Nghiên cứu vi điều khiển 8051 và ứng dụng trong giảng dạy mô vi xử lý tại trường đại học công nghiệp quảng ninh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.85 MB, 131 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRẦN VĂN THƯƠNG

NGHIÊN CỨU VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ ỨNG DỤNG
TRONG GIẢNG DẠY MÔN VI XỬ LÝ TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC
CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
CHUYÊN SÂU : SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. PHÍ HÒA BÌNH
2. TS. PHẠM NGỌC NAM

Hà Nội – 2012

1

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận
tình của PGS.TS. Phí Hòa Bình và TS. Phạm Ngọc Nam luận văn với đề
tài:“Nghiên cứu Vi điều khiển 8051 và ứng dụng trong giảng dạy môn vi xử lý tại
trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh ” đã hoàn thành mục tiêu đề ra.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:
Các thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Phí Hòa Bình và TS. Phạm Ngọc Nam

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ để tác giả hoàn
thành luận văn này.
Viện Đào Tạo Sau Đại Học, Ban chủ nhiệm và các Thầy, Cô giáo Khoa Sư
Phạm Kỹ Thuật, Khoa Điện Tử Viễn Thông, tập thể các thầy cô giáo trường ĐHBK
Hà Nội, Ban Giám Hiệu, tập thể giáo viên Khoa Điện - Điện tử Trường ĐH Công
Nghiệp Quảng Ninh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho việc học tập, nghiên cứu và
tiến hành luận văn của tác giả.
Toàn thể bạn bè đồng nghệp, gia đình và người thân đã quan tâm, động viên
giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn này.
Mặc dù đã rất cố gắng tuy nhiên luận văn này không tránh khỏi những thiếu
sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để
luận văn của tác giả được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2012
Tác giả

Trần Văn Thương

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những gì viết trong luận văn này là do tìm hiểu, nghiên cứu
của bản thân cùng với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của PGS.TS. Phí Hòa Bình và
TS. Phạm Ngọc Nam. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của tác giả khác
nếu có đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể.
Luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất cứ một hội đồng bảo vệ luận
văn thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện thông tin nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên đây.

Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2012
Tác giả

Trần Văn Thương

2

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI........................................................................ 11
1.1 Xuất phát từ định hướng cơ bản về mục tiêu đào tạo ...................... 11
1.2 Xuất phát từ nhiệm vụ, đặc điểm đặc trưng của môn học................ 12
1.3 Xuất phát từ thực trạng dạy học môn Vi xử lý tại Trường Đại học
Công nghiệp Quảng Ninh ..................................................................... 12
2. MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI.............................................. 13
2.1 Mục đích......................................................................................... 13
2.2 Nhiệm vụ của đề tài ........................................................................ 13
3. GIẢ THIẾT KHOA HỌC..................................................................... 13
4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................................... 14
4.1 Đối tượng nghiên cứu ..................................................................... 14
4.2 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 14
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................... 14
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN ........................................................... 14
CHƯƠNG I: CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN 8051................................................. 15

1.1. Cấu trúc vi điều khiển 8051 [8]. ........................................................ 15
1.1.1. Giới thiệu chung ......................................................................... 15

1.1.2. Sự khác biệt giữa vi xử lý và vi điều khiển ................................. 16
1.1.3. Sơ đồ khối .................................................................................. 16
1.1.4. Sơ đồ chân tín hiệu của vi điều khiển 8051/AT89C51 ................ 21
1.1.5. Chức năng các thành phần của AT89C51 ................................... 23
1.1.5.1. Chức năng các thanh ghi đặc biệt ............................................................ 23
1.1.5.2. Các thanh ghi điều khiển ......................................................................... 27

1.1.6. Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu nội trú ........................... 32
1.1.6.1. Bộ nhớ chương trình nội trú .................................................................... 33
1.1.6.2. Bộ nhớ dữ liệu nội trú.............................................................................. 34

3

1.1.6.3. Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu ngoại trú..................................... 38

