Thiết kế mạch quảng cáo cho công ty máy tính th – nghệ an kết nối với máy tính

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến quý thầy giáo, cô giáo trong
Trường Đại học Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông - Đại Học Thái Nguyên
đã tạo điều kiện cho em một môi trường học tập tốt, dạy dỗ chỉ bảo tận tình, cung cấp
kiến thức cần thiết làm cơ sở nền tảng cho em hoàn thành bản báo cáo đồ án tốt
nghiệp lần này.
Em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Dung đã hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt
tình, luôn ân cần chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt thời gian qua.
Những kiến thức học được cộng thêm sự hiểu biết từ các tài liệu tham khảo, tuy
có thể hoàn thành cuốn báo cáo này nhưng không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót nên
em rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý và giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo và
các bạn để cuốn đồ án này hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Đình Hoàng Thạch

3


LỜI CAM ĐOAN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian quy định và đáp ứng được yêu cầu
đề ra, em đã cố gắng tìm hiểu, học hỏi, tích lũy kiến thức đã học. Em có tham khảo
một số tài liệu đã nêu trong phần “Tài liệu tham khảo” nhưng không sao chép nội
dung từ bất kỳ đồ án nào khác. Toàn bộ đồ án do bản thân nghiên cứu, xây dựng dưới
sự hướng dẫn của cô giáo Nguyễn Thị Dung.
Em xin cam đoan những lời khai trên là đúng, mọi thông tin sai lệch em xin hoàn
toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng.

Sinh viên

Nguyễn Đình Hoàng Thạch

4


MỤC LỤC

................................................................................................................................................................5
DANH MỤC HÌNH ẢNH....................................................................................................................6
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................................8
- MCS: Micro control system...............................................................................................................8
- ROM: Read only memory.................................................................................................................8
- RAM: Random access memory.........................................................................................................8
- EPROM: Erasable programmable read only memory....................................................................8
- CMOS: Complementary metal oxide semiconductor......................................................................8
- PSEN: Program store enable.............................................................................................................8
- ALE: Address latch enable................................................................................................................8
- RST: Reset..........................................................................................................................................8
- SRAM: Static random access memory.............................................................................................8
- EEPROM: Electrically erasable programmable read only memory..............................................8
- SFR: Special function register...........................................................................................................8
- MSB: Most significant bit..................................................................................................................8
- LSB: Least significant bit..................................................................................................................8
- PEROM: Flash programmable and erasable read only memory...................................................8
- IC: Integrated circuit.........................................................................................................................8
- TTL: Transistor-Transistor logic......................................................................................................8
LỜI NÓI ĐẦU......................................................................................................................................9
Chương 1. KHẢO SÁT VỀ CÔNG TY MÁY TÍNH T&H.............................................................10

Chương 2. TÌM HIỂU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ CÁC LINH KIỆN KHÁC CÓ
TRONG MẠCH..................................................................................................................................16
Chương 3. THIẾT KẾ MẠCH, ỨNG DỤNG LẬP TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG MẠCH.................44
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỒ ÁN............................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................................65
5


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Hình ảnh về công ty và vị trí gắn mạch quảng cáo Led..........................11
Hình 1.2: Một sản phẩm sử dụng ma trận Led kiểu chữ chạy................................14
Hình 1.3: Sơ đồ khối..................................................................................................... 15
Hình 2.1: Sơ đồ khối MCS-51......................................................................................18
Hình 2.2: Sơ đồ chân chip 8051................................................................................... 19
Hình 2.3: Kết nối xung thạch anh và cấu trúc port vào ra...................................... 22
Hình 2.4: Bảng thể hiện tên chip và loại bộ nhớ nó mang........................................23
Hình 2.5: Cấu trúc vi điều khiển 89C51.....................................................................24
Hình 2.6: Bảng về bộ nhớ của một số loại chip thuộc họ 8051................................ 24
Hình 2.7: Cấu trúc bộ nhớ chương trình....................................................................25
Hình 2.8: Địa chỉ các ngắt trên bộ nhớ chương trình...............................................25
Hình 2.9: Cấu trúc bộ nhớ dữ liệu.............................................................................. 26
Hình 2.10: Cấu trúc bộ nhớ trong...............................................................................27
Hình 2.11: Cấu trúc 128 byte thấp của bộ nhớ dữ liệu trong..................................27
Hình 2.12: 128 byte cao của bộ nhớ dữ liệu...............................................................28
Hình 2.13: Các thanh ghi đặc biệt...............................................................................29
Hình 2.14: Truy xuất địa chỉ thanh ghi......................................................................31
Hình 2.15: Truy xuất địa chỉ kiểu trực tiếp............................................................... 32
Hình 2.16: Truy xuất địa chỉ kiểu gián tiếp............................................................... 32
Hình 2.17: Truy xuất địa chỉ kiểu tức thời.................................................................33
Hình 2.18: Truy xuất địa chỉ kiểu tương đối..............................................................33

