Thiết kế bộ KIT thực hành vi điều khiển 8051
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.82 MB, 97 trang )
1
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VÊ
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Hà Nội, ngày… tháng … năm 2012
2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Hà Nội, ngày… tháng … năm 2012
3
MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................3
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................7
DANH MỤC BẢNG........................................................................8
DANH MỤC HÌNH VẼ.................................................................12
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................16
PHẦN I: GIỚI THIÊU CHUNG..................................................18
1.1 GIỚI THIÊU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN.......................18
1.2. GIỚI THIÊU MỘT SỐ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN THÔNG
DỤNG.............................................................................................18
1.2.1. Vi điều khiển của Atmel......................................................18
1.2.2. Vi điều khiển của Microchip...............................................19
1.2.3. Vi điều khiển của Cypress...................................................19
1.2.4. Vi điều khiển của Hitachi....................................................20
1.2.5. Vi điều khiển của Motorola................................................20
1.2.6. Vi điều khiển của Maxim....................................................20
PHẦN II: TỔNG QUAN VỀ HỌ CỦA VI ĐIỀU KHIỂN HỌ
8051 VÀ AT89S52..........................................................................21
2.1. GIỚI THIÊU CHUNG VỀ HỌ 8051....................................21
Bảng 2.1. Giới thiệu một số IC họ 8051.......................................22
2.1.1. Cấu trúc bus.........................................................................22
2.1.2. Bộ nhớ chương trình...........................................................22
2.1.3. Bộ nhớ dữ liệu......................................................................22
2.2. GIỚI THIÊU TỔNG QUAN VỀ AT89S52..........................23
2.2.1. Sơ đồ khối và chức năng các khối của họ 8051.................24
2.2.2. Sơ đồ chân và chức năng các chân của họ 8051................26
2.2.3. Sơ đồ cấu trúc AT89S52......................................................26
Hình 2.3. Sơ đồ khối Vi điều khiển họ 89S52..............................27
2.3. SƠ LƯỢC VỀ CÁC CHÂN IC 89S52..................................27
Hình 2.4. Hình dạng sơ đồ IC 89S52............................................28
2.4. CHỨC NĂNG CÁC CHÂN IC 89S52..................................28
2.4.1. Port 0 :..................................................................................28
2.4.2. Port 1:...................................................................................29
2.4.3. Port 2:...................................................................................30
2.4.4. Port 3( P3.0-P3.7) :..............................................................30
2.4.5. Chân /PSEN( Program Store Enable)...............................31
2.4.6. Chân ALE ( Address Latch Enable)..................................31
2.4.7. Chân /EA( External Access)...............................................32
4
2.4.8. RST( Reset)..........................................................................32
2.4.9. XTAL1, XTAL2...................................................................32
2.4.10. Vcc, GND............................................................................32
2.5. HOẠT ĐỘNG ĐỊNH THỜI...................................................32
2.5.1. Giới thiệu..............................................................................32
2.5.2. Các thanh ghi của bộ định thời..........................................33
2.5.2.1. Các thanh ghi của Timer0, Timer1.................................33
2.5.2.2. Các thanh ghi của Timer2................................................35
2.5.3. Các chế độ của bộ định thời................................................36
2.5.3.1. Các chế độ của Timer0 và Timer1..................................36
Hình 2.9. Hoạt động của Timer0 và Timer1 ở chế độ 0.............37
2.5.3.2. Các chế độ của Timer 2....................................................40
Bảng 2.3. Các chế độ hoạt động của timer 2...............................40
Hình 2.16. Sử dụng Timer 2 tạo tốc độ baud..............................43
Hình 2.17. Timer 2 trong chế độ tạo xung...................................44
2.6. NGẮT VÀ XỬ LÝ NGẮT......................................................44
2.6.1. Giới thiệu..............................................................................44
2.6.2. Tổ chức ngắt.........................................................................45
Hình 2.18. Các nguồn ngắt của AT89S52....................................45
2.6.3 Xử lý ngắt..............................................................................48
2.7. CỔNG NỐI TIẾP...................................................................49
2.7.1. Giới thiệu..............................................................................49
Hình 2.19. Mô tả hoạt động của cổng nối tiếp.............................49
Hình 2.20. Sơ đồ khối cổng nối tiếp của 8051..............................50
2.7.2. Các thanh ghi của cổng nối tiếp.........................................50
2.7.3. Các chế độ hoạt động...........................................................52
2.7.3.1. Chế độ 0.............................................................................52
Hình 2.21. Hoạt động của cổng nối tiếp ở chế độ 0.....................52
2.7.3.2. Chế độ 1.............................................................................53
Hình 2.22. Giản đồ truyền nhận dữ liệu ở chế độ 0....................53
Hình 2.23. Giản đồ truyền nhận dữ liệu ở chế độ 1....................53
Hình 2.24. Giản đồ truyền nhận dữ liệu ở chế độ 2 và 3............54
Hình 2.25. Dùng Timer 1, 2 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối
tiếp...................................................................................................54
Hình 2.26. Dùng Timer 1 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp
(TCLK=RCLK=0).........................................................................54
Hình 2.27. Dùng Timer 1 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp
.........................................................................................................55
5
2.7.3.3. Chế độ 2.............................................................................55
Hình 2.28. Tốc độ baud của chế độ 2...........................................55
2.7.3.4. Chế độ 3.............................................................................55
PHẦN III: NỘI DUNG THIẾT KẾ.............................................56
CHƯƠNG I: GIỚI THIÊU CÁC MODUL VÀ CÁC LINH
KIÊN DÙNG TRONG MẠCH.....................................................56
1. KHỐI NGUỒN..........................................................................56
2. KHỐI GHÉP NỐI VỚI MÁY TÍNH QUA CỔNG COM.....56
2.1. Cổng nối tiếp (COM)..............................................................57
2.2. IC MAX232.............................................................................58
3. KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN............................................................58
3.1.Mạch tạo dao động.................................................................59
3.2. Mạch reset...............................................................................60
Hình 3.7. Sơ đồ mạch reset của 8051...........................................60
4. KHỐI QUÉT LED MA TRẬN 8x8..........................................60
Hình 3.8. Sơ đồ khối quét led matrix...........................................60
4.1. IC 74HC595.............................................................................61
4.2. LED MATRIX 8X8................................................................62
4.2.1. Sơ đồ nguyên lý của ma trận led 8x8.................................62
Hình 3.10. Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của Led Matrix 8x8
.........................................................................................................62
4.2.2. Cách quét LED ma trận 8x8..............................................62
5. KHỐI GIAO TIẾP LCD...........................................................63
5.1. Ý nghĩa các chân của LCD hiển thị ký tự.............................64
5.2. Nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD.....................................64
6. KHỐI ADC0804.........................................................................65
7. KHỐI HIỂN THỊ THỜI GIAN THỰC...................................69
8. KHỐI NGẮT HỒNG NGOẠI..................................................70
8.1 OPTO........................................................................................71
8.2. LM358......................................................................................71
9. KHỐI QUÉT LED 7 ĐOẠN....................................................72
Hình 3.21. Hình ảnh thực tế của led quét 4.................................72
Hình 3.22. Sơ đồ chân của led quet 4...........................................73
10. KHỐI QUÉT LED ĐƠN........................................................74
Hình 3.23. Sơ đồ khối quét led đơn..............................................74
11. KHỐI GHÉP NỐI MA TRẬN PHÍM 4x4.............................75
Hình 3.24. Khối ghép nối ma trận phím 4x4...............................75
12. KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU..........................76
6
Hình 3.25. Sơ đồ khối điều khiển động cơ một chiều.................76
Hình 3.26. Sơ đồ mạch cầu H.......................................................77
13. KHỐI NẠP CHƯƠNG TRÌNH THEO CHUẨN ISP..........77
Hình 3.27. Sơ đồ khối nạp chương trình theo chuẩn ISP..........77
14. MẠCH NẠP CHO AT89S52 DÙNG ATMEGA8 (USB TO
COM)..............................................................................................78
Hình 3.28. Sơ đồ mạch nạp chương trình dùng ATMEGA8.....78
Hình 3.29. Sơ đồ chân ATMEGA8...............................................80
Hình 3.30. Hình ảnh của ATMEGA8..........................................80
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ MÔ HÌNH BỘ KIT THỰC HÀNH
VĐK................................................................................................81
1. YÊU CẦU:..................................................................................81
2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ................................................................81
Hình 3.31. Sơ đồ mạch nguyên lý.................................................81
CHƯƠNG III: CÁC VÍ DỤ MINH HỌA CHO CÁC MODUL82
1. LẬP TRÌNH GHÉP NỐI KHỐI QUÉT LED ĐƠN...............82
3. LẬP TRÌNH GHÉP NỐI MODUL LED 7 ĐOẠN VÀ BỘ
ĐẾM HỒNG NGOẠI....................................................................85
4. LẬP TRÌNH QUÉT LED MATRIX........................................88
5. LẬP TRÌNH BỘ BIẾN ĐỔI ADC VÀ HIỂN THỊ LED 7
THANH...........................................................................................92
PHẦN IV. KẾT LUẬN..................................................................96
3.1. ƯU ĐIỂM CỦA MẠCH.........................................................96
3.2. NHƯỢC ĐIỂM.......................................................................96
3.3. HƯỚNG CẢI THIÊN.............................................................96
TÀI LIÊU THAM KHẢO.............................................................97
7
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
-
ROM: Read Only Memory.
-
RAM : Random Access Memory.
-
SRAM: Static Random Access Memory.
-
EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory.
-
CPU: Central Processing Unit.
-
ALU : Arithmetic Logical Unit.
-
PSW: Program Status Worl.
-
UART: Universal Ansynchrous Receiver and Transmitter.
-
WDM: Watch Dog Timer .
-
RTC: Real Time Clock.
-
ISP: In System Programmer.
-
PSEN: Program Store Enable.
-
ALE : Address Latch Enable.
-
EA: External Access.
