Thiết kế mạch điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.71 MB, 65 trang )
MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................1
LỜI MỞ ĐẦU..........................................................................................................2
1
LỜI MỞ ĐẦU
Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp và đời sống hiện nay, các
thiết bị điện tử đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển ,ở đâu
chúng ta cũng có thể bắt gặp những thiết bị điện tử. Vì vậy mà các thiết bị
điện tử ngày càng phát triển và ra đời nhiều hơn, trong đó việc tản nhiệt
cho các thiết bị điện tử cũng là vấn đề cần được quan tâm. Tản nhiệt giúp
làm mát cho các thiết bị điện tử khi hoạt động. Nhận thức được tầm quan
trọng của vấn đề trên nên em đã tiến hành nghiên cứu và “thiết kế mạch
điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử”, với mong muốn là giải quyết
được yêu cầu trên và lấy đó làm đồ án tốt nghiệp cho mình.
Những kiến thức năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường
sẽ được đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy em cố gắng tận
dụng tất cả những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi nghiên
cứu, để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Mặc dù em đã cố gắng để hoàn
thành đồ án này đúng thời hạn. Nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu
sót mong quí thầy cô thông cảm, em mong được đón nhận những ý kiến
đóng góp. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô và các bạn sinh
viên.
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử
đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu
quả trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống
xã hội.
Việc gia công, xử lý các tín hiệu điện tử hiện đại đều dựa trên cơ sở
nguyên lý số. Vì các thiết bị làm việc dựa trên cơ sở nguyên lý số có ưu
điểm hơn hẳn so với các thiết bị làm việc dưạ trên cơ sở nguyên lý tương
tự, đặc biệt là trong kỹ thuật tính toán.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử đã cho ra đời nhiều vi
mạch số cỡ lớn với giá thành rẻ và khả năng lập trình cao đã mang lại
những thay đổi lớn trong ngành điện tử. Mạch số ở những mức độ khác
nhau đã đang thâm nhập trong các lĩnh vực điện tử thông dụng và chuyên
nghiệp một cách nhanh chóng. Các trường kỹ thuật là nơi mạch số thâm
nhập mạnh mẽ và được học sinh, sinh viên ưa chuộng do lợi ích và tính khả
thi của nó. Vì thế sự hiểu biết sâu sắc về kỹ thuật số là không thể thiếu đối
với sinh viên ngành điện tử hiện nay. Nhu cầu hiểu biết về kỹ thuật số
không chỉ riêng đối với những người theo chuyên ngành điện tử mà còn đối
với những cán bộ kỹ thuật khác có sử dụng thiết bị điện tử.
1.2. Khảo sát vấn đề
Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp và đời sống hiện nay,
các thiết bị điện tử đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển, ở đâu
chúng ta cũng có thể bắt gặp những thiết bị điện tử. Vì vậy mà các thiết bị
điện tử ngày càng phát triển và ra đời nhiều hơn, trong đó việc tản nhiệt
cho các thiết bị điện tử cũng là vấn đề cần được quan tâm. Tản nhiệt giúp
làm mát cho các thiết bị điện tử khi hoạt động. Nhận thức được tầm quan
trọng của vấn đề trên nên em đã tiến hành nghiên cứu và “thiết kế mạch
3
điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử”, với mong muốn là giải quyết
được yêu cầu trên và lấy đó làm đồ án tốt nghiệp cho mình.
1.3. Các vấn đề cần giải quyết của bài toán
Bài toán thiết kế mạch hiển thị nhiệt độ và điều khiển quạt tản nhiệt
cho
thiết bị điện tử đặt ra các yêu cầu sau:
-
Cảm biến nhiệt độ của thiết bị điện tử.
-
Lập trình hiển thị chính xác nhiệt độ của thiết bị.
-
Điều khiển tốc độ quạt tản nhiệt làm mát cho thiết bị.
Có độ bền cao. Hệ thống chạy ổn định và giá cả hợp lý.
1.4. Giải pháp
Giải pháp đưa ra để đáp ứng yêu cầu bài toán:
-
Sử dụng vi điều khiển AT 89C52.