Hình 2.19: Truy xuất địa chỉ kiểu tuyệt đối...............................................................34
Hình 2.20: Truy xuất địa chỉ kiểu dài.........................................................................34
Hình 2.21: Truy xuất địa chỉ kiểu số...........................................................................34
Hình 2.22: Biểu đồ thời gian........................................................................................ 35
6


Hình 2.23: Bảng truy xuất Timer của 8051 dùng 6 thanh ghi đặc biệt..................36
Hình 2.24: Bảng hoạt động của các bit trong thanh ghi TCON..............................37
Hình 2.25: Bảng hoạt động các bit trong thanh ghi TMOD.................................... 37
Hình 2.26: Mode Timer 13 bit..................................................................................... 38
Hình 2.27: Mode Timer 16 bit..................................................................................... 38
Hình 2.28: Mode tự động nạp 8 bit............................................................................. 39
Hình 2.29: Sơ đồ Mode 3.............................................................................................. 39
Hình 2.30: Nguồn cấp xung nhịp.................................................................................40
Hình 2.31: Thời gian hoạt động của mode 1..............................................................41
Hình 2.32: Bảng khung truyền dữ liệu....................................................................... 42
Hình 2.33: Cổng nối tiếp của máy tính.......................................................................43
Hình 2.34: Bảng chức năng của các chân của cổng nối tiếp.....................................43
Hình 3.1: IC 74LS595................................................................................................... 45
Hình 3.2: Sơ đồ chân 74LS595.....................................................................................46
Hình 3.3: Cấu tạo ma trận Led 8x8............................................................................ 47
Hình 3.4: LED Matrix 8x8........................................................................................... 49
Hình 3.5: IC ULN2803..................................................................................................49
Hình 3.6: Biểu đồ kiểm tra ULN2803......................................................................... 51
Hình 3.7: Sơ đồ mạch nguyên lý..................................................................................53
Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán........................................................................................ 54
Hình 3.9: Mạch thiết kế trên proteus..........................................................................61
Hình 3.10: Mạch chạy mô phỏng.................................................................................61
Hình 3.11: Sơ đồ mạch in lớp phía trên......................................................................62

Hình 3.12: Sơ đồ mạch in lớp phía dưới.....................................................................62

7


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

- MCS: Micro control system
- ROM: Read only memory
- RAM: Random access memory
- EPROM: Erasable programmable read only memory
- CMOS: Complementary metal oxide semiconductor
- PSEN: Program store enable
- ALE: Address latch enable
- RST: Reset
- SRAM: Static random access memory
- EEPROM: Electrically erasable programmable read only memory
- SFR: Special function register
- MSB: Most significant bit
- LSB: Least significant bit
- PEROM: Flash programmable and erasable read only memory
- LED: Light emitting diode
- IC: Integrated circuit
- TTL: Transistor-Transistor logic

8


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, những ứng dụng của vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và

sản xuất của con người. Thực tế hiện nay hầu hết các thiết bị điện dân dụng đều có sự
góp mặt của vi điều khiển và vi xử lí. Ứng dụng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống
làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định
của thiết bị và hệ thống. Trên thị trường có rất nhiều hệ vi điểu khiển: họ 8051 của
Intel, 68HC11 của Motorola, Z80 của hãng Zilog, PIC của hãng Microchip, H8 của
Hitachi,vv...
Việc phát triển ứng dụng các hệ vi xử lí đòi hỏi nhưng hiểu biết cả về phần cứng
cũng như phần mềm, nhưng chính vì vậy mà các hệ vi xử lý được sử dụng để giải
quyết những bài toàn rất khác nhau. Tính đa dạng của các ứng dụng phụ thuộc vào
việc lựa chọn các hệ vi xử lý cụ thể.
Ngày nay các bộ vi xử lý có mặt trong rất nhiều thiết bị điện tử hiện đại: từ đầu
đĩa CD, máy thu hình, dàn âm thanh cho đến các thiết bị điều khiển dùng trong công
nghiệp. Lĩnh vực ứng dụng của các hệ vi xử lí cũng rất rộng lớn: từ nghiên cứu khoa
học, truyền dữ liệu, đến công nghiệp, năng lượng, giao thông và y tế, quảng cáo…
Xuất phát từ mục đích đó em tìm hiểu và nghiên cứu về vi điều khiển 8051(MCS51) Ứng dụng vào thiết kế bảng quảng cáo cho Công ty máy tính T – H kết nối với
máy tính hiển thị thông tin trên LED Matrix. Mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng
protues.

