Thiết kế, chế tạo mạch đo nhiệt độ hiển thị trên LCD 16x2

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ
HIỂN THỊ TRÊN LCD 16X2
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Viết Ngư
Sinh viên thực hiện:

Phạm Văn Thực
Thân Thị Thương

Lớp:

112134.1

Tháng 10, năm 2015

1


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
Ngày
tháng 10 năm 2015
Giáo viên hướng dẫn

2


MỤC LỤC:

Table of Contents

3


MỞ ĐẦU


Lý do chọn đề tài
Ngày nay khoa học công nghệ hiện đại đã có những bước tiến nhanh và xa đi

theo nó là những thành tựu ứng dụng trong các lĩnh vực đời sống, công nghiệp.
Kỹ thuật điều khiển trong tiến trình hoàn thiện lý thuyết cũng đã tạo cho mình
nhiều phát triển có ý nghĩa. Bây giờ khi nhắc tới điều khiển con người dường như
hình dung tới độ chính xác, tốc độ xử lý và thuật toán thông minh đồng nghĩa là
lượng chất xám cao hơn. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại vi điều khiển
như 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM,.... Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một
cách căn bản ở môi trường đại học, chúng em đã chọn vi điều khiển PIC để mở
rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên
nhân sau:
Họ vi điều khiển nàycó thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam.
• Có đầy đủ tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập.
• Là sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như ứng dụng cho họ vi điều khiển

mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051. Giá thành không đắt.
• Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp
chương trình từ dơn giản tới phức tạp...
• Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC và các tính năng này không
ngừng được phát triển.
• Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC trên thế giới cũng như Việt

Nam khá nhiều.Đã tạo thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các
ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát
triển, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được hỗ trợ khi gặp khó khăn.
Vì vậy, sau một thời gian học tập và tìm hiểu tài liệu với sự giảng dạy của
các thầy cô giáo. Cùng với sự dẫn dắt nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn thầy
Nguyễn Viết Ngư. Chúng em đã chọn đề tài:

“thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ hiển thị trên LCD 16x2” làm đồ án tích
hợp 1 của mình.

4


 Đối tượng nghiên cứu

Với đề tài này chúng em tập trung vào:



•

Tìm hiểu về vi điều khiển PIC 16F877A.

•

Nghiên cứu và chế tạo thiết bị đo nhiệt độ phòng.

Mục đích nghiên cứu

Khi nghiên cứu đồ án này chúng em đã:



•

Hiểu được cách thức và chế độ hoạt động của VĐK PIC 16F877A.

•

Hiểu được cách thức hoạt động của cảm biến nhiệt độ LM 35.

•

Thiết kế, chế tạo được mạch đo nhiệt độ phòng dùng PIC 16F877A.

Phương pháp nghiên cứu
Do đây là một đồ án sản phẩm, nên chúng em đã áp dụng phương pháp

nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm trực tiếp trên sản phẩm thật, chạy
thử và hoàn thiện chương trình.
 Ý nghĩa nghiên cứu
Như đã nói ở trên thì nếu thực hiện thành công đề tài này sẽ mang lại ý nghĩa
to lớn về cả thực tiễn và lý luận.
• Ý nghĩa lý luận:

Toàn bộ chương trình và bản thuyết minh của đề tài sẽ trở thành tài liệu nghiên
cứu, tham khảo nhanh, dễ hiểu, thiết thực cho các bạn sinh viên, những người
thích tìm hiểu về đề tài này của chúng em.
• Ý nghĩa thực tiễn:

Với sự thành công của đề tài sẽ góp phần giúp cho các bạn sinh viên mới nói
chung và các bạn sinh viên khoa Điện - Điện Tử nói riêng thấy rõ được ý nghĩa
thực tế và thêm yêu thích chuyên ngành mình đã chọn.
Do kiến thức và trình độ năng lực hạn hẹp nên việc thực hiện đề tài này không thể
tránh được thiếu sót, kính mong nhận được sự thông cảm và góp ý của thầy giáo,
cô giáo và các bạn để đồ án này hoàn chỉnh hơn.
Chúng em xin trân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện:
Phạm Văn Thực

