đồ án tốt nghiệp điều khiển tốc độ động cơ bằng phương pháp băm xung sử dụng vi điều khiển at89c5 và vi mạch lmd 18200

L
ờ
i N
ãi §Çu

Ngày nay đại đa số các lónh vực sản xuất, điều khiển, giám sát, đo lường…đều được
trang bò hệ thống tự động hóa. Một trong số vi mạch được sử dụng đó là kỹ thuật vi điều
khiển. Nhờ tính năng ưu việt của bộ vi điều khiển như: khả năng lập trình phù hợp với thiết
kế nhỏ và lớn cũng như giao tiếp với các thiết bò ngoại vi và máy tính đã đem lại sự hoàn
hảo, độ chính xác và tính mềm dẻo cao thông qua giao tiếp giữa người và máy.
Vi điều khiển quản lý và điều khiển hoạt động của hệ thống thông qua phần mềm,
nhờ vậy mà ta có thể mở rộng và thay đổi hoạt động một cách dễ dàng bằng cách thay đổi
một số thông số của chương trình. Vi điều khiển hoạt độnh theo chương trình đã nạp
sẵn,đọc các tín hiệu từ bên ngoài đưa vào sau đó lưu trữ và xử lý, trên cơ sở đó đưa ra các
thông báo, tín hiệu điều khiển các thiết bò bên ngoài hoạt động theo đúng thông số và yêu
cầu của hệ thống.
Hệ thống điện tử số sử dụng bộ vi điều khiển và máy tính trong các dây chuyền sản
xuất công nghiệp, thực hiện nhiệm vụ điều khiển và giám sát hệ thống. Ngoài ra vi điều
khiển cũng có mặt trong các sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng như: lò vi ba, lò sưỡi, máy
giặt, hệ thống cảnh báo và giám sát của các phương tiện giao thông… và trong nhiều thiết bò
công nghiệp khác.
Trong tập đồ án này em xin phép được giới thiệu một hệ thống âiãưu khiãøn mạy giàût sử
dụng chip vi điều khiển 8051.
Việc đònh hướng xây đựng đề tài này xuất phát từ nhu cầu thực tế trong đời sống hiãûn
âải. Nội dung của đồ án có 2 phần:
+ Phần I : Cơ sở lý thuyết. Bao gồm kiến trúc của chip vi điều khiển 8051
+ Phần II: Tính toán và thiết kếá trình bày về thiết kế phần cứng và phần mềm hệ
thống.
Qua nổ lực nghiên cứu, tìm hiểu của bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình chu
đáo của Thầy giáo Th.S Lê Xứng em đã hoàn thành đồ án này.

Với khoảng thời gian có hạn cũng như trình độ kiến thức em còn hạn chế nên em tin
chắc rằng hệ thống này hoạt động chưa được tối ưu và cũng sẻ không tránh khỏi những
thiếu sót. Em kính mong Thầy Cô thông cảm, giúp đỡ và chỉ bảo thêm cho em những kinh
nghiệm quý báu.
Em xin chân thành cảm ơn.
1

Chương 1
Chương 1
:
:
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu :
Trong rất nhiều ứng dụng , như máy in , máy ATM , robotíc , Cd player ,disk driver , …
cần đến động cơ điện một chiều . Trong da sô các úng dụng đó , động cơ đồi hỏi phải có bộ
điều khiển tốt như : điều chỉnh được tốc độ , ổn đònh được tốc độ , đảo chiều quay , độ ổn
đònh tốt , hiệu suất cao , nhỏ gọn . Đó là những đòi hỏi hết sưc phức tạp .Chính vì vạy trong
đề tài này em xin đua ra phương pháp “ điiêù chỉnh tốc độ động cơ bàng phương pháp băm
xung , sử dụng vi điều khiển AT89C51 và vi mạch LMD 18200 “ nhàm đật được tối đa
những đòi hoi trên . Nếu giải quết được vấn đề thì sẽ cải thiện đến chất lượng của các máy
móc có sử dụng động cơ dc rất lớn . Như : điều khiẻn máy CNC , máy đóa , robot , ….

1.2Cơ bản về điều khiển động cơ :
Có rất nhiều phương pháp để điều khiển động cơ dc , nhưng người ta thường dùng
phương pháp điều khiển cầu .Cấu trúc mạch như hình vẽ :

Với mạch này có thể vừa điều chỉnh tốc độ động cơ bằng xung , vừa đảo được chiều
quay , hiệu suất cao .Vi mạch LMD18200 tích hợp sẵn mạch cầu điều khiển động cơ có
thể hoạt động với tần số 1Khz .Nếu có thêm tụ 10nF chân Bootstrap thì có thể hoạt động

lên tới tần số 500Khz .Sử dụng vi điều khiển 89C51 để tạo xung điều khiển LMD18200.
1.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM):
Đây là phương pháp đưa ra độ rộng xung thay đổi từ đó điều khiển được công suất
trên tải thay đổi.
2

