đồ án tốt nghiệp điều khiển và ổn định nhiệt độ tủ ấm y tế

Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang 1
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Tủ ấm là một thiết bò không thể thiếu tại các phòng xét nghiệm của bệnh
viện. Vấn đề ổn đònh nhiệt độ cho các thiết bò này rất quan trọng, nó ảnh hưởng
không nhỏ đến chất lượng khám chữa bệnh của bệnh viện, ví dụ nếu nhiệt độ
không ổn đònh thì việc nuôi cấy vi khuẩn sẽ không đạt chất lượng, dẫn đến kết quả
kháng sinh đồ sẽ sai làm cho các bác sỹ lâm sàng sử dụng không đúng loại kháng
sinh để điều trò cho người bệnh. Là một công chức công tác trong ngành Y tế, bản
thân em đã quan tâm đến vấn đề này từ lâu, sau một thời gian được các thầy cô
trang bò kiến thức, nay em xin được thực hiện đề tài tốt nghiệp thiết kế và thi công
hệ thống “ điều khiển và ổn đònh nhiệt độ tủ ấm y tế”.
Để điều khiển và ổn đònh nhiệt độ cho tủ ấm thì có nhiều phương pháp,
trong phạm vi đồ án này nhận thấy sự mềm dẽo, linh hoạt và chính xác của vi điều
khiển nên em thiết kế, thi công hệ thống bằng cách dùng vi mạch 8051 và điều
khiển theo phương pháp kiểm soát pha.
Hệ thống có thể thực hiện được các chức năng sau:
+ Đo và hiển thò nhiệt độ trong dãi từ 30
o
C đến 55
o
C.
+ Điều khiển và ổn đònh nhiệt độ trong dãi từ 37
o
C đến 40
o
C.
+ Đặt nhiệt độ cần ổn đònh từ bàn phím.
+ Điều khiển công suất theo phương pháp kiểm soát pha.
Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống được mô tả như sau:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Hình I: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển và ổn đònh nhiệt độ
ROM
VI
ĐIỀU
KHIỂN
ĐỒNG BỘ
ĐIỀU KHIỂN
A
D
C

C

M
B
I
Ế
N
BÀN
PHÍM
HIỂN THỊ
CÔNG SUẤT
GIAO TIẾP
VÀO RA
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang 2
Chức năng và nhiệm vụ từng khối:
+ Khối vi điều khiển: điều hành mọi hoạt động của hệ thống. Vi điều khiển
đọc chương trình từ ROM và thực thi lệnh, xuất tín hiệu điều khiển thiết bò chấp

hành.
+ Khối bộ nhớ ROM: lưu trữ chương trình điều hành hoạt động.
+ Khối giao tiếp vào ra: thông qua khối giao tiếp vào ra mà vi điều khiển
tiến hành đọc dữ liệu từ bộ ADC đưa vào, xuất dữ liệu ra khối hiển thò.
+ Khối đồng bộ, điều khiển và khối công suất: có nhiệm vụ phát hiện thời
điểm đảo pha của điện áp lưới, nhận tín hiệu điều khiển góc kích Triac từ vi điều
khiển nhằm thay đổi điện áp đặt vào khối công suất.
+ Khối cảm biến: có nhiệm vụ cảm nhận và chuyển đổi giá trò nhiệt độ thu
được từ khối công suất thành tín hiệu điện áp, đưa đến đầu vào bộ chuyển đổi AD.
+ Khối ADC: thực hiện quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự thu được từ
ngõ ra khối cảm biến sang tín hiệu số.
+Khối hiển thò: hiển thò nhiệt độ thực của thiết bò và hiển thò giá trò nhiệt độ
cần ổn đònh do người sử dụng đưa vào từ bàn phím.
+ Khối giao tiếp bàn phím: thực hiện quá trình giao tiếp giữa người và vi điều
khiển. Vi điều khiển sẽ nhận giá tri nhiệt độ cần đặt từ bàn phím và tiến hành điều
khiển thiết bò hoạt động đúng theo yêu cầu.
II. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống như sau :
+ Sau khi hệ thống được cấp nguồn, giá trò nhiệt độ cần ổn đònh sẽ được người
sử dụng đặt vào từ bàn phím đưa vào 8051 qua các bit P1.3, P1.4 và P1.5. Vi điều
khiển sẽ xuất dữ liệu hiện thò nhiệt độ đặt ra hai led 7 đoạn qua PB của 8255(2) và
khi chương trình được cho phép chạy thì 8051 xuất xung điều khiển triac ứng với
góc pha lớn nhất và xung start để khởi động ADC, sau đó nó sẽ so sánh nhiệt độ
đọc được từ cảm biến với nhiệt độ đặt để điều khiển thời điểm kích Triac cho phù
hợp.
+ Qua cảm biến LM335, giá trò nhiệt độ sẽ được chuyển đổi thành điện áp
tương ứng, sau đó được cách ly, bù, khuếch đại với hệ số phù hợp rồi đưa đến mạch
ADC để số hoá. Quá trình số hoá được điều khiển bởi bit P1.0 của 8051, kết quả tại
ngõ ra ADC sẽ được đọc vào 8051 thông qua PB của 8255(2), sau khi xử lý 8051 sẽ
xuất giá trò nhiệt độ đo được ra 3 Led 7 đoạn thông qua 3 port của 8255(1).

+ Mạch đồng bộ có mục đích giúp cho 8051 phát hiện thời điểm đảo pha của
điện áp lưới, thông qua bit P1.1, 8051 sẽ phát hiện được điểm không và điểm 180
o
để từ đó “ tính toán và xác đònh“ tăng hay giảm thời điểm xuất xung kích Triac
( tăng hay giảm góc pha ), sau khi so sánh nhiệt độ đặt và nhiệt độ đo được, để ổn
đònh nhiệt độ của thiết bò theo đúng yêu cầu.
Theo yêu cầu đề ra, quá trình thiết kế bao gồm hai phần:
+ Thiết kế phần cứng.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
PA
PAPA
PB
PC
PA
PB
PA
D_BUS (0-7)
A_BUS (0-15)
A
1
3
-
A
1
5
A8-A15
Y0 Y1
Y3
Y4