8
DANH MỤC BẢNG
MỤC LỤC........................................................................................3
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................7
DANH MỤC BẢNG........................................................................8
DANH MỤC HÌNH VẼ.................................................................12
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................16
PHẦN I: GIỚI THIÊU CHUNG..................................................18
1.1 GIỚI THIÊU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN.......................18
1.2. GIỚI THIÊU MỘT SỐ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN THÔNG
DỤNG.............................................................................................18
1.2.1. Vi điều khiển của Atmel......................................................18
1.2.2. Vi điều khiển của Microchip...............................................19
1.2.3. Vi điều khiển của Cypress...................................................19
1.2.4. Vi điều khiển của Hitachi....................................................20
1.2.5. Vi điều khiển của Motorola................................................20
1.2.6. Vi điều khiển của Maxim....................................................20
PHẦN II: TỔNG QUAN VỀ HỌ CỦA VI ĐIỀU KHIỂN HỌ
8051 VÀ AT89S52..........................................................................21
2.1. GIỚI THIÊU CHUNG VỀ HỌ 8051....................................21
Bảng 2.1. Giới thiệu một số IC họ 8051.......................................22
2.1.1. Cấu trúc bus.........................................................................22
2.1.2. Bộ nhớ chương trình...........................................................22
2.1.3. Bộ nhớ dữ liệu......................................................................22
2.2. GIỚI THIÊU TỔNG QUAN VỀ AT89S52..........................23
2.2.1. Sơ đồ khối và chức năng các khối của họ 8051.................24
2.2.2. Sơ đồ chân và chức năng các chân của họ 8051................26
2.2.3. Sơ đồ cấu trúc AT89S52......................................................26
Hình 2.3. Sơ đồ khối Vi điều khiển họ 89S52..............................27
2.3. SƠ LƯỢC VỀ CÁC CHÂN IC 89S52..................................27
Hình 2.4. Hình dạng sơ đồ IC 89S52............................................28
2.4. CHỨC NĂNG CÁC CHÂN IC 89S52..................................28
2.4.1. Port 0 :..................................................................................28
2.4.2. Port 1:...................................................................................29
2.4.3. Port 2:...................................................................................30
2.4.4. Port 3( P3.0-P3.7) :..............................................................30
2.4.5. Chân /PSEN( Program Store Enable)...............................31
2.4.6. Chân ALE ( Address Latch Enable)..................................31
2.4.7. Chân /EA( External Access)...............................................32
9
2.4.8. RST( Reset)..........................................................................32
2.4.9. XTAL1, XTAL2...................................................................32
2.4.10. Vcc, GND............................................................................32
2.5. HOẠT ĐỘNG ĐỊNH THỜI...................................................32
2.5.1. Giới thiệu..............................................................................32
2.5.2. Các thanh ghi của bộ định thời..........................................33
2.5.2.1. Các thanh ghi của Timer0, Timer1.................................33
2.5.2.2. Các thanh ghi của Timer2................................................35
2.5.3. Các chế độ của bộ định thời................................................36
2.5.3.1. Các chế độ của Timer0 và Timer1..................................36
Hình 2.9. Hoạt động của Timer0 và Timer1 ở chế độ 0.............37
2.5.3.2. Các chế độ của Timer 2....................................................40
Bảng 2.3. Các chế độ hoạt động của timer 2...............................40
Hình 2.16. Sử dụng Timer 2 tạo tốc độ baud..............................43
Hình 2.17. Timer 2 trong chế độ tạo xung...................................44
2.6. NGẮT VÀ XỬ LÝ NGẮT......................................................44
2.6.1. Giới thiệu..............................................................................44
2.6.2. Tổ chức ngắt.........................................................................45
Hình 2.18. Các nguồn ngắt của AT89S52....................................45
2.6.3 Xử lý ngắt..............................................................................48
2.7. CỔNG NỐI TIẾP...................................................................49
2.7.1. Giới thiệu..............................................................................49
Hình 2.19. Mô tả hoạt động của cổng nối tiếp.............................49
Hình 2.20. Sơ đồ khối cổng nối tiếp của 8051..............................50
2.7.2. Các thanh ghi của cổng nối tiếp.........................................50
2.7.3. Các chế độ hoạt động...........................................................52
2.7.3.1. Chế độ 0.............................................................................52
Hình 2.21. Hoạt động của cổng nối tiếp ở chế độ 0.....................52
2.7.3.2. Chế độ 1.............................................................................53
Hình 2.22. Giản đồ truyền nhận dữ liệu ở chế độ 0....................53
Hình 2.23. Giản đồ truyền nhận dữ liệu ở chế độ 1....................53
Hình 2.24. Giản đồ truyền nhận dữ liệu ở chế độ 2 và 3............54
Hình 2.25. Dùng Timer 1, 2 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối
tiếp...................................................................................................54
Hình 2.26. Dùng Timer 1 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp
(TCLK=RCLK=0).........................................................................54
Hình 2.27. Dùng Timer 1 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp
.........................................................................................................55
10
2.7.3.3. Chế độ 2.............................................................................55
Hình 2.28. Tốc độ baud của chế độ 2...........................................55
2.7.3.4. Chế độ 3.............................................................................55
PHẦN III: NỘI DUNG THIẾT KẾ.............................................56
CHƯƠNG I: GIỚI THIÊU CÁC MODUL VÀ CÁC LINH
KIÊN DÙNG TRONG MẠCH.....................................................56
1. KHỐI NGUỒN..........................................................................56
2. KHỐI GHÉP NỐI VỚI MÁY TÍNH QUA CỔNG COM.....56
2.1. Cổng nối tiếp (COM)..............................................................57
2.2. IC MAX232.............................................................................58
3. KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN............................................................58
3.1.Mạch tạo dao động.................................................................59
3.2. Mạch reset...............................................................................60
Hình 3.7. Sơ đồ mạch reset của 8051...........................................60
4. KHỐI QUÉT LED MA TRẬN 8x8..........................................60
Hình 3.8. Sơ đồ khối quét led matrix...........................................60
4.1. IC 74HC595.............................................................................61
4.2. LED MATRIX 8X8................................................................62
4.2.1. Sơ đồ nguyên lý của ma trận led 8x8.................................62