Thân Thị Thương

5


CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ
1.1 Khái niệm về nhiệt độ:
1.1.1 Khái niệm:
Nhiệt độ là đại lý đặc trưng cho cường độ chuyển động của các nguyên tử,
phân tử của một hệ vật chất. Tuỳ theo từng trạng thái của vật chất ( rắn, lỏng, khí)
mà chuyển động này có khác nhau. ở trạng thái láng, các phân tử dao động quanh
vi trí cân bằng nhưng vi trí cân bằng của nó luôn dịch chuyển làm cho chất lỏng
không có hình dạng nhất định. Còn ở trạng thái rắn, các phần tử, nguyên tử chỉ
dao động xung quanh vị trí cân bằng. Các dạng vận động này của các phân tử,
nguyên tử được gọi chung là chuyển động nhiệt. Khi tương tác với bên ngoài có
trao đổi năng lượng nhưng không sinh công, thì quá trình trao đổi năng lượng nói
trên gọi là sự truyền nhiệt.

Quá trình truyền nhiệt trên tuân theo 2 nguyên lý:

Bảo toàn năng lượng.
Nhiệt chỉ có thể tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất.
Ở trạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt.
Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn có truyền
nhiệt bằng đối lưu. Đó là hiện tượng vận chuyển năng lượng nhiệt bằng cách vận
chuyển các phần của khối vật chất giữa các vùng khác nhau của hệ do chênh lệch
về tỉ trọng.

1.1.2 Sơ lược về phương pháp đo nhiệt độ:
Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp trên cơ sở tính chất của vật

phụ thuộc nhiệt độ. Hiện nay chóng ta có nhiều nguyên lí cảm biến khác nhau để
chế tạo cảm biến nhiệt độ như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt ngẫu, phương pháp quang
dùa trên phân bố phổ bức xạ nhiệt, phương pháp dùa trên sự dãn nở của vật rắn,
lỏng, khí hoặc dùa trên tốc độ âm… Có 2 phương pháp đo chính:

6


Ở dải nhiệt độ thấp và trung bình phương pháp đo là phương pháp tiếp
xúc, nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ngay trong môi trường đo. Thiết
bị đo như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt, bán dẫn.
Ở dải nhiệt độ cao phương pháp đo là phương pháp không tiếp xúc ( dông
cụ dặt ngoài môi trường đo). Các thiết bị đo nh: cảm biến quang, hoả quang kế
( hoả quang kế phát xạ, hoả quang kế cường độ sáng, hoả quang kế màu sắc)…

1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc
1.2.1 Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở:
Nguyên lý hoạt động:
Điện trở của một số kim loại thay đổi theo nhiệt độ và dùa vào sự thay đổi
điện trở đó người ta đo được nhiệt độ cần đo.
Nhiệt điện trở dùng trong dụng cụ đo nhiệt độ làm việc với dòng phụ tải nhỏ để
nhiệt năng sinh ra do dòng nhiệt điện trở nhỏ hơn so với nhiệt năng nhận được từ
môi trường thí nghiệm.
Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu dùng làm chuyển đổi của nhiệt điện trở là
có hệ số nhiệt độ lớn và ổn định, điện trở suất khá lớn…
Trong công nghiệp nhiệt điện trở được chia thành nhiệt điện trở kim loại và
nhiệt điện trở bán dẫn.