WRRD,
Y0-Y4
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang 3
+ Thiết kế phần mềm.
1. Thiết kế phần cứng
Phần cứng của hệ thống bao gồm :
+ Kít vi điều khiển 8051.
+ Khối cảm biến và ADC.
+ Khối đồng bộ và điều khiển công suất.
+ Khối hiển thò và bàn phím.
1.1 Kít vi điều khiển 8051
Kít vi điều khiển 8051 bao gồm các khối sau:
+ Khối điều khiển trung tâm.
+ Khối bộ nhớ, bao gồm : - Bộ nhớ EPROM 2764.
- Bộ nhớ RAM HM6264.
+ Khối giao tiếp ngoại vi 8255.
+ Khối giãi mã đòa chỉ 74LS138.
+ Bộ chốt đòa chỉ 74LS573.
+ Vi mạch giao tiếp cổng nối tiếp MAX 232.
Trong đó, bộ nhớ RAM HM6264 và vi mạch giao tiếp MAX 232 chỉ được sử
dụng trong quá trình thi công để nạp chương trình chạy thử từ máy tính qua cổng
COM. Khi chạy thử thành công, chương trình sẽ được nạp cố đònh vào EPROM
2764 và lúc này hai vi mạch nói trên không còn tham gia vào quá trình hoạt động
của mạch.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
74573
74138
P1
8051

P3
2764 6264 8255
I
8255
II
Hình 1.1: Sơ đồ khối KÍT 8051
Hình 1.2: Sơ đồ mạch Kít 8051
/ C S 8 2 5 5 ( 2 )
A 1 1
6 2 6 4
1 0
9
8
7
6
5
4
3
2 5
2 4
2 1
2 3
2
2 0
2 6
2 7
2 2
1 1
1 2
1 3

1 5
1 6
1 7
1 8
1 9
A 0
A 1
A 2
A 3
A 4
A 5
A 6
A 7
A 8
A 9
A 1 0
A 1 1
A 1 2
C S 1
C S 2
W E
O E
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7

8 2 5 5 ( 2 )
3 4
3 3
3 2
3 1
3 0
2 9
2 8
2 7
5
3 6
9
8
3 5
6
4
3
2
1
4 0
3 9
3 8
3 7
1 8
1 9
2 0
2 1
2 2
2 3
2 4

2 5
1 4
1 5
1 6
1 7
1 3
1 2
1 1
1 0
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
R D
W R
A 0
A 1
R E S E T
C S
P A 0
P A 1
P A 2
P A 3
P A 4
P A 5
P A 6

P A 7
P B 0
P B 1
P B 2
P B 3
P B 4
P B 5
P B 6
P B 7
P C 0
P C 1
P C 2
P C 3
P C 4
P C 5
P C 6
P C 7
A 1
L
E
D
A 1 2
A 8
A 9
A 1 0
A 1 1
A 1 2
A 1 3
A 1 4
A 1 5

/ C E 2 7 6 4
D ( 0 . . 7 )
S O C K E T 8
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
/ C S 8 2 5 5 ( 1 )
/ W R
L
E
D
/ R D
A 0
R S T
M A X 2 3 2
1 3
1 4

1 5
6
2
1 6
1 2
1 1
4
5
3
1
R 1 I N
T 1 O U T
G N D
V -
V +
V C C
R 1 O U T
T 1 I N
C 2 +
C 2 -
C 1 -
C 1 +
A 1
A 1 0
A 1 2
A 8
C 1
3 0 p
A 7
/ O E 2 7 6 4

A 2
1
2
3
4
5
6
7
8
5 V
7 4 L S 5 7 3
2
3
4
5
6
7
8
9
1 1
1
1 9
1 8
1 7
1 6
1 5
1 4
1 3
1 2
D 1

D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
D 8
G
O C
Q 1
Q 2
Q 3
Q 4
Q 5
Q 6
Q 7
Q 8
L
E
D
1 0 u F
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
A 1 3

A 1 4
A 1 5
A 4
1 0 u F
8 2 5 5 ( 1 )
3 4
3 3
3 2
3 1
3 0
2 9
2 8
2 7
5
3 6
9
8
3 5
6
4
3
2
1
4 0
3 9
3 8
3 7
1 8
1 9
2 0

2 1
2 2
2 3
2 4
2 5
1 4
1 5
1 6
1 7
1 3
1 2
1 1
1 0
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
R D
W R
A 0
A 1
R E S E T
C S
P A 0
P A 1
P A 2

P A 3
P A 4
P A 5
P A 6
P A 7
P B 0
P B 1
P B 2
P B 3
P B 4
P B 5
P B 6
P B 7
P C 0
P C 1
P C 2
P C 3
P C 4
P C 5
P C 6
P C 7
R S T
1 0 K
A ( 0 . . 1 5 )
G
A 3
A 6
A 9
Y 4
D 0

D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
1 0 u F
A 6
7 4 L S 1 3 8
1
2
3
6
4
5
1 5
1 4
1 3
1 2
1 1
1 0
9
7
A
B
C
G 1
G 2 A
G 2 B

Y 0
Y 1
Y 2
Y 3
Y 4
Y 5
Y 6
Y 7
A 0
/ O E
1
2
3
4
5
6
7
8
A D 0
A D 1
A D 2
A D 3
A D 4
A D 5
A D 6
A D 7
L
E
D
5 V

1
2
3
4
5
6
7
8
A 1
5 V
5 V
/ W R
A D 0
A D 1
A D 2
A D 3
A D 4
A D 5
A D 6
A D 7
1 0 0
Y 0
Y 1
1 0 u F
1
2
3
4
5
6

7
8
/ C S 1 6 2 6 4
A 3
7 4 L S 0 8
1
2
3
/ R D
A 1 0
A 8
/ W R
8 0 5 1
3 1
1 9
1 8
9
1 2
1 3
1 4
1 5
1
2
3
4
5
6
7
8
3 9

3 8
3 7
3 6
3 5
3 4
3 3
3 2
2 1
2 2
2 3
2 4
2 5
2 6
2 7
2 8
1 7
1 6
2 9
3 0
1 1
1 0
E A / V P
X 1
X 2
R E S E T
I N T 0
I N T 1
T 0
T 1
P 1 . 0

P 1 . 1
P 1 . 2
P 1 . 3
P 1 . 4
P 1 . 5
P 1 . 6
P 1 . 7
P 0 . 0
P 0 . 1
P 0 . 2
P 0 . 3
P 0 . 4
P 0 . 5
P 0 . 6
P 0 . 7
P 2 . 0
P 2 . 1
P 2 . 2
P 2 . 3
P 2 . 4
P 2 . 5
P 2 . 6
P 2 . 7
R D
W R
P S E N
A L E / P
T X D
R X D
A 2

