Báo cáo thực tập đề tài thiết kế mô hình điều khiển đèn giao thông cho ngã tư nguyễn văn đạt

MỤC LỤC
1 DANH MỤC BẢNG.......................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................2
Chương 1: Tìm hiểu hệ thống đèn giao thông..............................................3
1.1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông........................3
1.2. Tìm hiểu về IC 74LS245, IC 7404, đèn led 7 đoạn và các linh kiện
liên quan.......................................................................................................6

1.2.3. Led 7 thanh.......................................................9
1.2.4. Các linh kiện liên quan..................................10

1.2.4.4. Điot phát quang (LED)........................................................12
Chương 2: Tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51.........................................13
2.2. Giới thiệu chung về vi điều khiển 8051...........................................14
Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng............................................28
3.1. Thiết kế mạch....................................................................................28

3.1.1. Thiết kế mô hình hệ thống............................28
3.1.2. Thiết kế mạch nguồn.....................................28

3.2. Mô phỏng trên proteus......................................................................31
3.4. Sơ đồ thuật toán.................................................................................35
3.5. Soạn thảo chương trình....................................................................35
KẾT LUẬN.....................................................................................................42
HƯỚNG MỞRỘNG ĐỀ TÀI...........................................................................43
Những khó khăn gặp phải khi thực hiện:................................................43
Hướng mở rộng đề tài...............................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................44

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. Hướng chiếu của các đèn và hướng đi lại trên đường .....................4

Hình 2. Giản đồ thời gian cho từng đèn.........................................................5
Hình 3. Hình dạng IC 74LS245....................................................................6
Hình 4. Cấu tạo bên trong IC 74LS245..........................................................7
Hình 5. Hình dạng IC 7404...........................................................................8
Hình 6. Hình dạng bên ngoài và cấu tạo bên trong của led 7 thanh..........9
Hình 7. Hình dạng điện trở.........................................................................10
Hình 8. Hình dạng tụ điện...........................................................................11
Hình 9. Hình dạng thạch anh......................................................................11
Hình 10. Hình dạng led...............................................................................12
Hình 11. Hình dạng nút bấm.......................................................................12
Hình 12. Hình dạng IC ổn áp.......................................................................13
Hình 13. Sơ đồ khối các chân của IC 8051..................................................18
Hình 14. Hình minh họa thực tế và sơ đồ chân ra của IC AT89C51..........19
Hình 15. Biểu diễn sơ đồ khối chức năng của bộ vi điều khiển AT89C51. 21
Hình 16. Mạch thiết lập lại cho AT89C51...................................................23
Hình 17. Mạch tạo dao động cho bộ tạo dao động của AT89C51.............24
Hình 18. Sơ đồ khối hệ thống.......................................................................28

1


Hình 19. Sơ đồ mạch nguồn.........................................................................28
Hình 20. Sơ đồ mạch nguyên lý khối hiển thị..............................................29
Hình 21. Sơ đồ mạch nguyên lý khối tín hiệu điều khiển..........................30
Hình 22. Sơ đồ mạch nguyên lý khối điều khiển đèn.................................31
Hình 23. Sơ đồ mô phỏng trạng thái đèn giao thông theo thời gian m ặc
định.................................................................................................................33
Hình 24. Sơ đồ mô phỏng trạng thái đèn giao thông ban đêm...................33
Hình 25. Sơ đồ thuật toán mô hình điều khiển đèn giao thông.................35

1 DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Bảng mã led 7 thanh........................................................................10
Bảng 2. Chức năng của các chân cổng Port 3...............................................22
Bảng 3. Trạng thái các thanh ghi sau khi Reset...........................................24
Bảng 4. Một số thanh ghi chuyên dụng của vi điều khiển 8051..................25
Bảng 5. Các chế độ hoạt động của các bộ đếm...........................................26
Bảng 6. Các bit và chức năng của nó trong thanh ghi IE............................27
Bảng 7. Các bit và chức năng của chúng trong thanh ghi IP.......................27

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của
con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện

2


đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đặc biệt góp
phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong
sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Những thiết bị điện, điện tử được phát
triển mạnh mẽ và được ứng dụng rỗng rãi trong đời sống cũng như sản suất. Từ
những thời gian đầu phát triển kĩ thuật số đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho
tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu
của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những
cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người.
Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả những ứng dụng trong thực tế của môn
vi điều khiển chúng em sau một thời gian học tập được các thầy, cô giáo trong
khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt
tình của cô Nguyễn Thị Hiền cùng với sự lỗ lực của bản thân em đã “ Xây dựng
hệ thống điều khiển đèn giao thông cho ngã tư Lê Công Thanh”
Nội dung đề tài gồm có:

Chương 1: Tìm hiểu hệ thống đèn giao thông
Chương 2: Tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51
Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng
Trong quá trình làm báo cáo do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của
em còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự
giúp đỡ & tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển
thêm cho đề tài này.
Thái Nguyên, ngày 05 tháng 05 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Đạt

Chương 1: Tìm hiểu hệ thống đèn giao thông
1.1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông
Mạch điều khiển dàn đèn giao thông tại ngã tư ưu tiên xe cơ giới, tại các
góc đường, đèn sẽ được bố trí như hình vẽ dưới đây. Mỗi góc của ngã tư đường
sẽ gồm một bộ đèn xanh, đỏ vàng dành cho xe cơ giới và đồng thời có led hiển

3


thị thời gian đếm ngược dành cho xe cơ giới để người đi xe tiện quan sát. Hướng
chiếu của các đèn và hướng đi lại trên đường sẽ được mô tả như hình vẽ.

Hình 1. Hướng chiếu của các đèn và hướng đi lại trên đường
Chiều mũi tên nhỏ chỉ hướng chiếu của đèn và người tham gia giao thông
sẽ đi theo hướng mũi tên đậm nằm trên đường và sẽ phải quan sát bộ đèn giao
thông gần nhất bên tay phải làm chỉ dẫn giao thông.
Khi các đèn làm nhiệm vụ điều khiển giao thông thì các bộ đèn đối diện
nhau sẽ có cùng trạng thái về màu đèn. Còn các bộ đèn ở đường kề sát sẽ ngược
lại về màu đèn. Ví dụ như bộ đèn ở nhánh này có màu xanh, vàng, đỏ thì đèn ở

nhánh bên cạnh sẽ có màu đỏ, vàng, xanh, việc thiết kế đèn vàng sáng giữa đèn
xanh và đèn đỏ là để báo cho phương tiện giao thông biết là sắp có sự chuyển đổi
giữa hai đèn màu xanh và đèn màu đỏ.
Do vậy, về cơ bản đèn điều khiển giao thông tại ngã tư được chia làm hai
dàn: dàn đèn 1 và dàn đèn 2.
Ngoài ra mạch còn được thiết kế hai chế độ làm việc ban ngày và ban
đêm. Ở chế độ làm việc ban ngày, các đèn led sẽ hoạt động bình thường. Còn ở

4


chế độ ban đêm sẽ chỉ có một đèn vàng nhấp nháy theo xung nhịp đưa vào.Hai
chế độ được thiết lập chuyển mạch bằng công tắc.

1.1.1. Giản đồ thời gian cho từng đèn

Hình 2. Giản đồ thời gian cho từng đèn
Hệ thống hoat động như sau:
Ta giả sử rằng xét ở chế độ ban ngày tại thời điểm ban đầu đèn xanh tại vị
trí A,C sáng cho phép các phương tiện và người đi bộ đi theo chiều từ A sang C
và ngược lại đồng thời lúc này đèn đỏ tại các vị trí B,D sáng không cho các
phương tiện lưu thông đi theo chiều từ B sang D và ngược lại. Sau một khoảng
thời gian đèn xanh tại vị trí A,C và đèn đỏ tại vị trí B,D tắt đồng thời đèn vàng tại

5


vị trí A,C sáng và đèn đỏ tại vị trí người đi bộ nhấp nháy sau một khoảng thời
gian đèn vàng tại vị trí A,C tắt, đèn đỏ tại vị trí người đi bộ A,C cũng tắt theo,
sáng đèn xanh tại vị trí B,D lúc này xanh cho người đi bộ tại A,C sáng, đỏ cho

người đi bộ tại B,D sáng, đèn đỏ A,C sáng, sau khi đèn xanh tại B,D tắt đèn vàng
B,D lại sáng, sau khi đèn vàng B,D tăt đèn xanh đi bộ B,D sáng và cứ lặp lại như
vậy.
Ở chế độ ban đêm chỉ có đèn vàng sáng