1.4 Giới thiệu các chức năng chính của mạch:
-Khối hiển thò gồm 8 led, 4led hiển thò tốc độ thực, 4led hiển thò tốc độ cài đặt, có
các led biểu thò trạng thái chạy, dừng, quay thuận , quay nghòch, và có loa báo quả
tải
-Khối điều chỉnh gồm 4 công tắc làm các công việc :start/stop, chiều thuận , chiều
nghòch, tăng tốc , giảm tốc
-Khối động cơ: là vi mạch LDM18200 nhận các tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển
dể điều chỉnh động cơ
-Khối cảm biến: là bộ thu phát tin hồng ngoại để nhận biết tốc độ quay của động cơ
và phản hồi về vi điều khiển để hiệu chỉnh động cơ đòng với tốc độ đặt
3
KHỐI VĐK 89C51
KHỐI ĐIỀU
CHỈNH
KHỐI HIỂN THỊ
KHỐI ĐK ĐCƠ
CẢM BIẾN
MÁY TÍNH
ĐC

Chương 2
GIỚI THIỆU CÁC VI MẠCH LIÊN QUAN
2.1 Tổng quan về kỹ thuật vi điều khiển :( xem chi tiết ở phụ lục I)
2.1.1 Khái quát chung về bộ 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.
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.
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 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.
Nguồn đồng Ngắt ngoài
hồ ngoài

Đồng hồ nội
Bus dữ liệu, đòa chỉ, điều khiển
2.2 Kiến trúc của bộ vi điều khiển 8051 :
4
CPU
Timers
Điều khiển
ngắt
Giao tiếp nối
tiếp
Giao tiếp
song
song
RAM
ROM

Thiết bò
nối tiếp
Thiết bò
song song
Hình 1.1: Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển
TXD
*
RXD
*
T
1
*
T
2
*
INT\1
INT\0

TIMER2
TIMER1
PORT nố tiếp

IC vi điều khiển 8051/8031 thuộc họ MCS51 có các đặt điểm sau :
- 4 kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051)
- 128 byte RAM
- 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 8051:

Hình 2.1 : Sơ Đồ Khối 8051
5
P
0
P
1
P
2
P
3


EA\ RST PSEN ALE


Cacùùthanh
ghi khác
128 byte
Ram
Rom
4K-8051
OK-8031
Timer1
Timer2
Đ Điều

khiển ngắt
Điều khiển
bus
CPU
Port nối tiếpCác port I\O
Tạo dao
động

Phần chính của vi điều khiển 8051 là bộ xử lí trung tâm (CPU: central processing unit
) bao gồm :
- Thanh ghi tích lũy A
- Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia
- Đơn 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.
Trong vi điều khiển 8051 / 8031 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ
và các thanh ghi :
Bộ nhớ gồm có bộ nhớ Ram và bộ nhớ Rom (chỉ có ở 8031) dùng để lưu trữ dữ liệu
và mã lệnh.
Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lí. Khi CPU làm việc nó
làm thay đổi nội dung củ ác thanh ghi.
2.2.2 Chức năng các chân của vi điều khiển:
6
18
19
12MHz
40

29
30
31
9
17
16
15
14
13
12
11
10
RD\
WR\
T1
T0
INT1
INT0
TXD
RXD
A15
A14
A13
A12
A11
A10
A9
A8
28
27

26
25
24
23
22
21
8
7
6
5
4
3
2
1
32
33
34
35
36
37
38
39
P0.7
P0.6
P0.5
P0.4
P0.3
P0.2
P0.1
P0.0

AD7
AD6
AD5
AD4
AD3
AD2
AD1
AD0
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
P2.7
P2.6
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0
PSEN\
ALE
EA\
RET
Vcc
20

Vss
30p
30p
XTAL1
XTAL2

Hình 2.2
:
Sơ Đồ Chân 8051
Vi điều khiển 8051 có 32 trong 40 chân có chức năng như là các cổng I/O, trong
đoa 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 một 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 8051. Trong các
thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ ngoài, PO 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 PO trở thành các
đường truyền dữ liệu và 8 bit thấp của bus đòa chỉ.
b.Port1
: Port1 là một port I/O chuyên dụng trên các chân 1-8 của MC8051. Chúng
được sử dụng với một múc đích duy nhất là giao tiếp với các thiết bò ngoài khi cần thiết.
c.Port2
: Port2 là một cổng có công dụng kép trên các chân 21 – 28 của MC 8051.
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
: Port3 là một cổng có công dụng kép trên các chân 10 – 17 của MC 8051.
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 8051, được mô tả trong bảng sau :
Bit Tên Chức năng chuyển đổi
P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp
P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp
P3.2 INTO Ngắt 0 bên ngoài
P3.3 INT1 Ngắt 1 bên ngoài
P3.4 TO Ngỏ vào của timer 0
P3.5 T1 Ngõ vào của timer 1
P3.6 WR Tín hiệu ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 RD Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
Bảng 2.1 : Chức năng của các chân trên port3
e.PSEN
(Program Store Enable ) : 8051 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
7