9


Chương 1. KHẢO SÁT VỀ CÔNG TY MÁY TÍNH T&H
1.1. Quá trình hình thành và phát triển của công ty máy tính T&H Nghệ An:
CÔNG TY MÁY TÍNH T&H
Trụ sở: Khối Hợp Nhất thị trấn Quỳ Hợp tỉnh Nghệ An
Tel: 038.3.88.33.27
DD: 0983.920.589

Hình 1.1: Hình ảnh về công ty và vị trí gắn mạch quảng cáo Led

10


Công ty máy tính T&H (T&H Computer) được thành lập ngày 20/05/2011 với
tiền thân là Trung tâm Điện tử - Tin học T&H tại khối Hợp Nhất thị trấn Quỳ Hợp –
Nghệ An với ngành nghề kinh doanh chính: cung cấp thiết bị công nghệ thông tin,
thiết bị văn phòng, các giải pháp công nghệ thông tin và lắp ráp máy tính.
Từ lúc thành lập với tổng số nhân viên là 03 người làm việc trong một cửa hàng
có diện tích khoảng 30m2, sau gần 1 năm hoạt động hiện nay chúng tôi đã có tổng số
cán bộ lên đến 7 người với địa điểm kinh doanh có diện tích gần 70m2. Không những
thế, công ty chúng tôi còn luôn duy trì được tốc độ phát triển toàn diện về mọi mặt một
cách rất bền vững và đáng kinh ngạc so với các công ty kinh doanh cùng lĩnh vực.
Gắn liền với sự hoạt động và phát triển của T&H Computer là những sự kiện và
chính sách kinh doanh mang tính đột phá, tiên phong trong lĩnh vực kinh doanh thiết
bị máy vi tính như: chính sách kinh doanh "bán giá bán buôn đến tận tay người tiêu
dùng", chính sách bảo hành "1 đổi 1 trong vòng 6 tháng" và "bảo hành cả trong trường
hợp IC bị cháy, nổ"...
Hiện nay T&H Computer là 1 trong những công ty còn non trẻ trong lĩnh vực
công nghệ thông tin ở tỉnh nhà. Chúng tôi luôn duy trì được tốc độ tăng trưởng ở mức
rất cao và vững chắc trên mọi mặt. T&H Computer luôn chiếm được sự tin tưởng của
các khách hàng bởi các chính sách, cam kết, dịch vụ... mà rất nhiều công ty máy tính
khác không làm được.
T&H Computer có một đội ngũ nhân viên nhiệt tình và có trình độ chuyên môn
cao (đa số đã tốt nghiệp Đại học, Cao đẳng chuyên ngành kinh tế, kỹ thuật), đủ khả
năng để có thể đáp ứng mọi yêu cầu dù là khắt khe nhất của quý khách hàng.
Không những thế, đội ngũ nhân viên của T&H còn là những người đầy lòng
nhiệt tình và có thái độ rất niềm nở trong cung cách phục vụ khách hàng. Tất cả các
cán bộ nhân viên hiện đang công tác tại T&H đều thấu hiểu được một điều đó là:
“Khách hàng mới là người quyết định tương lai, sự tồn tại và phát triển của T&H”
Vì vậy toàn thể nhân viên công ty T&H Computer đều luôn tâm niệm và làm

việc theo suy nghĩ:
“Hãy phục vụ khách hàng như chúng ta đang phục vụ cho chính bản thân chúng ta”
11


1.2. Ý tưởng đồ án:
Vì mục tiêu phát triển công ty ngày một lớn mạnh, quảng bá thương hiệu và sản
phẩn của T&H Computer cho tất cả mọi người trên địa bàn và các khu vực lân cận. Từ
đó đặt ra yêu cầu cần phải thiết kế bảng quảng cáo điện tử để hiển thị thông tin “T-H
COMPUTER” mạch sử dụng chip AT89C51 (8051), hiển thị bằng 8 led ma trận 8x8.
Và dòng chữ chạy từ phải qua trái.
Hiện nay trên thị trường đang thông dụng 1 số các loại biển quảng cáo điện tử,
biển hiệu Led ma trận và Led vẫy, màn hình full color, biển chữ nổi, biển mica…
Để phù hợp với một công ty máy tính cần thay đổi được thông tin quảng cáo của
mình liên tục theo thời gian để phù hợp với từng thời gian, từng hoàn cảnh thì em
quyết định chọn biển hiệu Led ma trận cho công ty T&H Computer. Đây là loại biển
sử dụng các modul đèn Led hình chữ nhật ghép lại với nhau để tạo thành màn hình
hiển thị thông tin và được điều khiển bằng một bộ điều khiển để tạo các hiệu ứng trực
quan khác nhau hết sức sinh động. Nội dung hiển thị trên biển dễ dàng được thay đổi
bằng cách nạp lại chương trình điều khiển qua dây dẫn nối với máy tính.
Sản phẩm được kết nối với máy tính thông qua cổng USB bằng phần mềm
USB_Driver cho Led ma trận “CP210x_VCP_Win_XP_S2K3_Vista_7” và phần mềm
điều khiển hiện thị trên ma trận Led. Phần mềm được thiết kế để có thể dễ dàng thay
đổi đuợc nội dung hiển thị trên bảng quảng cáo, cũng như về màu sắc của các đèn Led
và tốc độ chạy chữ trên sản phẩm.
* Ưu điểm của sản phẩm:
- Bảng Led ma trận hiển thị đầy đủ các nội dung đăng tải, màu sắc sặc sỡ, bắt
mắt và gây chú ý.
- Bảng Led ma trận dễ dàng thay đổi nội dung và hiệu ứng nên cập nhật đa dạng
các thông tin doanh nghiệp muốn truyền tải đến khách hàng: thay đổi khẩu hiệu, các