A 0
A
D
C
/ O E 6 2 6 4
A 1 1
2 7 6 4
1 0
9
8
7
6
5
4
3
2 5
2 4
2 1
2 3
2
2 0
2 2
2 7
1
1 1
1 2
1 3
1 5
1 6
1 7

1 8
1 9
A 0
A 1
A 2
A 3
A 4
A 5
A 6
A 7
A 8
A 9
A 1 0
A 1 1
A 1 2
C E
O E
P G M
V P P
O 0
O 1
O 2
O 3
O 4
O 5
O 6
O 7
A 7
A 0
1 2 M H z

A 4
A 9
C 2
3 0 p
S W
/ W R
5 V
5
9
4
8
3
7
2
6
1
4 . 7 K
A 5
A L E
A 1
A 5
1
2
3
4
5
6
7
8
S O C K E T 4

1
2
3
4
1
2
3
4
Y 3
1 0 u F
/ P S E N
1 0 u F
A 0
A 1
A 2
A 3
A 4
A 5
A 6
A 7
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang 4
1.1.1 Khối điều khiển trung tâm
Khối xử lý trung tâm dùng vi mạch 8051, khối này có nhiệm vụ điều hành
toàn bộ quá trình hoạt động của hệ thống. Các chân 8051 được sử dụng như sau:
+ Port 0 : do sử dụng ROM ngoài nên port này trở thành bus đòa chỉ (A0-A7)
và bus dữ liệu (D0-D7) đa hợp. trong nữa đầu của chu kỳ máy tín hiệu ALE ở mức
cao sẽ chốt byte thấp của đòa chỉ và nữa chu kỳ sau các chân của port 0 sẽ
xuất/nhập dữ liệu.
+ Port 2 : dùng làm byte cao của bus đòa chỉ.
+ Port1 :

- Chân P1.0 xuất tín hiệu điều khiển ADC.
- Chân P1.1 nhận tín hiệu từ mạch đồng bộ.
- Chân P1.2 xuất tín hiệu điều khiển Triac.
- Chân P1.3 nối đến phím SET của bàn phím.
- Chân P1.4 nối đến phím ENTER của bàn phím.
- Chân P1.5 nối đến phím RESET của bàn phím.
- Các chân P1.6 và P1.7 không sử dụng.
+ Các chân điều khiển :
- Chân ALE nối đến chân G của 74HC573.
- Chân
RD
và
WR
nối đến chân
RD
và
WR
của 8255, chân
WR
còn
nối đến chân
WE
của 6264.
- Chân PSEN và
RD
được nối vào cổng AND và đầu ra nối đến chân
OE
của 6264, PSEN nối đến
OE
của 2764 .

- Các đường A13, A14, A15 nối đến các chân A, B, C của 74LS138.
- Chân
EA
do dùng ROM ngoài nên được nối mass.
- Chân RXD và TXD nối đến chân T1in và R1out của MAX 232.
- Các chân INT0, INT1, T0, T1 không sử dụng.
1.1.2 Khối bộ nhớ ngoài
Khối này bao gồm EPROM 2764 và RAM 6264, toàn bộ chương trình điều
khiển hệ thống được lưu trữ trong ROM 2764, khi hệ thống hoạt động 8051 sẽ truy
xuất chương trình này để điều khiển hệ thống. Riêng RAM 6264 chỉ được sử dụng
trong quá trình thi công để nạp chương trình chạy thử từ máy tính. Khi chạy thử
thành công, chương trình sẽ được nạp cố đònh vào EPROM 2764 đến lúc này nó
không còn tham gia vào quá trình hoạt động của mạch.
1.1.3 Khối giao tiếp ngoại vi
Để giao tiếp ngoại vi, ta dùng hai IC 8255. Chức năng các port của mỗi IC
như sau :
+ 8255(1): cả 3 port đều có chung nhiệm vụ là xuất dữ liệu hiển thò nhiệt
độ thực của thiết bò ra led 7 đoạn. Nội dung của từ điều khiển là CW(1):80H.
+ 8255(2): - PA xuất dữ liệu hiển thò nhiệt độ đặt ra led 7 đoạn.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang 5
- PB nhận dữ liệu từ ngõ ra mạch ADC.
Nội dung của từ điều khiển là CW(2):82Hø.
1.1.4 Khối giải mã đòa chỉ
Khối giải mã đòa chỉ dùng vi mạch 74LS138 để chọn các chip ROM, RAM,
8255. Tại một thời điểm chỉ có 1 IC được truy xuất nên các đường đòa chỉ A13,
A14, A15 được dùng để chọn các chip. A13, A14, A15 lần lượt nối tới 3 đầu vào
A,B,C của IC giải mã 74LS138. Các ngõ ra Y0, Y1, Y3, Y4 lần lượt được nối tới
chọn chip của ROM, RAM và hai 8255, khi Yi = 0 thì IC đó được chọn.

A15 A14 A13 A1
2
A1
1
A1
0
A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
HEX
ROM
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000
0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFF
RAM
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2000
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3FFF
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4000
0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5FFF
8255
( I )
0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6000
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7FFF
8255
( II )
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8000
1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9FFF
1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A000



1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 FFFF

1.2 Khối cảm biến và ADC
1.2.1 Mạch cảm biến nhiệt độ
Mạch cảm biến dùng LM335, quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra như
sau:
V
out
= 0,01×T
o
K
= 2,73 + 0,01T
o
C.
Như vậy, khi nhiệt độ thiết bò thay đổi 1
o
thì điện áp ngõ ra LM335 sẽ thay đổi
một lượng là 0,01V. Ứng với dãi hoạt động của thiết bò từ 30
o
C đến 55
o
C, sự biến
thiên điện áp tại ngõ ra LM335 theo nhiệt độ ngõ vào là:
Tại 0
o
C thì điện áp ngõ ra V
out
= 2,73 (V).
Tại 30
o
C thì điện áp ngõ ra V
out

= 3,03 (V).
Tại 55
o
C thì điện áp ngõ ra V
out
= 3,28 (V).
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Bảng 1.1: Giản đồ bộ nhớ 8051
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang 6
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
V R 1
1 0 K
1 3
2
1 0 0 K
R 6
- 1 2 V
7 4 7 4
1 1
1 3
1 2
1 0
9
8
C L K
C L R
D
P R E