1.2.2 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu:
Nguyên lý làm việc:

Bộ cảm biến cặp nhiệt ngẫu là 1 mạch từ có 2 hay nhiều thanh dẫn điện
gồm 2 dây dẫn A và B. Sebeck đã chứng minh rằng nếu mối hàn có nhiệt độ t và
t0 khác nhau thì trong mạch khép kín có một dòng điện chạy qua. Chiều của dòng
điện này phụ thuộc vào nhiệt độ tương ứng của mối hàn nghĩa là t > t 0 thì dòng
điện chạy theo hướng ngược lại. Nếu để hở một đầu thì sẽ xuất hiện một sức điện
7


động nhiệt. Khi mối hàn có cùng nhiệt độ ( ví dụ bằng t 0 ) thì sức điện động tổng
bằng:
EAB = eAB(t0) + eAB(t0) = 0
Từ đó rót ra: eAB = eAB(t0)
Khi t0 và t khác nhau thì sức điện động tổng bằng:
EAB = eAB(t) – e+AB(t0)
Phương trình trên là phương trình cơ bản của cặp nhiệt ngẫu ( sức điện
động phụ thuộc vào hệ số nhiệt độ của mạch vòng t và t0)
Nh vậy bằng cách đo sức điện động ta có thể tìm được nhiệt độ của đối
tượng.
Phương pháp này được sử dụng nhiều trong công nghiệp khi cần đo những
nơi có nhiệt độ cao.

1.2.3 IC cảm biến nhiệt độ
Có rất nhiều hãng chế tạo linh kiện điện tử đã sản xuất ra các loại IC bán
dẫn dùng để đo dải nhiệt độ từ -55150 0C. Trong các mạch tổ hợp IC, cảm biến
nhiệt thường là điện áp của líp chuyển tiếp p-n trong một loại tranzitor loại
bipola.

1.3 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc
Nguyên lý hoạt động:
Dưạ trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp thụ năng

lượng theo mọi hướng với khả năng lón nhất. Bức xạ nhiệt của mọi vật đặc trưng
bởi mật độ phổ E nghĩa là số năng lượng bức xạ trong một đơn vị độ dài của
sóng.
8


Quan hệ giữa mật độ bức xạ của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và độ dài sóng
được biểu diễn bởi công thức:
E0 = C1.-5(ec2/T-1)-1
Trong đó: C1: Hằng số và C1= 37,03.10-7 (Jm2/s)
C2: Hằng số vá C2= 1,432.10-2 (m.độ)
: Độ dài sóng
T: Nhiết độ tuyệt đối

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ LM35.
LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog, thuộc họ IC cảm biến nhiệt độ sản
xuất theo công nghệ bán dẫn dựa trên các chất bán dẫn dễ bị tác động bởi sự thay
đổi của nhiệt độ, đầu ra của cảm biến là điện áp (V) tỉ lệ với nhiệt độ mà nó được
đặt trong môi trường cần đo.
Họ LM35 có rất nhiều loại và nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau:

9


Hình 1.1: Cảm biến nhiệt độ LM35.
Đặc điểm nổi bật:
Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35.
-

Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V.
Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/0C.
Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy.
Ở nhiệt độ 25(0C) nó có sai số không quá 1%. Với dải đo từ -50 đến
150(0C), tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tín hiệu
ngõ vào.

Thông số kỹ thuật:
-

Tiêu tán công suất thấp.
Dòng làm việc từ 400µA đến 5mA.
Dòng ngược 15mA.
Dòng thuận 10mA.
Độ chính xác cao: khi làm việc ở nhiệt độ 250C là 0,50C.
Trở kháng đầu ra thấp 0,1 cho 1mA tải.

Đặc tính điện:
Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 0C đến 1500C với các mức điện áp ra
khác nhau. Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0( 0C) đến 100(0C)ta có sự biến thiên
điện áp ngõ ra là:
10


Ở -550C thì điện áp ngõ ra Vout = -550mV
Ở 00C thì điện áp ngõ ra Vout = 0V
Ở 250C thì điện áp ngõ ra Vout = 250mV
Ở 1500C thì điện áp ngõ ra Vout = 1500mV

2.2Vi điều khiển PIC 16F877A.

2.2.1PIC là gì?
PIC là viết tắt của “Programmable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là
“máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều
khiển đầu tiên của họ. Hãng Micrchip tiếp tục phát triển sản phẩm này và cho đến
nay hãng đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm khác nhau.