-
Sử dụng cảm biến nhiệt LM35.
-
Sử dụng chip ADC0804 chuyển đổi từ dữ liệu tương tự sang dữ liệu
-
Xây dựng chương trình phần mềm điều khiển.
-
Lập trình hiển thị nhiệt độ.
-
Xây dựng phần cứng điều khiển tốc độ quạt.
số
1.5. Mục đích đề tài
Sự cần thiết, quan trọng cũng như tính khả thi và lợi ích của mạch số
cũng chính là lý do để em chọn và thực hiện đồ án “Thiết kế mạch điều
khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử” nhằm ứng dụng kiến thức đã học
vào thực tế.
Sử dụng một con IC cảm biến nhiệt (LM35) kết hợp với vi xử lý
ADC0804 đưa dữ liệu nhị phân vào vi điều khiển 89C52 , 89C52 có nhiệm
vụ điều khiển việc chuyển đổi của ADC0804 và hiển thị dữ liệu lên LED 7
thanh (nhiệt độ thiết bị điện tử). Dùng điện áp đầu ra của LM35 đã được
4
khuếch đại điều khiển transistor IRF540 từ đó điều khiển tốc độ quạt tản
nhiệt.
Mục đích yêu cầu của đề tài như sau:
♦ Mạch hiển thị nhiệt độ một cách chính xác .
♦ Quạt tản nhiệt quay tốc độ nhanh dần khi nhiệt độ của thiết bị điện
tử tăng.
♦ Ngắt hệ thống điện đi vào thiết bị điện tử khi nhiệt độ của thiết bị
tăng quá cao (Để nhiệt độ ngắt là 80oC).
5
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
2.1.Mô tả chức năng hệ thống
Nhiệt độ của thiết bị điện tử được cảm biến qua IC cảm biến nhiệt
LM35, dữ liệu tương tự (điện áp) được chia làm 2 phần:
Phần 1: Biến đổi qua IC ADC0804 thành dữ liệu dạng số đưa vào
89C52. 89C52 nhận dữ liệu và chuyển đổi sang dạng mã LED 7 thanh và
hiển thị nhiệt độ của thiết bị điện tử một cách chính xác.
Phần 2: Được khuếch đại đề điều khiển độ thông của transistor
IRF540 điều khiển tốc độ của quạt tản nhiệt.
2.2. Sơ đồ khối
2.2.1 Sơ đồ khối
Cảm biến
Biến đổi tương
tự sang số
Điều khiển
Hiển thị
Khuếch đại
Điều khiển quạt
Tản nhiệt
6
2.2.2. Các khối:
- Khối cảm biến: Dùng IC LM35 cảm biến nhiệt độ của thiết bị điện tử.
VC C
1
VS+
VO U T
2
L M 3 5 /T O
- Khối biến đổi: IC ADC0804. Dùng để biến đổi dữ liệu từ tương tự
(điện áp ra của LM35).
U 4
V in
6
7
V re f
VC C
V re f
9
C 5
R 4
PO T
+ IN
-IN
R 5
V R E F /2
4
19
R D
R W
150p
C L K IN
C LKR
2
3
1
R D
W R
C S
20
VC C
D
D
D
D
D
D
D
D
B
B
B
B
B
B
B
B
0
1
2
3
4
5
6
7
IN TR
18
17
16
15
14
13
12
11
IN T R
5
V C C /V R E F
AD C 0804
- Khối điều khiển: Dùng IC 89C52 điều khiển IC ADC0804, nhận dữ
liệu dạng số từ ADC0804, chuyển đổi sang mã led 7 thanh.