Q
Q
T H A C H _ A N H
3 , 5 7 9 M H z
V R 3 4 7 0 K
1 3
2
R 8
1 0 0 K
U 2
A D C 0 8 0 9
2 6
2 7
2 8
1
2
3
4
5
1 2
1 6
1 0
9
7
1 7
1 4
1 5
8
1 8
1 9

2 0
2 1
2 5
2 4
2 3
6
2 2
I N 0
I N 1
I N 2
I N 3
I N 4
I N 5
I N 6
I N 7
R E F +
R E F -
C L K
O E
E O C
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
A 0
A 1

A 2
S T A R T
A L E
+ 5 V
R 9
2 2 K
7 4 7 4
3
1
2
4
5
6
C L K
C L R
D
P R E
Q
Q
C 2
1 0 0 p F
R 7
1 0 0 K
C 1
1 0 0 p F
F r o m P 1 . 0
1
R 1 2 1 , 2 7 K
V +
A d j

V -
R 1 1 1 , 2 7 K
V R 2
1 0 K
1 3
2
+ 1 2 V
D Z 2
9 . 1 V
R 4 1 0 0 K
N g u o n C C
1
2
3
4
L M 3 3 5
1
2
3
- 1 2 V
R 1 3
1 K
- 1 2 V
R 1
2 . 2 k
V R 1 5 5 0 K
1 3
2
R 5 1 0 0 K
R 1 4 3 3 0

7 4 0 4
3 4
+ 1 2 V
T o P B 2 / 8 2 5 5
1
2
3
4
5
6
7
8
D Z 1
3 . 6 V
12
+ 5 V
+ 1 2 V
+ 5 V
R 2 3 3 0
- 1 2 V
7 4 0 4
5 6
+
-
T L 0 8 4
5
6
7
41 1
+ 1 2 V

+
-
T L 0 8 4
3
2
1
4 1 1
+
-
T L 0 8 4
1 0
9
8
4 1 1
+ 5 V
R 3 1 0 0 K
+ 1 2 V
+ 5 V
7 4 0 4
1 2
Hình 1.3: Sơ đồ mạch khối cảm biến và ADC
4,7K
V1 V2
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang 7
Theo yêu cầu của hệ thống, ta thiết kế sao cho ứng với nhiệt độ 30
o
C thì điện
áp tại ngõ ra của mạch là 0 V và ứng với nhiệt độ 55
o
C là 5V. Do vậy, tín hiệu tại

ngõ ra LM335 trước khi đưa đến mạch khuếch đại cuối, ta thiết kế mạch bù điện áp
dùng TL084 với đầu vào không đảo là nối với ngõ ra LM335

và đầu vào còn lại là
mạch tạo điện áp chuẩn với điện áp là V
ch
= 3,03V.
Mạch khuếch đại cuối có nhiệm vụ khuếch đại điện áp tại đầu ra của mạch bù
lên 20 lần, như vậy khi nhiệt độ tại ngõ vào LM335 là 30
o
C thì điện áp ngõ ra của
mạch cảm biến là 0V và tại ngõ vào 55
o
C thì điện áp ngõ ra là 5V.
1.2.2 Mạch chuyển đổi AD
Để thực hiện việc chuyển đổi AD, ta sử dụng vi mạch ADC 0809, đây là vi
mạch có 8 ngõ vào tương tự và ngõ ra digital 8 bit. Để thực hiện việc chuyển đổi và
nhận dữ liệu từ ADC, trong đồ án thực hiện các bước sau :
+ Ngõ vào CLK của 0809 sẽ được điều khiển bởi mạch tạo dao động có tần số
khoảng 900KHz.
+ Vref(+) = 5V, Vref(-) = 0V.
+ Ngõ vào IN0 được chọn nên các chân A0,A1,A2 nối mass.
+ 8051 xuất xung start tại chân P1.0 để bắt đầu quá trình chuyển đổi.
+ Trì hoãn khoảng 150
µ
s để ADC thực hiện hoàn toàn việc chuyển đổi.
+ Dữ liệu 8 bit tại ngõ ra ADC sẽ được đọc vào port B của 8255(2).
Tại nhiệt độ 30
o
C ngõ ra ADC có giá trò 00H và tại 55

o
C thì ngõ ra ADC có giá trò
FFH.
1.3 Khối đồng bộ và điều khiển công suất
1.3.1 Khối đồng bộ
Mạch đồng bộ có nhiệm vụ giúp cho vi điều khiển nhận biết thời điểm điện áp
lưới chuyển pha 0
o
và 180
o
, dựa vào thời điểm này mà vi điều khiển “tính toán“
thời điểm phát xung kích khởi điều khiển Triac sau khi đã so sánh giá trò nhiệt độ
đọc được với nhiệt độ cần ổn đònh.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
1 2 V A C
1
2
D Z 4
4 , 7 K
D Z 6
9 , 1 V
5 . 1 V
1 0 K
+
-
T L 0 8 4
3
2
1

41 1
- 1 2 V
T o P 1 . 1
R 1 6
D Z 5
R 1 7
7 4 L S 0 4
1 2
1 2 V
Hình 1.4 : Sơ đồ mạch đồng bộ
α
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang 8
1.3.2 Mạch điều khiển công suất

Tải được điều khiển theo phương pháp kiểm soát pha dùng triac, lúc mới hoạt
động vi điều khiển sẽ xuất xung điều khiển ứng với góc pha lớn nhất, khi nhiệt độ
trên tải chưa bằng nhiệt độ đặt, góc pha sẽ được điều khiển giảm dần và ngược lại
nếu nhiệt độ trên tải vượt quá yêu cầu thì góc pha sẽ được điều khiển tăng dần.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Hình 1.5 :Sơ đồ mạch điều khiển
Vtải
Ig
VAC
Hình 1.6: Sơ đồ dạng sóng trên tải
R21
LOAD
1
2
R18

220VAC
1
2
12V
220
R19
1
2
3
MOC3020
1
2
64
74LS04
1 2
From P1.2
R20
390
22
470
BTA12
3
21
A915
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang 9
1.4 Khối hiển thò và bàn phím
1.4.1 Khối hiển thò
Khối này gồm có hai mạch:
+ Mạch hiển thò nhiệt độ đặt.
+ Mạch hiển thò nhiệt độ thiết bò.