2.2.2Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC.
•

Các kí hiệu của vi điều khiển PIC:
- PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit
- PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit
- PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit
C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)
F:

PIC có bộ nhớ flash

LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp
LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ
Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có thêm
chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash).
Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC. Ở Việt Nam phổ
biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất.
Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp:
Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng. Có
•
-

nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều khiển

chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, … chân. Cần chọn vi
điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình được nhiều lần
hơn.
11


-

Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn trong vi điều
khiển,các chuẩn giao tiếp bên trong. Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương
trình mà vi điều khiển cho phép. Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều
khiển PIC có thể được tìm thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản
xuất Microchip cung cấp.
Do thời gian làm đồ án có hạn nên chúng em chỉ tập trung tìm hiểu các tính năng
của PIC 16F877A có liên quan đến đề tài.

2.2.3Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC.
PIC 16F877A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu
hết tất cả các ứng dụng thực tế. Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen
với PIC có thể học tập và tạo nền tảng về họ vi điều khiển PIC của mình.
PIC 16F877A thuộc họ vi điều khiển 16Fxxx có các đặc tính ngoại vi sau:
-

Ngôn ngữ lập trình đơn giản với 35 lệnh có độ dài 14 bit.
- Tất cả các câu lệnh thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ một số câu lệnh
rẽ nhánh thực hiện trong hai chu kì lệnh. Chu kì lệnh bằng 4 lần chu kì dao
động của thạch anh.
- Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words, với khả năng ghi xóa khoảng 100
ngàn lần.
- Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8byte RAM và bộ nhớ

dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33pin
-

I/O.
Khả năng ngắt (lên tới 14 nguồn cả ngắt trong và ngắt ngoài).
Ngăn nhớ Stack được chia làm 8 mức.
Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
Dải điện thế hoạt động rộng: 2.0V đến 5.5V.
Nguồn sử dụng 25mA.
Công suất tiêu thụ thấp:<0.6mA với 5V, 4MHz ; 20µA với nguồn 3V, 32
KHz.

- Có 3 timer:

Timer 0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
Timer 1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số,có thể thực hiện chức năng đếm
dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
Timer 2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.
- Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung.
- Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.
- Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
12


-

Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển
RD, WR, CS ở bên ngoài.

Các đặc tính Analog:
-

8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.
Hai bộ so sánh.

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
-

Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.
Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần.
Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.
Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.
Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial

-

Programming) thông qua 2 chân.
Watchdog Timer với bộ dao động trong.
Chức năng bảo mật mã chương trình.
Chế độ Sleep.
Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.

13


Hình 1.2: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của PIC 16F877A.
14

Hình 1.3: Sơ đồ khối bộ vi điều khiển PIC 16F877A.

15


PIC 16F877A có tất cả 40 chân,được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2
chân GND, 2 chân thạch anh và 1 chân dùng để RESET vi điều khiển.
Chức năng các chân:
+ Chân OSC1/CLK1(13): ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc ngõ
vào nhận xung clock từ bên ngoài.
+ Chân OSC2/CLK2(14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra cấp xung
clock.
+ Chân

(1) có 2 chức năng.

: ngõ vào reset tích cực ở mức thấp.
- Vpp: ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho PIC.

+ Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2(3): có 2 chức năng
- RA0,1,2: xuất/ nhập số.
- AN 0,1,2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0,1,2.

+ Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF+(4): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự của
kênh thứ 2/ ngõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ AD/ ngõ vào điện áp chẩn cao của
bộ AD.
+ Chân RA3/AN3/VREF+(5): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 3/ ngõ
vào điện áp chuẩn (cao) của bộ AD.
+ Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên
ngoài cho Timer 0/ ngõ ra bộ so sánh 1.