U 1
J3
D
D
D
D
D
D
D
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
V C C
3
3
3
3
3
3
3
3
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
3
4
5
6
7
8
19
18
C R Y S TA L
31
9
40
P
P
P
P
P
P
P
P
0
0
0
0
0
0
0
0
.0
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
P
P
P
P
P
P
P
P
1
1
1
1
1
1
1
1
.0
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
/A
/A
/A
/A
/A
/A
/A
/A
D
D
D
D
D
D
D
D
0
1
2
3
4
5
6
7
P
P
P 2
P 2
P 2
P 2
P 2
P 2
2 .0 /A
2 .1 /A
.2 /A 1
.3 /A 1
.4 /A 1
.5 /A 1
.6 /A 1
.7 /A 1
8
9
0
1
2
3
4
5
P 3 .0 /R XD
P 3 .1 /T XD
P 3 .2 /IN T 0
P 3 .3 /IN T 1
P 3 .4 /T 0
P 3 .5 /T 1
P 3 .6 /W R
P 3 .7 /R D
X1
X2
A LE
P S E N
2
2
2
2
2
2
2
2
1
2
3
4
5
6
7
8
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
2
3
4
5
6
7
1
3
5
9
2
4
6
8
K 1
K 2
K 3
K 4
R D
R W
IN TR
30
29
E A
R S T
V C C
8051
4
3
1
2
V C C
Khối hiển thị: Sử dụng LED 7 thanh hiển thị nhiệt độ của thiết bị.
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A
B
C
D
E
F
G
H
K
K
K
K
1
2
3
4
7SEG X 4
D 0
D 1
K1
D 2
D 3
D 4
K2
K3
K4
D 5D 6
- Khối khuếch đại: Sử dụng LM324 khuếch đại điện áp đầu ra của
LM35 (Với hệ số khuếch đại K=20) để phân cực cho transistor IRF540.
1
2
J14
nguon 18v
18V
8
9
10
11
12
13
14
7
6
5
4
3
2
1
V in
- Khối điều khiển quạt: Sử dụng IRF540 để cung cấp điện áp vào quạt
tản nhiệt. Điện áp cung cấp vào quạt phụ thuộc vào điện áp phân cực trên
1 8 V
I R
F
5 4 0 N
/ T O
cực G của IRF540.
- Khối tản nhiệt: Gồm thanh nhôm tản nhiệt và quạt.
2.3. Sơ đồ nguyên lý.
8
U1
J3
9
8
7
6
5
4
3
2
1
U4
V in
6
7
V re f
VCC
R5
RD
RW
150p
R4
POT
4
19
2
3
1
20
VCC
V R E F /2
C L K IN
C LKR
RD
WR
CS
DB0
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6
DB7
IN T R
18
17
16
15
14
13
12
11
5
VCC
IN T R
39
38
37
36
35
34
33
32
1
2
3
4
5
6
7
8
19
18
C R Y S TA L
V C C /V R E F
AD C 0804
31
9
40
P 0 .0 /A D 0
P 0 .1 /A D 1
P 0 .2 /A D 2
P 0 .3 /A D 3
P 0 .4 /A D 4
P 0 .5 /A D 5
P 0 .6 /A D 6
P 0 .7 /A D 7
P 2 .0 /A 8
P 2 .1 /A 9
P 2 .2 /A 1 0
P 2 .3 /A 1 1
P 2 .4 /A 1 2
P 2 .5 /A 1 3
P 2 .6 /A 1 4
P 2 .7 /A 1 5
P 1 .0
P 1 .1
P 1 .2
P 1 .3
P 1 .4
P 1 .5
P 1 .6
P 1 .7
P 3 .0 /R X D
P 3 .1 /TX D
P 3 .2 /IN T 0
P 3 .3 /IN T 1
P 3 .4 /T0
P 3 .5 /T1
P 3 .6 /W R
P 3 .7 /R D
X1
X2
ALE
PSEN
21
22
23
24
25
26
27
28
1
3
5
9
10
11
12
13
14
15
16
17
RD
RW
IN T R
30
29
EA
RST
VCC
8051
4
3
1
2
VCC
1
2
J14
nguon 18v
18V
1
VS+
VO U T
L M 3 5 /T O
2
V in
7
6
5
4
3
2
1
VC C
18V
8
9
10
11
12
13
14
V re f
9
C5
+ IN
-IN
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
IR F 5 4 0 N /TO
1
2
m o to r
9
2
4
6
8
K1
K2
K3
K4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A
B
C
D
E
F
G
H
K
K
K
K
1
2
3
4
7SEG X 4
J13
C O N 5
1
2
3
4
5
D 0
VC C
D 1
K1
D 2
D 3
D 4
D 5D 6
U 7
3
VO U T
V IN
1
18V
7 8 XX/T O
2.3.1. Nguyên lý hoạt động
Nhiệt độ thiết bị được nhận biết qua IC LM35. Đầu ra của IC LM35
sẽ thay đổi 10mV tương ứng với sự thay đổi 1oC của thiết bị. Điện áp đầu
ra của LM35 sẽ được đưa qua 2 chân đầu vào của LM324 để thực hiện
khuếch đại ra 2 mức điện áp riêng biệt.