a.Mạch hiển thò nhiệt độ đặt
Để hiển thò giá trò nhiệt độ cần ổn đònh do người sử dụng đặt vào từ bàn phím
em dùng 2 led 7 đoạn loại cathod chung có ký hiệu SM 120561K. Tín hiệu được
xuất ra từ Port A của 8255(2) sẽ được đưa qua IC 4511 giãi mã số nhò phân BCD
thành số thập phân trước khi xuất ra led 7 đoạn để hiển thò.
b.Mạch hiển thò nhiệt độ thiết bò
Để hiển thò nhiệt độ của thiết bò ta sử dụng 3 led 7 đoạn loại Anot chung có ký
hiệu HY-5161BS, một led hiển thò hàng chục, một led hiển thò hàng đơn vò và led
còn lại hiển thò hàng thập phân. Dữ liệu được lấy ra từ 3 Port của 8255(1). Sơ đồ
mạch được giới thiêu ở trang kế bên.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
C H U S O H A N G D V I
a
b
c
d
e
f
g
G N D
.
.
.
.
.
.
.
.
3 3 0 x 7

R
U 1
4 5 1 1
7
1
2
6
3
4
5
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
A
B
C
D
L T
B I
L E
A
B
C
D
E
F

G
1
2
3
4
5
6
7
8
4 . 7 K
C H U S O H A N G C H U C
5 V
3 3 0 x 7R
4 . 7 K
F r o m P A 2
5 V
a
b
c
d
e
f
g
G N D
.
.
.
.
.
.

.
.
U 2
4 5 1 1
7
1
2
6
3
4
5
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
A
B
C
D
L T
B I
L E
A
B
C
D
E

F
G
Hình 1.7 : Sơ đồ mạch hiển thò nhiệt độ đặt
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
10
1.4.2 Khối bàn phím
Mạch bàn phím có 3 phím ấn, có chức năng như sau :
+ Phím SET dùng để đặt nhiệt độ cần ổn đònh.
+ Phím ENTER cho phép vi điều khiển chạy ổn đònh nhiệt độ.
+ Phím RESET cho phép dừng điều khiển và đặt lại nhiệt độ.
2. Thiết kế phần mềm
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Hình 1.8 : Sơ đồ mạch hiển thò nhiệt độ thiết bò
1
2
3
4
5
6
7
8
3
2
1
3
2
1
5 V
2 2 0 0 x 7

3
2
1
3
2
1
3 3 0 x 7
a
b
c
d
e
f
g
A n o t c h u n g
3
2
1
3
2
1
3
2
1
X 3
E N T E R
4 . 7 K
4 . 7 u F
5 V
1 0 0 1 0 0

S W S W
P 1 . 5
P 1 . 4
4 . 7 u F
R E S E T
4 . 7 K
S W
4 . 7 K
5 V
1 0 0
P 1 . 3
4 . 7 u F
5 V
S E T
Hình 1.9: Sơ đồ mạch bàn phím
C921 x 7
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
11
2.1 Giới thiệu
Trong mục này em trình bày thiết kế chương trình cho chip vi điều khiển 8051
dưạ trên cơ sở phần cứng thiết kế trong phần trước. Chương trình được lưu trong bộ
nhớ ROM ngoài, vi điều khiển tiến hành đọc chương trình trong ROM và thực thi
lệnh để điều khiển hệ thống hoạt động theo yêu cầu của đề tài.
Nguyên tắc hoạt động của chương trình như sau: sau khi hệ thống được cấp
nguồn, vi điều khiển chờ nhập và đọc giá trò nhiệt độ cần ổn đònh từ bàn phím, hiển
thò ra 2 led 7 đoạn. Sau khi người sử dụng nhấn phím “ Enter “ cho phép chạy
chương trình, vi điều khiển kích xung cho phép ADC hoạt động rồi nhận dữ liệu tại
ngõ ra ADC, tra bảng mã nhiệt độ tương ứng để hiển thò kết quả đo được ra 3 led 7
đoạn. Công việc tiếp theo là vi điều khiển sẽ xuất xung kích Triac ( dựa vào xung
đồng bộ ) để mạch công suất hoạt động ứng với góc kích

α
lớn nhất rồi giảm dần ,
vi điều khiển so sánh nhiệt độ đo được với nhiệt độ đặt nếu chưa bằng thì tiếp tục
giảm góc kích, ngược lại nếu vượt nhiệt độ đặt thì sẽ tăng dần góc kích, như vậy sẽ
có một góc kích mà tại đó nhiệt độ sẽ tương đối ổn đònh và lúc này vi điều khiển
xuất xung tăng giảm góc kích
α
chung quanh góc kích ổn đònh. Nguyên tắc của
việc xuất xung kích Triac của vi điều khiển là : khi phát hiện sườn lên và sườn
xuống của xung đồng bộ được đưa vào qua P1.1, vi điều khiển lập tức xóa P1.2 gọi
“Delay” sau đó lập bit P1.2 trong một khoảng sao cho đủ thời gian để kích Triac,
thời gian delay dài hay ngắn sẽ quyết đònh góc kích
α
lớn hay nhỏ. Trong qua trình
hoạt động nếu có tín hiệu “Reset” (thay đổi nhiệt độ cần ổn đònh) thì vi điều khiển
sẽ cho phép dừng hệ thống và chờ nhận giá trò nhiệt độ mới. Ưu điểm của việc
điều khiển theo cách này là góc kích sẽ tăng hoặc giảm rất mòn nên khả năng tải
sẽ làm việc ổn đònh.
Cấu trúc chương trình được chia ra thành chương trình chính và các chương
trình con, mỗi chương trình con thực hiện một công việc khác nhau như sau:
+ Chương trình chính.
+ Chương trình con nhận nhiệt độ đặt từ bàn phím.
+ Chương trình con hiển thò giá trò nhiệt độ ra LED 7 đoạn.
+ Chương trình con đọc nhiệt độ từ ADC.
+ Chương trình con ổn đònh nhiệt độ.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
12
2.2 Lưu đồ thuật toán chương trình chính

