LUẬN VĂN: Thiết kế mạch đếm sản phẩm dùng vi điều khiển 8051 potx

Luận văn tốt nghiệp Trang 1

GVHD Nguyễn Việt Hùng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG……………






LUẬN VĂN

Thiết kế mạch đếm sản phẩm
dùng vi điều khiển 8051

Luận văn tốt nghiệp Trang 2

GVHD Nguyễn Việt Hùng




PHẦN I LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I DẪN NHẬP
I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử
màtrong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật,
quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin…. do đó chúng ta phải nắm bắt và
vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật
thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng.
Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy và tham quan các doanh
nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản
xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số
lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn
chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng
nhân công.
Từ những điều đã được thấy đó và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một
điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép
tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao. Nên

chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế và nó
thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em vì đã làm được một phần nhỏ đóng góp cho xã hội.
Để làm được mạch này cần thiết kế được hai phần chính là: bộ phận cảm biến và bộ
phận đếm.
* Bộ phận cảm biến: gồm phần phát và phần thu. Thông thường người ta sử dụng
phần phát là led hồng ngoại để phát ra ánh sáng hồng ngoại mục đích để chống nhiễu so
với các loại ánh sáng khác, còn phần thu là transistor quang để thu ánh sáng hồng ngoại.
* Bộ phận đếm có nhiều phương pháp thực thi đó la:
-Lắp mạch dùng kỹ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại
-Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lí
-Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển
II. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ:
1. Với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời có:
Các ưu điểm sau:
-Cho phép tăng hiệu suất lao động
-Đảm bảo độ chính xác cao
-Tần số đáp ứng của mạch nhanh, cho phép đếm với tần số cao
-Khoảng cách đặt phần phát và phần thu xa nhau cho phép đếm những sản phẩm lớn.
-Tổn hao công suất bé, mạch có thể sử dụng pin hoặc accu
-Khả năng đếm rộng
-Giá thành hạ
-Mạch đơn giản dễ thực hiện
Với việc sử dụng kỹ thuật số khó có thể đáp ứng được việc thay đổi số đếm. Muốn
thay đổi một yêu cầu nào đó của mạch thì buộc lòng phải thay đổi phần cứng.Do đó mỗi

Luận văn tốt nghiệp Trang 3

GVHD Nguyễn Việt Hùng
lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều khi yêu cầu đó không thực hiện
được bằng phương pháp này.

Với sự phát triển mạnh của nghành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời các họ vi xử lí
và vi điều khiển rất đa chức năng do đó việc dùng kỹ thuật vi xử lí, kỹ thuật vi điều khiển
đã giải quyết những bế tắc và kinh tế hơn mà phương pháp dùng IC rời kết nối lại không
thực hiện được.
2. Với mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí:
Ngoài những ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC rời thì mạch đếm
sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí còn có những ưu điểm sau:
-Mạch có thể thay đổi số đếm một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần mềm, trong
khi đó phần cứng không cần thay đổi mà mạch dùng IC rời không thể thực hiện được mà
nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà người công nhân cũng khó tiếp cận, dễ
nhầm.
- Số linh kiện sử dụng trong mạch ít hơn.
-Mạch đơn giản hơn so với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời và có phần cài đặt số
đếm ban đầu
-Mạch có thể lưu lại số liệu của các ca sản xuất
-Mạch có thể điều khiển đếm được nhiều dây chuyền sản xuất cùng lúc bằng phần
mềm
-Mạch cũng có thể kết nối giao tiếp được với máy tính thích hợp cho những người
quản lí tại phòng kỹ thuật nắm bắt được tình hình sản xuất qua màn hình của máy vi tính.
Nhưng trong thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu nhưng kinh tế do đó
chúng em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi điều khiển
3. Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển:
Ngoài những ưu điểm có được của hai phương pháp trên, phương pháp này còn có
những ưu điểm :
-Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với những chương trình có quy
mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lí không thực hiện được.
-Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí cũng giao tiếp được
với máy tính nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ song
song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính.
III. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI:

Trong đồ án này chúng em thực hiện mạch đếm sản phẩm bằng phương pháp đếm
xung. Như vậy mỗi sản phẩm đi qua trên băng chuyền phải có một thiết bị để cảm nhận
sản phẩm, thiết bị này gọi là cảm biến. Khi một sản phẩm đi qua cảm biến sẽ nhận và tạo
ra một xung điện đưa về khối xử lí để tăng dần số đếm. Tại một thời điểm tức thời, để xác
định được số đếm cần phải có bộ phận hiển thị. Tuy nhiên mỗi khu vực sản xuất hay mỗi
ca sản xuất lại yêu cầu với số đếm khác nhau vì thế phải có sự linh hoạt trong việc chuyển
đổi số đếm. Bộ phận chuyển đổi trực quan nhất là bàn phím. Khi cần thay đổi số đếm
người sử dụng chỉ cần nhập số đếm ban đầu vào và mạch sẽ tự động đếm. Khi số sản phẩm
được đếm bằng với số đếm ban đầu thì mạch sẽ tự động dừng. Từ đây suy ra mục đích yêu
cầu của đề tài:
-Số đếm phải chính xác, và thay đổi việc cài đặt số đếm ban đầu một cách linh hoạt.
-Bộ phận hiển thị phải rõ ràng
-Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm được sự an toàn,dễ sử dụng.
-Giá thành không quá mắc
IV. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI:

Luận văn tốt nghiệp Trang 4

GVHD Nguyễn Việt Hùng
-Các sản phẩm rất đa dạng với nhiều chủng loại: đặc; rỗng, kích cỡ khác nhau.
Nhưng với khả năng của thiết bị lắp thì mạch chỉ có thể đếm đối với sản phẩm có khả
năng che được ánh sáng và có kích thước từ 10cm
3
đến 30cm
3
.
-Đếm số sản phẩm trong một thùng phạm vi thay đổi từ 2  999. Còn số thùng sản
phẩm phạm vi thay đổi từ 19999.
-Lưu số sản phẩm, số hộp sau mỗi ca sản xuất và cho phép xem số sản phẩm và số
hộp trong các ca sản xuất.