thông tin, màu sắc led, tốc độ chữ chạy.
- Bảng Led ma trận không chỉ hiện thị các thông tin dưới dạng Text mà còn hiện
thị về thời gian, nhiệt độ, các hình minh họa theo ý muốn.
12


Hình 1.2: Một sản phẩm sử dụng ma trận Led kiểu chữ chạy

1.3. Sơ đồ khối và chức năng các khối:
1.3.1. Phân tích mạch điện:
Mạch điện hoạt động dưới sự điều khiển của vi điều khiển, trong mạch điện này
thì vi điều khiển lấy tín hiệu từ bộ dao động thạch anh với xung nhip 12MHz. Thạch
anh này tạo ra các dao động xung nhịp chính xác để duy trì những khoảng thời gian
xác định cho vi điều khiển hoạt động. Sự thay đổi xung nhịp thạch anh này dẫn tới sự
thay đổi của 1 chu kỳ thực hiện lệnh hay còn gọi là chu kỳ máy. Với xung nhịp thạch
anh càng cao thì chu kỳ máy càng ngắn, tức là thời gian xử lý lệnh của vi điều khiển
càng nhanh, dẫn tới tốc độ làm việc và đáp ứng của vi điều khiển tăng, nhưng với mỗi
vi điều khiển có 1 mức giới hạn và thường nối với 1 xung nhịp thạch anh mặc định của
nhà sản xuất.
Tín hiệu ra của vi điều khiển là các mức điện áp (được hiểu dưới dạng 0 và 1), tín
hiệu này được vi điều khiển điều khiển ở các chân khác nhau trên vi điều khiển là khác
nhau. Các tín hiệu này được đưa tới các bộ giải mã (ở đây là IC 74LS595), các bộ giải
mã này có nhiệm vụ xử lý thông tin và cho ra tín hiệu để điều khiển các đèn Led sáng
theo 1 trình tự mong muốn.
13


1.3.2. Sơ đồ khối:

Khối hiển thị

LED Matrix 8*8

Khối VĐK
AT89C51(8051)
Khối điều
khiển quét cột

Khối điều khiển

quét hàng
Hình 1.3: Sơ đồ khối
1.3.3. Chức năng từng khối:
* Khối vi điều khiển:
Khối điều khiển trung tâm là vi điều khiển AT89C51 thuộc họ 8051 rất thông
dụng và dễ tìm kiếm trên thị trường để thi công lắp đặt cũng như thay thế mỗi khi có
hư hỏng. Chương trình sẽ được lập trình sẵn và được nạp vào VĐK AT89C51 thông
qua các bộ nạp sẽ điều khiển các khối xuất dữ liệu hàng và giải mã các cột thông qua
các Port (cổng) của vi điều khiển.
* Khối xuất dữ liệu hàng (quét hàng):
Khối này làm nhiệm vụ xuất dữ liệu chứa trong vi điều khiển ra hàng của bảng
đèn LED ma trận để điều khiển các bóng đèn của LED ma trận hiển thị dòng thông
báo mà người dùng mong muốn. Dữ liệu xuất ra ở hàng phải đồng bộ với hoạt động
của khối quét cột.
* Khối giải mã cột (quét cột):
Theo nguyên lý hoạt động của mạch, tại mỗi thời điểm chỉ cho phép các đèn ở
một cột được sáng. Như vậy cần tạo ra một khối quét cột làm nhiệm vụ lựa chọn cột
14


được phép sáng tại mỗi thời điểm. Khối này sẽ nhận điều khiển trực tiếp từ vi điều

khiển thông qua một Port xuất khác.
* Bảng đèn LED ma trận:
Đây là khối hiện thị thông tin mà người dùng mong muốn. Bảng đèn Led này
được làm từ các Led được đấu nối với nhau thành ma trận Led và thường theo hình
vuông hoặc chữ nhật. Bảng đèn Led sẽ nhận đồng thời tín hiệu điều khiển từ khối xử
lý hàng (xuất dữ liệu hàng và bộ đệm hàng) và khối xử lý cột (khối quét cột và bộ đệm
cột). Để từ đó sẽ cho phép đèn nào sáng, đèn nào tắt, nhằm hiện thị ra những thông tin
mong muốn.