Hình 3.10. Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của Led Matrix 8x8
.........................................................................................................62
4.2.2. Cách quét LED ma trận 8x8..............................................62
5. KHỐI GIAO TIẾP LCD...........................................................63
5.1. Ý nghĩa các chân của LCD hiển thị ký tự.............................64
5.2. Nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD.....................................64
6. KHỐI ADC0804.........................................................................65
7. KHỐI HIỂN THỊ THỜI GIAN THỰC...................................69
8. KHỐI NGẮT HỒNG NGOẠI..................................................70
8.1 OPTO........................................................................................71
8.2. LM358......................................................................................71
9. KHỐI QUÉT LED 7 ĐOẠN....................................................72
Hình 3.21. Hình ảnh thực tế của led quét 4.................................72
Hình 3.22. Sơ đồ chân của led quet 4...........................................73
10. KHỐI QUÉT LED ĐƠN........................................................74
Hình 3.23. Sơ đồ khối quét led đơn..............................................74
11. KHỐI GHÉP NỐI MA TRẬN PHÍM 4x4.............................75
Hình 3.24. Khối ghép nối ma trận phím 4x4...............................75
12. KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU..........................76
11
Hình 3.25. Sơ đồ khối điều khiển động cơ một chiều.................76
Hình 3.26. Sơ đồ mạch cầu H.......................................................77
13. KHỐI NẠP CHƯƠNG TRÌNH THEO CHUẨN ISP..........77
Hình 3.27. Sơ đồ khối nạp chương trình theo chuẩn ISP..........77
14. MẠCH NẠP CHO AT89S52 DÙNG ATMEGA8 (USB TO
COM)..............................................................................................78
Hình 3.28. Sơ đồ mạch nạp chương trình dùng ATMEGA8.....78
Hình 3.29. Sơ đồ chân ATMEGA8...............................................80
Hình 3.30. Hình ảnh của ATMEGA8..........................................80
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ MÔ HÌNH BỘ KIT THỰC HÀNH
VĐK................................................................................................81
1. YÊU CẦU:..................................................................................81
2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ................................................................81
Hình 3.31. Sơ đồ mạch nguyên lý.................................................81
CHƯƠNG III: CÁC VÍ DỤ MINH HỌA CHO CÁC MODUL82
1. LẬP TRÌNH GHÉP NỐI KHỐI QUÉT LED ĐƠN...............82
3. LẬP TRÌNH GHÉP NỐI MODUL LED 7 ĐOẠN VÀ BỘ
ĐẾM HỒNG NGOẠI....................................................................85
4. LẬP TRÌNH QUÉT LED MATRIX........................................88
5. LẬP TRÌNH BỘ BIẾN ĐỔI ADC VÀ HIỂN THỊ LED 7
THANH...........................................................................................92
PHẦN IV. KẾT LUẬN..................................................................96
3.1. ƯU ĐIỂM CỦA MẠCH.........................................................96
3.2. NHƯỢC ĐIỂM.......................................................................96
3.3. HƯỚNG CẢI THIÊN.............................................................96
TÀI LIÊU THAM KHẢO.............................................................97
12
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỤC LỤC........................................................................................3
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................7
DANH MỤC BẢNG........................................................................8
DANH MỤC HÌNH VẼ.................................................................12
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................16
PHẦN I: GIỚI THIÊU CHUNG..................................................18
1.1 GIỚI THIÊU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN.......................18
1.2. GIỚI THIÊU MỘT SỐ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN THÔNG
DỤNG.............................................................................................18
1.2.1. Vi điều khiển của Atmel......................................................18
1.2.2. Vi điều khiển của Microchip...............................................19
1.2.3. Vi điều khiển của Cypress...................................................19
1.2.4. Vi điều khiển của Hitachi....................................................20
1.2.5. Vi điều khiển của Motorola................................................20
1.2.6. Vi điều khiển của Maxim....................................................20
PHẦN II: TỔNG QUAN VỀ HỌ CỦA VI ĐIỀU KHIỂN HỌ
8051 VÀ AT89S52..........................................................................21
2.1. GIỚI THIÊU CHUNG VỀ HỌ 8051....................................21
Bảng 2.1. Giới thiệu một số IC họ 8051.......................................22
2.1.1. Cấu trúc bus.........................................................................22
2.1.2. Bộ nhớ chương trình...........................................................22
2.1.3. Bộ nhớ dữ liệu......................................................................22
2.2. GIỚI THIÊU TỔNG QUAN VỀ AT89S52..........................23
2.2.1. Sơ đồ khối và chức năng các khối của họ 8051.................24
2.2.2. Sơ đồ chân và chức năng các chân của họ 8051................26
2.2.3. Sơ đồ cấu trúc AT89S52......................................................26
Hình 2.3. Sơ đồ khối Vi điều khiển họ 89S52..............................27
2.3. SƠ LƯỢC VỀ CÁC CHÂN IC 89S52..................................27
Hình 2.4. Hình dạng sơ đồ IC 89S52............................................28
2.4. CHỨC NĂNG CÁC CHÂN IC 89S52..................................28
2.4.1. Port 0 :..................................................................................28
2.4.2. Port 1:...................................................................................29
2.4.3. Port 2:...................................................................................30
2.4.4. Port 3( P3.0-P3.7) :..............................................................30
2.4.5. Chân /PSEN( Program Store Enable)...............................31
13
2.4.6. Chân ALE ( Address Latch Enable)..................................31
2.4.7. Chân /EA( External Access)...............................................32
2.4.8. RST( Reset)..........................................................................32
2.4.9. XTAL1, XTAL2...................................................................32
2.4.10. Vcc, GND............................................................................32
2.5. HOẠT ĐỘNG ĐỊNH THỜI...................................................32
2.5.1. Giới thiệu..............................................................................32
2.5.2. Các thanh ghi của bộ định thời..........................................33
2.5.2.1. Các thanh ghi của Timer0, Timer1.................................33
2.5.2.2. Các thanh ghi của Timer2................................................35
2.5.3. Các chế độ của bộ định thời................................................36
2.5.3.1. Các chế độ của Timer0 và Timer1..................................36
Hình 2.9. Hoạt động của Timer0 và Timer1 ở chế độ 0.............37
2.5.3.2. Các chế độ của Timer 2....................................................40
Bảng 2.3. Các chế độ hoạt động của timer 2...............................40
Hình 2.16. Sử dụng Timer 2 tạo tốc độ baud..............................43
Hình 2.17. Timer 2 trong chế độ tạo xung...................................44