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.
PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhò phân của chương trình được
đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051 để giải mã lệnh. Khi thi
hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức cao.
f.ALE
(Address Latch Enable ) :
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 8051 là 12MHz thì ALE
có tần số 2MHz. Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong

8051.
g.EA (External Access)
:
Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được nối lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp
(GND).
h.RST (Reset) :
Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8051. Khi tín hiệu này được đưa lên mức
cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy ), các thanh ghi trong 8051 được đưa vào những giá trò
thích hợp để khởi động hệ thống.
i. OSC:
Như đã thấy trong các hình trên, 8051 có một bộ dao động trên chip. Nó thường
được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19. Tần số thạch anh thông thường là 12MHz.
j. POWER:
8051 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 8051 :
8051 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 8051, 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 (8051) 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.
Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip :
RAM bên trong chip 8051 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).
8

9

a. RAM đa dụng.
Đòa chỉ byte Đòa chỉ bit
7F
30
2F
2E
2D
2C
2B
2A
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
1F
18
17

10
0F
08
07
00
RAM đa dụng
7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78
7
7
76 75 74 73 72 71 70
6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68
6
7
66 65 64 63 62 61 60
5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58
5
7
56 55 54 53 52 51 50
4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48
4
7
46 45 44 43 42 41 40
3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38
3
7
36 35 34 33 32 31 30
2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28
2
7
26 25 24 23 22 21 20

1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18
1
7
16 15 14 13 12 11 10
0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08
0
7
06 05 04 0
3
02 01 00
BANK 3
BANK 2
BANK 1
Default register
Bank for RR7
Hình 2.3 Bảng tóm tắt bản bản đồ vùng nhớ dữ liệu trên chip 8051

10

Đòa chỉ byte Đòa chỉ bit
FF
F0
E0
D0
B8
B0
A8
A0
99
98

90
8D
8C
8B
8A
89
F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B
E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 ACC
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW
- - - BC BB BA B9 B8 IP
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P3
AF - - AC AB AA A9 A8 IE
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2
Not bit addressable
SBUF
9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCON
97 96 95 94 93 92 91 90 P1
Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable
TH1
TH0
TL1
TL0
TMOD
8
8
87

83
82
81
80
8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON
Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable
PCON
DPH
DPL
SP
87 86 85 84 83 82 81 80 PO
Hình 2.4 Tóm tắt bộ nhớ dữ liệu trên chip
11

Mọi đòa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng cách
đánh đòa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Ví dụ, để đọc nội dung ở đòa chỉ 5FH của RAM nội vào
thanh ghi tích lũy lệnh sau sẽ được dùng :
MOV A, 5FH
Lệnh này di chuyển một byte dữ liệu dùng cách đánh đòa chỉ trực tiếp để xác đònh “đòa
chỉ nguồn” (5FH). Đích nhận dữ liệu được ngầm xác đònh trong mã lệnh là thanh ghi tích lũy
A.
RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh đòa chỉ gián tiếp qua RO
hay R1. Ví dụ, sau khi thi hành cùng nhiệm vụ như lệnh đơn ở trên :
MOV R0, #5FH
MOV A, @R0
Lệnh đầu dùng đòa chỉ tức thời để di chuyển giá trò 5FH vào thanh ghi R0 và lệnh thứ
hai dùng đòa gián tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi R0” vào thanh ghi tích lũy.

b.RAM đòa chỉ hóa từng bit :
8051 chứa 210 bit được đòa chỉ hóa, trong đó 128 bit là ở các đòa chỉ byte 20H
đến 2FH, và phần còn lại trong các thanh ghi chức năng đặc biệt .
Có 128 bit được đòa chỉ hóa đa dụng ở các byte 20H đến 2FH. Các đòa chỉ này được
truy xuất như các byte hoặc các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng. Ví dụ, để đặt bit 67H,
ta dùng lệnh sau :
SETB 67H
Ở đây đòa chỉ bit 67H là bit có trọng số lớn nhất (MSB) ở đòa chỉ byte 2CH, lệnh trên
sẽ không tác động đến các bit khác của byte này.
c.Các bank thanh ghi :
MC 8051 cung cấp 32 byte thấp nhất của bộ nhớ dữ liệu nội là dành cho các bank
thanh ghi. 8 thanh ghi (RO đến R7) ở vò trí cuối cùng của RAM và theo mặc đònh (sau khi
Reset hệ thống) các thanh ghi này ở các đòa chỉ 00H-07H, tiếp đó là bank 1, bank 2 và
bank 3. Lệnh sau đây sẽ đọc nội dung ở đòa chỉ 05H vào thanh ghi tích lũy:
MOV A,R5
Đây là lệnh một byte dùng đòa chỉ thanh ghi. Tất nhiên, thao tác tương tự có thể được
thi hành bằng lệnh 2 byte dùng đòa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ hai:
MOV A,05H
Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn các lệnh
tương ứng dùng đòa chỉ trực tiếp. Các giá trò dữ liệu được dùng thường xuyên nên dùng một
trong các thanh ghi này.
2.2.4 Các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR:
Các thanh ghi nội của 8051 được truy xuất ngầm đònh bởi bộ lệnh. Ví dụ lệnh “INC
A” sẽ tăng nội dung của thanh ghi tích lũy A lên 1. Tác động này được ngầm đònh trong mã
lệnh.
Cũng như R0 đến R7, có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special Funtion
Rgister) ở vùng trên của RAM nội, từ đòa chỉ 80H đến FFH. Chú ý rằng hầu hết 128 đòa
chỉ từ 80H đến FFH không được đònh nghóa, chỉ có 21 đòa chỉ SFR là được đònh nghóa.
12