+ Chân RA5/AN4/

/ C2OUT(7): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 4/

ngõ vào chọn lựa SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2.
+ Chân RB0/INT (33): xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài.
+ Chân RB1(34), RB2(35): xuất nhập số.
+ Chân RB3/PGM(36): xuất nhập số/ cho phép lập trình điện áp thấp ICSP.
+ Chân RB4(37), RB5(38): xuất nhập số.
+ Chân RB6/PGC(39): xuất nhấp số/ mạch gỡ rối và xung clock lập trình
ICSP.
+ Chân RB7/PGD(40): xuất nhập số/ mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP.
+ Chân RC0/T1OCO/T1CKI(15): xuất nhập số/ ngõ vào bộ giao động
Timer1/ ngõ vào xung clock bên ngoài Timer 1.
16


+ Chân RC1/T1OSI/CCP2(16): xuất nhập số/ ngõ vào bộ dao động Timer 1/
ngõ vào Capture2, ngõ ra compare2, ngõ ra PWM2.
+ Chân RC2/CCP1(17): xuất nhập số/ ngõ vào Capture1 ,ngõ ra compare1,
ngõ ra PWM1.
+ Chân RC3/SCK/SCL(18): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng
bộ, ngõ ra chế độ SPI./ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ ra của chế độ
I2C.
+ Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập dữ liệu
I2C.
+ Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI.
+ Chân RC6/TX/CK(25): xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ USART/ xung
đồng bộ USART.
+ Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART.

+ Chân RD0-7/PSP0-7(19-30): xuất nhập số/ dữ liệu port song song.

2.2.4Tổ chức bộ nhớ.
Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ dữ liệu (Data
memory) và bộ nhớ chương trình (Program memory).
Bộ nhớ dữ liệu:
Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EFPROM được chia ra làm nhiều bank. Đối
-

với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank. Mỗi bank có dung
lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR (Special
Funcition Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung
GPR(General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ trong bank.các thanh ghi
SFR thường xuyên được sử dụng sẽ được đặt ở tất cả các bank của bộ nhớ dữ liệu
giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình.
Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC 16F877A như sau:

17


Hình 1.4: Bộ nhớ dữ liệu của PIC.
-

Bộ nhớ chương trình:
Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dung
lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang ( từ
page 0 đến page 3). Như vậy bộ nhớ chương trình có thể chứa được
8*1024=8192 lệnh (vì mỗi lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word=14 bit)
Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương
trình có dung lượng 13 bit. Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ

chỉ đến địa chỉ 0000h(reset vector). Khi có ngắt xảy ra bộ đếm chương trình sẽ
chỉ đến địa chỉ 0004h(interrupt vector).
Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa
bởi bộ đếm chương trình.
18


Hình 1.5: Bộ nhớ chương trình PIC 16F877A.
•

Thanh ghi chức năng đặc biệt sfr
Đây là các thanh ghi được sử dụng bởi CPU hoặc được dùng để thiết lập và

điều khiển các khối chức năng được tích hợp trong vi điều khiển. Có thể phân
thanh ghi SFR làm 2 loại: thanh ghi SFR liên quan đến chức năng bên
trong(CPU) và thanh ghi SFR dùng để thiết lập và điều khiển các khối bên ngoài
(ví dụ ADC…). Phần này sẽ đề cập đến các thanh ghi liên quan đến các chức
năng bên trong. Các thanh ghi dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng
sẽ được nhắc đến khi ta đề cập đến các khối chức năng đó.
Thanh ghi STATUS (03h, 83h, 103h, 183h): thanh ghi chứa kết quả thực hiện
phép toán của khối ALU, trạng thái reset và các bit chọn bank cần truy xuất trong
bộ nhớ dữ liệu.

Thanh ghi OPTION_REG (81h, 181h): thanh ghi này cho phép đọc và ghi,
cho phép điều khiển chức năng pull-up của các chân trong PORTB, xác lập các
thông số về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer 0.

19

Thanh ghi INTCON (0Bh, 8Bh,10Bh, 18Bh): thanh ghi cho phép đọc và ghi,
chứa các bit diều khiển và các cờ hiệu khi Timer 0 bị tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT
và ngắt interrupt-on-change tại các chân của PORTB.

Thanh ghi PIE1 (8Ch): chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của các khối
chức năng ngoại vi.

Thanh ghi PIR1 (0Ch) : chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các
ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE1.

Thanh ghi PIE2 (8Dh): chứa các bit điều khiển các ngắt của các khối chức
năng CCP2, SSP bus, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM.