9.3 Lưu đồ thuật toán các chương trình con
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
NO
END
KHỞI ĐỘNG MODE LÀM VIỆC
CHO 8255
KHỞI TẠO GIÁ TRỊ BAN ĐẦU CHO
CÁC THANH GHI
GỌI CHƯƠNG TRÌNH CON
NHẬP NHIỆT ĐỘ CẦN ỔN ĐỊNH
ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ
THEO GIÁ TRỊ ĐÃ ĐẶT
YES
HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ CẦN ỔN ĐỊNH
GỌI CT CON ĐỌC NHIỆT ĐỘ VÀO
GỌI CT CON ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ
GỌI CT CON HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ
ĐẶT LẠI NHIỆT ĐỘ
KẾT THÚC
START
T
NO
YES
NO
NO
Hình 9.1 : Lưu đồ thuật toán chương trình chính
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
13
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp

21ĐT
READ
KHỞI ĐỘNG ADC
ĐỌC DỮ LIỆU TỪ ADC
LƯU
RET
GÁN GIÁ TRỊ BAN ĐẦU
ĐỌC BÀN PHÍM
TĂNG NHIỆT ĐỘ
CẦN ỔN ĐỊNH
YES
T
o
+1
SET
NO
ỔN ĐỊNH
NHIỆT ĐỘ THEO
GIÁ TRỊ VỪA ĐẶT
RET
Hình 9.2 : Chương trình con nhập nhiệt độ từ bàn phím
Hình 9.3 : Chương trình con đọc nhiệt độ vào
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
14
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
NO
NO
HTHỊ
ĐỌC NHIỆT ĐỘ

TRA BẢNG NHIỆT ĐỘ
XUẤT DỮ LIỆU RA LED 7 ĐOẠN
RET
Hình 9.4 : Chương trình con hiển thò nhiệt độ
ĐỌC DỮ LIỆU
ỔN ĐỊNH
RET
Hình 9.5 : Chương trình con ổn đònh nhiệt độ
T
ĐẶT
> T
YES
GIẢM
T
ĐẶT
< T
YES
TĂNG
T
ĐẶT
= T
YES
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
15
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
TRA BẢNG
ĐƯA KẾT QUẢ ĐỌC ADC VÀO A
GÁN B=10, CHIA A CHO B
LẤY THƯƠNG SỐ LÀM SỐ GIA ĐỂ TRA

“BANGMA” RỒI LƯU VÀO A
RET
Hình 9.6 : Chương trình con tra bảng nhiệt độ
TÁCH 4 BIT THẤP TRONG A LÀM SỐ GIA TRA
“BMLED”HIỂN THỊ HÀNG ĐVỊ
TÁCH 4 BIT CAO TRONG A LÀM SỐ GIA TRA
“BMLED”HIỂN THỊ HÀNG CHỤC
LẤY DƯ SỐ CHỨA TRONG B LÀM SỐ GIA
TRA
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
16
Chương 1:
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu
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. Nhờ những kỹ thuật tiên tiến
như vi xử lí, vi mạch số được ứng dụng vào lónh vực điều khiển, các hệ
thống điều khiển cơ khí ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều
khiển tự động với thời gian đáp ứng nhanh chính xác.
Trong kỹ thuật điều khiển tự động sự kết hợp giữa vi điều khiển, máy
tính với các bộ cảm biến được sử dụng phổ biến, thực hiện công việc đo,
giám sát và điều khiển hệ thống tự động hay từ xa như các hệ thống: điều
khiển nhiệt độ, đếm sản phẩm, ổn đònh tốc độ động cơ, báo cháy …
Trong các bệnh viện, việc điều khiển ổn đònh nhiệt độ của các thiết bò
như tủ giữ ấm, buồng nuôi cấy vi khuẩn, máy sưởi rất quan trọng vì nó ảnh
hưởng đến chất lượng điều trò cho người bệnh. Là một cán bộ làm công tác y
tế, thấy được tầm quan trọng trên nên em xin được thực hiện đề tài” điều
khiển và ổn đònh nhiệt độ tủ ấm y tế” nhằm từng bước kết hợp những kiến
thức đã học với thực tế công việc. Tủ ấm Y tế thường được trang bò tại các
khu xét nghiệm để giữ bệnh phẩm hoặc các tiêu bản xét nghiệm, các thiết bò

này thường có công suất cở 180W đến 200W với nhiệt độ thường được ổn
đònh trong khoảng 37
o
C đến 40
o
C.
Trong phạm vi đồ án này em thiết kế mô phỏng thiết bò điều khiển và
ổn đònh nhiệt độ tủ ấm ứng dụng vi điều khiển 8051, trên cơ sở đó em đã tiến
hành khảo sát những tính năng của chíp vi điều khiển 8051 để thiết kế và thi
công hệ thống với mong ước từng bước tiếp cận thực tế để sau này có điều
kiện phục vụ tốt hơn trong công tác khám chữa bệnh tại đơn vò.
1.2. Nhiệm vụ của đề tài
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
17
Mục đích của đề tài là thiết kế và thi công hệ thống điều khiển và ổn
đònh nhiệt độ tủ giữ ấm y tế dùng chíp vi điều khiển 8051, đáp ứng được các
yêu cầu sau:
+ Đo và hiển thò nhiệt độ thực của thiết bò
+ Đặt nhiệt độ cần ổn đònh từ bàn phím.
+ Điều khiển và ổn đònh nhiệt độ trong dãi yêu cầu từ 30
o
C đến 55
o
C.
+ Điều khiển công suất nhiệt của thiết bò theo phương pháp điều khiển
pha dùng Triac.
Nhiệm vụ thiết kế hệ thống được chia làm 2 phần:
- Thiết kế và thi công phần cứng của hệ thống.