2.3.1.1. Phần ADC
Điện áp đầu ra của LM35 đưa vào chân số 3 của LM324 khuếch đại
lên 2 lần để đưa vào chân số 6 của ADC0804. Lý do phải nhân 2 điện áp vì
trong mạch, ADC0804 được điều chỉnh sao cho cứ thay đổi đầu vào 20mV
thì đầu ra sẽ thay đổi 1 bit. ADC0804 sẽ thực hiện chhuyển đổi từ tín hiệu
điện tương tự sang tín hiệu số 8 bit để đưa vào cổng P1 của VĐK 89C52.
VĐK sẽ thực hiện lấy dữ liệu từ cổng P1: Đầu tiên 89C52 sẽ tạo 1 xung ra
chân P3.6 vào chân WR(3) để điều khiển ADC thực hiện chuyển đổi từ dữ
liệu tương tự ra số. Sau khi ADC chuyển đổi xong, chân INTR(5) của ADC
sẽ về mức 0 đưa về chân P3.7 báo hiệu chuyển đổi thành công. Khi 89C52
nhận được tín hiệu báo chuyển đổi từ tương tự sang số thành công, VĐK sẽ
đưa mức 0 ra chân P3.5 vào chân RD(2) của ADC thông báo việc nhận dữ
liệu, sau đó đưa 8 bit dữ liệu từ cổng P1 vào thanh ghi A. Sau đó VĐK thực
hiện việc chuyển đổi từ dữ liệu hexa 8 bit sang mã BCD và chuyển đổi từ
BCD sang mã LED 7 thanh. Cuối cùng, VĐK sẽ thực hiện chương trình
hiển thị ra LED 7 đoạn, hiển thị nhiệt độ của thiết bị.
2.3.1.2. Phần điều khiển quạt
10
K2
K3
K4
Điện áp của LM35 được đưa vào chân số 5 của LM324 khuếch đại 20
lần dùng để phân cực cho transistor IRF540. Vậy ứng với sự thay đổi nhiệt
độ của thiết bị 1oC thì VG thay đổi 200mV. Cực D của IRF540 được mắc
trực tiếp lên nguồn 18V, cực S được mắc vào quạt tản nhiệt. Khi nhiệt độ
tăng, điện áp phân cực tại cực G tăng, dẫn đến độ dẫn của transistor tăng,
điện áp đi vào quạt tăng khiến quạt tăng tốc độ quay. Ngược lại khi nhiệt
độ thiết bị giảm thì quạt sẽ quay chậm. Và nếu thiết bị có nhiệt độ dưới
30oC thì quạt sẽ ngừng quay do điện áp cực G của IRF540 quá nhỏ khiến
điện áp UDS nhỏ, không đủ điện áp để quạt quay
2.4. Các linh kiện sử dụng trong mạch
2.4.1. Vi điều khiển 8051.
AT89S52
11
AT89C51
2.4.1.1. Giới thiệu chung:
MCS-51 là họ vi điều khiển của hãng Intel. Vi mạch tổng quát của họ
MCS-51 là chip 8051.
Chip 8051 có một số đặc trưng cơ bản sau:
•Bộ nhớ chương trình bên trong: 4 KB (ROM).
•Bộ nhớ dữ liệu bên trong: 128 byte (RAM).
•Bộ nhớ chương trình bên ngoài: 64 KB (ROM).
•Bộ nhớ dữ liệu bên ngoài: 64 KB (RAM).
•4 port xuất nhập (I/O port) 8 bit.
•2 bộ định thời 16 bit.
•Mạch giao tiếp nối tiếp.
•Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng lẻ).
•210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit.