Thanh ghi PIR2 (0Dh): chứa các cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi,
các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE2.

Thanh ghi PCON (8Eh): chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ
reset của vi điều khiển.

20


•

Thanh ghi mục đích chung gpr
Các thanh ghi này có thể được truy xuất trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua

thanh ghi FSG(File Select Register). Đây là các thanh ghi dữ liệu thông thường,
người sử dụng có thể tùy theo mục đích chương trình mà có thể dùng các thanh
ghi này để chứa các biến số, hằng số, kết quả hoặc các tham số phục vụ cho

chương trình.

2.2.5Stack.
Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là một
vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi. Khi lệnh CALL được thực hiện
hay khi một ngắt xảy ra làm chương trình bị rẽ nhánh, giá trị của bộ đếm chương
trình PC tự động được vi điều khiển cất vào trong stack. Khi một trong các lệnh
RETURN, RETLW khi RETFIE được thực thi, giá trị PC sẽ tự động lấy ra từ
trong stack, vi điều khiển sẽ thực hiện tiếp chương trình theo đúng quy trình định
trước.
Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F887xA có khả năng chứa được 8
địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng. Nghĩa là giá trị cất vào bộ nhớ Stack
lần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị Stack lần đầu tiên và giá trị cất vào bộ nhớ Stack lần
thứ 10 sẽ ghi đè giá trị 6 vào Stack lần thứ 2.
Cần chú ý là không có cờ hiệu nào chi biết trạng thái stack, do đó ta không
biết được khi nào stack tràn. Bên cạnh đó tập lệnh của vi điều khiển dòng PIC
cũng không có lệnh POP hay PUSH, các thao tác với bộ nhớ stack sẽ hoàn toàn
được điều khiển bởi CPU.

2.2.6Các cổng xuất, nhập của PIC 16F877A.
Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để
tương tác với thế giới bên ngoài. Sự tương tác rất đa dạng và thông qua trình
tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng.
Một cổng xuất nhập của vi điều khiển gồn nhiều chân (I/O pin), tùy theo cách
bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượng
21


chân trong mỗi cổng có thể khác nhau. Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích
hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi bên cạnh chức năng là công xuất

nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các chức năng khác để
thể hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nếu trên đối với thế giới bên ngoài.
Chức năng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được xác
lập và điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến các chân xuất
nhập đó.
Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB,
PORTC, PORTD, và PORTE. Cấu trúc và chức năng của cổng xuất nhập sẽ được
đề cập ở phần sau.
Port A
PORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin. Đây là chân “hai chiều” (bidirectional
pin),nghĩa là có thể xuất và nhập được.
Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h). Muốn
xác lập chức năng của một chân trong PORTA là input, ta “set” bit điều khiển
tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức
năng của một chân trong PORTA là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng
với chân đó trong thanh ghi TRISA. Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các
PORT và các thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS.
Bên cạnh đó PORTA còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog,
ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master
Synchronous Serial Port).
Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:
-

PORTA(địa chỉ 05h)
TRISA (địa chỉ 85h)
CMCON (địa chỉ 9Ch)
CVRCON (địa chỉ 9Dh)
ADCON1 (địa chỉ 9Fh)
Port B

: chứa giá trị các pin trong PORTA
: điều khiển xuất nhập
: thanh ghi điều khiển bộ so sánh
: thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp
: thanh ghi điều khiển bộ ADC

PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là
TRISB. Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình
nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. PORTB còn

22


liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0. PORTB còn được tích hợp chức năng
điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình.
Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm:
-

PORTB(địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB
TRISB(địa chỉ 86h, 186h) : điều khiển xuất nhập
OPTION_REG(địa chỉ 81h,181h): điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0.
Port C
PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là

TRISC. Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ
Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART:
Các thanh ghi điều khiển liên quan đến PORTC :
PORTC(địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong PORTC
TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập
Port D

PORTD (RPD) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là
TRISD. PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩ giao tiếp PSP (parallel slave
Port).
Các thanh ghi gồm :
- PORTD : chứa giá trị các pin trong PORTD.
- TRISD : điều khiển xuất nhập.