15


Chương 2. TÌM HIỂU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ CÁC
LINH KIỆN KHÁC CÓ TRONG MẠCH

2.1. Tóm tắt về họ vi điều khiển 8051:
Chúng ta đã biết Intel sản xuất các trung tâm vi xử lí họ x86. Tuy nhiên ngoài các
trung tâm vi xử lý đó, Intel còn thiết kế và sản xuất các trung tâm vi xử lý chuyên
dụng phục vụ các mục đích đo lường và điều khiển tự động, phục vụ các ứng dụng đơn
giản nhưng rất phổ biến khác, đặc biệt là trong các Hệ thống nhúng (Embedded
Systems). Các chip vi xử lý loại này đã vượt ra ngoài khuôn khổ của một trung tâm vi
xử lý đơn thuần, trở thành một máy vi tính (MicroComputer). Cũng có thể nhìn nhận
rằng, các trung tâm vi xử lý họ này là một máy vi tính thực thụ, nếu nhìn nhận chip này
theo quan điểm kiến trúc máy tính của Von Neumann: chip được trang bị thêm bộ nhớ
chương trình (ROM hoặc EPROM) và bộ nhớ dữ liệu, cũng như các cổng vào/ra nối
tiếp, vào/ra song song, v.v…
MCS - 51 là họ vi điều khiển của Intel. Các nhà sản xuất khác như Siemens,
AMD-Advanced Micro Device, Fujitsu và Philips được cấp phép làm các nhà cung
cấp các chip của họ MCS - 51.
Vi mạch chủ yếu của họ MCS - 51 là chip µC8051, linh kiện đầu tiên của họ này

được đưa ra thị trường.
2.2. Kiến trúc vi điều khiển 8051:
Chip μC8051 có các đặc trưng được tóm tắt như sau:
 4 KB ROM và 128 byte RAM
 4 port 8- bít, 32 lối vào/ra
 2 bộ định thời (Timmer) 16 bít
 Mạch giao tiếp nối tiếp
 Không gian nhớ chương trình ngoài (mở rộng) 64K
 Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K
 Bộ xử lý bít (thao tác trên các bít riêng rẽ)
16


 210 vị trí bit nhớ được định địa chỉ
 Thực hiện phép toán Nhân, Chia trong thời gian 4µs.
Các thành viên khác của họ MCS-51 có các tổ hợp ROM (EPROM), RAM trên
chip với dung lượng khác nhau, bộ biến đổi tín hiệu tương tự-số và số-tương tự, và có
thể có thêm bộ định thời thứ ba. Mỗi một chíp của họ MCS-51 đều có phiên bản
CMOS tiêu thụ công suất thấp.

Hình 2.1: Sơ đồ khối MCS-51

17


Hình 2.2: Sơ đồ chân chip 8051
* Mô tả cấu trúc chức năng:
Hình trên cho ta sơ đồ chân của chip 8051. Chức năng tóm tắt của từng chân như
sau: 32 trong số 40 chân của 8051 có công dụng vào/ra, tuy nhiên 24 trong 32 chân
này có hai công dụng, mỗi chân có thể hoạt động vào/ra hoặc hoạt động như một chân

của tín hiệu điều khiển hoặc như một chân địa chỉ/dữ liệu của bus địa chỉ/dữ liệu dồn
kênh.
32 chân hình thành 4 port 8-bít. Với các thiết kế yêu cầu tối thiểu bộ nhớ ngoài
hoặc các thành phần bên ngoài khác ta có thể sử dụng port này làm nhiệm vụ vào/ra. 8
chân của mỗi port có thể được sử dụng như một đơn vị giao tiếp song song với các
thiết bị ngoại vi.
+ Port 0:
Port 0 (các chân từ 32 đến 39) có hai công dụng. Trong các thiết kế tối thiểu,
port 0 được sử dụng làm nhiệm vụ vào/ra. Trong các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ
ngoài, port 0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu dồn kênh.
18