- Viết phần mềm điều khiển hoạt động hệ thống.
Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống như sau:
Chức năng và nhiệm vụ từng khối:
+Khối vi điều khiển: Điều hành mọi hoạt động của hệ thống. Vi điều
khiển đọc chương trình từ ROM và thực thi lệnh, xuất tín hiệu điều khiển
thiết bò chấp hành.
+Khối bộ nhớ ROM: Lưu trữ chương trình điều hành hoạt động.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Hình 7.6 : Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển và ổn đònh nhiệt
độ dùng 8051
HIỂN
THỊ
A
D
C

C

M
B
I
E
Á
N
ROM
VI ĐIỀU
KHIỂN
Mạch
đồng bộ

Điều
khiển
Triac
GIAO
TIẾP
VÀO RA
Khối
công suất
BÀN
PHÍM
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
18
+Khối giao tiếp vào ra: Thông qua khối giao tiếp vào ra mà vi điều
khiển tiến hành đọc dữ liệu từ bên ngoài đưa vào, giám sát và điều khiển
trạng thái hoạt động của thiết ngoại vi, xuất dữ liệu ra thiết bò hiển thò.
+Khối đồng bộ, điều khiển và khối công suất: có nhiệm vụ phát hiện
thời điểm đảo pha của điện áp lưới, điều khiển góc kích Triac nhằm thay đổi
điện áp đặt vào khối công suất.
+Khối cảm biến: Có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng phi điện đó là
nhiệt độ thành tín hiệu điện (điện áp), đưa đến đầu vào bộ chuyển đổi ADC.
+Khối ADC: Thực hiện quá trình chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang
tín hiệu số.
+Khối hiển thò: Hiển thò nhiệt độ thực của thiết bò từ vi điều khiển đưa
đến và hiển thò giá trò nhiệt độ cần ổn đònh do người sử dụng đưa vào từ bàn
phím.

+Khối giao tiếp bàn phím: Thực hiện quá trình giao tiếp giữa người và
vi điều khiển. Vi điều khiển sẽ nhận giá tri nhiệt độ cần đặt từ bàn phím và
tiến hành điều khiển thiết bò hoạt động đúng theo yêu cầu.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
19
Chương 2:
GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8951
2.1. Tổng quan về kỹ thuật vi điều khiển
2.1.1. Khái quát chung về vi điều khiển
Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một
chip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống.
Theo chương trình điều khiển đã nạp sẵn bên trong chip, bộ vi điều khiển
tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, sau đó dựa vào kết quả của
quá trình xử lý để đưa ra các thông báo, tín hiệu điều khiển tiến hành điều
khiển quá trình hoạt động của các thiết bò bên ngoài. Vi điều khiển được ứng
dụng trong rất nhiều sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng.
Trong các thiết bò điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển điều
khiển hoạt động của TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thoại, 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.
2.1.2. Lòch sử phát triển của vi điều khiển
Bộ vi điều khiển thực ra là một loại vi xử lí trong tập hợp các bộ vi xử lý
nói chung. Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lí, từ những năm 1970
do sự phát triển và hoàn 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 lý chỉ có chứa trên một chip những chức năng cần thiết để xử lý 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 chuyển đổi AD, khối điều khiển, khối hiển
thò, điều khiển máy in, nối đồng hồ và lòch là những linh kiện nằm ở bên
ngoài được nối vào bộ vi xử lý.
Mãi đến năm 1976 công ty INTEL (Intelligen-Elictronics) mới cho ra
đời bộ vi điều khiển đơn chip đầu tiên trên thế giới với tên gọi 8048. Bên
cạnh bộ xử lý trung tâm, 8048 còn chứa bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình,
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
20
bộ đếm và phát thời gian, các cổng vào ra digital trên một chip. Các công ty
khác cũng lần lược cho ra đời các bộ vi điều khiển 8 bit tương tự như 8048 và
hình thành họ vi điều khiển MCS-48.
Đến năm 1980 công ty INTEL cho ra đời thế hệ thứ hai của bộ vi điều
khiển đơn chip với tên gọi 8951. Và sau đó hàng loạt các vi điều khiển cùng
loại với 8951 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 đầu thế giới chế tạo. Đứng đầu là công ty INTEL
và rất nhiều công ty khác như : AMD, SIEMENS, PHILIPS, DALLAS, OKI …
2.1.3. Sơ đồ khối của một bộ vi điều khiển
Sơ đồ khối chung của hầu hết các bộ vi điều khiển bao gồm CPU, bộ
nhớ ROM hay EPROM và RAM, mạch giao tiếp, mạch giao tiếp song song,
bộ đònh thời gian, hệ thống ngắt và các BUS được tích hợp trên cùng một
chip.
2.2. Kiến trúc của vi điều khiển 8951
IC vi điều khiển 8951 thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau :
+ 4 kbyte ROM
+ 128 byte RAM
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT

CPU

Timers

Điều khiển

ngắt

Giao tiếp
nối tiếp

Giao tiếp

song song

RAM

ROM

Thiết bò

nối tiếp

Thiết bò

song song

Hình 2.1: Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển

Nguồn đồng
hồ ngoài


Ngắt ngoài

Bus dữ liệu, đòa chỉ, điều khiển


Đồng hồ nội

Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
21
+ 4 port I/0 8 bit
+ Hai bộ đònh thời 16 bits
+ Giao tiếp nối tiếp
+ 64KB không gian bộ nhớ chương trình ngoài
+ 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu ngoài
+ Bộ xử lí luận lí (thao tác trên các bit đơn)
- 210 bit được đòa chỉ hóa
- Bộ nhân / chia 4µs
2.2.1. Cấu trúc bên trong của 8951
Hình 2.2 : Sơ Đồ Khối 8951
Phần chính của vi điều khiển 8951 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

Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
INT\1
INT\0

TIMER2
TIMER1
PORT nối tiếp

TXD
*
RXD
*


T
1
*
T
2
*
P
0
P
1
P
2
P
3

EA\ RST PSEN ALE


Cacùùthanh
ghi khác
128 byte
Ram

Rom
4K-8951
OK-8031
Timer1
Timer2
Điều khiển
ngắt
Điều khiển
bus
CPU
Port nối
tiếp
Các port I/O
Tạo dao
động
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
22
+ Đơn vò logic học (ALU : Arithmetic Logical Unit )
+ Từ trạng thái chương trình (PSW : Prorgam Status Word)
+ Bốn băng thanh ghi
+ Con trỏ ngăn xếp

+ Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển
thời gian và logic.
Đơn vò xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động, ngoài ra còn
có khả năng đưa một tín hiệu giữ nhòp từ bên ngoài.
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 ngoài, sự tràn
bộ đếm đònh thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp.
Hai bộ đònh thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm.
Các cổng (port0, port1, port2, port3), sử dụng vào mục đích điều khiển.
Ở cổng 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ nhớ
bên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn
bên ngoài.
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 qua cổng nối tiếp có thể đặt
trong dãy rộng và được ấn đònh bằng một bộ đònh thời.
Trong vi điều khiển 8951 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 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 của các thanh ghi.
2.2.2. Chức năng các chân của vi điều khiển 8951
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
C 1 3 0 p
C 2 3 0 p
U 2
8 0 5 1
3 1
1 9