Từ mục đích yêu cầu của đề tài chúng em đưa ra sơ đồ khối tổng quát của mạch điện
như sau:
V. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT:

KHỐI
XỬ LÝ

CẢM BIẾN

BÀN PHÍM
KH
Ố
I HI
Ể
N TH
Ị


Luận văn tốt nghiệp Trang 5

GVHD Nguyễn Việt Hùng








CHƯƠNG II LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

I. CÁC KHỐI TRONG MẠCH ĐIỆN:
1. Cảm biến:
a. Giới thiệu sơ lược về mạch cảm biến:
Để cảm nhận mỗi lần sản phẩm đi qua thì cảm biến phải có phần phát và phần thu.
Phần phát phát ra ánh sáng hồng ngoại và phần thu hấp thụ ánh sáng hồng ngoại vì ánh
sáng hồng ngoại có đặc điểm là ít bị nhiễu so với các loại ánh sáng khác. Hai bộ phận phát
và thu hoạt động với cùng tần số. Khi có sản phẩm đi qua giữa phần phát và phần thu, ánh
sáng hồng ngoại bị che bộ phận thu sẽ hoạt động với tần số khác tần số phát như thế tạo ra
một xung tác động tới bộ phận xử lí. Vậy bộ phận phát và bộ phận thu phải có nguồn tạo
dao động. Bộ phận dao động tác động tới công tắc đóng ngắt của nguồn phát và nguồn thu
ánh sáng. Có nhiều linh kiện phát và thu ánh sáng hồng ngoại nhưng chúng em chọn led
hồng ngoại và transitor quang là linh kiện phát và thu vì transistor quang là linh kiện rất
nhạy với ánh sáng hồng ngoại. Bộ phận tạo dao động có thể dùng mạch LC, cổng logic,
hoặc IC dao động. Với việc sử dụng IC chuyên dùng tạo dao động, bộ tạo dao động sẽ trở
nên đơn giản hơn với tần số phát và thu
Vì tín hiệu ở ngõ ra trasitor quang rất nhỏ nên cần có mạch khuyếch đại trước khi đưa đến
bộ tạo dao động. Chúng em chọn IC khuếch đại để khuếch đại tín hiệu lên đủ lớn. Vậy sơ
đồ khối của phần phát và phần thu là:

b. Các linh kiện trong mạch cảm biến:
b1. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động của led hồng ngoại:
_Led được cấu tạo từ GaAs với vùng cấm có độ rộng là 1.43eV tương ứng bức xạ 900nm.
Ngoài ra khi pha tạp Si với nguyên vật liệu GaAlAs, độ rộng vùng cấm có thể thay đổi.
Với cách này, người ta có thể tạo ra dải sóng giữa 800 - 900nm và do đó tạo ra sự điều
hưởng sao cho led hồng ngoại phát ra bước sóng thích hợp nhất cho điểm cực đại của độ
nhạy các bộ thu.
_Hoạt động: khi mối nối p - n được phân cực thuận thì dòng điện qua nối lớn vì sự dẫn
điện là do hạt tải đa số, còn khi mối nối được phân cực nghịch thì chỉ có dòng rỉ do sự di
chuyển của các hạt tải thiểu số. Nhưng khi chiếu sáng vào mối nối, dòng điện nghịch tăng
lên gần như tỷ lệ với quang thông trong lúc dòng thuận không tăng. Đặc tuyến volt –
ampere của led hồng ngoại như sau:



KHỐI
DAO
ĐỘNG
KHỐI
DAO
ĐỘNG
KHUYẾCH
ĐẠI
TRANSITOR
THU

Luận văn tốt nghiệp Trang 6

GVHD Nguyễn Việt Hùng












b2. Photon transistor.
Photon Transistor cũng tương tự như transistor thông thường nhưng chỉ khác ở chỗ
nó không có cực bazơ, thay cho tác dụng khống chế của dòng vào cực bazơ là sự khống
chế của chùm sáng đối với dòng colector của transitor hoặc có cực bazơ, nhưng khống chế
tín hiệu là ánh sáng.
Cấu tạo của transistor quang
_ Ký hiệu và cấu tạo:

_Hình thức bên ngoài của nó khác với transistor thông thường ở chỗ trên vỏ của có
cửa sổ trong suốt cho ánh sáng chiếu vào. Ánh sáng qua cửa sổ này chiếu lên miền bazơ
của transistor. Chuyển tiếp PN emitor được chế tạo như các transistor thông thường, nhưng
chuyển tiếp PN colector, thì do miền bazơ cần được chiếu sáng, cho nên nó có nhiều hình
dạng khác nhau, cũng có dạng hình tròn nằm giữa tâm miền bazơ. Khi sử dụng transistor
quang mắc mạch tương tự như transistor mắc chung emitor (CE). Chuyển tiếp emitor được
phân cực thuận còn chuyển tiếp colector được phân cực nghịch. Có nghĩa là transistor
quang được phân cực ở chế độ khuyếch đại.
Dòng điện trong transistor:
Vì nối thu được phân cực nghịch nên có dòng rỉ Ico chạy giữa thu – nền và vì nối nền -
phát được phân cực thuận nên dòng thu là ( + 1)Ico đây là dòng tối của quang transistor.
Khi chiếu ánh sáng vào miền bazơ, trong miền bazơ có sự phát xạ cặp điện tử lỗ trống làm
xuất hiện dòng I
L
. Do ánh sáng khiến dòng thu trở thành:
Ic = ( + 1) .(Ico + I
L
)




Đặc tuyến của transistor quang




= 4

 = 3

 = 2

 = 1

 = 0


U(V)

I(A)

I(A)


H = 9

H = 7

8

C Cực thu (colecter)
Cực nền
(base) E
Cực phát (emiter)

Ký hiệu Cấu tạo
N

P

N

B

E

B

C


Luận văn tốt nghiệp Trang 7

GVHD Nguyễn Việt Hùng

Trong đó H là mật độ chiếu sáng (mW/cm
2
)


Đặc tuyến của transistor quang cũng giống như đặc tuyến Volt- ampere của transistor
thông thường mắc EC. Điều khác nhau ở đây là các tham số không phải là dòng Ib mà là
lượng chiếu sáng
Đặc tuyến Volt ampere của transistor quang ứng với khoảng Uce nhỏ cũng có thể gọi
là miền bão hòa vì khi ấy do sự tích tụ điện tích có thể coi như chuyển tiếp colector được
phân cực thuận. Cũng tương tự như trong trường hợp transistor thông thuờng, độ dốc đặc
tuyến trong miền khuyếch đại.
b3. IC dao động 555
Sơ đồ chân:







Sơ đồ khối bên trong IC 555

Chức năng của các chân
Đây là vi mạch định thời chuyên dùng, có thể mắc thành dạng mạch đơn ổn hay bất ổn.
Điện áp cung cấp từ 3V đến 18V.
Dòng điện ra đến 200mA (loại vi mạch BJT) hay 100mA (loại CMOS).
Chân 1: Nối với masse.
Chân 2: Nhận tín hiệu kích thích (trigger).
Chân 3: Tín hiệu ra (output).
Chân 4: Phục nguyên về trạng thái ban đầu (preset).
Chân 5: Nhận điện áp điều khiển (control voltag).
Chân 6: Mức ngưỡng ( threshold ).
GND


V
CC

TRI DIS
OUT THR
RES CN

FLIP

FLOP
OUTPUT

8

6

4

7

1

3

2

5


Luận văn tốt nghiệp Trang 8

GVHD Nguyễn Việt Hùng
Chân 7: Tạo đường phóng điện cho tụ.
Chân 8: Cấp nguồn Vcc.
* IC khuyếch đại LM 324 ( QUAD OPERATIONAL AMPLIFIER).









LM 324 IC có 4 tầng khuếch đại thuật toán, IC làm việc với loại nguồn đơn.
Độ lợi trên 100dB, tuy nhiên băng thông hẹp hơn LM 3900.
Chú ý: không để ngã ra chạm vào nguồn V

+
hay chạm thẳng vào masse, điều này sẽ làm hư
IC.
 IC 567 (TONE DECODER):
IC 567 Bộ giải mã âm sắc.
IC chứa một vòng khóa pha. Khi tần số phù hợp với tần số trung tâm thì chân 8 có mức áp
thấp. Do đó tín hiệu từ transistor qua tầng khuyếch đại đưa đến ngõ vào của IC 567. Tần số
hiện nay được xác lập theo mạch định thời R và C hay 1,1(RC). R lấy khoảng 2K đến
20K. 567 có thể tách dò tần số ngã vào từ 0,01Hz đến 500KHz.