+ Port 1:
Port 1 chỉ có một công dụng là vào/ra (các chân từ 1 đến 8), và dùng để giao tiếp
vơi các thiết bị ngoại vi hoặc làm chân vào/ra, hoặc làm các chân nhận tín hiệu
vào của mạch định thời thứ ba.
+ Port 2:
Port 2 (các chân từ 21 đến 28) có hai công dụng, hoặc làm nhiệm vụ vào/ra, hoặc
8 chân địa chỉ cao của bus địa chỉ 16-bít cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình
ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài.
+ Port 3:
Port 3 (các chân từ 10 đến 17) có hai công dụng. Khi không sử dụng cho mục
đích vào/ra, các chân của port 3 có các chức năng riêng (mỗi chức năng riêng
liên quan đến các đặc trưng cụ thể của 8051).
+ Chân cho phép truy nhập bộ nhớ chương trình PSEN:
- 8051 cung cấp 4 tín hiệu điều khiển bus. Tín hiệu PSEN (program store enable)
là tín hiệu ra trên chân 29. Đây là tín hiệu điều khiển cho phép truy xuất bộ nhớ
chương trình ngoài, chân này thường nối với chân cho phép ra OE (output
enable) của EPROM (hoặc ROM), cho phép đọc các byte lệnh.

- Tín hiệu PSEN ở logic 0 trong suốt thời gian tìm nạp lệnh (Instruction Fetch).
Các mã nhị phân của chương trình hay opcode (mã thao tác) được đọc từ
EPROM, qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh IR của 8051 để được
giải mã.
- Khi thực thi một chương trình chứa ở ROM nội, PSEN được duy trì ở mức
logic không tích cực (logic 1).
+ Chân cho phép chốt địa chỉ ALE:
8051 sử dụng chân 30, chân cho phép chốt địa chỉ ALE (address latch enable) để
giải dồn kênh (demultiplexing) bus dữ liệu và bus địa chỉ. Khi port 0 được sử
dụng làm bus địa chỉ/dữ liệu dồn kênh, chân ALE đưa ra tín hiệu để chốt địa chỉ
(byte thấp của địa chỉ 16-bít) vào một thanh ghi ngoài trong suốt 1/2 đầu của chu

19


kỳ bộ nhớ (memory cycle). Sau khi địa chỉ đã được chốt các chân của port 0 sẽ
làm nhiệm vị vào/ra dữ liệu trong 1/2 thứ hai của chu kỳ bộ nhớ.
+ Chân truy xuất ngoài EA:
- Lối vào EA (chân 31) có thể nối với 5V (logic 1) hoặc nối với GND (logic 0).
Nếu chân này nối lên 5V, 8051/8052 thực thi chương trình trong ROM nội
(chương trình thường nhỏ hơn 4K/8K). Nếu chân này nối với GND (chân PSEN
ở logic 0), CPU thực thi chương trình chứa ở bộ nhớ ngoài. Đối với 8031/8032
chân EA phải ở logic 0 vì chúng không có bộ nhớ chương trình trên chip. Nếu
chân EA ở logic 0 đối với 8051/8052, ROM nội ở bên trong chip được vô hiệu
hoá và chương trình thực thi chứa ở ROM bên ngoài.
- Các phiên bản EPROM của 8051 còn sử dụng chân EA làm chân nhận xung
điện áp 21V cho việc lập trình EPROM nội .
+ Chân RESET (RST):
Lối vào RST (chân 9) là lối vào tái khởi động (master reset) của 8051 dùng để
thiết lập trạng thái ban đầu cho toàn hệ thống. Khi lối này được treo ở logic 1 tối

thiểu hai chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong của 8051 được nạp các giá trị thích
hợp cho việc khởi động lại hệ thống.
+ Các chân XTAL1 và XTAL2:
Mạch dao động bên trong chip 8051 được ghép với thạch anh bên ngoài ở hai
chân XTAL1 và XTAL2 (chân 18 và 19). Tần số danh định của thạch anh là
12MHz cho hầu hết các chip của họ MCS-51 (riêng 80C31BH-1 sử dụng thạch
anh 16MHz bên trong, mạch dao động trong chip không cần thạch anh bên
ngoài). Một nguồn xung clock TTL có thể được nối với chân XTAL1 và XTAL2.