2.6. NGẮT VÀ XỬ LÝ NGẮT......................................................44
2.6.1. Giới thiệu..............................................................................44
2.6.2. Tổ chức ngắt.........................................................................45
Hình 2.18. Các nguồn ngắt của AT89S52....................................45
2.6.3 Xử lý ngắt..............................................................................48
2.7. CỔNG NỐI TIẾP...................................................................49
2.7.1. Giới thiệu..............................................................................49
Hình 2.19. Mô tả hoạt động của cổng nối tiếp.............................49
Hình 2.20. Sơ đồ khối cổng nối tiếp của 8051..............................50
2.7.2. Các thanh ghi của cổng nối tiếp.........................................50
2.7.3. Các chế độ hoạt động...........................................................52
2.7.3.1. Chế độ 0.............................................................................52
Hình 2.21. Hoạt động của cổng nối tiếp ở chế độ 0.....................52
2.7.3.2. Chế độ 1.............................................................................53
Hình 2.22. Giản đồ truyền nhận dữ liệu ở chế độ 0....................53
Hình 2.23. Giản đồ truyền nhận dữ liệu ở chế độ 1....................53
Hình 2.24. Giản đồ truyền nhận dữ liệu ở chế độ 2 và 3............54
Hình 2.25. Dùng Timer 1, 2 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối
tiếp...................................................................................................54
Hình 2.26. Dùng Timer 1 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp
(TCLK=RCLK=0).........................................................................54
14
Hình 2.27. Dùng Timer 1 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp
.........................................................................................................55
2.7.3.3. Chế độ 2.............................................................................55
Hình 2.28. Tốc độ baud của chế độ 2...........................................55
2.7.3.4. Chế độ 3.............................................................................55
PHẦN III: NỘI DUNG THIẾT KẾ.............................................56
CHƯƠNG I: GIỚI THIÊU CÁC MODUL VÀ CÁC LINH
KIÊN DÙNG TRONG MẠCH.....................................................56
1. KHỐI NGUỒN..........................................................................56
2. KHỐI GHÉP NỐI VỚI MÁY TÍNH QUA CỔNG COM.....56
2.1. Cổng nối tiếp (COM)..............................................................57
2.2. IC MAX232.............................................................................58
3. KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN............................................................58
3.1.Mạch tạo dao động.................................................................59
3.2. Mạch reset...............................................................................60
Hình 3.7. Sơ đồ mạch reset của 8051...........................................60
4. KHỐI QUÉT LED MA TRẬN 8x8..........................................60
Hình 3.8. Sơ đồ khối quét led matrix...........................................60
4.1. IC 74HC595.............................................................................61
4.2. LED MATRIX 8X8................................................................62
4.2.1. Sơ đồ nguyên lý của ma trận led 8x8.................................62
Hình 3.10. Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của Led Matrix 8x8
.........................................................................................................62
4.2.2. Cách quét LED ma trận 8x8..............................................62
5. KHỐI GIAO TIẾP LCD...........................................................63
5.1. Ý nghĩa các chân của LCD hiển thị ký tự.............................64
5.2. Nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD.....................................64
6. KHỐI ADC0804.........................................................................65
7. KHỐI HIỂN THỊ THỜI GIAN THỰC...................................69
8. KHỐI NGẮT HỒNG NGOẠI..................................................70
8.1 OPTO........................................................................................71
8.2. LM358......................................................................................71
9. KHỐI QUÉT LED 7 ĐOẠN....................................................72
Hình 3.21. Hình ảnh thực tế của led quét 4.................................72
Hình 3.22. Sơ đồ chân của led quet 4...........................................73
10. KHỐI QUÉT LED ĐƠN........................................................74
Hình 3.23. Sơ đồ khối quét led đơn..............................................74
11. KHỐI GHÉP NỐI MA TRẬN PHÍM 4x4.............................75
15
Hình 3.24. Khối ghép nối ma trận phím 4x4...............................75
12. KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU..........................76
Hình 3.25. Sơ đồ khối điều khiển động cơ một chiều.................76
Hình 3.26. Sơ đồ mạch cầu H.......................................................77
13. KHỐI NẠP CHƯƠNG TRÌNH THEO CHUẨN ISP..........77
Hình 3.27. Sơ đồ khối nạp chương trình theo chuẩn ISP..........77
14. MẠCH NẠP CHO AT89S52 DÙNG ATMEGA8 (USB TO
COM)..............................................................................................78
Hình 3.28. Sơ đồ mạch nạp chương trình dùng ATMEGA8.....78
Hình 3.29. Sơ đồ chân ATMEGA8...............................................80
Hình 3.30. Hình ảnh của ATMEGA8..........................................80
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ MÔ HÌNH BỘ KIT THỰC HÀNH
VĐK................................................................................................81
1. YÊU CẦU:..................................................................................81
2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ................................................................81
Hình 3.31. Sơ đồ mạch nguyên lý.................................................81
CHƯƠNG III: CÁC VÍ DỤ MINH HỌA CHO CÁC MODUL82
1. LẬP TRÌNH GHÉP NỐI KHỐI QUÉT LED ĐƠN...............82
3. LẬP TRÌNH GHÉP NỐI MODUL LED 7 ĐOẠN VÀ BỘ
ĐẾM HỒNG NGOẠI....................................................................85
4. LẬP TRÌNH QUÉT LED MATRIX........................................88
5. LẬP TRÌNH BỘ BIẾN ĐỔI ADC VÀ HIỂN THỊ LED 7
THANH...........................................................................................92
PHẦN IV. KẾT LUẬN..................................................................96
3.1. ƯU ĐIỂM CỦA MẠCH.........................................................96
3.2. NHƯỢC ĐIỂM.......................................................................96
3.3. HƯỚNG CẢI THIÊN.............................................................96
TÀI LIÊU THAM KHẢO.............................................................97
16
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay kĩ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ
thuật và trong dân dụng. Từ các dây truyền sản xuất lớn đến các thiết bị gia dụng
chúng ta đều thấy sự hiện diện của vi điều khiển ( VĐK ). Các bộ VĐK có khả năng
xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, nó đã thay thế các
tủ điều khiển lớn và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử
dụng. VĐK không những góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà còn góp phần to lớn
vào phát triển thông tin. Đó là sự ra đời của hàng loạt thiết bị viễn thông và truyền
hình hiện đại, đặc biệt sự ra đời của mạng internet – góp phần đưa con người lên
đỉnh cao của nền văn minh nhân loại.