Ghi chú: các ngã vào trong mạch lọc thấp qua tính theo F sẽ được xác định bởi n/F
0
.
Trong đó n trong khoảng 1300 đến 62000. Tụ ngã ra lấy trị số gấp đôi tụ trong mạch lọc
thấp qua ở ngã vào.
2. Khối xử lí:
Với khối xử lí người ta có thể dùng IC rời hoặc khối vi xử lí. Nếu sử dụng vi xử lí
trong khối xử lý, người ta có thể thiết kế mạch điện giao tiếp được với máy tính nên dễ
dàng cho việc điều khiển từ xa và bằng việc thay đổi phần mềm có thể mở rộng chương
trình điều khiển mạch điện đếm nhiều dây chuyền trong cùng một thời điểm hay lưu lại các
số liệu trong các ca sản xuất, đó là lí do chúng em sử dụng vi xử lí trong khối xử lí. Cùng
với thời gian, con người đã cho ra đời nhiều loại vi xử lí từ 8 bit đến 64 bit với cải tiến

ngày càng ưu việt nhưng tùy theo mục đích sử dụng mà vi xử lí 8 bit vẫn còn tồn tại. Trong
đồ án này chúng em sử dụng vi điều khiển 8051. 8051 cũng là vi xử lí 8 bit nhưng có chứa
bộ nhớ bên trong và có thêm 2 bộ định thời ngoài ra nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp
với máy tính mà vi xử lí 8 bit như 8085 cũng giao tiếp được với máy tính nhưng là giao
tiếp song song nên cần có IC chuyển đổi dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với
máy tính. Với bộ nhớ trong 8051 thích hợp cho những chương trình có quy mô nhỏ,tuy
nhiên 8051 có thể kết hợp được với bộ nhớ ngoài cho chương trình có quy mô lớn. Sau đây
là giới thiệu của chúng em về vi điều khiển 8051:
4

1
3

2

1 2 3 4 5 6 7


14 13 12 11 10
9


8
GND

+3
-
30V

+

+

+

+


Ngõ ra
GND
Tụ định thời
Điện trở định thời

567


8
7
6
5

1

2
3
4

Tụ ngõ ra
Tụ lọc thôngthấp
Ngõvào

+4,75-9,0V

Luận văn tốt nghiệp Trang 9

GVHD Nguyễn Việt Hùng
a. Giới thiệu cấu trúc phần cứng 8051
a1. Sơ đồ chân 8051
8051 là IC vi điều khiển (Microcontroller) do hãng Intel sản xuất. IC này có đặc điểm như
sau:
- 4k byte ROM,128 byte RAM
- 4 Port I/O 8 bit.
- 2 bộ đếm/ định thời 16 bit.
- Giao tiếp nối tiếp.
- 64k byte không gian bộ nhớ chương trình mở rộng.
- 64k byte không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng.
- Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bít đơn).
- 210 bit được địa chỉ hóa.
- Bộ nhân / chia 4.
Sơ lược về các chân của 8051:

a2. Chức năng của các chân 8051:
Port 0: từ chân 32 đến chân 39 (P0.0 _P0.7). Port 0 có 2 chức năng: trong các thiết
kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO, đối với thiết kế
lớn có bộ nhớ mở rộng nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu.
Port 1: từ chân 1 đến chân 9 (P1.0 _ P1.7). Port 1 là port IO dùng cho giao tiếp với
thiết bị ngoài nếu cần.

Luận văn tốt nghiệp Trang 10

GVHD Nguyễn Việt Hùng
Port 2: từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7). Port 2 là một port có tác dụng kép
dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ
nhớ mở rộng.

Port 3: từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7). Port 3 là port có tác dụng kép. Các
chân của port này có nhiều chức năng, có công dụng chuyển đổi có liên hệ đến các đặc tính
đặc biệt của 8051 như ở bảng sau :
Bit Tên Chức n
ăng chuyển đổi
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
RXD
TXD
INT0\
INT1\
T0
T1
WR\
RD\
Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.
Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp.
Ngõ vào ngắt cứng thứ 0.
Ngõ vào ngắt cứng thứ 1.
Ngõ vào TIMER/ COUNTER thứ 0.
Ngõ vào của TIMER/ COUNTER thứ 1.
Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài.
Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.
PSEN (Program store enable):

PSEN là tín hiệu ngõ ra có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng và
thường được nối đến chân OE\ của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh.
PSEN ở mức thấp trong thời gian 8051 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình được
đọc từ Eprom qua bus dữ liệu, được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 8051 để giải mã
lệnh. Khi 8051 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN ở mức cao.
ALE (Address Latch Enable):
Khi 8051 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, Port 0 có chức năng là bus địa chỉ và dữ liệu
do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín
hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt.
Tín hiệu ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa
chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động.
EA\ (External Access): Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1
hoặc mức 0. Nếu ở mức 1, 8051 thi hành chương trình từ ROM nội. Nếu ở mức 0, 8051 thi
hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập
trình cho Eprom trong 8051.
RST (Reset): Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên mức cao ít nhất 2 chu kỳ máy, các
thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện
mạch phải tự động reset.
Các ngõ vào bộ dao động X1, X2:
Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong 8051. Khi sử dụng 8051, người ta chỉ cần nối
thêm tụ thạch anh và các tụ. Tần số tụ thạch anh thường là 12 Mh
b. Cấu trúc bên trong của 8051
b1. Sơ đồ khối bên trong 8051:

Luận văn tốt nghiệp Trang 11

GVHD Nguyễn Việt Hùng

b2. Khảo sát các khối nhớ bên trong 8051:

T1
T0

Điều khiển

ngắt
Các thanh

ghi khác
128
byte RAM
MRO n

ộ
i

Timer 2
Timer 1
Timer 0

CPU

Oscillator

Đ
i
ề
u khi
ể
n bus

Các port I/O

Port n
ố
i ti
ế
p

Port n
ố
i ti
ế

p

Timer 0

Timer 1

Timer
2

INT0

INT1


EA

RST

PSEN

ALE

P0 P2

P1 P3

TxD RxD

T2

Luận văn tốt nghiệp Trang 12

GVHD Nguyễn Việt Hùng
*Tổ chức bộ nhớ:




Bộ nhớ bên trong 8051 bao gồm ROM và RAM. RAM bao gồm nhiều thành 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.
8051 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng nhớ riêng biệt cho chương
trình và dữ liệu. Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 8051 nhưng 8051 vẫn có
thể kết nối với 64 k byte bộ nhớ chương trình và 64 k byte bộ nhớ dữ liệu mở rộng.
7F
RAM ĐA DỤNG