1 8
9
1 2
1 3
1 4
1 5
1
2
3
4
5
6
7
8
3 9
3 8
3 7
3 6
3 5
3 4
3 3
3 2
2 1
2 2
2 3
2 4
2 5
2 6
2 7
2 8

1 7
1 6
2 9
3 0
1 1
1 0
E A / V P
X 1
X 2
R E S E T
I N T 0
I N T 1
T 0
T 1
P 1 . 0
P 1 . 1
P 1 . 2
P 1 . 3
P 1 . 4
P 1 . 5
P 1 . 6
P 1 . 7
P 0 . 0
P 0 . 1
P 0 . 2
P 0 . 3
P 0 . 4
P 0 . 5
P 0 . 6
P 0 . 7

P 2 . 0
P 2 . 1
P 2 . 2
P 2 . 3
P 2 . 4
P 2 . 5
P 2 . 6
P 2 . 7
R D
W R
P S E N
A L E / P
T X D
R X D
R S T
1 2 M H z
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
23

Vi điều khiển 8951 có 32 trong 40 chân có chức năng như là các cổng
I/O, trong đó 24 chân được sử dụng với hai mục đích. Nghóa là ngoài chức
năng cổng I/O, mỗi chân có công dụng kép này có thể là một đường điều
khiển của Bus đòa chỉ hay Bus dữ liệu hoặc là mỗi chân hoạt động mọt cách
độc lập để giao tiếp với các thiết đơn bit như là công tắc, LED, transistor…
a.Port0: là port có 2 chức năng, ở trên chân từ 32 đến 39 của MC 8951.
Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ ngoài, P0 được sử dụng như là
những cổng I/O. Còn trong các thiết kế lớn có yêu cầu một số lượng đáng kể
bộ nhớ ngoài thì P0 trở thành các đường truyền dữ liệu và 8 bit thấp của bus
đòa chỉ.
b. Port1: là một port I/O chuyên dụng, trên các chân 1-8 của MC8951.

Chúng được sử dụng với một múc đích duy nhất là giao tiếp với các thiết bò
ngoài khi cần thiết.
c. Port2: là một cổng có công dụng kép trên các chân 21 – 28 của MC
8951. Ngoài chức năng I/O, các chân này dùng làm 8 bit cao của bus đòa chỉ
cho những mô hình thiết kế có bộ nhớ chương trình ROM ngoài hoặc bộ nhớ
dữ liệu RAM có dung lượng lớn hơn 256 byte.
d. Port3: là một cổng có công dụng kép trên các chân 10 – 17 của MC
8951. Ngoài chức năng là cổng I/O, những chân này kiêm luôn nhiều chức
năng khác nữa liên quan đến nhiều tính năng đặc biệt của MC 8951, được
mô tả trong bảng sau:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Hình 2.3 : Sơ đồ chân 8951
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
24
Bit Tên Chức năng chuyển đổi
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
RxD
TxD
0INT
1INT
T0
T1

ƯWR
RD
Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.
Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp.
Ngắt ngoài 0.
Ngắt ngoài 1.
Ngõ vào TIMER 0.
Ngõ vào của TIMER 1.
Điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ
ngoài.
Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.
Bảng 2.1 : Chức năng của các chân trên port3
e. PSEN (Program Store Enable): 8951 có 4 tín hiệu điều khiển, PSEN
là tín hiệu ra trên chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép truy xuất
bộ nhớ
chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của
một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh của chương trình. Tín hiệu
PSEN ở mức thấp trong suốt phạm vi quá trình của một lệnh. Các mã nhò
phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh
ghi lệnh của 8951 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội
PSEN sẽ ở mức cao.
f. ALE (Address Latch Enable ): Tín hiệu ra ALE trên chân 30 tương hợp
với các thiết bò làm việc với các xử lý 8585, 8088. 8951 dùng ALE để giải đa
hợp bus đòa chỉ và dữ liệu, khi port 0 được dùng làm bus đòa chỉ/dữ liệu đa
hợp: vừa là bus dữ liệu vừa là byte thấp của đòa chỉ 16 bit . ALE là tín hiệu
để chốt đòa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nữa đầu của chu kỳ bộ
nhớ. Sau đó, các đường Port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nữa sau
chu kỳ của chu kỳ 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 nhòp cho các hệ thống. Nếu xung trên

8951 là 12MHz thì ALE có tần số 2MHz. Chân này cũng được làm ngõ vào
cho xung lập trình cho EPROM trong 8951.
g. EA (External Access): Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được nối
lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, 8951 thi hành
chương trình từ ROM nội trong khoảng đòa chỉ thấp (4K). Nếu ở mức thấp,
chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng. Người ta còn dùng chân
EA làm chân cấp điện áp 21V khi lập trình cho EPROM trong 8951.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp Trang
25
h. RST (Reset): Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8951. Khi tín
hiệu này được đưa lên mức cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy), các thanh ghi
trong 8951 được đưa vào những giá trò thích hợp để khởi động hệ thống.
i.OSC: 8951 có một bộ dao động trên chip, nó thường được nối với thạch
anh giữa hai chân 18 và 19. Tần số thạch anh thông thường là 12MHz.
j. POWER: 8951 vận hành với nguồn đơn +5V. V
cc
được nối vào chân 40
và V
ss
(GND) được nối vào chân 20.
2.2.3. Tổ chức bộ nhớ của bộ vi điều khiển 8951
8951 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt
cho chương trình và dữ liệu. Như đã nói ở trên, cả chương trình và dữ liệu có
thể ở bên trong 8951, dù vậy chúng có thể được mở rộng bằèng các thành
phần ngoài lên đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ chương trình và 64 Kbytes bộ
nhớ dữ liệu.
Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM và RAM trên chip. RAM trên chip bao
gồm nhiều phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ đòa chỉ hóa từng bit, các

bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt
RAM bên trong chip 8951 được phân chia như sau:
• Bank thanh ghi (00H – 1FH).
• RAM đòa chỉ hóa từng bit (20H – 2FH).
• RAM đa dụng (30H – 7FH)ø.
• Các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H – FFH).
a. RAM đa dụng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn văn Đức Lớp
21ĐT
Bộ nhớ
chương trình
được chọn
qua PSEN
0000
Bộ nhớ dữ
liệu được
chọn qua
WR và RD
0000
FFFF
FF
00
FFFF
Hình 2.4 : Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 8951