Chính vì các lí do trên, việc tìm hiểu khảo sát VĐK là điều mà các sinh viên
ngành điện tử chúng em hết sức quan tâm . Các bộ điều khiển sử dụng VĐK tuy
đơn giản nhưng để vận hành và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp. Phần
công việc sử lý chính vẫn là con người đó chính là chương trình hay phần mềm.
Tuy chúng ta thấy các máy tính ngày nay cực kỳ thông minh, giải quyết các bài toán
phức tạp trong vài phần triệu giây nhưng đó cũng đều là dựa trên sự hiểu biết của
con người. Nếu không có sự tham gia của con người thì hệ thống VĐK cũng chỉ là
một vật vô tri. Do vậy khi nói đến VĐK cũng như máy tính bao gồm phần cứng và
phần mềm.
Các bộ VĐK theo thời gian cũng phát triển rất nhanh cùng với công nghệ bán
dẫn, từ các bộ VĐK 4 bit đơn giản tới các bộ VĐK 32 bit. Bộ VĐK 8 bit là cơ sở để
chúng ta tìm hiểu và sử dụng các bộ VĐK tối tân hơn, đây chính là bước đầu tiên để
chúng ta tìm hiểu sâu vào lĩnh vực này.
Để tìm hiểu bộ VĐK một cách khoa học và mang lại hiệu quả cao làm nền
tảng cho việc xâm nhập công nghệ tối tân hơn. Việc trang bị những kiến thức về
VĐK cho sinh viên là hết sức cần thiết. Xuất phát từ thực tế này em đã quyết định
thực hiện đề tài “ Thiết kế bộ KIT thực hành vi điều khiển 8051”.
17
Đề tài của em gồm 4 phần:
Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG.
Phần II: TỔNG QUAN VỀ HỌ CỦA VI ĐIỀU KHIỂN HỌ 8051 VÀ
AT89S52.
Phần III: NỘI DUNG THIẾT KẾ.
Phần IV: KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện đề tài do lượng kiến thức còn hạn chế nên em
không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong thầy cô đóng góp ý kiến để em có
thể ứng dụng đề tài vào thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Cô!
Giáo viên hướng dẫn:
Ths. Nguyễn Viết Tuyến
Sinh viên thực hiện:
Trần Đức Minh
Hà nội, ngày 15 tháng 06 năm 2012
18
PHẦN I: GIỚI THIÊU CHUNG
1.1 GIỚI THIÊU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN
Năm 1976, hãng Intel giới thiệu bộ vi điều khiển 8748 – mở đầu cho họ vi
điều khiển MCS-48. 8748 là một vi mạch chứa hơn 17.00 transistor bao gồm một
CPU, 1kbyte bộ nhớ EPROM, 64B RAM, một bộ đếm/định thời 8 bit và 27 chân
vào/ra. 8748 và các vi điều khiển tiếp theo của nó trong họ MCS-48 đã được sử
dụng phổ biến trong các ứng dụng hướng điều khiển máy giặt, ô tô, các thiết bị
ngoại vi của máy tính… Sau 8748, các bộ vi điều khiển mới liên tục được các
hãng sản xuất như Intel, Atmel, Siemens … giới thiệu cho các ứng dụng của
chúng.
Vi điều khiển (MCU – viết tắt của cụm từ ‘Micro Control Unit’) có thể
được coi như một máy tính thu nhỏ trên một chip, nó có thể hoạt động với một vài
linh kiện phụ trợ ở bên ngoài. Vi điều khiển có những đặc điểm sau:
-
Về cấu trúc : Vi điều khiển là một chip có chứa CPU, bộ nhớ, mạch vào/ra
và các mạch đặc biệt khác như bộ đếm/định thời, mạch biến đổi A/D, D/A.
-
Về ứng dụng : Vi điều khiển được dùng trong những ứng dụng điều khiển.
-
Về tập lệnh : Vi điều khiển chủ yếu là những tập lệnh vào/ra đơn giản và
các lệnh xử lý bit.
-
Về bộ nhớ : Vi điều khiển thì chương trình được chứa trong ROM vì chúng
là chương trình điều khiển ứng dụng, hầu như không thay đổi nội dung còn
RAM được dùng để chứa số liệu tạm thời cho chương trình như trạng thái
của các chân vào/ra, nội dung các biến được khai báo trong chương trình.
Điều này chứng tỏ ROM có bộ nhớ lớn gấp nhiều lần RAM.
