

trình (Bytes)

(Bytes)

nghệ

AT89C1051

1K Flash

64 RAM

1

CMOS

AT89C2051

AT89C51

AT89C52

AT89C55

AT89S8252

2K Flash

4K Flash

8K Flash

20K Flash

8K Flash

128 RAM

256 RAM

2

3

CMOS

256 RAM + 2K 3

EEPROM

AT89S53

12K Flash

256 RAM

3

CMOS

Bảng 2.2. Các thông số của các họ VĐK thuộc hãng Atmel

2. Sơ đồ chân vi điều khiển 8051:

Mặc dù các thành viên của họ MSC-51 có nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau,

chẳng hạn như: hai hàng chân DIP (Dual in-Line Pakage), dạng vỏ dẹp vuông

và dạng chíp không có chân đỡ LLC (Leadless Chip Carrier). Họ MSC-51 có

40 chân thực hiện các chức năng khác nhau như: vào ra (I/O), đọc, ghi, địa

chỉ, dữ liệu và ngắt. Tuy nhiên, trong khuôn khổ chương trình chỉ khảo sát Vi

điều khiển 40 chân dạng DIP ( hình 2.2).