30
2F 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78
2E 77 76 75 74 73 72 71 70
2D 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68
2C 67 66 65 64 63 62 61 60
2B 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58
2A 57 56 55 54 53 52 51 50
29 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48
28 47 46 45 44 43 42 41 40
27 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38
26 37 36 35 34 33 32 31 30
25 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28

24 27 26 25 24 23 22 21 20
23 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18
22 17 16 15 14 13 12 11 10
21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08
20 07 06 05 04 03 02 01 00
1F
BANK 3
18
17
BANK 2
10
0F
BANK 1
08
07
Bank thanh ghi 0 ( mặc định cho R0-R7)
00

CẤU TRÚC RAM NỘI

F0

F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0

E0

E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0

D0

D7 D6 6D 6C 6B 6A 69 68

B8

- - - BC BB BA

B9 B8

B0

B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

A8

AF AE AD

AC

AB

AA

A9 A8

A0

A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

99 Không có địa chỉ hóa từng bit
98 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98

90 97 96 95 94 93 92 91 90

8D

Không được địa chỉ hóa từng bit
8C

Không được địa chỉ hóa từng bit
8B

Không được địa chỉ hóa từng bit
8A

Không được địa chỉ hóa từng bit
89 Không được địa chỉ hóa từng bit
88 8F 8
E
8D 8C 8B 8A 89 88
87 Không được địa chỉ hóa từng bit

83 Không được địa chỉ hóa từng bit
82 Không được địa chỉ hóa từng bit
81 Không được địa chỉ hóa từng bit
80 87 86 8
5
84 83 82 81 80
THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT

Luận văn tốt nghiệp Trang 13

GVHD Nguyễn Việt Hùng
Ram bên trong 8051 được phân chia như sau:
- Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1Fh.
- Ram địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH.
- Ram đa dụng từ 30H đến 7FH.
- Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH.
-Ram đa dụng:
Mọi địa chỉ trong vùng ram đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng kiểu địa
chỉ trực tiếp hay gián tiếp. Ví dụ để đọc nội dung ô nhớ ở địa chỉ 5FH của ram nội vào
thanh ghi tích lũy A : MOV A,5FH.
Hoặc truy xuất dùng cách địa chỉ gián tiếp qua R0 hay R1. Ví dụ 2 lệnh sau sẽ thi hành
cùng nhiệm vụ như lệnh ở trên:
MOV R0, #5FH
MOV A , @R0
-Ram có thể truy xuất từng bit:
8051 chứa 210 bit được địa chỉ hóa từng bit, trong đó 128 bit chứa ở các byte có địa
chỉ từ 20H đến 2FH, các bit còn lại chứa trong nhóm thanh ghi chức năng đặc biệt.
Ýtưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là một đặc tính mạnh của vi điều khiển
nói chung. Các bit có thể được đặt, xóa, and, or,… với 1 lệnh đơn. Ngoài ra các port cũng
có thể truy xuất được từng bít làm đơn giản phần mềm xuất nhập từng bit.
Ví dụ để đặt bit 67H ta dùng lệnh sau: SETB 67H.
-Các bank thanh ghi:
Bộ lệnh 8051 hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 đến R7 và theo mặc định (sau khi
reset hệ thống), các thanh ghi nàyở các địa chỉ 00H đến 07H. lệnh sau đây sẽ đọc nội dung
ở địa chỉ 05H vào thanh ghi tích lũy: MOV A, R5.
Đây là lệnh 1 byte dùng địa chỉ thanh ghi. Tuy nhiên có thể thi hành bằng lệnh 2
byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ 2: MOV A, 05H.
Lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn nhiều so với
lệnh tương ứng dùng địa chỉ trực tiếp.

Bank thanh ghi tích cực bằng cách thay đổi các bit trong từ trạng thái chương trình
(PSW). Giả sủ thanh ghi thứ 3 đang được truy xuất, lệnh sau đây sẽ di chuyển nội dung của
thanh ghi A vào ô nhớ ram có địa chỉ 18H: MOV R0, A.
* Các thanh ghi có chức năng đặc biệt:
8051 có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special Funtion Register) ở vùng trên của
RAM nội từ địa chỉ 80H đến FFH.
Chú ý: tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa, chỉ có 21 thanh ghi chức
năng đặc biệt được định nghĩa sẵn các địa chỉ.
-Thanh ghi trạng thái chương trình:
Thanh ghi trạng thái chương trình PSW (Program Status Word ) ở địa chỉ DOH chứa các
bít trạng thái như bảng sau:
Bit Ký hiệu Địa chỉ Ý nghĩa

Luận văn tốt nghiệp Trang 14

GVHD Nguyễn Việt Hùng
PSW.7
PSW.6
PSW.5
PSW.4
PSW.3




PSW.2
PSW.1
PSW.0
CY
AC

F0
RS1
RS0




0V
_
P
D7H
D6H
D5H
D4H
D3H




D2H
D1H
D0H
Cờ nhớ
Cờ nhớ phụ
Cờ 0
Bit 1 chọn bank thanh ghi
Bit 0 chọn bank thanh ghi
00=bank 0: địa chỉ 00H – 07H
01=bank 1: địa chỉ 08H – 0FH
10=bank 2: địa chỉ 10H – 1FH

11=bank 3: địa chỉ 18H –1FH
Cờ tràn
Dự trữ
Cờ parity chẵn lẽ.


+ Cờ nhớ:
C = 1 nếu phép toán cộng có tràn hoặc phép toán trừ có mượn và ngược lại C = 0.
Ví dụ nếu thanh ghi A có giá trị FF thì lệnh sau:
ADD A, #1
Phép cộng này có tràn nên bit C = 1 và kết quả trong thanh ghi A = 00H
Cờ nhớ có thể xem là thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thi hành trên bit. ANL
C, 25H
+ Cớ nhớ phụ:
Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ AC = 1 nếu kết quả 4 bit thấp trong khoảng 0AH đến
0FH. Ngược lại AC = 0.
+ Cờ 0:
Cờ 0 là một bit cờ đa dụng dành cho các ứng dụng của người dùng.
+ Các bit chọn bankthanh ghi truy xuất:
Các bit chọn bank thanh ghi (RS0 và RS1) xác định bank thanh ghi được truy xuất.
Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bằng phần mềm nếu cần. Ví dụ
lệnh sau cho phép bank thanh ghi 3 và di chuyển nội dung của bank thanh ghi R7 (địa chỉ
bye 1FH) vào thanh ghi A:
SETB RS1
SETB RS0
MOV A,R7
-Thanh ghi B:
Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích lũy A cho các phép
toán nhân và chia. Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trị không dấu 8 bit trong A và B rồi trả
kết quả về 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao). Lệnh DIV AB sẽ chia A cho B rồi trả

kết quả nguyên trong A và phần dư trong B. thanh ghi cũng có thể xem như thanh ghi đệm
đa dụng.
-Con trỏ ngăn xếp:
Con trỏ ngăn xếp SP là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 18H. Nó chứa địa chỉ của byte
dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp. Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm các lệnh 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 làm giảm SP. Ngăn
xếp của 8051 được giữ trong ram nội và giới hạn các địa chỉ có thế truy xuất bằng địa chỉ
gián tiếp, chúng là 128 byte đầu của 8051
Để khởi động SP với ngăn xếp bắt đầu tại địa chỉ 60 H, các lệnh sau đây được dùng:

Luận văn tốt nghiệp Trang 15

GVHD Nguyễn Việt Hùng
MOV SP,#5FH
Khi reset 8051, SP sẽ mang giá trị mặc định là 07H và dữ liệu đầu tiên sẽ được cất vào ô
nhớ ngăn xếp có địa chỉ là 08 H. Ngăn xếp được truy xuất trực tiếp bằng các lệnh PUSH và
POP để lưu trữ tạm thời và lấy lại dữ liệu hoặc truy xuất ngầm bằng lệnh gọi chương trình
con ACALL,LCALL và các lệnh trở về (RET. RETI) để lưu trữ giá trị của bộ đếm chương
trình khi bắt đầu thực hiện chương trình con và lấy lại khi kết thúc chương trình con.
-Con trỏ dữ liệu
Con trỏ dữ liệu DPTR được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi 16 bit
ở địa chỉ 82H (DPL: byte thấp) và 83H (DPH: byte cao). 3 lệnh sau sẽ ghi 55H vào ram
ngoài ở địa chỉ 1000H:
MOV A,#55H
MOV DPTR, #1000H
MOVX @DPTR,A
-Các thanh ghi port xuất nhập:
Các port của 8051 bao gồm port 0 ở địa chỉ 80H, port 1 ở địa chỉ 90H, port 2 ở địa chỉ
A0H, và port3 ở địa chỉ B0H. tất cả các port này đều có thể truy xuất từng bit nên rất thuận

tiện trong khả năng giao tiếp.
-Các thanh ghi timer:
8051 có chứa 2 bộ định thời/ đếm 16 bit được dùng cho 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 khởi động timer được Set bởi 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.
-Các thanh ghi port nối tiếp:
8051 chứa một port nối tiếp dành cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp
như máy tính, modem hoặc giao tiếp nối tiếp với các IC khác. Một thanh ghi gọi là bộ đệm
dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽ giữ cả 2 dữ liệu truyền và dữ liệu nhận. Khi
truyền dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF. Các mode vận hành khác
nhau được lập trình qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp SCON ở địa chỉ 98H.
-Các thanh ghi ngắt:
8051 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên. Các ngắt bị cấm sau khi reset hệ
thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ A8H, cả 2
thanh ghi được địa chỉ hóa từng bit.
-Thanh ghi điều khiển công suất:
Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở địa chỉ 87H chứa các bit điều khiển.
-Tín hiệu Reset:
8051 có ngõ vào reset RST tác động ở mức cao trong khoảng thời gian 2 chu kỳ,
sau đó xuống mức thấp để 8051 bắt đầu làm việc. RST có thể kích bằng tay bằng một phím
nhấn thường mở, sơ đồ mạch reset như hình trên (hình a)
sau khi reset hệ thống được tóm tắt như sau:
Thanh ghi Nội dung

Luận văn tốt nghiệp Trang 16

GVHD Nguyễn Việt Hùng
Đếm chương trình PC

Thanhghi tích lũy A
Thanh ghi B
Thanh ghi trạng thái
SP
DPTR
Port 0 đến Port 3
IP
IE
Các thanh ghi định thời

0000H
00H
00H
00H
07H
0000H
FFH
XXX0000 B
0XX00000 B
00H


Thanh ghi quan trọng nhất là thanh ghi bộ đếm chương trình PC được Reset tại địa
chỉ 0000H. Khi ngõ vào RST xuống mức thấp, chương trình luôn bắt đầu tại địa chỉ 0000H
của bộ nhớ chương trình. Nội dung của Ram trong chip không bị hay đổi bởi tác động của
ngõ vào Reset
c.Hoạt động thanh ghi TIMER
8051 có hai timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc. Người ta sử dụng các timer để:
- Định khoảng thời gian.
- Đếm sự kiện.

- Tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trong 8051.
Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở những khoảng đều
đặn và đặt cờ tràn timer. Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương trình để thực hiện một tác
động như kiểm tra trạng thái của các ngõ vào hoặc gửi sự kiện ra các ngõra. Các ứng dụng
khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịp đều đặn của timer để đo thời gian trôi qua giữa hai
sự kiện (ví dụ đo độ rộng xung ).
Truy xuất các timer của 8051 dùng sáu thanh ghi chức năng đặc biệt cho trong bảng sau:



SFR Mục Đích Địa chỉ Địa chỉ hóa từng bit
TCON Điều khiển Timer 88H Có
TMOD Chế độ Timer 89H Không
TL0 Byte thấp của Timer 0 90H Không
TL1 Byte thấp của Timer 1 91H Không
TH0 Byte cao của Timer 0 92H Không

Luận văn tốt nghiệp Trang 17

GVHD Nguyễn Việt Hùng
TH1 Byte cao của Timer 1 93H Không
Các thanh ghi chức năng của timer trong 8031.
Thanh ghi chế độ timer (TMOD):
Thanh ghi TMOD chứa hai nhóm 4 bit dùng để đặt chế độ làm việc cho Timer 0, và
Timer 1.
Bit Tên Timer Mô tả
7 GATE 1 Bit mở cổng, khi lên 1 timer chỉ chạy khi INT1 ở mức cao
6 C/T 1 Bit chọn chế độ Count/Timer
1 = bộ đếm sự kiện
0 = bộ định khoảng thời gian

5 M1 1 Bit 1 của chế độ mode
4 M0 1 Bit 0 của chế độ mode
3 GATE 0 Bit mở cổng, khi lên 1 timer chỉ chạy khi INT0 ở mức cao
2 C/T 0
Bit chọn chế độ Count/Timer
1 M1 0 Bit 1 của chế độ mode
0 M0 0 Bit 0 của chế độ mode
Tóm tắt thanh ghi chức năng TMOD.
Thanh ghi điều khiển timer(TCON)
Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển cho Timer 1, Timer 0.

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả
TCON.7 TF1 8FH Cờ báo tràn timer 1. Đặt bởi phần cứng khi tràn,
được xóa bởi phần mềm, hoặc phần cứng khi bộ xử
lý chỉ đến chương trình phục vụ ngắt.
TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển timer 1 chạy đặt xóa bằng phần mềm
để cho timer chạy ngưng.
TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn Timer 0.
TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển Timer 0 chạy
TCON.3 IE1 8BH Cờ cạnh ngắt 1 bên ngoài. Đặt bởi phần cứng khi
phát hiện một cạnh xuống ở INT1 xóa bằng phần

Luận văn tốt nghiệp Trang 18

GVHD Nguyễn Việt Hùng
mềm họăc phần cứng khi CPU chỉ đến chương trình
phục vụ ngắt.
TCON.2 IT1 8AH Cờ kiểu ngắt 1 bên ngoài. Đặt xóa bằng phần mềm
để ngắt ngoài tích cực cạnh xuống /mức thấp.
TCON.1 IE0 89H Cờ cạnh ngắt 0 bên ngòai

