THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.08 MB, 74 trang )
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
MỤC LỤC
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ---------------------------------------------3
Nhận xét của giáo viên phản biện ----------------------------------------------4
Lời nói đầu ------------------------------------------------------------------------5
Lời cảm ơn ------------------------------------------------------------------------6
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH
1.1 Điện trở -----------------------------------------------------------------------7
1.2 Tụ điện ------------------------------------------------------------------------9
1.3 Led ----------------------------------------------------------------------------10
1.4 Diode -------------------------------------------------------------------------10
1.5 IC 7805 ổn áp 5Vol --------------------------------------------------------11
1.6 Reset
-------------------------------------------------------------------------12
1.7 IC xử lý trung tâm 89C51 ---------------------------------------------------12
1.7.1 Sơ đồ chân IC 89C51 ------------------------------------------------------12
1.7.2 Cấu trúc bên trong IC 89C51 ---------------------------------------------15
1.7.3 Tổ chức bên trong bộ nhớ ------------------------------------------------16
1.8 IC giải mã 74LS247 ---------------------------------------------------------27
1.9 IC đệm đảo ULN2803--------------------------------------------------------28
2.0 IC thời gian thực DS12C887 ------------------------------------------------29
2.0.1 Sơ đồ chân -------------------------------------------------------------------29
2.0.2 Chức năng các chân --------------------------------------------------------29
2.0.3 Cấu trúc của DS12C887 ---------------------------------------------------32
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO
2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch quang báo -------------------------------------------37
2.2 Chức năng các khối trong mạch --------------------------------------------37
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
1
ĐỒ ÁN 2
2.2.1 Khối nguồn
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
------------------------------------------------------------38
2.2.2 Khối tạo dao động ---------------------------------------------------------38
2.2.3 Khối điều khiển trung tâm ------------------------------------------------38
2.2.4 Khối giải mã
------------------------------------------------------------39
2.2.5 Khối hiển thị
------------------------------------------------------------39
2.3 Lưu đồ giải thuật mạch quang báo -----------------------------------------40
2.4 Chương trình mạch quang báo ---------------------------------------------44
2.5 Mạch in mạch quang báo ----------------------------------------------------48
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ
3.1 Sơ đồ nguyên lý
------------------------------------------------------------49
3.2 Sơ đồ khối và chức năng các khối-------------------------------------------49
3.2.1 Khối giải mã
------------------------------------------------------------50
3.2.2 Khối hiển thị
------------------------------------------------------------50
3.2.3 Khối công tắc
------------------------------------------------------------50
3.2.4 Khối lưu giờ
------------------------------------------------------------51
3.2.5 Khối kết led 7 đoạn --------------------------------------------------------52
3.3 Lưu đồ giải thuật
------------------------------------------------------------53
3.4 Chương trình mạch đồng hồ số ---------------------------------------------58
3.5 Mạch in mạch đồng hồ số ---------------------------------------------------73
Tài liệu tham khảo
------------------------------------------------------------74
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
2
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Chữ ký của giáo viên hướng dẫn
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
3
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Chữ ký của giáo viên phản biện
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
4
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhất là trong lĩnh
vực Điện tử - Tin học - Viễn thông, việc đưa thông tin quảng cáo đến với người
tiêu dùng, đến với xã hội trở nên dễ dàng và nhanh chóng. Thơng qua nhiều hình
thức quảng cáo khác nhau mà các doanh nghiệp giới thiệu sản phẩm của mình đến
mọi người.
Trong nhiều hình thức đa dạng của thơng tin quảng cáo như: Báo, đài, tivi,
tờ rơi, áp phích… Thì việc dùng bảng quang báo điện tử là một cách đơn giản và
hiệu quả để quảng cáo. Chúng ta bắt gặp rất nhiều bảng thông tin như vậy trong
thực tế. Khi đi trên đường phố lúc về đêm, bạn sẽ bắt gặp cùng với ánh đèn màu là
rất nhiều các bảng quang báo lớn với các hình ảnh sinh động hay các hình ảnh,
logo hiện lên với đủ kiểu (từ trên xuống, từ trái sang ….).