1.2. GIỚI THIÊU MỘT SỐ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN THÔNG DỤNG
1.2.1. Vi điều khiển của Atmel
Atmel là một hãng cung cấp vi điều khiển lớn, sản phẩm vi điều khiển của
Atmel gồm:
19
-
Dòng vi điều khiển dựa trên kiến trúc 8051 của Intel như 83xx, 87xx,
89xx…
-
Dòng vi điều khiển AT91CAP như AT91CAP7S250A, AT91CAP7S450A…
với tần số hoạt động từ 80 đến 200MHz, 2 đến 4 kênh PWM, 10 kênh ADC
10 bit, ghép nối được với module SDRAM ngoài.
-
Dòng vi điều khiển AT91SAM 32-bit ARM-based với bộ nhớ chương trình
có thể tới 2MB, tần số hoạt động đến 240MHz.
-
Dòng AVR 8-bit kiến trúc RISC như AT90PWM1, ATmega128,
ATmega16, ATmega32…
-
Dòng AVR32 32-bit, MCU/DSP như AVR 32 UC3A, AVR 32 UC3B… là
những bộ vi điều khiển 32 bit có thêm các lệnh xử lý tín hiệu số để xử lý âm
thanh, hình ảnh.
-
Dòng FPSLIC như AT94K05L, AT94K10L, ATFS40… Đây là sự kết hợp
vi điều khiển AVR với mảng cổng logic lập trình FPGA trên một chíp rất
phù hợp để tạo ra các hệ thống số trên một chíp duy nhất.
-
Dòng vi điểu khiển 4 bit cho các ứng dụng đơn giản MARC4 như
ATAM510, ATAR940…
1.2.2. Vi điều khiển của Microchip
-
Dòng 8 bit như PIC10, PIC12, PIC14, PIC16, PIC18 với bộ nhớ kiểu
Flash, OTP, ROM hoặc ROMless dung lượng từ 0,5 đên 256 kbyte .
-
Dòng 16 bit như PIC24F, PIC24H.
-
Dòng xử lý tín hiệu số 16 bit như dsPIC30Fxxxx, dsPIC33FJxxxx.
1.2.3. Vi điều khiển của Cypress
Cypress nổi tiếng với dòng sản phẩm PSoC, đây là những vi mạch có tích
hợp vi điều khiển, các linh kiện tương tự (các bộ khuếch đại, các bộ biến đổi A/D,
D/A, các bộ lọc, các bộ so sánh…) và các linh kiện số (bộ định thời, bộ đếm, bộ tạo
xung PWM, SPI, UART,T2C…) trên một chip duy nhất. Việc tích hợp hàng trăm
khối chức năng cùng với một bộ vi điều khiển trên một chip cho phép giảm thời
20
gian thiết kế, thu gọn kích thước sản phẩm, giảm công suất tiêu thụ và giá thành sản
phẩm.
1.2.4. Vi điều khiển của Hitachi
H8 là dòng vi điều khiển được phát triển bởi Hitachi, được sản xuất bởi
Rcnesas Tchnology. H8 gồm các dòng sản phẩm H8/300, H8/300H, H8/500, H8S
(vi điều khiển 16 bit) và H8SX (vi điều khiển 32 bit kiểu CISC). Các vi điều khiển
họ H8 được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm dân dụng và công nghiệp như tivi,
đầu ghi DVD, camera, PLC, biến tần…
1.2.5. Vi điều khiển của Motorola
Motorola sản xuất dòng vi điều khiển 68xx như 6801, 6805, 6809, 6811…
Một sản phẩm tiêu biểu của Motorola là 68HC11, đây là một bộ vi điều khiển 8 bit;
16bit địa chỉ; tập lệnh tương thích với các phiên bản trước như 6801, 6805,6809; có
tích hợp bộ biến đổi A/D, bộ tạo xung PWM, cổng truyền đồng bộ/không đồng bộ
RS232, SPI.
1.2.6. Vi điều khiển của Maxim
Các sản phẩm vi điều khiển do Maxim cung cấp gồm:
-
Vi điều khiển MAXQ 16 bit kiến trúc RISC như MAXQ3212,
MAXQ2000.
-
Các sản phẩm dựa trên kiến trúc 8051 của Intel như vi điều khiển tích
hợp đồng hồ thời gian thực DS87C530, vi điều khiển tích hợp bộ biến đổi
A/D 10 bit DS80HC11, vi điều khiển tích hợp giao tiếp mạng Ethernet
DS80C400, DS80C430 (rất phù hợp thiết kế IP camera, các trạm đo/điều
khiển phân tán AM như DS5250, DS2250, DS2252…).
21
PHẦN II: TỔNG QUAN VỀ HỌ CỦA VI ĐIỀU KHIỂN HỌ
8051 VÀ AT89S52
2.1. GIỚI THIÊU CHUNG VỀ HỌ 8051
Năm 1981 hãng Atmel giới thiệu bộ vi điều khiển 8051. Bộ vi điều khiển
(VĐK) này có 128 byte RAM, 4 byte ROM, hai bộ định thời, một cổng nối tiếp và
bốn cổng vào/ra song song ( độ rộng 8 bit ) tất cả đều được đặt trên 1 chip. 8051 là
bộ xử lý 8 bit ( có nghĩa là CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit dữ liệu tại một thời
điểm). Dữ liệu lớn hơn 8 bit sẽ được chia ra thành các dữ liệu 8 bit để xử lý.
8051 đã trở nên phổ biến khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất và
bán các dạng biến thể của 8051. Điều này dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của
8051 với tốc độ và dung lượng ROM trên chip khác nhau, nhưng tất cả các lệnh đều
phải tương thích với 8051 ban đầu. Như vậy nếu ta viết chương trình cho một phiên
bản của 8051 thì cũng chạy được với mọi phiên bản khác không phụ thuộc vào hãng
sản xuất.