TCON.0 IT0 88h Cờ kiểu ngắt 0 bên ngoài
Tóm tắt thanh ghi chức năng TCON

Khởi động và truy xuất thanh ghi timer:
Thông thường các thanh ghi được khởi động một lần đầu ở chương trình để đặt ở
chế độ làm việc đúng. Sau đó, trong thân chương trình, các thanh ghi timer được cho chạy,
dừng, các bit được kiểm tra và xóa, các thanh ghi timer được đọc và cập nhật…. theo đòi
hỏi các ứng dụng.
TMOD là thanh ghi thứ nhất được khởi động vì nó đặt chế độ hoạt động. Ví dụ, các
lệnh sau khởi động Timer 1 như timer 16 bit (chế độ 1) có xung nhịp từ bộ dao động tên
chip cho việc định khoảng thời gian:
MOV TMOD, #1B
Lệnh này sẽ đặt M1 = 1 và M0 = 0 cho chế độ 1, C/ T= 0 và GATE = 0 cho xung
nhịp nội và xóa các bit chế độ Timer 0. Dĩ nhiên, timer không thật sự bắt đầu định thời cho
đến khi bit điều khiển chạy TR1 được đặt lên 1.
Nếu cần số đếm ban đầu, các thanh ghi TL1/TH1 cũng phải được khởi động. Một
khoảng 100s có thể được khởi động bằng cách khởi động giá trị cho TH1/TL1 là FF9CH:
MOV TL1, #9CH
MOV TH1, #0FFH
Rồi timer được cho chạy bằng cách đặt bit điều khiển chạy như sau:
SETB TR1
Cờ báo tràn được tự động đặt lên 1 sau 100s. Phần mềm có thể đợi trong 100 s bằng
cách dùng lệnh rẽ nhánh có điều kiện nhảy đến chính nó trong khi cờ báo tràn chưa được
đặt lên 1:
WAIT: JNB TF1, WAIT
Khi timer tràn, cần dừng timer và xóa cờ báo tràn trong phần mềm:
CLR TR1
CLR TF1

d. Ngắt ( INTERRUPT)

Một ngắt là sự xảy ra một điều kiện, một sự kiện mà nó gây ra treo tạm thời thời
chương trình chính trong khi điều kiện đó được phục vụ bởi một chương trình khác.
Các ngắt đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế và cài đặt các ứng dụng vi điều
khiển. Chúng cho phép hệ thống đáp ứng bất đồng bộ với một sự kiện và giải quyết sự kiện
đó trong khi một chương trình khác đang thực thi.
Tổ chức ngắt của 8051:
Có 5 nguồn ngắt ở 8031: 2 ngắt ngoài, 2 ngắt từ timer và 1 ngắt port nối tiếp. Tất
cả các ngắt theo mặc nhiên đều bị cấm sau khi reset hệ thống và được cho phép từng cái
một bằng phần mềm.

Luận văn tốt nghiệp Trang 19

GVHD Nguyễn Việt Hùng
Khi có hai hoặc nhiều ngắt đồng thời, hoặc một ngắt xảy ra khi một ngắt khác đang
được phục vụ, có cả hai sự tuần tự hỏi vòng và sơ đồ ưu tiên hai mức dùng để xác định
việc thực hiện các ngắt. Việc hỏi vòng tuần tự thì cố định nhưng ưu tiên ngắt thì có thể lập
trình được.
- Cho phép và cấm ngắt :
Mỗi nguồn ngắt được cho phép hoặc cấm ngắt qua một thanh ghi chức năng đặt biệt
có định địa chỉ bit IE ( Interrupt Enable : cho phép ngắt ) ở địa chỉ A8H.





Bit Ký hiệu Địa chỉ bit Mô tả
IE.7 EA AFH Cho phép / Cấm toàn bộ
IE.6 _ AEH Không được mô tả
IE.5 ET2 ADH Cho phép ngắt từ Timer 2 (8052)
IE.4 ES ACH Cho phép ngắt port nối tiếp

IE.3 ET1 ABH Cho phép ngắt từ Timer 1
IE.2 EX1 AAH Cho phép ngắt ngoài 1
IE.1 ET0 A9H Cho phép ngắt từ Timer 0
IE.0 EX0 A8H Cho phép ngắt ngoài 0
Tóm tắt thanh ghi IE
- Các cờ ngắt :
Khi điều kiện ngắt xảy ra thì ứng với từng loại ngắt mà loại cờ đó được đặt lên một
để xác nhận ngắt.
Ngắt Cờ Thanh ghi SFR và vị trí bit
Bên ngoài 0 IE0 TCON.1
Bên ngoài 1 IE1 TCON.3
Timer 1 TF1 TCON.7

Luận văn tốt nghiệp Trang 20

GVHD Nguyễn Việt Hùng
Timer 0 TF0 TCON.5
Port nối tiếp TI SCON.1
Port nối tiếp RI SCON.0
Các lọai cờ ngắt
- Các vectơ ngắt :
Khi chấp nhận ngắt, giá trị được nạp vào PC được gọi là vector ngắt. Nó là địa chỉ
bắt đầu của ISR cho nguồn tạo ngắt, các vector ngắt được cho ở bảng sau :



Ngắt Cờ Địa chỉ vector
Reset hệ thống RST 0000H
Bên ngoài 0 IE0 0003H
Timer 0 TF0 000BH

Bên ngoài 1 IE1 0013H
Timer 1 TF1 001BH
Port nối tiếp TI và RI 0023H
Timer 2 002BH
Vector reset hệ thống (RST ở địa chỉ 0000H) được để trong bảng này vì theo nghĩa này, nó
giống ngắt : nó ngắt chương trình chính và nạp cho PC giá trị mới.
e. Kết hợp 8051 với bộ nhớ ngoài
Vi xử lý (Microprocessor) là IC chuyên dụng về xử lý dữ liệu, điều khiển theo một
chương trình, muốn Microprocessor thực hiện một công việc gì người sử dụng phải lập
trình hay viết chương trình. Chương trình phải lưư trữ ở đâu để Microprocessor nhận lệnh
và thi hành, đôi khi trong lúc xử lý chương trình Microprocessor cần nơi lưư trữ tạm thời
các dữ liệu sau đó lấy ra để tiếp tục xử lý. Nơi lưu trữ chương trình cho Microprocessor
thực hiện và nơi lưu trữ tạm thời dữ liệu chính là bộ nhớ. Các bộ nhớ của Microprcessor là
các IC, các IC nhớ này có thể đọc dữ liệu ra, ghi dữ liệu vào hoặc chỉ đọc dữ liệu ra. Đôi
khi bộ nhớ của Microprocessor không đủ để lưu trữ những thông tin cần thiết khi chạy
chương trình, khi đó phải dùng kỹ thuật mở rộng bộ nhớ. 8051 có khả năng mở rộng bộ
nhớ đến 64k byte bộ nhớ chương trình và 64k byte bộ nhớ dữ liệu bên ngoài. Bộ nhớ
chương trình là bộ nhớ Rom còn bộ nhớ dữ liệu là bộ nhớ Ram.
_ Bộ nhớ Ram chia ra làm 2 loại Sram và Dram. Dram được chế tạo dùng kỹ thuật
MOS, có dung lượng bộ nhớ lớn, công xuất tiêu tán thấp và tốc độ hoạt động trung bình. Ơ
Sram dữ liệu lưu trữ vào các Flip- Flop còn Dram dữ liệu lưu trữ mức 0 và 1 tương đương