•Nhân / Chia trong 4 µs.
Ngoài ra, trong họ MCS-51 còn có một số chip vi điều khiển khác có
cấu trúc tương đương như
12
2.4.1.2. Các phiên bản của chip vi điều khiển 8051:
- Bộ vi điều khiển 8031:
8031 là một phiên bản khác của họ 8051. Chip này thường được coi
là 8051 không có ROM trên chip. Để có thể dùng được chip này cần phải
bổ sung thêm ROM ngoài chứa chương trình cần thiết cho 8031. 8051 có
chương trình được chứa ở ROM trên chip bị giới hạn đến 4KB, còn ROM
ngoài của 8031 thì có thể lên đến 64KB. Tuy nhiên, để có thể truy cập hết
bộ nhớ ROM ngoài thì cần dùng thêm hai cổng (Port 0 và Port 2) , do vậy
chỉ còn lại có hai cổng (Port 1 và Port 3) để sử dụng. Nhằm khắc phục vấn
đề này, chúng ta có thể bổ sung thêm cổng vào/ra cho 8031.
- Bộ vi điều khiển 8052:
8052 là một phiên bản của họ 8051. 8052 có tất cả các thông số kỹ
thuật của 8051, ngoài ra còn
có thêm 128 byte RAM, 4KB ROM và một bộ định thời nữa. Như
vậy, 8052 có tổng cộng 256 byte RAM, 8KB ROM và ba bộ định thời.
13
Đặc tính kỹ thuật
ROM trên chip(KB)
RAM trên chip(byte)
Bộ định thời
Chân vào/ra
Cổng nối tiếp
Nguồn ngắt
8031
0
128
2
32
1
5
8051
4
128
2
32
1
5
8052
8
256
3
32
1
6
Như bảng thông số trên ta thấy 8051 là một trường hợp riêng của
8052. Mọi chương trình viết cho 8051 đều có thể chạy được trên 8052
nhưng điều nguợc lại có thể là không đúng.
- Bộ vi điều khiển 8751:
Chip 8751 chỉ có 4KB bộ nhớ UV-EPROM trên chip. Để sử dụng
chip này cần phải có thiết bị lập trình PROM và thiết bị xoá UV-EPROM.
Do ROM trên chip của 8751 là UV-EPROM, nên cần phải mất khoảng 20
phút để xoá 8751 truớc khi được lập trình. Vì đây là quá trình mất nhiều
thời gian nên nhiều nhà sản xuất đã cho ra phiên bản Flash ROM và UVRAM.
- Bộ vi điều khiển AT8951 của Atmel Corporation:
AT8951 là phiên bản 8051 có ROM trên chip là bộ nhớ Flash. Phiên
bản này rất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vì bộ nhớ Flash có thể được
xóa trong vài giây. Dĩ nhiên là để dùng AT8951 cần phải có thiết bị lập
trình PROM hỗ trợ bộ nhớ Flash nhưng không cần đến thiết bị xóa ROM vì
bộ nhớ Flash được xóa bằng thiết bị lập trình PROM. Để tiện sử dụng, hiện
nay hãng Atmel đang nghiên cứu một phiên bản của AT8951 có thể được
lập trình qua cổng COM của máy tính PC và Như vậy sẽ không cần đến
thiết bị lập trình PROM.
Ký hiệu
AT89C51
ROM RAM
I/O
Timer
Ngắt
Vcc
Số chân IC
4KB
32
2
5
5V
40
128
14
AT89LV51
4KB
128
32
2
5
3V
40
AT89C1051
1KB
64
15
1
3
3V
20
AT89C2051
2KB
128
15
2
5
3V
20
AT89C52
8KB
256
32
3
6
5V
40
AT89LV52
8KB
256
32
3
6
3V
40
- Bộ vi điều khiển DS5000 của Dallas Semiconductor:
Một phiên bản phổ biến khác nữa của 8051 là DS5000 của hãng
Dallas Semiconductor. Bộ nhớ
ROM trên chip của DS5000 là NV-RAM. DS5000 có khả năng nạp
chương trình vào ROM trên chip trong khi nó vẫn ở trong hệ thống mà
không cần phải lấy ra. Cách thực hiện là dùng qua cổng COM của máy tính
PC. Đây là điểm mạnh được ưa chuộng,Ngoài ra NV-RAM còn có nhiều
ưu việt là cho phép thay đỏi nội dung RAM theo từng byte mà không phải
xóa hết trước khi lập trình như bộ nhớ EPROM.