1.2. Tìm hiểu về IC 74LS245, IC 7404, đèn led 7 đoạn và các linh kiện
liên quan
1.2.1. Cấu tạo, chức năng các chân của IC 74LS245
a. Cấu tạo

Hình 3. Hình dạng IC 74LS245
Đây là ic số loại 20 chân . chức năng từng chân như sau:
Chân 1: DIR chân chọn hướng dữ liệu : nếu DIR=1 thì input A và output B
và ngược lại với DIR=0;
Chân 2=>chân 9 : A0=>A7 data in/output phụ thuộc vào chân DIR
Chân 10: GND
Chân 11 =>18: B7=>B0 data in/output phụ thuộc vào chân DIR
Chân 19 : OE chân cho phép tích cực ở mức 0 .nếu 0E=0 thì ic xuất dữ liệu
ngược lại OE=1, cấm
Chân 20: VCC
• Cấu tạo bên trong:

6


Hình 4. Cấu tạo bên trong IC 74LS245

b. Chức năng
Đệm dữ liệu 2 chiều , thường ứng dụng trong các mạch sử dụng led như
quét led matrix , led 7 , hoặc đệm dữ liệu trên bus với các mạch sử dụng nhiều

linh kiện mắc song song

1.2.2. Cấu tạo, chức năng các chân của IC 7404
a. Cấu tạo

7


Hình 5. Hình dạng IC 7404
• Cấu tạo bên trong:
Cấu tạo bên trong của ic chứa 6 cổng logic NOT như hình dưới đây:

- Nguồn cung cấp cho ic với điện áp khoảng 4,75V đến 5,25V.
- Điện áp đưa vào ở mức cao khoảng 2V
- Điện áp đưa vào mức thấp là 0,8V.
- Nhiệt độ làm việc ổn định khoảng 0oC đến 70oC
- Nhiệt độ có thể chịu đựng được khoảng -65oC đến 150oC
b. Chức năng:
IC 7404 được dùng trong các mạch sồ ứng dụng để đảo trạng thái tín
hiệu .IC 7404 có 14 chân như hình trên.

8


1.2.3. Led 7 thanh

Led nối anot chung:

Led nối catot chung:

Hình 6. Hình dạng bên ngoài và cấu tạo bên trong của led 7 thanh
- Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình bên
dưới và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới,
bên phải của led 7 đoạn. 8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode (cực +) hoặc
Cathode (cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài
để kết nối với mạch điện. 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân
riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện. Nếu led 7 đoạn có
Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng
để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào
các chân này ở mức 0. Nếu led 7 đoạn có Cathode (cực -) chung đầu chung này
được nối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng
thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở
mức 1.
- Ở trong mạch đèn giao thông này chúng tôi dùng loại LED nối anot chung
- Bảng mã led 7 thanh: dùng anot chung:

9


A
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1

Decoder outputs
c
d
e
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0

0
0
1
1
1

b
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1

Hiện Số
f
0
1
1
1
0
0
0
1
0
1

g
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Bảng 1. Bảng mã led 7 thanh
1.2.4. Các linh kiện liên quan
1.2.4.1. Điện trở

Hình 7. Hình dạng điện trở
- Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu vật dẫn điện tốt

thì điện trở càng nhỏ, nếu vật dẫn điện kém thì điện trở càng lớn, nếu vật không
dẫn điện thì điện trở vô cùng lớn
- Điện trở được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tùy theo tỉ lệ pha trộn
mà người ta tạo ra các điện trở có trị số khác nhau
- Điện trở trong mạch đèn giao thông có tác dụng khống chế dòng điện qua
tải cho phù hợp

1.2.4.2. Tụ điện

10


Hình 8. Hình dạng tụ điện
- Tụ điện gồm hai bản cực đặt song song ở giữa có môt lớp cách điện gọi là
điện môi. Người ta thường dung giấy, gốm, mica, giấy tẩm hóa chất làm chất
điện môi
- Tụ gốm là tụ không phân biệt âm dương và có điện dung nhỏ
- Tụ hóa là tụ có phân cực âm dương và có điện dung lớn
- Trong mạch giao thông ta sử dụng tụ gốm và tụ hóa
- Tụ điện trong mạch có tác dụng lọc cho điện áp một chiều sau khi dã
chỉnh lưu bằng phẳng để cho tải tiêu thụ