Ngoại trừ tích lũy (A) có thể được truy xuất ngầm như đã nói, đa số các SFR được
truy xuất dùng đòa chỉ trực tiếp. chú ý rằng một vài SFR có thể được đòa chỉ hóa bit hoặc
byte. Khi thiết kế phải thận trọng khi truy xuất bit và byte. Ví dụ lệnh sau:
SETB 0E0H
Sẽ Set bit 0 trong thanh ghi tích lũy, các bit khác không thay đổi. Ta thấy rằng E0H
đồng thời là đòa chỉ byte của thanh ghi tích lũy và là đòa chỉ bit có trọng số nhỏ nhất trong
thanh ghi tích lũy. Vì lệnh SETB chỉ tác động trên bit, nên chỉ có đòa chỉ bit là có hiệu quả.
13

a. Từ trạng thái chương trình(PWS):
Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word) ở đòa chỉ D0H chứa các bit
trạng thái như bảng tóm tắt sau:
Bit Ký hiệu Đòa chỉ Ýù nghóa
PSW.7
PSW.6
PSW.5
PSW.4
PSW.3
PSW.2
PSW.1
PSW.0
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
P
D7H
D6H

D5H
D4H
D3H
D2H
D1H
D0H
Cờ nhớ
Cờ nhớ phụ
Cờ 0
Bit 1 chọn bank thanh ghi
Bit chọn bank thanh ghi.
00=bank 0; đòa chỉ 00H-07H
01=bank 1: đòa chỉ 08H-0FH
10=bank 2:đòa chỉ 10H-17H
11=bank 3:đòa chỉ 18H-1FH
Cờ tràn
Dự trữ
Cờ Parity chẵn.
Hình 21: Từ trạng thái chương trình
• Cờ nhớ (CY) có công dụng kép. Thông thường nó được dùng cho các lệnh toán học: nó sẽ
được set nếu có một số nhớ sinh ra bởi phép cộng hoặc có một số mượn phép trừ . Ví
dụ, nếu thanh ghi tích lũy chứa FFH, thì lệnh sau:
ADD A,#1
Sẽ trả về thanh ghi tích lũy kết qủa 00H và set cờ nhớ trong PSW.
Cờ nhớ cũng có thể xem như một thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thi hành trên
bit. Ví dụ, lệnh sẽ AND bit 25H với cờ nhớ và đặt kết qủa trở vào cờ nhớ: ANL C,25H
• Cờ nhớ phụ AC :
Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ (AC) được set nếu kết qủa của 4 bit thấp trong
khoảng 0AH đến 0FH. Nếu các giá trò cộng được là số BCD, thì sau lệnh cộng cần có DA A(
hiệu chỉnh thập phân thanh ghi tích lũy) để mang kết qủa lớn hơn 9 trở về tâm từ 0÷9.

• Cờ zero F0: Cờ F0 là một bit cờ đa dụng dành các ứng dụng của người dùng.
• Các bit chọn bank thanh ghi
Các bit chọn bank thanh ghi (RSO và RS1) xác đònh bank thanh ghi được tích cực.
Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bằng phần mềm nếu cần. Ví dụ, ba
lệnh sau cho phép bank thanh ghi 3 và di chuyển nội dung của thanh ghi R7 (đòa chỉ byte
1FH) đến thanh ghi tích lũy:
SETB RS1
SETB RSO
MOV A,R7
Khi chương trình được hợp dòch các đòa chỉ bit đúng được thay thế cho các ký hiệu
“RS1” và “RS0”. Vậy lệnh SETB RS1 sẽ giống như lệnh SETB 0D4H.
14