Qua đó ta thấy rằng, bảng quang báo điện tử đã được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau như: giới thiệu sản phẩm, làm biển hiệu… Với ứng
dụng rộng rãi như vậy, việc tìm hiểu và thiết kế một bảng thơng tin như vậy đã
thôi thúc em thực hiện đề tài “Thiết kế mạch quang báo và đồng hồ số” bằng vi
xử lí sử dụng IC89C51.
Tuy nhiên, do lần đầu thực hiện nên bảng quảng cáo của chúng tơi có thể
cịn nhiều sai sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ
chân thành từ phía các thầy cô cũng như các bạn sinh viên.
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
5
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài nhóm chúng em đã nhận được sự giúp đỡ tận
tình cả về kiến thức chuyên ngành lẫn tinh thần của giáo viên hướng dẫn và các
thầy cơ trong khoa cơng nghệ . Trước tiên nhóm chúng em muốn dành tình cảm
chân thành đến giáo viên hướng dẫn Lê Thị Thanh Huyền cũng như các thầy cơ
trong khoa cơng nghệ, đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ cho chúng em trong
suốt quá trình thực hiện đồ án này. Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong q trình
thực hiện đồ án chúng em khơng thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong q
thầy cơ trong hội đồng khảo thí chỉ dẫn và giúp đỡ thêm.
Nhóm chúng em chắc rằng cuốn đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót
trong khi làm cũng như trong suốt quá trình chúng em thực hiện đồ án. Chúng
em rất cảm ơn khi nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của khoa, giảng
viên để chúng em ngày càng hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn.
TP.Vinh, Ngày 06 tháng 11 năm 2014
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
6
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC LINH KỆN TRONG MẠCH
1.1 Điện trở
Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dịng điện của
một vật thể dẫn điện. Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu
vật thể đó với cường độ dịng điện đi qua nó.
Hình 1: Ký hiệu của điện trở
R=
Hình 2: Hình ảnh điện trở thực tế
U
I
Trong đó:
U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V).
I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A).
R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω).
Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng
than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn. Để biểu thị giá trị điện trở.
Người ta dùng các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở. Mỗi màu đại diện cho
một số. Có nhiều loại điện trở khác nhau nhưng được chia làm hai loại chính dựa
trên cấu trúc của nó,đó là diện trở đơn và điện trở thanh . Điện trở thanh gồm
nhiều diện trở đơn ghép lại với nhau.
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
7
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
Hình 3: Các vịng màu thể hiện giá trị của điện trở
Điện trở thanh thường dùng khi cần nhiều điện trở giống nhau, nhưng yêu cầu
thiết kế gọn, ví dụ như kéo lên một port của vi điều khiển, hạn dòng cho dãy led,
led 7 đoạn, vvv…
Có 2 loại điện trở thanh thơng dụng:
Loại được đóng gói 1 hàng (SIP)
Để ý cái chấm trên đầu, nó là chân chung, các chân cịn lại nối với chân chung
qua 1 điện trở, giá trị điện trở đó thường được ghi trên thân
Loại đóng gói 2 hàng (DIP), nhìn giống các IC thơng thường.
Loại này thì 2 chân đối diện nối với nhau qua trở, giá trị cũng ghi trên thân.
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
8
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
1.2 Tụ điện
Tụ điện là một linh kiện có tính tích trữ năng lượng điện, tụ điện được cấu
tạo gồm hai bản phẳng bằng chất dẫn điện gọi là hai bản cực. Hai bản cực đặt
song song với nhau, ở giữa là chất điện mơi cách điện.
Để đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện, ta dùng đại lượng gọi là điện
dung. C=ε(s/d). Đơn vị : Fara (F)
Hình 4: Kí hiệu của tụ điện
Hình 5: Hình dạng thực tế
Phân loại: Tụ được chia làm hai loại chính đó là tụ phân cực và tụ khơng phân
cực, ngồi ra tụ cịn được gọi theo tên vật liệu cấu tạo nên chúng như tụ gốm, tụ
giấy, tụ hóa…
Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số:
E=
δ
ε 0ε
ε0 = 8.86.10-12
ε
C2/ N.m2 là hằng số điện môi của chân không.
là hằng số điện môi tương đối của môi trường, đối với chân không
ε
=
1, giấy tẩm dầu = 3,6; gốm = 5,5; mica = 4 ÷ 5
Đơn vị: Có 3 đơn vị chính
1µ=10-6F
1n=10-9F
1p=10-12F
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
9
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
Như vậy điện dung tỉ lệ thuận với tiết diện của bản tụ. Tỉ lệ nghịch với khoảng
cách giữa hai bản tụ và phụ thuộc vào chất điện môi.