1.2.4.3. Thạch Anh

Hình 9. Hình dạng thạch anh
- Thạch anh làm bằng tinh thể đá thạch anh được mài phẳng và chính xác.
Linh kiện thạch anh làm việc dựa trên hiệu ứng áp điện. Hiệu ứng này có tính

11

thuận nghịch. Khi áp một điện áp vào 2 mặt của thạch anh, nó sẽ bị biến dạng.
Ngược lại, khi tạo sức ép vào 2 bề mặt đó, nó sẽ phát ra điện áp.
- Tác dụng của thạch anh trong mạch dùng để tạo dao động cho ra tần số ổn
định hơn.
- Ở trong mạch này ta dùng thạch anh 12MHZ

1.2.4.4. Điot phát quang (LED)

Hình 10. Hình dạng led
- Hoạt động của led giống như điot bán dẫn phân cực thuận cho led mới có
thể sáng được
- Tác dụng trong mạch dùng để hiển thị đèn báo hiệu đỏ, vàng, xanh

1.2.4.5. Nút bấm

Hình 11. Hình dạng nút bấm
Tác dụng trong mạch dùng để:
- RESET chương trình về ban đầu
- Điều khiển chế độ đèn giao thông giữa ban ngày và ban đêm.

12


- Điều khiển thời gian hiển thị trên led 7 thanh.

1.2.4.6. IC ổn áp 7805

Hình 12. Hình dạng IC ổn áp
- Điện áp vào từ 7-12V DC được nối vào chân 1(INPUT).

- Điện áp ra 5V DC được lấy từ chân 3 (OUTPUT).
- Chân 2 là chân chung nối âm.
Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi.
Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại
IC thường hoạt động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp
tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện
áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi
Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến
12V để đưa vào ngõ IN. Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người
dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong
trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trên board mạch. Vì lí do đó
một diode cầu được lắp thêm vào mạch, diode cầu đảm bảo cực tính của nguồn
cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và nguời dùng cũng không cần quan tâm
đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa.

Chương 2: Tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51
2.1. Tóm tắt lịch sử phát triển

13


Vào năm 1981 hãng Intel giới thiệu một số bộ vi điều khiển được gọi là
8051. Bộ vi điều khiển này có 128 byte RAM, 4K byte ROM trên chip, hai bộ
định thời, một cổng nối tiếp và 4 cổng (đều rộng 8 bit) vào – ra tất cả được đặt
trên một chip. Lúc ấy nó được coi là một “hệ thống trên chip”. 8051 là một 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 được chia ra thành các dự liệu 8 bit để xử lý. 8051 có tất cả
4 cổng vào – ra I/O mỗi cổng rộng 8 bit. Mặc dù 8051 có thể có một ROM trên
chip cực đại là 64K byte, nhưng các nhà sản xuất lúc đó đã cho xuất xưởng chỉ
với 4K byte ROM trên chip.

8051 đã trở lên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản
xuất và bán bất kỳ dạng biến thể nào của 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải
để lại mã tương thích với 8051. Điều này dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của
8051 với các tốc độ khác nhau và dung lượng ROM trên chip khác nhau được
bán bởi hơn nửa các nhà sản xuất. Điều này quan trọng là mặc dù có nhiều biến
thể khác nhau của 8051 về tốc độ và dung lượng nhớ ROM trên chip, nhưng tất
cả chúng đều tương thích với 8051 ban đầu về các lệnh. Điều này có nghĩa là nếu
viết chương trình của mình cho một phiên bản nào đó thì nó cũng sẽ chạy với
mọi phiên bản bất kỳ khác mà không phân biệt nó được sản xuất từ hãng nào.

2.2. Giới thiệu chung về vi điều khiển 8051
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:

14


2.2.1. Các phiên bản của chip vi điều khiển 8051:

2.2.1.1. 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.

2.2.1.2. 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.

15


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.

2.2.1.3. 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 UV-RAM.

2.2.1.4. 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. Như vậy sẽ không cần đến thiết bị lập trình PROM.