20


Hình 2.3: Kết nối xung thạch anh và cấu trúc port vào ra

8051 internal bus: Bus nội của 8051

Read pin: chân port

Read latch: bộ chốt phục vụ đọc

Port latch: Bộ chốt của port

Internal pull up: Mạch pull-up
Write to latch: Ghi vào bộ chốt
Sơ đồ mạch điện bên trong của port vào/ra được vẽ đơn giản như hình trên, việc
ghi dữ liệu đến 1 chân của Port thực chất là nạp dữ liệu vào bộ chốt của port, lối ra Q
của bộ chốt điều khiển một Transistor trường và Transistor này nối với chân của port.
Khả năng Fanout của các port 1, 2 và 3 là 4, tải của vi mạch TTL loại Schottky công
suất thấp (LS).
Ta thấy có 2 khả năng: "đọc bộ chốt" và “đọc chân port”. Các lệnh yêu cầu thao

tác đọc-sửa-ghi đọc bộ chốt để tránh nhầm lẫn mức điện áp do sự kiện dòng tải tăng.
Các lệnh nhập 1 bít của port (như MOV C,P1.5) đọc chân port.
21


2.3. Cấu trúc bên trong của vi điều khiển 8051:
2.3.1. Tổ chức bộ nhớ:
Các vi điều khiển thuộc họ 8051 đều tổ chức thành 2 không gian chương trình và
dữ liệu, hình 2.7 và hình 2.9 sẽ mô tả điều này. Kiến trúc vi xử lý 8 bit của 8051 này
cho phép truy nhập và tính toán nhanh hơn đối với không gian dữ liệu nhờ việc phân
chia 2 không gian bộ nhớ chương trình và dữ liệu như trên. Tuy nhiên bộ nhớ ngoài
được truy nhập bởi hệ thống 16 bit địa chỉ vẫn có thể thực hiện nhờ thanh ghi con trỏ.
Vi điều khiển họ 8051 có không gian bộ nhớ chương trình là 64K địa chỉ, đó
cũng là dung lượng bộ nhớ chương trình lớn nhất mà mỗi chip thuộc họ này có
thể có được. Bộ nhớ chương trình của các chip họ 8051 có thể thuộc một trong
các loại: ROM, EPROM, Flash, hoặc không có bộ nhớ chương trình bên trong
chip. Tên của từng chip thể hiện chính loại bộ nhớ chương trình mà nó mang
bên trong, cụ thể là vài ví dụ sau:
STT
1
2
3
4
5
6
7
8

Tên chip
8051

8052
8031
8032
87C51
87C52
AT89C51 / AT89S51
AT89C52 / AT89S52

ROM
4 Kbyte
8 Kbyte
x
x
x
x
x
x

EPROM
x
x
x
x
4 Kbyte
8 Kbyte
x
x

Flash
x

x
x
x
x
x
4 Kbyte
8 Kbyte

Hình 2.4: Bảng thể hiện tên chip và loại bộ nhớ nó mang
Bộ nhớ chương trình (ROM, EPROM) là bộ nhớ chỉ đọc, có thể mở rộng tối đa
64Kbyte. Với họ vi điều khiển 89xx, bộ nhớ chương trình được tích hợp sẵn trong chip
có kích thước nhỏ nhất là 4kByte. Với các vi điều khiển không tích hợp sẵn bộ nhớ
chương trình trên chip, buộc phải thiết kế bộ nhớ chương trình bên ngoài. Ví dụ sử
dụng EPROM: 2764 (64Kbyte), khi đó chân PSEN phải ở mức tích cực (5V).

22


Hình 2.5: Cấu trúc vi điều khiển 89C51
Vi điều khiển họ 8051 có không gian bộ nhớ dữ liệu là 64K địa chỉ, đó cũng là
dung lượng bộ nhớ dữ liệu lớn nhất mà mỗi chip thuộc họ này có thể có được (nếu
phối ghép một cách chính tắc, sử dụng các đường tín hiệu của bus địa chỉ và dữ liệu).
Bộ nhớ dữ liệu của các chip họ 8051 có thể thuộc một hay hai loại: SRAM hoặc
EEPROM. Bộ nhớ dữ liệu SRAM được tích hợp bên trong mọi chip thuộc họ vi điều
khiển này, có dung lượng khác nhau tùy loại chip, nhưng thường 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 giá trị của các biến này cũng bị mất theo.
Khi có điện trở lại, nội dung của các ô nhớ chứa các biến này cũng là bất kỳ, không thể
xác định trước. Bên cạnh bộ nhớ loại SRAM, một số chip thuộc họ 8051 còn có thêm
bộ nhớ dữ liệu loại EEPROM với dung lượng tối đa vài Kbyte, tùy từng loại chip cụ

thể. Dưới đây là một vài ví dụ về bộ nhớ chương trình của một số loại chip thông dụng
thuộc họ 8051.
STT
1
2
3
4
5
6