1.3 Led (Diode phát quang)
Diode phát quang là Diode phát sáng khi ta phân cực thuận cho nó và có
dịng điện cấp qua. Diode này có thể phát ra màu sắc khác nhau. Tùy theo mức
năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau
(tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED)
hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.
Hình 6: Ký hiệu của led
Hình 7: Hình dạng thực tế của led
LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thông thường, trong
khoảng 1,5 đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì khơng cao. Do
đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.
1.4 Diode
Diode bán dẫn là dụng cụ bán dẫn có một lớp tiếp xúc P-N. Bên ngồi có bọc
một lớp Plastic. Hai đầu của mẫu bán dẫn có tráng kim loại để nối dây ra.Có hai
cách phân cực cho diode. Là phân cực thuận, phân cực nghịch.
Hình 8: Ký hiệu của diode
Hình 9: Hình dạng thực của diode
a. Phân cực thuận:
Cực dương của nguồn nối với anot, cực âm của nguồn nối với catot.
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
10
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
b. Phân cực nghịch
Ta nối cực dương của nguồn với catot và cực âm của nguồn nối với anot.
c. Diode chỉnh lưu
Hình dạng to, thuộc loại tiếp mặt, hoạt động ở tần số thấp. Diode chỉnh lưu dùng
để đổi điện xoay chiều sang điện một chiều, chịu dịng từ vài trăm mA đến cơng
suất cao vài trăm A. Diode chỉnh lưu thông thường là loại Silic.
1.5
IC 7805 IC ổn áp 5 Vol
Với những mạch điện khơng địi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử
dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.
Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp. Ví
dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự
nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805
Hình 10 : Hình dạng thực tế của IC7805
IC 7805 có 3 chân:
Chân số 1 là chân IN
Chân số 2 là chân GND
Chân số 3 là chân OUT
Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Mạch
này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC
thường hoạt động ở điện áp này).
Điện áp đặt trước IC 78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1.5V đến 2V
khoảng 7V đến 9V
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
11
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
1.6 Reset
Có tác dụng như một cơng tắc đóng mở. Dùng để cho hoặc khơng cho dịng
điện đi qua.
Hình 11: Ký hiệu của reset
Hình 12: Hình dạng thực của reset
1.7 IC XỬ LÝ TRUNG TÂM 89C51:
1.7.1 Sơ đồ chân 89C51:
89c51 là IC vi điều khiển (Microcontroller) do hãng Atmel sản xuất. IC này
có đặc điểm như sau:
• 4k byte ROM,128 byte RAM nội.
• 4 Port I/O 8 bit.
• 2 bộ đếm/ định thời 16 bit.
• Giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp.
• 64k byte bộ nhớ bên ngồi dung để lưu chương trình điều khiển.
• 64k byte bộ nhớ bên ngồi dung để lưu dữ liệu.
• 210 bit có thể truy xuất từng bit..
• Có các lệnh xử lý bit.
Sơ lược về các chân của 89C51:
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
12
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
Hình 13. Sơ đồ chân 89C51
Chức năng của các chân 89C51:
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 8 (P1.0 _ P1.7). Port 1 chỉ có chức năng dùng
làm các đường điều khiển xuất nhập IO.
Port 2: từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7). Nếu không dùng bộ nhớ mở
rộng bên ngồi thì port 2 dùng làm các đường điều khiển IO. Nếu dùng bộ nhớ
mở rộng bên ngồi thì port 2 có chức năng là bus địa chỉ cao A0 – A15.
Port 3: từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7). Port 3 là port có 2 chức năng.
Các chân port này có nhiều chức năng , các cơng dụng chuyển đổi có liên hệ đặc
biệt của 89C51.
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
13
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
PSEN (Program store enable):
PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương
trình mở rộng thường được nối đến chân OE\ của Eprom cho phép đọc các byte
mã lệnh.