1.1.7. Cơ chế ngắt trong On-chip AT89C51 ......................................... 43
1.1.7.1. Phân loại ngắt trong On-chip ................................................................... 43
1.1.7.2. Các bước thực hiện ngắt .......................................................................... 44
1.1.7.3. Mức ngắt ưu tiên trong on-chip ............................................................... 45
1.1.7.4. Nguyên lý điều khiển ngắt của AT89....................................................... 45
1.1.7.5. Các ngắt ngoài......................................................................................... 47
1.1.7.6. Vận hành Single-Step.............................................................................. 48

1.1.8. Nguyên lý truyền tin nối tiếp của AT89C51 ............................... 48
1.1.8.1. Phương thức truyền tin nối tiếp(Serial Interface)....................................................... 48
1.1.8.2. Liên lạc đa xử lý (Multiprocessor Communications)................................ 50

1.1.9.Nguyên lý khởi động của On-chip AT89C51............................... 50
1.1.9.1. Mạch dao động........................................................................................ 53

1.1.9.2. Chế độ nguồn giảm và chế độ nghỉ .......................................................... 54
1.1.9.3. Bảo vệ chương trình ................................................................................ 55

CHƯƠNG 2: PHẦN MỀM PROTEUS VSM ........................................................ 56

2.1 Các chức năng cơ bản của Proteus [9] ................................................ 56
2.1.1Các ưu điểm.................................................................................. 56
2.1.2 Khả năng ứng dụng...................................................................... 57
2.1.3 Cách mở Proteus trong window .................................................. 57
2.1.4 Giao diện cơ bản Proteus VSM.................................................... 58
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051 GIẢNG DẠY MÔN VI XỬ LÝ
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH................................. 75

3.1 VÀI NÉT VỀ ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH................ 75
3.1.1. Quá trình hình thành và phát triển............................................... 75
3.1.2. Tổ chức bộ máy của Trường hiện nay......................................... 75
3.1.3. Đội ngũ cán bộ, giáo viên, giảng viên, nhân viên........................ 76
3.1.4. Quy mô đào tạo đối với từng hệ.................................................. 76
3.1.5. Ngành nghề đào tạo .................................................................... 76

4

3.1.6. Cơ sở vật chất và trang thiết bị phục vụ đào tạo .......................... 77
3.1.6.1. Tại cơ sở 1 .............................................................................................. 77
3.1.6.2. Tại trụ sở chính............................................................................................. 77

3.2 THỰC TRẠNG GIẢNG DẠY MÔN VI XỬ LÝ TẠI TRƯỜNG ĐẠI
HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH .................................................... 78
3.2.1 Chương trình đào tạo ................................................................... 78

3.2.2 Giáo viên ..................................................................................... 82
3.2.3 Đánh giá kết quả học tập.............................................................. 83
3.2.4 Đánh giá chương trình ................................................................. 84
3.3 ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051 GIẢNG DẠY MÔN VI XỬ LÝ
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH ................... 86
3.3.1 Xây dựng chương đào tạo thực hành............................................ 86
3.3.2 Hướng dẫn cài đặt, sử dụng phần mền keil C và ProLoad V4.2 .. 92
3.3.2.1. Hướng dẫn cài đặt Keil C. ....................................................................... 92
3.3.2.2 Tạo một Project trong Keil C.................................................................... 94
3.3.2.3 Cài đặt...................................................................................................... 98
3.3.2.4 Sử dụng.................................................................................................. 100

3.4. XÂY DỰNG BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ CỤ THỂ CHO
CÁC BÀI THỰC HÀNH CƠ BẢN ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051
............................................................................................................... 100
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 127

Kết luận:................................................................................................. 127
Kiến nghị:............................................................................................... 128
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 130

Tiếng Việt .............................................................................................. 130
Tiếng Anh .............................................................................................. 130

5

CÁC KÍ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG
ADC(Analog - to – Digital Converter): Bộ phận chuyển tín hiệu analog sang
tín hiệu digital