• Cờ Tràn
Cờ tràn (OV) được set một lệnh cộng hoặc trừ nếu có một phép toán bò tràn. Khi các
số có dấu được cộng hoặc trừ với nhau, phần mềm có thể kiểm tra bit này để xác đònh xem
kết qủa của nó có nằm trong tầm xác đònh không. Khi các số không dấu được cộng, bit OV
có thể được bỏ qua. Các kết qủa lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn –128 sẽ set bit OV.
b. Thanh ghi B:
Thanh ghi B ở đòa 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 trò không dấu 8 bit trong A và B rồi trả về kết
qủa 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao). Lệnh DIV AB sẽ chia A cho B rồi trả về kết
qủa nguyên trong A và phần dư trong B. Thanh ghi B cũng có thể được xem như thanh ghi
đệm đa dụng. Nó được đòa chỉ hóa ttừng bit bằng các đòa chỉ bit FOH đến F7H.
c. Con trỏ ngăn xếp:
Con trỏ ngăn xếp (SP) là một thanh ghi 8 bit ở đòa chỉ 81H. Nó chứa đòa chỉ của byte
dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp. Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm các thao tác cất
dữ liệu vào ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp. Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm
tăng SP trước khi ghi dữ liệu, và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp sẽ dọc dữ liệu và làm
giảm SP. Ngăn xếp của 8051 được giữ trong RAM nội và được giới hạn các đòa chỉ có thể

truy xuất bằng đòa chỉ gián tiếp. chúng là 128 byte đầu của 8051.
Để khởi động lại SP với ngăn xếp bắt đầu tại 60H, các lệnh sau đây được dùng:
MOV SP,#5FH
d. Con trỏ dữ liệu:
Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài, đây là một thanh ghi 16
bit ở đòa chỉ 82H( byte thấp) và 83H (byte cao). Ba lệnh sau sẽ ghi 55H vào RAM ngoài ở
đòa chỉ 1000H:
MOV A,#55H
MOV DPTR,#1000H
MOVX @DPTR,A
Lệnh đầu tiên dùng đòa chỉ tức thời để tải dữ liệu 55H vào thanh ghi tích lũy, lệnh thứ
hai cũng dùng đòa chỉ tức thời, lần này để tải dữ liệu 16 bit 1000H vào con trỏ dữ liệu.
Lệnh thứ ba dùng đòa chỉ gián tiếp để di chuyển dữ liệu trong A (55H) đến RAM ngoài ở
đòa chỉ được chứa trong DPTR (1000H)
e. Các thanh ghi port xuất nhập:
Các port của 8051/8031 bao gồm Port 0 ở đòa chỉ 80H, Port 1 ở đòa chỉ 90 H,
Port 2 ở đòa chỉ A0H và Port 3 ở đòa chỉ B0H. Tất cả các Port đều được đòa chỉ hóa từng
bit. Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi.
f. Các thanh ghi timer:
8051 chứa 2 bộ đònh thời đếm 16 bit được dùng trong việc đònh thời hoặc đếm sự
kiện. Timer 0 ở đòa chỉ 8AH (TL0:byte thấp) và 8CH (TH0:byte cao).Timer 1 ở đòa chỉ 8BH
(TL1:byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao).
Việc vận vậnhành timer được set bởi thanh ghi Timer Mode (TMOD) ở đòa chỉ 89H và
thanh ghi điều khiển timer (TCON) ở đòa chỉ 88H. Chỉ có TCON được đòa chỉ hóa từng bit.
15

g. Các thanh ghi port nối tiếp:
8051 chứa một port nối tiếp trên chip dành cho việc trao đổi thông tin với các thiết
bò nối tiếp như máy tính, modem hoặc cho việc giao tiếp với các IC khác có giao tiếp nối tiếp
(có bộ chuyển đổi A/D, các thanh ghi dòch ). Một thanh ghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp

(SBUF) ở đòa chỉ 99H sẽ giữ cả hai dữ liệu truyền và nhận. Khi truyền dữ liệu thì ghi lên
SBUf, khi nhận dữ liệu thì đọc từ SBUF. Các mode vận hành khác nhau được lập trình qua
thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) được đòa chỉ hóa từng bit ở đòa chỉ 98H.
h. Các thanh ghi ngắt:
8051 có cấu 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên. Các ngắt bò cấm sau khi reset hệ thống
và sẽ được cho phép bằng việc ghi vào thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở đòa chỉ 8AH một giá
trò phù hợp. Cả hai thanh ghi được đòa chỉ hóa từng bit.
i. Các thanh ghi điều khiển công suất:
Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở đòa chỉ 87H chứa nhiều bit điều khiển. Chúng
được tóm tắt trong bảng sau:
Hình 2.5 : Thanh ghi điều khiển công suất (PCON)
2.2.6 Lệnh reset
.

8051 được reset bằng cách giữ chân RST ở mức cao ít nhất trong 2 chu kỳ máy và
trả nó về múc thấp. RST có thể được kích khi cấp điện dùng một mạch R-C.
16
Bit Ký hiệu nghóa
7
6
5
4
3
2
1
0
SMOD
GF1
GF0
PD

IDL
Bit gấp đôi tốc độ baud, nếu được set thì tốc độ
baud sẽ tăng gấp đôi trong các mode 1,2 và 3
của port nối tiếp
Không đònh nghóa
Không đònh nghóa
Không đònh nghóa
Bit cờ đa dụng 1
Bit cờ đa dụng 0
Giảm công suất, được set để kích hoạt mode
giảm công suất, chỉ thoá khi reset
Mode chờ, set để kích hoạt mode chờ, chỉ thoát
khi có ngắt hoặc reset hệ thống.