PSEN ở mức thấp trong thời gian 89C51 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình
được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu, được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong
89C51 để giải mã lệnh. Khi 89C51 thi hành chương trình trong EPROM nội
PSEN ở mức logic 1.
ALE (Address Latch Enable):
Khi 89C51 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, Port 0 có chức năng là bus địa chỉ
và dữ liệu (AD7 – AD0) 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 trị là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hồn
tồn 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 thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ nội.
Nếu ở mức 0 thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ ngoại.
RST (Reset):
Ngõ vào chân 9 là ngõ vào Reset. Khi cấp điện cho hệ thống hoặc nhấn nút
reset thì mạch sẽ reset vi điều khiển. Khi reset thì tín hiệu reset phải ở mức cao ít
nhất 2 chu kì máy.
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
14
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
Các ngõ vào bộ dao động Xtal1, Xtal2:
Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong 89C51. Khi sử dụng 89C51,
người ta chỉ cần nối thêm tụ thạch anh và các tụ. Tần số tụ thạch anh thường là
12 Mh – 24 Mh.
Hình14: sơ đồ mắc thạch anh vào chân XTAL
1.7.2 Cấu trúc bên trong của 89C51
B1. Sơ đồ khối bên trong 89C51:
Hình 2-3. Cấu trúc bên trong của vi điều khiển
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
15
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
1.7.3 Tổ chức bộ nhớ.
Hình 15: Bảng tóm tắt các vùng nhớ 89C51
RAM bên trong 89C51 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 từ 80H đến FFH.
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
16
ĐỒ ÁN 2
Địa chỉ
byte
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
Địa chỉ
byte
Địa chỉ bit
Địa chỉ bit
FF
F0
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
B
E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0
ACC
D0
RAM ña duïng
F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0
E0
7F
D7 D6 D5 D4 D3 D2 – D0
PSW
–
– BC BB BA B9 B8
IP
B0
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0
P3
A8
AF
– AC AB AA A9 A8
IE
A0
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
P2
99
98
khoâng được địa chỉ hóa bit
9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98
SBUF
SCON
90
97 96 95 94 93 92 91 90
P1
8D
8C
8B
8A
89
88
87
không được địa chỉ hóa bit
không được địa chỉ hóa bit
không được địa chỉ hóa bit
không được địa chỉ hóa bit
không được địa chỉ hóa bit
8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88
TH1
83
82
81
80
không được địa chỉ hóa bit
không được địa chỉ hóa bit
không được địa chỉ hóa bit
87 86 85 84 83 82 81 80
B8
7F 7E 7D 7C
77 76 75 74
6F 6E 6D 6C
67 66 65 64
5F 5E 5D 5C
57 56 55 54
4F 4E 4D 4C
–
7B 7A 79 78
73 72 71
6B 6A 69
63 62 61
5B 5A 59
53 52 51
4B 4A 49
70
68
60
58
50
48
47 46 45 44 43 42 41 40
3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38
37 36 35 34 33 32 31 30
2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28
27 26 25 24 23 22 21 20
1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18
17 16 15 14 13 12 11 10
0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08
07 06 05 04 03 02 07 00
1
Bank 3
Bank 2
Bank 1
Bank thanh ghi 0
(mặc định cho R0-R7)
RAM
–
không được địa chỉ hóa bit
TH0
TL1
TL0
TMOD
TCON
PCON
DPH
DPL
SP
P0
CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT
Hình 16: Cấu trúc bộ nhớ Ram bên trong vi điều khiển
- Bộ nhớ trong 89C51 bao gồm ROM và RAM. RAM trong 89C51 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.
- 89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho
chương trình và dữ liệu. Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 8951
nhưng 8951 vẫn có thể kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ
liệu
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
17
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
Ram đa dụng:
Vùng nhớ Ram đa dụng gồm có 80 byte địa chỉ từ 30H – 7FH .Vùng nhớ
bank thanh ghi 32 byte từ 00H – 1FH cũng có thể dùng làm vùng nhớ Ram đa
dụng. Mọi địa chỉ trong vùng Ram đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểu
địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Bộ nhớ ngăn xếp của vi điều khiển dùng bộ nhớ
Ram nội nên dung lượng bộ nhớ ngăn xếp nhỏ trong khi đó các bộ vi xử lý bên
ngoài làm bộ nhớ ngăn xếp nên dung lượng tùy ý mở rộng.