Port E
PORTE (RPE)gồm 3 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là
TRISE.Các chân của PORTE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các
chân điều khiển củag chuẩn giao tiếp PSP..
Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm :
- PORTE : chứa giá trị các chân trong PORTE .
- TRISE: điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn

giao tiếp.
- PSP. ADCON1 : thanh ghi điều khiển khối ADC.

2.2.7Các Timer.
Timer 0

23


Đây là một trong ba bộ đếm hoặc bộ định thời của vi điều khiển PIC16F877A.
Timer0 là bộ đếm 8 bit được kết nối với bộ chia tần số (prescaler) 8 bit. Cấu trúc
của Timer0 cho phép ta lựa chọn xung clock tác động và cạch tích cực của xung
clock. Ngắt Timer0 sẽ xuất hiện khi Timer 0 bị tràn.
Bít TMR0IE (INTCON<5>) là bít điều khiển của Timer0. TMR0IE=1 cho
phép ngắt Timer0 tác động. TMR0IE=0 không cho phép ngắt Timer0 tác động.

Sơ đồ khối của Timer0 như sau :

Hình 1.6: Sơ đồ khối của Timer0.
Muốn Timer 0 hoạt động ở chế độ Timer ta clear bit TOSC, khi đó giá trị
thanh ghi TMR0 sẽ tăng theo từng chu kỳ xung đồng hồ(tần số vào Timer0 bằng
¼ tần số oscillator). Khi giá trị thanh ghi TMR0 từ FFh trở về 00h, ngắt Timer0
sẽ xuất hiện. Thanh ghi TMR0 cho phép ghi và xóa được giúp ta ấn định thời
điểm ngắt Timer0 xuất hiện một cách linh động.
Muốn Timer0 hoạt động ở chế độ counter ta set bit TOSC. Khi đó xung tác
động lên bộ đếm được lấy từ chân RA4/TOCK1. Bit TOSE cho phép lựa chọn

24


cạnh tác động vào bộ đếm. Cạnh tác động sẽ là cạnh lên nếu TOSE=0 và cạnh tác
động sẽ là cạnh xuống nếu TOSE=1.
Thi thanh ghi TMR0 bị tràn, bit TMR0IF sẽ được set. Đây chính là cờ ngắt của
Timer0. Cờ ngắt này phải được xóa bằng chương trình trước khi bộ đếm bắt đầu
thực hiện lại quá trình đếm. Ngắt Timer0 không thể “đánh thức” vi điều khiển từ
chế độ sleep.
Bộ chia tần số (prescaler) được chia sẻ giữa Timer0 và WDT(watchdog timer).
Điều đó có nghĩa là nếu prescaler được sử dụng cho Timer0 thì WDT sẽ không có
được hỗ trợ của prescaler và ngược lại.
Các lệnh tác động lên giá trị thanh ghi TMR0 sẽ xóa chế độ hoạt động của
prescaler nhưng không làm thay đổi đối tượng tác động của prescaler. Khi đối
tượng tác động là WDT, lệnh CLRWDT sẽ xóa prescaler, đồng thời prescaler sẽ
ngưng tác vụ hỗ trợ cho WDT.
Các thanh ghi điều khiển liên quan đến Timer0 bao gồm:
- TMR0(địa chỉ 01h, 101h): chứa giá trị đếm của Timer0.
- INTCON (địa chỉ 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép ngắt hoạt động(GIE

và PEIE).
- OPTION_REG (địa chỉ 81h, 181h):điều khiển prescaler.
Timer 1
Timer1 là bộ định thời 16 bit, giá trị của Timer1 sẽ được lưu trong 2 thanh ghi
(TMR1H:TMR1L). Cờ ngắt của Timer1 là bit TMR1IF. Bit điều khiển của
Timer1 sẽ là TMR1IE.
Tương tự như Timer0, Timer1 cũng có 2 chế độ hoạt động: chế độ định thời và
chế độ đếm.

25