Hình 2.8:

Mạch reset hệ thống
.
Trạng thái của tất cả các thanh ghi của 8051 sau khi reset hệ thống được tóm tắt
trong bảng sau:
Thanh ghi Nội dung
Đếm chương trình
Tích lũy
B
PSW
SP
DPTR
Port 0-3
IP
IE

Các thanh ghi đònh thời
SCON
SBUF
PCON(HMOS)
PCON(CMOS)
0000H
00H
00H
00H
07H
0000H
FFH
XXX00000B
0XX00000B
00H
00H
00H
0XXXXXXB
0XXX0000B
Hình 2.9 : Trạng thái các thanh ghi sau khi reset
Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên là thanh ghi đếm chương trình, nó được đặt
lại 0000H. Khi RST trở lại mức thấp, việc thi hành chương trình luôn bắt đầu ở đòa chỉ đầu
tiên trong bộ nhớ trong chương trình: đòa chỉ 0000H. Nội dung của RAM trên chip không
bò thay đổi bởi lệnh reset.
2.2.7. Hoạt động của bộ đònh thời (timer):
a. Giới thiệu.
17
Reset
+5V
8.2K

S1
100Ω
10uF

Một đònh nghóa đơn giản của timer là một chuỗi các flip-flop chia đôi tần số nối tiếp
với nhau, chúng nhận tín hiệu vào làm nguồn xung nhòp. Ngõ ra của tần số cuối làm nguồn
xung nhòp cho flip-flop báo tràn của timer (flip-flop cờ). Giá trò nhò phân trong các flip-flop
của timer có thể xem như số đếm số xung nhòp (hoặc các sự kiện) từ khi khởi động timer. Ví
dụ timer 16 bit sẽ đếm lên từ 0000H đến FFFFH. Cờ báo tràn sẽ lên 1 khi số đếm tràn từ
FFFFH đến 0000H.
8051 có 2 timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc. Người ta sử dụng các timer để :
đònh khoảng thời gian, đếm sự kiện hoặc tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trong 8051.
Trong các ứng dụng đònh khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở một 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 các sự kiện ra các ngõ ra. Các ứng
dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhòp đều đặn của timer để đo thời gian trôi qua
giữa hai sự kiện (ví dụ : đo độ rộng xung).
Đếm sự kiện dùng để xác đònh số lần xảy ra của một sự kiện. Một sự kiện là bất cứ
tác động ngoài nào có thể cung cấp một chuyển trạng thái trên một chân của 8051. Các
timer cũng có thể cung cấp xung nhòp tốc độ baud cho port nối tiếp trong 8051.
Truy xuất timer của 8051 dùng 6 thanh ghi chức năng đặc biệt cho trong bảng sau:
SFR MỤC ĐÍCH ĐỊA CHỈ Đòa chỉ hóa từng bit
TCON
TMOD
TL0
TL1
TH0
TH1
Điều khiển timer
Chế độ timer

Byte thấp của timer 0
Byte thấp của timer 1
Byte cao của timer 0
Byte cao của timer 1
88H
89H
8AH
8BH
8CH
8DH
Có
Không
Không
Không
Không
Không
Hình 2.10 : Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer
.
b. 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 counter/timer
1=bộ đếm sự kiện
0=bộ đònh khoảng thời gian
5 M1 1 Bit 1 của chế độ(mode)
4 M0 1 Bit 0 của chế độ
00: chế độ 0 : timer 13 bit

01: chế độ 1 : timer 16 bit
18

10: chế độ 2 : tự động nạp lại 8255A bit
11: chế độ 3 : tách timer
3 GATE 0 Bit (mở) cổng
2 C/T 0 Bit chọn counter/timer
1 M1 0 Bit 1 của chế độ
0 M0 0 Bit 0 của chế độ
Hình 2.11:Tóm tắt thanh ghi TMOD
c. Thanh ghi điều khiển timer (TCON):
Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển cho timer 0 và timer
1.
19
Bit Ký hiệu Đòa 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 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, đặc bởi
TCON.2 IT1 8AH Cờ kiểu ngắt một bên ngoài.

phần cứng khi phát hiện một cạnh
xuống ở INT1, xóa bằng phần mềm
hoặc phần cứng khi CPU chỉ đến
chương trình phục vụ ngắt.
Đặt/xóa bằng phần mềm đề ngắt

d. Các chế độ timer:
* Chế độ 0, chế độ timer 13 bit.
Để tương thích với 8048 (có trứớc 8051)
Ba bit cao của TLX (TL0 và/hoăc TL1) không dùng