ALU(Arithmetic Logic Unit) là bộ phận thao tác trên các dữ liệu
CISC: là vi điều khiển có tập lệnh phức tạp
CPU (Central processing Unit): khối xử lý trung tâm
RISC: là vi điều khiển có tập lệnh đơn giản
ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ dùng để lưu dữ chương trình
ICP (In – circuit programming): Giao tiếp với thiết bị lập trình bên ngoài
EEPROM: có thể lập trình hay xóa
I/O: các cổng dùng để truyền dữ liệu
MOSI: dữ liệu Master Out / Slave In
SCK: xung nối tiếp ngõ xuất bởi SPI master và ngõ nhập bởi SPI slave
SS: chọn slave
Operation: chỉ định các lệnh thao tác cho assembly
Operand: đối tượng mà lệnh thao tác
Comment: ghi các ghi chú liên quan đến dòng lệnh
RCF – Reset cờ nhớ, RSP – Reset Stack Pointer
HALT; WFI – chế độ tiêu thụ thấp
TRAP – ngắt (phần mềm)
RET – Return; IRET - Interrupt: ngắt
SIM – Thiết lập Interrupt Mask; RIM – Reset Interrupt Mask

6

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.3 - 1 Các thông số của các họ VĐK thuộc hãng Intel (MSC 51) ............. 18
Bảng 1.1.3.2. Các thông số của các họ VĐK thuộc hãng Atmel............................................ 21
Bảng 1.1.5.1 - 1. Chức năng riêng của từng thanh ghi trong SFR.......................................... 23
Bảng 1.1.5.1 - 2: Địa chỉ, ý nghĩa và giá trị của các SFR sau khi Rese................................. 25
Bảng 1.1.5.1 - 3. Chọn băng thanh ghi .................................................................................... 28
Bảng 1.1.5.1 -.4. Chọn Mode trong SCON............................................................................ 31

Bảng 1.1.7.4 - 1Địa chỉ véc tơ ngắt.......................................................................................... 47
Bảng 1.1.9.3 - 1.Các bít khóa bảo vệ trong các loại chip 8051............................................... 55
Bảng 1.1.9.3 - 2 Khóa bộ nhớ chương trình của họ VĐK AT89C51 .................................... 55
Bảng 3.2.1 - 1: Bảng kết quả điều tra giáo viên về môn học vi xử lý..................................... 82
Biểu đồ 3.2.1 - 1 : Kết quả phỏng vấn giáo viên chuyên nghành công nghệ kỹ thuật Điện tử,
Điều khiển TĐH....................................................................................................................... 82
Bảng 3.2.3 - 1: Mẫu khảo sát sinh viên về chuẩn bị cho bài kiểm tra .................................... 83
Bảng 3.2.3 - 2: Kết quả điều tra sinh viên về chuẩn bị cho bài kiểm tra................................. 84
Biểu đồ 3.2.3 - 1: Kết quả điều tra sinh viên về chuẩn bị cho bài kiểm tra ............................ 84
Bảng 3.4-1: Bảng điểm kiểm tra sinh viên thực nghiệm trên máy tính...............................103
Biểu đồ 3.4 - 1: Đánh giá kết quả học tập của sinh viên trên máy tính.................................104
Bảng 3.4 - 2: Kết quả hài lòng của học sinh.......................................................................... 104
Biểu đồ 3.4 - 2: Biểu thị mức độ hiểu bài của sinh viên........................................................ 105
Bảng 3.4 - 3: Bảng điểm kiểm tra sinh viên ứng dụng kít vi điều khiển 8051.................... 105
Biểu đồ 3.4 - 3: Đánh giá kết quả học tập của sinh viên thực hành ứng dụng kít vi điều khiển
8051......................................................................................................................................... 106
Bảng 3.4 - 4: Kết quả hài lòng của sinh viên......................................................................... 106
Biểu đồ 3.4 - 4: Biểu thị mức độ hiểu bài của sinh viên khi ứng dụng kít vi điều khiển 8051.
................................................................................................................................................. 107
Bảng 3.4 - 5: Bảng điểm kiểm tra sinh viên thực hành trên máy tính. ................................115
Biểu đồ 3.4 - 5: Đánh giá kết quả học tập của sinh viên thực hành trên máy tính. .............. 115
Bảng 3.4 - 6: Kết quả hài lòng Sinh viên............................................................................... 116

7

Biểu đồ 3.4 - 6: Biểu thị mức độ hiểu bài của sinh viên........................................................ 116
Bảng 3.4 - 7: Bảng điểm kiểm tra sinh viên ứng dụng kít vi điều khiển 8051.................... 117
Biểu đồ 3.4 - 7: Đánh giá kết quả học tập của sinh viên thực hành ứng dụng kít vi điều khiển
8051......................................................................................................................................... 117