Ký hiệu

ROM

RAM I/O

Timer

Ngắt Vcc

Số chân IC

AT89C51

4KB

128

32

2

5

5V

40

AT89LV51

4KB

128

32

2

5

3V

40

16


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

2.2.1.5. 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.
Số chân

Ký hiệu

ROM

RAM

I/O

Timer

Ngắt

Vcc

DS5000-8

8KB

128

32

2

6

5V

40

DS5000-32

32KB

128

32

2

6

5V

40

DS5000T-8
DS5000T-32

8KB
32KB

128
128

32
32

2
2

6
6

5V
5V

40
40

IC

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 (In-Application
Programming),…

2.2.2. Các chân của chip 8051

17


Hình 13. Sơ đồ khối các chân của IC 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.
- ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chương trình trong chip lưu trữ chương
trình hoạt động của chip.

18


- 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 dưới 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 busliên kết các khối trong chip lại với nhau.

2.3. Vi điều khiển AT89C51
Vi điều khiển AT89C51 là một vi điều khiển thuộc họ 8051, loại CMOS,
có tốc độ cao và công suất thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được. Nó được
sản xuất với công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel.
AT89C51 có 40 chân, được đóng gói theo tiêu chuẩn PDIP. Hình 3 biểu diễn sơ
đồ chân ra, hình minh họa thực tế.

Hình 14. Hình minh họa thực tế và sơ đồ chân ra của IC AT89C51

19


AT89C51 là vi điều khiển do hãng Intel sản xuất, chế tạo theo công nghệ
CMOS. Có các đặc tính sau:
- 4 KB EPROM (Flash Erasable and Programmable Read Only Memory),
có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xoá.
- Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz.
- Có 3 mức khóa bộ nhớ lập trình.
- 128 Byte RAM nội.
- 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.
- 2 bộ Timer/counter 16 Bit.
- 6 nguồn ngắt.
- Giao tiếp nối tiếp điều khiển bằng phần cứng.
- 64 KB vùng nhớ mã ngoài
- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài.
- Cho phép xử lý bit.
- 210 vị trí nhớ có thể định vị bit.

- 4 chu kỳ máy (4 µs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc
chia.
- Có các chế độ nghỉ (Low – power Idle) và chế độ nguồn giảm (Power –
down). Ngoài ra, một số IC khác của họ MCS-51 có thêm bộ định thời thứ 3 và
256 byte RAM nội.

2.3.1. Sơ đồ khối và chứ năng các chân của AT 89C51
2.3.1.1. Sơ đồ khối

20


Hình 15. Biểu diễn sơ đồ khối chức năng của bộ vi điều khiển AT89C51

2.3.1.2. Chức năng các chân IC 89C51
 Các cổng vào/ra song song
8051 có 4 cổng vào/ra song song 8 bit là Port 0, Port 1, Port 2, Port 3. Các
cổng này có thể sử dụng như là cổng vào hoặc cổng ra.
+) Cổng Port 0 (các chân 32÷39) : là cổng vào/ra song song có hai chức
năng. Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng, nó có chức năng
như các đường vào/ra. Trong các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng nó trở thành
bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp.
+) Cổng Port 1 (các chân 1÷8): là cổng vào/ra song song. Các chân được
ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2, …có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu
cần. Cổng Port 1 không có các chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho
giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.

21

+) Cổng Port 2 (các chân 21÷28): là một cổng vào/ra song song có tác
dụng kép, được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte của bus địa chỉ 16 bit
đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng.
+) Cổng Port 3 (các chân 10÷17): là cổng vào/ra song song có tác dụng
kép. Khi không hoạt động xuất nhập các chân của cổng này có nhiều chức năng
riêng. Bảng 3 cho ta chức năng của các chân cổng Port3

Bảng 2. Chức năng của các chân cổng Port 3
 Nguồn:
Chân 40: VCC = 5V ± 20%
Chân 20: GND
 Các chân tín hiệu điều khiển
- Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN (Program Storage Enable):
 Tín hiệu PSEN là tín hiệu ra ở chân 29 có tác dụng kép.
 Cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài, thường được nối đến chân
OE (Output Enable) của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh. Tín hiệu PSEN
ở logic 0 trong thời gian vi điều khiển tìm nạp lệnh. Các mã lệnh được đọc từ
EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh IR của vi điều khiển để
giải mã.
 Khi vi điều khiển thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở
mức logic 1.
- Chân cho phép chốt địa chỉ ALE/PROG (Address Latch Enable):