Luận văn tốt nghiệp Trang 21

GVHD Nguyễn Việt Hùng
với quá trình nạp và xả của một tụ điện khoảng vài pF. Bởi vì điện áp của tụ sẽ suy giảm
dần do đó Dram đòi hỏi chu kỳ nạp lại nếu không muốn mất dữ liệu và được gọi là quá
trình làm tươi Ram, đây chính là khuyết điểm của Dram so với Sram. Bộ nhớ Rom có
nhiều loại: PROM, EPROM, EEPROM nhưng EPROM có thể lập trình bởi người dùng, có
thể xóa và lập trình lại nhiều lần nên trong đồ án này chúng em dùng EPROM 2764 và

dùng SRAM 6264. Đặc điểm, sơ đồ chân và bảng sự thật của 2764 và 6264 ở hình dưới
đây
SRAM 6264: là bộ nhớ được chế tạo theo công nghệ CMOS, có dung lượng
65536 bit được tổ chức thành 8192x8 bit (8KByte), điện áp cung cấp là +5V, thời gian truy
cập khoảng 150ns. Ngõ vào/ra dữ liệu được dùng chung, các ngõ vào/ra này tương thích
TTL. Công suất tiêu tán ở trạng thái chờ rất thấp chỉ khoảng 0,1mW so với khi hoạt động
bình thường là 200mW.
Sơ đồ chân và sơ đồ logic của 6264 như sau:














Từ sơ đồ chân cho ta thấy cá chân được chia thành 4 nhóm:
+ Vcc, GND : chân nguồn
+ Do đến D7 : chân dữ liệu
+ Ao đến A12 : chân địa chỉ
+

EPROM 2764: là bộ nhớ chỉ đọc được chế tạo theo công nghệ NMOS, dùng một
nguồn đơn +5V, dung lượng bộ nhớ là 65536 bit, được tổ chức thành 8192x8 bit (8KByte).

2764 là loại EPROM có thể xóa bằng tia cực tím và có thể ghi lại được nhiều lần. Có hai
kiểu họat động: bình thường và chờ. Ở trạng thái chờ, công suất tiêu thụ là 132mW so với
525mW khi ở trạng thái đọc dữ liệu, thời gian truy xuất là 200ns. Sơ đồ chân và sơ đồ
logic của 2764 như sau:



DQ
0
-DQ
7




6264

A
0
-A
12


CE
1
\
CE
2

OE\

WE\


N.C
A
12

A
7

A
6

A
5

A
4

A
3

A
2

A
1

A
0

DQ
0

DQ
1

DQ
2

V
ss





6264

V
cc

WE\
CE
2

A
8

A

9

A
11
OE\
A
10

CE
1
\
DQ
7

DQ
6

DQ
5

DQ
4

DQ
3


Mode \ Pin WE\ CE
1
\ CE

2
OE\ Output
x H x x
Not Select
x x L x
Hi-Z
Output
Disable
H L H H Hi-Z
Read H L H L D
out

Write L L H H D
in


V
pp

A
12

A
7

A
6

A
5

A
4

A
3

A
2

A
1

A
0

O
0

O
1

O




2764

Vcc

PGM\
N.C
A
8

A
9

A
11
OE\
A
10

CE\
O
7

O
6

O
5

O




2764

CE
\

OE\
V

D
0
-D
7

A
0
-
A
12


WE, OE, CS1, CS2 : chân đi
ề
u khi
ể
n


Luận văn tốt nghiệp Trang 22

GVHD Nguyễn Việt Hùng

- EPROM có thể được lập bởi người lập trình sử dụng và nó cũng có thể xóa để lập trình
lại khi nào muốn.
-EPROM dùng trong mạch được chứa sẵn chương trình điều khiển, tức là chỉ xuất Data
mỗi khi CPU tham khảo đến, do đó ta chỉ quan tâm đến chế độ đọc và chờ. Dựa vào các
Mode hoạt động trên thì EPROM được điều khiển các chân sau:
- PGM = 5 Volt (Vcc )
- OE\ nối chân PSEN của CPU
- CE\ nối xuống CSO
+ Chế độ đọc (Read Mode ): Chế độ này được thiết lập khi CE\ và OE\ ở mức thấp, PGM
ở mức cao. Có hai ngõ vào điều khiển dùng để truy xuất Data từ ROM là CE\ và OE\ dùng
để kiểm soát ngõ ra Data, đưa Data lên Data bus.
+ Chế độ chờ (Stanby Mode ): Chế độ này làm giảm công suất tiêu thụ được thiết lập khi
CE\ ở mức cao, ở chế độ này Data ở trạng thái trở kháng cao độc lập.
*Giải mã địa chỉ:
Do 8051 thiết kế cần quản lý nhiều thiết bị ngoại vi, nhiều ô nhớ, muốn làm được
việc này người ta phải cung cấp cho mỗi ô nhớ và thiết bị ngoại vi tầm địa chỉ cho thiết bị
đó. Vì vậy cần có mạch giải mã địa chỉ trong mạch điện. Người ta thường dùng IC giải mã

74HC138 với các ngõ ra được nối tới các ngõ vào chọn chip (CS\) trên các IC nhớ. Sau
đây là sơ đồ chân, bảng sự thật và đặc điểm của 74138:










Mode (chế độ) CE\ OE\ PGM\ V
PP
Ra
(Output)
Đọc L L H V
cc
Dout
Chờ H x x V
cc
Hi-Z
Lập trình L x L V
pp
Din
Kiểm tra L L H V
pp


D

o ut

Cấm lập trình H x x V
pp
Hi-Z
Bảng trạng thái
A
B
C
G
2A

G
2B

G
1

Y
7

GND
V
cc

Y
0

Y
1

Y
2

Y
3

Y
4

Y
5

Y
6


74138

74138

A
B
C
Y
0
Y
7

G
2A\

G
2B

G
1


S
ơ
đ
ồ
chân


Luận văn tốt nghiệp Trang 23

GVHD Nguyễn Việt Hùng

sơ lược về các chân:
- Ngõ vào A,B,C là các chân ngõ vào số nhị phân 3 bit. C là bit có trọng số lớn nhất,
A là bit có trọng số nhỏ nhất
- Các chân ngõ ra: Yo  Y7, tích cực mức thấp.
- Các chân điều khiển: G
1
,G
2A
, G
2B
. IC chỉ hoạt động giải mã khi các chân điều khiển
đồng thời tích cực. G1 tích cực ở mức cao; G
2A
\ và G
2B
\ tích cực ở mức thấp Khi một
trong 3 chân này không tích cực các ngõ ra từ Yo  Y7 ở mức cao.
*Giải đa hợp các đường dữ liệu và đường địa chỉ:
Khi dùng bộ nhớ ngoài, port 0 không còn là port IO thuần túy. Nó được kết hợp giữa
bus địa chỉ và bus dữ liệu nên dùng tín hiệu ALE và IC chốt để chốt byte thấp của bus địa
chỉ khi bắt đầu mỗi chu kỳ bộ nhớ. Port2 cho byte cao của bus địa chỉ. Ơ đây chúng em
dùng IC chốt 74373. Sơ đồ chân, đặc điểm và bảng trạng thái của 74373