Bảng 3.4 - 8: Kết quả hài lòng của Sinh viên ........................................................................ 118
Biểu đồ 3.4 - 8: Biểu thị mức độ hiểu bài của sinh viên khi ứng dụng kít vi điều khiển 8051.
................................................................................................................................................. 118

8

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1.3 - 1. Sơ đồ khối họ VĐK AT89C51 ....................................................................... 16
Hình 1.1.4 - 1. Bố trí chân của họ 8051................................................................................... 21
Hình 1.1.5.1 - 1. Sơ đồ khối của AT89C51............................................................................. 24
Hình 1.1.6 - 1 Cấu trúc bộ nhớ của AT89C51 ........................................................................ 33
Hình 1.1.6.2 - 1. Bộ nhớ dữ liệu trong..................................................................................... 34
Hình 1.1.6.2-.2: 128 bytes thấp của RAM trong ..................................................................... 37
Hình 1.1.6.2- 3. Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR)...................................................... 38
Hình 1.1.6.3 - 1. Truy cập bộ nhớ chương trình ngoài............................................................ 39
Hình 1.1.6.3 - 2. Đồ thị thời gian quá trình nhận lệnh từ ROM ngoài.................................... 39
Hình 1.1.6.3 - 3. Truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài...................................................................... 40
Hình 1.1.6.3 - 4. Đồ thị thời gian chu kì đọc dữ liệu từ RAM ngoài...................................... 41
Hình 1.1.6.3 -5. Đồ thị thời gian chu kì ghi dữ liệu từ RAM ngoài....................................... 41
Hình 1.1.7.1 - 1. Các nguồn ngắt của AT89C51..................................................................... 44
Hình 1.1.7.4 - 1. Hệ thống ngắt của AT89............................................................................... 46
Hình 1.1.9 - 1. Đặt lại thời gian cho AT89C51....................................................................... 51
Hình 1.1.9 - 2. Khởi động tự động cho AT89C51. ................................................................. 52
Hình 1.1.9 - 3. Khởi động bán tự động cho AT89C51. ......................................................... 52
Hình 1.1.9.1 - 1. Sử dụng mạch dao động bên trong ON chip và........................................... 53
Hình 1.1.9.1 - 2 Cấu hình nhận Clock từ bên ngoài................................................................ 53
Hình 1.1.9.1 - 3. Mạch dao động bên trong On chip AT89C51............................................. 54
Hình 1.1.9.2 - 1. Phần cứng phục vụ chế độ nguồn giảm và chế độ nghỉ .............................. 54
Hình 2.1.3 - 1 Menu mở chương trình Proteus........................................................................ 58

Hình 2.1.3 - 2Tiêu hình dùng để mở nhanh Proteus VSM trên Desktop............................... 58
Hình 2.1.4 - 1. Giao diện cơ bản sau khi mở Proteus.............................................................. 59
Hình 3.3.2.2 - 1: Khởi tạo một dự án mới................................................................................ 94
Hình 3.3.2.2 - 2: Chọn đường dẫn lưu dự án mới ................................................................... 95
Hình 3.3.2.2 - 3: Chọn loại vi điều khiển sẽ làm việc ............................................................. 95

9

Hình 3.3.2.2 - 4: Add file nguồn vào dự án............................................................................. 96
Hình 3.3.2.2 - 5: Chọn file nguồn sẽ add vào dự án................................................................ 96
Hình 3.3.2.2 - 6: Môi trường làm việc của Keil C................................................................... 97
Hình 3.3.2.2 - 7: Công cụ mô phỏng trong Keil C.................................................................. 97
Hình 3.3.2.3 - 1: Cài đặt phần mềm COM ảo ......................................................................... 98
Hình 3.3.2.3 - 2: Chọn đường dẫn đến nơi chứa phần mềm cài đặt....................................... 98
Hình 3.3.2.3 - 3: Chọn phần mềm cài đặt................................................................................ 99
Hình 3.3.2.3 - 4: Kết thúc quá trình cài đặt.............................................................................. 99
Hình 3.3.2.3 - 5: Cổng COM ảo đã được tạo trên máy tính.................................................... 99
Hình 3.3.2.4 -1 : Giao diện chương trình nạp cho Chip........................................................ 100
Hình 3.4 - 1:Kết nối modul led đơn với Main chính qua P2. Sơ đồ nguyên lý như sau:..... 108
Hình 3.4 - 2: Sơ đồ kết nối phần cứng để hiển thị 6 số bằng phương pháp quét như hình.. 111