Ký hiệu
DS5000-8
DS5000-32
DS5000T-8
DS5000T-32
ROM RAM
8KB 128
32KB 128
8KB 128
32KB 128
I/O
32
32
32
32
Timer
2
2
2
2
Ngắt
6
6
6
6
Vcc
5V
5V
5V
5V
Số chân IC
40
40
40
40
Đây là một phiên bản cải tiến sử dụng CPU là bộ vi điều khiển 80C51
với nhiều tính năng vuợt
trội: dung lượng ROM/RAM trên chip rất lớn, 3 Timer 16 bit + 1
Watch-dog Timer, 2 thanh ghi DPTR, 8 nguồn ngắt, PWM (Pulse Width
Modulator), SPI (Serial Peripheral Interface) và đặc biệt là bộ nhớ chương
trình trên chip có tính năng ISP (In-System Programming) và IAP (InApplication Programming),…
15
2.4.2. Các chân của chíp 8051:
2.4.2.1.Sơ đồ khối và chức năng các khối của chip 8051:
SƠ ĐỒ KHỐI CỦA CHIP 8051
- CPU (Central Processing Unit): Đơn vị xử lý trung tâm tính toán và
điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống.
- OSC (Oscillator): Mạch dao động tạo tín hiệu xung clock cung cấp
cho các khối trong chip hoạt động.
- Interrupt control: Điều khiển ngắt nhận tín hiệu ngắt từ bên ngoài
(INT0\, INT1\), từ bộ định thời (Timer 0, Timer 1) và từ cổng nối tiếp
(Serial port), lần luợt đua các tín hiệu ngắt này đến CPU để xử lý.
- Other registers: Các thanh ghi khác lưu trữ dữ liệu của các port
xuất/nhập, trạng thái làm việc của các khối trong chip trong suốt quá trình
hoạt động của hệ thống.
- RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ dữ liệu trong chip lưu trữ
các dữ liệu.
16
- ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chương trình trong chip lưu trữ
chương trình hoạt động của chip.
- I/O ports (In/Out ports): Các port xuất/nhập điều khiển việc xuất nhập
dữ liệu duới dạng song song giữa trong và ngoài chip thông qua các port P0,
P1, P2, P3.
- Serial port: Port nối tiếp điều khiển việc xuất nhập dữ liệu duới dạng
nối tiếp giữa trong và ngoài chip thông qua các chân TxD, RxD.
- Timer 0, Timer 1: Bộ định thời 0, 1 dùng để định thời gian hoặc
đếm sự kiện (đếm xung) thông qua các chân T0, T1.
- Bus control: Điều khiển bus điều khiển hoạt động của hệ thống bus
và việc di chuyển thông tin trên hệ thống bus.
- Bus system: Hệ thống bus liên kết các khối trong chip lại với nhau.
17
2.4.2.2.Sơ đồ chân và chức năng các chân của chip 8051:
SƠ ĐỒ CHÂN CHIP 8051
18
♦ Port 0:
- Port 0 (P0.0 – P0.7) có số chân từ 32 – 39.
- Port 0 có hai chức năng:
•Port xuất nhập dữ liệu (P0.0 - P0.7) không sử dụng bộ nhớ
ngoài.
•Bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0 – AD7) có
sử dụng bộ nhớ
ngoài.
Lưu ý: Khi Port 0 đóng vai trò là port xuất nhập dữ liệu thì phải sử
dụng các điện trở kéo lên bên ngoài.
- Ở chế độ mặc định (khi reset) thì các chân Port 0 (P0.0 - P0.7) được
cấu hình là port xuất dữ liệu. Muốn các chân Port 0 làm port nhập dữ liệu
thì cần phải lập trình lại, bằng cách ghi mức logic cao (mức 1) đến tất cả
các bit của port truớc khi bắt đầu nhập dữ liệu từ port (vấn đề này được
trình bày ở phần kế tiếp).
- Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 0 đóng vai trò là ngõ vào
của dữ liệu (D0 – D7).
♦ Port 1:
- Port 1 (P1.0 – P1.7) có số chân từ 1 – 8.
- Port 1 có một chức năng:
Port xuất nhập dữ liệu (P1.0 – P1.7) sử dụng hoặc không sử dụng bộ
nhớ ngoài.
- Ở chế độ mặc định (khi reset) thì các chân Port 1 (P1.0 – P1.7) được
cấu hình là port xuất
dữ liệu. Muốn các chân Port 1 làm port nhập dữ liệu thì cần phải lập
trình lại, bằng cách ghi mức logic cao (mức 1) đến tất cả các bit của port
truớc khi bắt đầu nhập dữ liệu từ port (vấn đề này được trình bày ở phần kế
tiếp).
19
- Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 1 đóng vai trò là ngõ vào
của địa chỉ byte thấp (A0 – A7).
♦ Port 2:
- Port 2 (P2.0 – P2.7) có số chân từ 21 – 28.
- Port 2 có hai chức năng:
•Port xuất nhập dữ liệu (P2.0 – P2.7) không sử dụng bộ nhớ
ngoài.
•Bus địa chỉ byte cao (A8 – A15) có sử dụng bộ nhớ ngoài.
- Ở chế độ mặc định (khi reset) thì các chân Port 2 (P2.0 – P2.7) được
cấu hình là port xuất dữ liệu. Muốn các chân Port 2 làm port nhập dữ liệu
thì cần phải lập trình lại, bằng cách ghi mức logic cao (mức 1) đến tất cả
các bit của port truớc khi bắt đầu nhập dữ liệu từ port (vấn đề này được
trình bày ở phần kế tiếp).
- Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 2 đóng vai trò là ngõ vào
của địa chỉ byte cao (A8 – A11) và các tín hiệu điều khiển.
♦ Port 3:
- Port 3 (P3.0 – P3.7) có số chân từ 10 – 17.
- Port 3 có hai chức năng:
•Port xuất nhập dữ liệu (P3.0 – P3.7) không sử dụng bộ nhớ
ngoài hoặc các chức năng đặc biệt.
•Các tín hiệu điều khiển có sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các
chức năng đặc biệt.
- Ở chế độ mặc định (khi reset) thì các chân Port 3 (P3.0 – P3.7) được
cấu hình là port xuất dữ liệu. Muốn các chân Port 3 làm port nhập dữ liệu
thì cần phải lập trình lại, bằng cách ghi mức logic cao (mức 1) đến tất cả
các bit của port truớc khi bắt đầu nhập dữ liệu từ port (vấn đề này được
trình bày ở phần kế tiếp).
- Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 3 đóng vai trò là ngõ vào
của các tín hiệu điều khiển.
20
- Chức năng của các chân Port 3:
21
Bit
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
Tên
RxD
TxD
INT0\
INT1\
T0
T1
WR\
RD\
Địa chỉ bit
B0H
Chức năng
Chân nhận dữ liệu của port nối
B1H
tiếp.
Chân phát dữ liệu của port nối
B2H
B3H
B4H
tiếp.
Ngõ vào ngắt ngoài 0.
Ngõ vào ngắt ngoài 1.
Ngõ vào của bộ định thời/đếm
B5H
0.
Ngõ vào của bộ định thời/đếm
B6H
B7H
1.
điều khiển ghi vào RAM ngoài.
điều khiển đọc từ RAM ngoài.
♦ Chân PSEN\:
- PSEN (Program Store Enable): cho phép bộ nhớ chương trình, chân
số 29.
- Chức năng:
•Là tín hiệu cho phép truy xuất (đọc) bộ nhớ chương trình (ROM)
ngoài.
•Là tín hiệu xuất, tích cực mức thấp.
PSEN\ = 0 trong thời gian CPU tìm - nạp lệnh từ ROM ngoài.
PSEN\ = 1 CPU sử dụng ROM trong (không sử dụng ROM ngoài).