Sơ đồ chân
Bảng trạng thái




Đặc điểm
_ 74LS373 gồm 8 D-FF có ngõ ra 3 trạng thái được điều khiển chốt và xuất dữ liệu
bằng chân G và OC. Trong ứng dụng này chân G được nối với chân ALE của 8051, chân
OC nối mass.
INPUTS
ENABLE SELECT
OUTPUTS
G
1
G
2
C B A Y
0
Y
1
Y
2
Y
3
Y
4
Y
5

Y
6
Y
7

x H x x x H H H H H H H H
L x x x x H H H H H H H H
H L L L L L H H H H H H H
H L L L H H L H H H H H H
H L L H L H H L H H H H H
H L L H H H H H L H H H H
H L H L L H H H H L H H H
H L H L H H H H H H L H H
H L H H L H H H H H H L H
H L H H H H H H H H H H L
G
2
= G
2A
+ G
2
Bảng trạng thái



74373

D
0
-D

7

Q
0
-
Q
7

OC
\

G
Output
Control (OC)
Enable
G
D OUTPUT
L H H H
L H L L
L L x Q
0

H x x HI-Z

V
cc

Q
0

Q
1

Q
2

Q
3

Q
4

Q
5

Q
6

Q
7

G
OE\
D
0

D
1

D

2

D
3

D
4

D
5

D
6

D
7

GND


74373


Luận văn tốt nghiệp Trang 24

GVHD Nguyễn Việt Hùng
_ là IC chốt 8 bit
_ Các bộ đệm ngõ ra 3 trạng thái
_ Tín hiệu điều khiển ngõ ra 3 trạng thái chung.
*Xếp chồng các vùng nhớ chương trình và dữ liệu bên ngoài:

Vì bộ nhớ chương trình là Rom nên xảy ra vấn đề bất tiện khi phát triển phần mềm
cho 8051 là tổ chức bộ nhớ như thế nào để có thể sửa đổi chương trình và có thể ghi trở lại
khi nó được chứa trong bộ nhớ Rom. Cách giải quyết là xếp chồng các vùng dữ liệu và
chương trình. Một bộ nhớ Ram có thể chứa cả chương trình và dữ liệu bằng cách nối
đường OE\ của Ram đến ngõ ra cổng AND có 2 ngõ vào là PSEN\ và RD\. Sơ đồ mạch
như hình sau cho phép bộ nhớ Ram có 2 chức năng vừa là bộ nhớ chương trình vừa là bộ
nhớ dữ liệu.
Vậy 1 chương trình có thể được tải vào Ram (bằng cách ghi nó như bộ nhớ dữ liệu)
và thi hành chương trình (bằng cách truy xuất nó như bộ nhớ chương trình)








3. Khối hiển thị:
a.Sơ đồ khối của mạch hiển thị:
Bo phận hiển thị gồm 8 led 7 đoạn anod chung. Vì các vi xử lí xử lí các dữ liệu là số
nhị phân (1,0 ) nên cần có sự giãi mã từ số nhị phân sang số thập phân. Sự giải mã có thể
dùng giải mã bằng phần cứng (IC giải mã). Tuy nhiên với phần mềm quét led người ta có
thể giảm bớt được các IC giải mã giảm giá thành của mạch điện. Nhưng để kết nối với
mạch hiển thị phải cần có IC giao tiếp vào ra vì các port của 8051 đã dùng cho mục đích
khác. 8255 là IC giao tiếp vào ra song song thông dụng và có thể điều khiển được bằng
phần mềm nên chúng em sử dụng 8255 để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi (phần hiển
thị…). Vì dòng ra các port của 8255 rất nhỏ (lớn nhất là port A khoảng 5mA) nên cần có
IC đệm dòng để nâng dòng lên đủ kéo cho led sáng. Chúng em chọn IC đệm 74245. Khi
đưa dữ liệu ra để hiển thị tất cả các led đều nhận nhưng tại một thời điểm chỉ cho phép một
led được nhận dữ liệu nên phải có mạch giải mã để chọn led.

Chúng em sử dụng IC giải mã 74LS138.Vì vậy sơ đồ khối của mạch hiển thị như sau:

WR

RAM

OE\



WR


RD
PSEN

Luận văn tốt nghiệp Trang 25

GVHD Nguyễn Việt Hùng

b. Giới thiệu về các linh kiện trong mạch
b1.Cổng xuất nhập 8255:
Trong hệ thống Vi xử lý hay máy vi tính nếu chỉ giao tiếp với bộ nhớ trong ROM,
RAM thì chưa đủ, máy tính còn phải giao tiếp với các thiết bị ngoại vi như bàn phím, màn
hình, máy in, để con người có thể đối thoại được máy tính cũng như dùng máy tính để
điều khiển các thiết bị khác. Để giao tiếp với nhiều thiết bị như vậy, máy tính có thể giao
tiếp qua nhiều đường và giao tiếp với nhiều hình thức khác nhau như giao tiếp nối tiếp,
giao tiếp song song.
Vì vậy vai trò của cổng xuất nhập 8255 để giao tiếp giữa máy tính với thiết bị ngoài là một
điều cần thiết giúp máy có thể mở rộng khả năng làm việc.
*Sơ đồ chân của 8255










Sơ đồ chân và sơ đồ logic
Tính linh hoạt của vi mạch thể hiện ở khả năng lập trình. Qua một thanh ghi điều
khiển, người sử dụng xác định chế độ hoạt động và cổng nào cần được sử dụng như là lối
vào hoặc lối ra. Các chân ra D
0
 D
7
tạo nên bus dữ liệu hai chiều có độ rộng là 8 bit. 8255
được chọn bởi tín hiệu mức thấp ở ngõ vào chọn chíp CS\. Khi 8255 không được chọn, bộ

đệm bus dữ liệu nối 8255 với hệ thống được thả nổi. Khi được chọn, các ngõ vào A
0
và A
1

được dùng để chọn thanh ghi điều khiển hoặc một trong các cổng vào/ra để trao đổi dữ
liệu. Các hoạt động cơ bản của 8255 được tóm tắt trong bảng sau:
A
1
A
0
RD\ WR\ CS\ Hoạt động
L L L H L Port A  Bus dữ liệu
L

H

L

H

L

Port B
Bus d
li
u

8255A

D
0
-
D
7

RD\
WR\
RESET

CS\
A
0

A
1

CS
\

PA
0
-
PA
7

PB
0
-
PB
7

PC
0
-
PC
3

PC
4
-
PC
7

PA
3

PA
2

PA
1

PA
0

RD\
CS\
GND
A
1

A
0

PC
7

PC
6

PC
5

PC
4

PC
0

PC
1

PC
2

PC
3

PB
0

PB
1

PB
2

PA
4

PA
5

PA
6

PA
7

WR\
RESET
D
0

D
1

D
2

D
3

D
4

D
5
D
6

D
7

V
cc

PB
7

PB
6

PB

5

PB
4

PB
3







8255A




8051

Port C
H

8255

PortA
Đệ
m

74245
Gi
ả
i mã

74138

LED
Port0

Port2