* Chế độ 1- chế độ timer 16 bit.
Hoạt động như timer 16 bit đầy đủ. Cờ báo tràn là bit TFx trong TCON có thể đọc
hoặc ghi bằng phầm mềm.
MSB của giá trò trong các thanh ghi timer là bit 7 của THx và LBS là bit 0 của TLx.
Các thanh ghi timer (TLx/THx) có thể được đọc hoặc ghi bất cứ lúc nào bằng phầm mềm.
20
Hình 2.12: Tóm tắt thanh ghi TCON
TLx THx
(5 bit) (8 bit)
TFx
Cờ báo tràn
Xung nhòp timer
TLx THx
(8 bit) (8 bit)
TFx
Cờ báo tràn
Xung nhòp
timer

* Chế độ 2- chế độ tự động nạp lại 8 bit.
TLx hoạt động như một timer 8 bit, trong khi đó THx vẫn giữ nguyên giá trò được
nạp. Khi số đếm tràn tứ FFH đến 00H, không những cờ timer được set mà giá trò trong THx
đồng thời được nạp vào TLx. Việc đếm tiếp tục từ giá trò này lên đến FFH xuống 00H và
nạp lại chế độ này rất thông dụng vì sự tràn timer xảy ra trong những khoảng thời gian
nhất đònh và tuần hoàn một khi đã khởi động TMOD và THx.

* Chế độ 3- chế độ tách timer
Timer 0 tách thành hai timer 8 bit (TL0 và TH0), TL0 có cờ báo tràn là TF0 và
TH0 có cờ báo tràn là TF1.
Timer 1 ngưng ở chế độ 3, nhưng có thể được khởi động bằng cách chuyển sang chế
độ khác. Giới hạn duy nhất là cờ báo tràn TF1 không còn bò tác động khi timer 1 bò tràn vì
nó đã được nối tới TH0.
8. Hoạt động port nối tiếp.
8.1. Giới thiệu.
8051/8031 có một port nối tiếp trong chip có thể hoạt động ở nhiều chế độ
khác trên một dãy tần số rộng. Chức năng chủ yếu của một port nối tiếp là thực hiện
chuyển đổi song song sang nối tiếp với dữ liệu xuất và chuyển đồi nối tiếp sang song song
với dữ liệu nhập.
Truy xuất phần cứng đến port nối tiếp qua các chân TXD và RXD. Các chân này có
các chức năng khác với hai bit của port 3. P3 ở chân 11 (TXD) và P3.0 ở chân 10 (RXD).
Port nối tiếp cho hoạt động song công (full duplex : thu và phát đồng thời) và đệm lúc
thu (receiver buffering) cho phép một ký tự sẽ được thu và được giữ trong khi ký tự thứ hai
được nhận. Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất trước khi ký tự thứ hai được thu đầy đủ thì dữ liệu
sẽ không bò mất.
21
TLx
(8 bit)
TFx
(8 bit)

THx
(8 bit)
ÌCờbáo tràn
Xung nhòp timer
TL1 TH1
TL0 TF0
TH0
TF1
Xung nhòp timer
Xung nhòp timer
Cờ báo tràn
Cờ báo tràn
Xung nhòp timer
Reload

Hai thanh ghi chức năng đặc biệt cho phép phần mềm truy xuất đến port nối tiếp là :
SBUF và SCON. Bộ đếm port nối tiếp (SBUF) ở đại chỉ 99H thật sử là hai bộ đếm. Viết vào
SBUF để truy xuất dữ liệu thu được. Đây là hai thanh ghi riêng biệt thanh ghi chỉ ghi để
phát và thanh ghi để thu.
TXD (P3.1) RXD (P3.0)
CLK
Q D
CLK
Xung nhòp tốc
Độ baud (thu)
Xung nhòp tốc
Độ baud (thu)
Hình 2.9:
Sơ đồ port nối tiếp.
Thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) ở đòa chỉ 98H là thanh ghi có đòa chỉ bit

chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển. Các bit điều khiển đặt chế độ hoạt động cho
port nối tiếp, và các bit trạng thái báo cáo kết thúc việc phát hoặc thu ký tự. Các bit trạng
thái có thể được kiểm tra bằng phần mềm hoặc có thể được lập trình để tạo ngắt.
Tần số làm việc của port nối tiếp còn gọi là tốc độ baund có thể cố đònh (lấy từ bộ
giao động của chip). Nếu sử dụng tốc độ baud thay đổi, timer 1 sẽ cung cấp xung nhòp tốc
độ baud và phải được lập trình.
8.2 Thanh ghi điều khiển port nối tiếp.
Chế độ hoạt động của port nối tiếp được đặt bằng cách ghi vào thanh ghi chế độ port
nối tiếp (SCON) ở đòa chỉ 98H. Sau đây các bảng tóm tắt thanh ghi SCON và các chế độ của
port nối tiếp :
22
SUBF
(Chỉ ghi)
Thanh ghi
dòch
SBUF
(chỉ đọc)
BUS nội 8051/8031
SBUF
(chỉ đọc)