Ram có thể truy xuất từng bit:
89C51 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.
Ý tưởng 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.
Ngồi ra các port cũng có thể truy xuất được từng bít làm đơn giản phần mềm
xuất nhập từng bit.
Các bank thanh ghi:
Bộ lệnh 89C51 hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 đến R7 và theo mặc định
(sau khi reset hệ thống), các thanh ghi này ở các địa chỉ 00H đến 07H.
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 sử thanh ghi thứ 3 đang được truy xuất, lệnh sau đây sẽ
di chuyển nội dung của thanh ghi A vào ơ nhớ ram có địa chỉ 18H: MOV R0, A.
Các thanh ghi có chức năng đặc biệt:
89C51 có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special Funtion Register) ở
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
18
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
vùng trên của RAM nội từ địa chỉ 80H đến FFH.
Các thanh ghi port xuất nhập:
Các port của 89C51 bao gồm port 0 ở địa chỉ 80H, port 1 ở địa chỉ 90H,
port 2 ở địa chỉ A0H, và port 3 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:
89C51 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:
89C51 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:
89C51 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 cơng suất:
Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở địa chỉ 87H chứa các bit điều
khiển.
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
19
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
Tín hiệu Reset:
89C51 có ngõ vào reset RST tác động ở mức cao trong khoảng thời gian 2
chu kỳ, sau đó xuống mức thấp để 89C51 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
Đếm chương trình PC 0000H
Thanhghi tích lũy A
00H
Thanh ghi B
00H
Thanh ghi trạng thái
00H
SP
07H
DPTR
0000H
Port 0 đến Port 3
FFH
IP
XXX0000 B
IE
0XX00000 B
Các thanh ghi định 00H
thời
Hoạt động thanh ghi TIMER
89C51 có hai timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc. Người ta sử
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
20
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
dụng các timer để:
Định khoảng thời gian.
Đếm sự kiện.
Tạo tốc độ cho port nối tiếp trong 89C51.
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 ngõ ra. Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịp đều đặn
của timer để đo thời gian trơi qua giữa hai sự kiện (ví dụ đo độ rộng xung ).
Truy xuất các timer của 89C51 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
90H
Không
TL1
Byte thấp của Timer
91H
Không
TH0
Byte cao của Timer
92H
Không
TH1
Byte cao của Timer
93H
Không
Các thanh ghi chức năng của timer trong 8051.
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.
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
21
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
Bit
Tên
Time Mô tả
r
7
GATE 1
Bit mở cổng, khi lên 1 timer chỉ chạy khi INT1 ở
mức cao
6
C/T
Bit chọn chế độ Count/Timer
1
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.
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
22
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
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 mềm họăc phần cứng khi
CPU chỉ đến chương trình phục vụ ngắt.
TCON.2
IT1
8AH
Cờ kiểu ngắt 1 bên ngồi. Đặt xóa bằng
phần mềm để ngắt ngồi tích cực cạnh
xuống mức thấp.
TCON.1
IE0
89H
Cờ cạnh ngắt 0 bên ngoài
TCON.0
IT0
88h
Cờ kiểu ngắt 0 bên ngoài
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 ms có thể được khởi động bằng cách khởi động giá trị
cho TH1/TL1 là FF9CH:
MOV TL1, #9CH
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
23
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
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 ms. Phần mềm có thể đợi trong
100 ms 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
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 trị 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 89C51:
Có 5 nguồn ngắt ở 89C51: 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.
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 vịng 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
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
24
ĐỒ ÁN 2
GVHD: LÊ THỊ THANH HUYỀN
đặt biệt có định địa chỉ bit IE ( Interrupt Enable : cho phép ngắt ) ở địa chỉ A8H.
Bit
Ký hiệu Địa chỉ bit Mơ tả
IE.7
EA
AFH
Cho phép / Cấm tồn bộ
IE.6
_
AEH
Khơng được mơ 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 ngồi 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 ngồi 0
IE0
TCON.1
Bên ngồi 1
IE1
TCON.3
Timer 1
TF1
TCON.7
Timer 0
TF0
TCON.5
Port nối tiếp
TI
SCON.1
Port nối tiếp
RI
SCON.0
Các lọai cờ ngắt
THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ
25