8051 có 2 thành viên khác trong họ đó là:
- Bộ vi điều khiển 8052
- Bộ vi điều khiển 8031
8051 có 2 phiên bản sau:
- Bộ vi điều khiển 8751
- Bộ vi điều khiển AT8951 từ Atmel Corporation
22
Vi điều khiển
Vùng mã lệnh nội
Vùng dữ liệu nội
Số Timer
8051
8031
8751
8052
8032
8732
4K ROM
0K
4K EPROM
8K ROM
0K
4K EPROM
128 bytes
128 bytes
128 bytes
256 bytes
256 bytes
256 bytes
2
2
2
3
3
3
Bảng 2.1. Giới thiệu một số IC họ 8051
2.1.1. Cấu trúc bus
Bus địa chỉ của họ vi điều khiển 8051 gồm 16 đường tín hiệu (thường gọi là
bus địa chỉ 16 bit) với lượng bit địa chỉ như vậy, không gian nhớ của nó có thể mở
rộng tối đa đến 2^16 = 65536 địa chỉ tương đương 64K.
Bus dữ liệu của họ 8051 gồm 8 đường tín hiệu (thường gọi là dữ liệu 8 bit),
đó là lí do vì sao nói 8051 là họ vi điều khiển 8 bit. Với độ rộng của bus dữ liệu như
vậy, các chip họ 8051 có thể xử lí được các toán hạng 8 bit trong 1 chu kì lệnh.
2.1.2. Bộ nhớ chương trình
Vi điều khiển họ 8051 có không gian nhớ là 64K địa chỉ, đó cũng là bộ nhớ
chương trình lớn nhất mà mỗi chip thuộc họ này có được. Bộ nhớ chương trình của
các chip thuộc họ 8051 có thể thuộc loại ROM, EPROM, Flash, hoặc không có bộ
nhớ chương trình bên trong chip, tên của chip thể hiện bộ nhớ chương trình mà nó
chứa bên trong .
2.1.3. Bộ nhớ dữ liệu
Bộ nhớ SRAM được tích hợp bên trong mọi chip thuộc họ này, có dung
lượng khác nhau tùy loại chip nhưng thường thì chỉ khoảng vài trăm byte. Đây
chính là nơi chứa các biến trung gian trong quá trình hoạt động của chip. Khi mất
điện do bản chất của SRAM mà các giá trị này cũng mất theo. Bên cạnh bộ nhớ
23
loại SRAM thì một số chip thuộc họ 8051 còn có thêm bộ nhớ EEPROM với dung
lượng tối đa vài Kbyte tùy từng loại chip cụ thể.
2.2. GIỚI THIÊU TỔNG QUAN VỀ AT89S52
AT89S52 là một thành viên của họ 8051. Nó là một bộ VĐK thông dụng, giá
rẻ, có khá nhiều chức năng hay, đặc biệt là có tích hợp sẵn bộ nạp ISP trên chip
giúp người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện các bài thí nghiệm với chi phí rất thấp.
AT89S52 có 8 kbyte Flash ROM trên chip, khi chân /EA ( chân số 31) đặt ở
mức logic cao (+5v) thì VĐK sẽ thực hiện chương trình bộ nhớ trong. Khi /EA đặt
ở mức logic thấp (0v) thì VĐK thực hiện chương trình ở bộ nhớ ngoài, AT89S52 có
256 bytes RAM nội, 32 bytes thấp của bộ nhớ nội dùng cho các thanh ghi, 128 bit
có chứa các byte định địa chỉ theo bit từ 20H đến 2FH.
AT89S52 có chứa 3 bộ đếm /định thời (timer/counter) 16 bit được dùng cho
việc định thời hoặc đếm sự kiện.
AT89S52 chứa 1 port nối tiếp phục vụ cho việc trao đổi thông tin với các thiết
bị có khả năng giao tiếp nối tiếp như máy tính( qua cổng COM)…
AT89S52 có chứa 6 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên,1 bộ giao động trên chip, nó
thường được nối với bộ giao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thông
thường là 12 MHz.
AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4v – 5.5 v được cấp qua
chân 40, chân 20 nối mát.
24
2.2.1. Sơ đồ khối và chức năng các khối của họ 8051
Hình 2.1. Sơ đồ khối của họ 8051
Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm các khối chức năng sau đây:
+ 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 vị logic học ALU( Arithmetic Logical Unit).
- Thanh ghi từ trạng thái chương trình ( PSW: Program Sttatus Worl).
- Bốn băng thanh ghi.
- Con trỏ ngăn xếp.
+ Bộ nhớ chương trình( bộ nhớ ROM) gồm 8 Kb Flash.
+ Bộ nhớ dữ liệu ( Bộ nhớ RAM ) gồm 256 Bytes.
25
Bộ UART ( Universal Ansynchrous Receiver and Transmitter) có chức năng
truyền nhận nối tiếp, AT89S52 có thể giao tiếp với cổng nối tiếp của máy tính
thông qua bộ UART.
+ Ba bộ timer/count 16 bit: thực hiện các chức năng định thời và đếm sự
kiện.
+ WDM ( Watch Dog Timer ) : được dùng để phục hồi lại hoạt động của CPU
khi nó bị treo bởi một nguyên nhân nào đó.
+ Khối điều khiển ngắt : với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 nguồn ngắt trong.
+ Bộ lập trình ( ghi chương trình lên flash ROM ): cho phép người sử dụng
có thể nạp chương trình cho chip mà không cần bộ nạp chuyên dụng.
+ Bộ chia tần: với hệ số chia là 12.
+ Bốn cổng xuất nhập: với 32 chân.