Bit Ký hiệu Đòa chỉ Mô tả
SCON.6 SM1 9EH Bit 1 của chế độ port nối tiếp
SCON.5 SM2 9DH Bit 2 của chế độ 2 nối tiếp.
cho phép truền thông đã xử
lý
trong các chế độ 2 và 3 ;RI
sẽ
không bò tác động nếu bit thứ
9 thu được là 0

SCON.4 REN 9CH Cho phép bộ thu phải đặt lên
1 để thu (nhận) các ký tự
SCON.3 TB8 9BH Bit 8 phát, bit thứ 9 được phát
các chế độ 2 và 3; được đặt
và xóa bằng phần mềm
SCON.2 RB8 9AH Bit 8 thu, bit thứ 9 thu được
SCON.1 TI 99H Cờ ngắt phát. Đặt lên 1 khi
kết thúc phát ký tự; được xóa
phần mềm
SCON.0 RI 98H Cờ ngắt thu. Đặt lên 1 khi
Kết thúc thu ký tự; được xóa
Bằng phần mềm
Bảng 2.7:
Tóm tắt thanh ghi chế độ port nối tiếp SCON.
SM0 SM1 Chế độ Mô tả Tốc độ baud
0 0 0 Thanh ghi dòch Cố đònh (Fosc/12)
0 1 1 UART 8 bit Thay đổi (đặt bằng timer)
1 0 2 UART 9 bit Cố đònh (Fosc/12 hoặc Fosc/64)
1 1 3 UART 9 bit Thay đổi (đặt bằng timer)
Bảng 2.8:
Các chế độ port nối tiếp.
Trước khi sử dụng port nối tiếp, phải khởi động SCON cho đúng chế độ. Ví dụ ,lệnh
sau:
MOV SCON,#01010010B
Khởi động port nối tiếp cho chế độ 1 (SM0/SM1=0/1), cho phép bộ thu (REN=1)
và đặt cờ ngắt phát (TP=1) để chỉ bộ phát sẵn sàng hoạt động.
23

2.2.8 Khởi động và truy xuất các thanh ghi cổng nối tiếp.
a. Cho phép thu:

Bit cho phép bộ thu (REN = Receiver Enable) trong SCON phải được đặt lên 1 bằng
phần mềm để cho phép thu các ký tự. Thông thường thực hiện việc này ở đầu chương trình
khi khởi động cổng nối tiếp, timer Có thể thực hiện việc này theo hai cách. Lệnh :
SETB REN
Sẽ đặt REN lên 1, hoặc lệnh :
MOV SCON,#xxx1xxxxB
Sẽ đặt REN 1 và đặc hoặc xóa đi các bit khác trên SCON khi cần (các x phải là 0
hoặc 2 để đặc chế độ làm việc).
b. Bit dữ liệu thứ 9:
Bit dữ liệu thứ 9 cần phát trong các chế độ 2 và 3, phải được nạp vào trong TB8
bằng phần mềm. Bit dữ liệu thứ 9 thu được đặt ở RBS. Phần mềm có thể cần hoặc không
cần bit dữ liệu thứ 9, phụ thuộc vào các đặc tính kỹ thuật của thiết bò nối tiếp sử dụng (bit
dữ liệu thứ 9 cũng đóng vai một trò quan trọng trong truyền thông đa xử lý).
c. Thêm 1 bit parity:
Thường sử dụng bit dữ liệu thứ 9 để thêm parity vào ký tự. Như đã xét ở các
chương trước, pit P trong từ trạng thái chương trình (PSW) được đặt lên 1 hoặc bò xóa bởi
chu kỳ máy để thiết lập kiểm tra chẵn với 8 bit trong thanh tích lũy.
d. Các cờ ngắt:
Hai cờ ngắt thu và phát (RI và TI) trong SCON đóng một vai trò quan trọng truyền
thông nối tiếp dùng 8051/8031. Cả hai bit được đặt lên 1 bằng phần cứng, nhưng phải
được xóa bằng phần mềm.
8.4 . Tốc độ baud port nối tiếp.
Như đã nói, tốc độ baud cố đònh ở các chế độ 0 và 2. Trong chế độ 0 nó luôn luôn
là tần số dao động trên chip được chia cho 12 . Thông thường thạch anh ấn đònh tần số dao
động trên chip của 8051/8031 nhưng cũng có thể sử dụng nguồn xung nhòp khác. Giả sử
với tần số dao động danh đònh là 12 MHz, tìm tốc độ baud chế độ 0 là 1 MHz.
Dao động Xung nhòp
trên chip tốc độ baud
a. Chế độ 0
SMOD=0

Dao động Xung nhòp
trên chip tốc độ baud
SMOD=1
24
÷12
÷64
÷32

b. Cheá ñoä 2
25