- Khi sử dụng bộ nhớ chương trình bên ngoài, chân PSEN\ thường
được nối với chân OE\ của ROM ngoài để cho phép CPU đọc mã lệnh từ
ROM ngoài.
♦ Chân ALE:
- ALE (Address Latch Enable): cho phép chốt địa chỉ, chân số 30.
- Chức năng:
•Là tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để thực hiện việc giải đa hợp cho
bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0 – AD7).
22
•Là tín hiệu xuất, tích cực mức cao.
ALE = 0 trong thời gian bus AD0 - AD7 đóng vai trò là bus D0 - D7.
ALE = 1 trong thời gian bus AD0 - AD7 đóng vai trò là bus A0 - A7.
- Khi lập trình cho ROM trong chip thì chân ALE đóng vai trò là ngõ
vào của xung lập trình (PGM\).
Lưu ý: fALE=fOSC/6 có thể dùng làm xung clock cho các mạch khác.
(MHz): tần số xung tại chân ALE. f
(MHz): tần số dao động trên chip (tần số thạch anh).
- Khi lệnh lấy dữ liệu từ RAM ngoài (MOVX) được thực hiện thì một
xung ALE bị bỏ qua.
♦ Chân EA\:
- EA (External Access): truy xuất ngoài, chân số 31.
- Chức năng:
•Là tín hiệu cho phép truy xuất (sử dụng) bộ nhớ chương trình
(ROM) ngoài.
•Là tín hiệu nhập, tích cực mức thấp.
EA\ = 0 Chip 8051 sử dụng chương trình của ROM ngoài.
EA\ = 1 Chip 8051 sử dụng chương trình của ROM trong.
- Khi lập trình cho ROM trong chip thì chân EA đóng vai trò là ngõ
vào của điện áp lập trình(Vpp = 12V – 12,5V cho họ 89xx; 21V cho họ
80xx, 87xx).
Lưu ý: Chân EA\ phải được nối lên Vcc (nếu sử dụng chương trình
của ROM trong) hoặc nối xuống GND (nếu sử dụng chương trình của
ROM ngoài), không bao giờ được phép bỏ trống chân này.
23
♦ Chân XTAL1, XTAL2:
- XTAL (Crystal): tinh thể thạch anh, chân số 18-19.
- Chức năng:
• Dùng để nối với thạch anh hoặc mạch dao động tạo
xung clock bên ngoài, cung cấp tín hiệu xung clock cho chip hoạt
động.
•
•
XTAL1 ngõ vào mạch tạo xung clock trong chip.
XTAL2 ngõ ra mạch tạo xung clock trong chip.
Lưu ý: fTYP=12MHz
fTYP (MHz): tần số danh định.
♦ Chân RST:
- RST (Reset): thiết lập lại, chân số 9.
- Chức năng:
•Là tín hiệu cho phép thiết lặp (đặt) lại trạng thái ban đầu cho
hệ thống.
•Là tín hiệu nhập, tích cực mức cao.
RST = 0 Chip 8051 hoạt động bình thường.
RST = 1 Chip 8051 được thiết lặp lại trạng thái ban đầu.
Lưu ý: tReset≥2×TMachine
tRESET(µs):thời gian reset.
TMachine=12/fOSC.
fOSC=(MHz):tần số thạch anh.
TMACHINE(µs):chu kỳ máy.
24
♦ Chân Vcc, GND:
- Vcc, GND: nguồn cấp điện, chân số 40 và 20.
- Chức năng:
•Cung cấp nguồn điện cho chip 8051 hoạt động.
•Vcc = +5V và GND = 0V.
2.4.2.3. TỔ CHỨC BỘ NHỚ CỦA CHIP 8051
- Bộ vi xử lý có không gian bộ nhớ chung cho dữ liệu và chương
trình.
Chương trình và dữ liệu nằm chung trên RAM truớc khi đưa vào
CPU để thực thi.
- Bộ vi điều khiển có không gian bộ nhớ riêng cho dữ liệu và chương
trình.
chương trình và dữ liệu nằm riêng trên ROM và RAM truớc khi đưa
vào CPU để thực thi.
- Tổ chức bộ nhớ của chip 8051:
25