22


 Chân tín hiệu ALE (chân 30) đưa ra xung điều khiển cho phép chốt
byte thấp của địa chỉ khi vi điều khiển truy xuất bộ nhớ ngoài. Chân này cũng là
đầu vào của xung lập trình khi lập trình cho FLASH, khi đó chân tín hiệu ở mức
0. Khi hoạt động bình thường, tín hiệu ALE được phát ra với tần số không đổi

bằng 1/6 tần số của bộ tạo dao động trên chip, và có thể sử dụng cho mục đích
định thời. Tuy nhiên, sẽ có một xung ALE bị bỏ qua mỗi khi vi điều khiển truy
xuất bộ nhớ ngoài.
- Chân tín hiệu truy xuất ngoài EA (External Access):
 Tín hiệu vào EA (chân 31) được nối với 5V (mức logic 1) hoặc với
GND

(mức 0). Nếu ở mức 1, vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội.

Nếu ở mức 0, vi điều khiển sẽ thi hành chương trình ở bộ nhớ mở rộng. Chân EA
được lấy làm chân cấp nguồn 12V khi lập trình cho FLASH trong vi điều khiển.
- Chân thiết lập lại RST (Reset):

 Chân RST (chân 9) là đường vào xóa chính của vi điều khiển dung để
thiết lập lại hệ thống. Khi chân tín hiệu này đưa lên mức cao ít nhất là 2 chu kì
máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ
thống. RST có thể được kích khi cấp điện dùng một mạch R-C. Mạch này như
sau:

Hình 16. Mạch thiết lập lại cho AT89C51
 Trạng thái các thanh ghi của vi điều khiển được tóm tắt trong bảng.
Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên là thanh ghi bộ đếm chương trình (PC –
Program Counter). Sau khi thiết lập lại (RST trở về mức thấp), thanh ghi PC có
giá trị 0000H, tức là chương trình luôn bắt đầu tại địa chỉ đầu tiên trong bộ nhớ
chương trình. Nội dung của RAM trên chip không bị thay đổi khi thiết lập lại.

23


Bảng 3. Trạng thái các thanh ghi sau khi Reset

- Các chân XTAL1, XTAL2:
 Các chân này (chân 18, 19) nối với bộ tạo dao động trên chip. Mạch
tạo dao động như sau:

Hình 17. Mạch tạo dao động cho bộ tạo dao động của AT89C51
 Tần số của dao động thường là 12MHz. Khi đó tụ có giá trị 33pF.
Chân VCC nối đến +5V của nguồn cấp, chân GND nối đất

2.3.1.3. Bộ nhớ trên chip
 RAM trong:
 Bộ vi điều khiển 8051 có 128 byte RAM trong bao gồm 32 byte đầu
tiên (00H đến 1FH) dành cho các thanh ghi, 16 byte tiếp theo (20H đến 2FH) là
vùng RAM định địa chỉ theo bit, sau đó là 80 byte RAM nháp.
 Vùng thanh ghi có 32 byte, chia thành 4 khối (bank 0 đến bank 3), mỗi
khối có 8 thanh ghi (từ R0 đến R7).

24


 Ở vùng RAM định địa chỉ theo bit, các bit được dánh địa chỉ từ 00H
đến 7FH. Các thanh ghi chuyên dụng (SFRs – Special Function Registers):
 Các thanh ghi này có địa chỉ từ 80H đến FFH. Chúng chứa nội dung
của các thanh ghi điều khiển.
 Sau đây là một số thanh ghi chuyên dụng:

Bảng 4. Một số thanh ghi chuyên dụng của vi điều khiển 8051


ROM:

 Bộ vi điều khiển AT89C51 có 4KB FLASH lập trình được.
 ROM luôn chiếm vùng địa chỉ thấp nhất trong bộ nhớ chương trình.

2.3.1.4. Các Bộ định thời/Bộ đếm
Bộ vi điều khiển 8051 có 2 Bộ định thời/Bộ đếm là Bộ định thời/Bộ đếm
0 và Bộ định thời/Bộ đếm 1. Chúng có thể hoạt động như là bộ định thời hoặc bộ
đếm. Chế độ hoạt động của các Bộ định thời/Bộ đếm được cất trong thanh ghi
TMOD:

25