Tên chip
AT89C51
AT89C52
AT89C2051
AT89S51
AT89S52
AT89S8252

Bộ nhớ SRAM
128 byte
256 byte
128 byte
23
128 byte
256 byte
256 byte

Bộ nhớ EEPROM
0
0

0
0
0
2048 byte


Hình 2.6: Bảng về bộ nhớ của một số loại chip thuộc họ 8051
Bộ nhớ dữ liệu (RAM) tồn tại độc lập so với bộ nhớ chương trình. Họ vi điều
khiển 8051 có bộ nhớ dữ liệu tích hợp trên chip nhỏ nhất là 128byte và có thể mở rộng
với bộ nhớ dữ liệu ngoài lên tới 64kByte. Với những vi điều khiển không tích hợp
ROM trên chip thì vẫn có RAM trên chip là 128byte. Khi sử dụng RAM ngoài, CPU
đọc và ghi dữ liệu nhờ tín hiệu trên các chân RD và WR. Khi sử dụng cả bộ nhớ
chương trình và bộ nhớ dữ liệu bên ngoài thì buộc phải kết hợp chân RD và PSEN bởi
cổng logic AND để phân biệt tín hiệu truy xuất dữ liệu trên ROM hay RAM ngoài.

Hình 2.7: Cấu trúc bộ nhớ chương trình

24


Hình 2.8: Địa chỉ các ngắt trên bộ nhớ chương trình
Hình trên mô tả cấu trúc bộ nhớ chương trình. Sau khi khởi động, CPU bắt đầu
thực hiện chương trình ở vị trí 0000H. Hình 2.8 mô tả địa chỉ ngắt mặc định trên bộ
nhớ chương trình. Mỗi khi xảy ra ngắt, con trỏ của CPU sẽ nhảy đến đúng địa chỉ ngắt
tương ứng và thực thi chương trình tại đó. Ví dụ ngắt ngoài 0 sẽ có địa chỉ là 0003H,
khi xảy ra ngắt ngoài 0 thì con trỏ chương trình sẽ nhảy đến đúng địa chỉ 0003H để
thực thi chương trình tại đó. Nếu trong chương trình ứng dụng không xử dụng đến
ngắt ngoài 0 thì địa chỉ 0003H vẫn có thể dùng cho mục đích khác (sử dụng cho bộ
nhớ chương trình). Bởi vậy khi lập trình bằng ngôn ngữ Assembly, phần đầu chương
trình bao giờ cũng phải cho chương trình nhảy đến địa chỉ cao hơn địa chỉ chứa các

ngắt và mã lệnh viết cho các ngắt thì phải viết đúng địa chỉ của các ngắt tương ứng.

25


Hình 2.9: Cấu trúc bộ nhớ dữ liệu

Hình trên mô tả cấu trúc bộ nhớ dữ liệu trong và bộ nhớ dữ liệu ngoài của họ vi điều
khiển 8051. CPU sẽ dùng đến các chân RD và WR khi truy cập đến bộ nhớ dữ liệu
ngoài.

Hình 2.10: Cấu trúc bộ nhớ trong
Hình trên mô tả cấu trúc bộ nhớ dữ liệu trong chip, được chia thành 3 khối là 128 byte
thấp, 128 byte cao và 128 byte đặc biệt.

26


Hình 2.11: Cấu trúc 128 byte thấp của bộ nhớ dữ liệu trong
Hình trên mô tả cấu trúc 128 byte thấp của bộ nhớ dữ liệu của họ vi điều khiển 8051.
32 byte đầu tiên (00H-1FH) được sử dụng cho 4 bộ 8 thanh ghi R0-R7. Hai bit của
thanh ghi đặc biệt PSW sẽ lựa chọn 1 trong 4 bộ thanh ghi mà vi điều khiển sẽ dùng
trong khi thực thi chương trình.
8051 chứa 210 vị trí bit được định địa chỉ trong đó 128 bit chứa trong các byte ở
địa chỉ từ 20H đến 2FH (16 byte x 8 bit = 128 bit) và phần còn lại chứa trong các
thanh ghi đặc biệt. Ngoài ra 8051 còn có các port xuất/nhập có thể định địa chỉ từng
bit, điều này làm đơn giản việc giao tiếp bằng phần mềm với các thiết bị xuất/nhập
đơn bit.
Vùng RAM đa mục đích có 80 byte đặt ở địa chỉ từ 30H đến 7FH, bên dưới vùng
này từ địa chỉ 00H đến 2FH là vùng nhớ có thể được sử dụng tương tự. Bất kỳ vị trí

nhớ nào trong vùng RAM đa mục đích đều có thể được truy xuất tự do bằng cách sử
dụng các kiểu định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
Bất kỳ vị trí nhớ nào trong vùng RAM đa mục đích đều có thể được truy xuất tự
do bằng cách sử dụng các kiểu định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
Cũng như các thanh ghi từ R0 đến R7, ta có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt SFR
chiếm phần trên của Ram nội từ địa chỉ 80H đến FFH. Cần lưu ý là không phải tất cả
128 địa chỉ từ 80H đến FFH đều được định nghĩa mà chỉ có 21 địa chỉ được định
nghĩa.

27