10

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
1.1 Xuất phát từ định hướng cơ bản về mục tiêu đào tạo
Đổi mới phương pháp dạy học đang là chủ trương của nhà nước ta. Nghị
quyết Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX đã nêu rõ: “ Đổi mới mạnh mẽ phương

pháp dạy học, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của
người học. Từng bước áp dụng các phương pháp dạy học tiên tiến và phương tiện
hiện đại vào quá trình dạy học…”.
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh đang có những khó khăn trong
việc đổi mới về phương pháp và phương tiện dạy học và đang từng bước khắc phục
những khó khăn và thay đổi cho phù hợp với nhu cầu mới của thời đại về giáo dục
và đào tạo cũng gắn đào tạo với nhu cầu xã hội.
Hiện nay trong dòng phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, vi điều
khiển ngày càng đóng một vai trò quan trọng. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong
các dây truyền sản xuất nhỏ, các rô bốt, các mạch điện tử ứng dụng ... Đặc biệt nó
vô cùng cần thiết cho những sinh viên ngành kỹ thuật trong việc nghiên cứu khoa
học, làm những đồ án nhỏ,v...v. Nhưng hầu hết các sinh viên đều gặp khó khăn
trong tiếp cận và tìm hiểu về vi điều khiển. Những vướng mắc của sinh viên thường
gặp như:
1. Băn khoăn dùng vi điều khiển nào cho phù hợp, hiện nay có khá nhiều loại
vi điều khiển khác nhau, ...
2. Khi chọn được vi điều khiển lại vướng mắc trong việc tìm hiểu tài liệu cho
phù hợp, dễ hiểu có thể nắm bắt được ... hầu hết các sinh viên hiện nay phải mày
mò tìm hiểu dần dần qua những người biết trước, hay trên internet. Không có những
hướng dẫn trực quan dễ tiếp cận.
Nắm bắt được những khó khăn chung của sinh viên cũng như chính công tác
giảng dạy của cá nhân tại trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh nói riêng khi

11

lần đầu tiếp cận với vi điều khiển, tác giả đã chọn Vi điều khiển để hy vọng sẽ mang
lại những bạn sinh viên có thể nhanh chóng nắm bắt được và thỏa sức sáng tạo
nghiên cứu khoa học. Do được xây dựng dần dần qua sự tìm hiểu tích lũy kiến thức
lên mô hình như một dòng kiến thức sẽ dần được lấp đầy dần dần qua từng bài học.

Cũng theo đó các chức năng cơ bản của vi điều khiển sẽ được xuất hiện đầy đủ qua
từng bài tập đơn giản đến phức tạp bao gồm hoàn chỉnh đầy đủ các chức năng của
vi xử lý như ngắt, IO, SPI, ADC, ...
1.2 Xuất phát từ nhiệm vụ, đặc điểm đặc trưng của môn học
Nhiệm vụ của môn học Vi xử lý là trang bị cho sinh viên những hiểu biết về
khái niệm tín hiệu điều khiển, các bài toán về mạch tổ hợp, mạch logic từ đó sinh
viên biết cách ứng dụng, lựa chọn, lắp ráp tạo ra các mạch điều khiển số cơ bản.
Đặc trưng của môn học Vi xử lý là môn học có tính tư duy trừu tượng cao,
có tính ứng dụng cao đối với người học chuyên nghành kỹ thuật điện tử, tự động
hóa. Điều này đòi hỏi giáo viên, sinh viên phải nghiên cứu tìm tòi để có thể vận
dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn có hiệu quả.
1.3 Xuất phát từ thực trạng dạy học môn Vi xử lý tại Trường Đại học Công
nghiệp Quảng Ninh
Là một giáo viên giảng dạy nhiều năm về môn học Vi xử lý tại Trường Đại học
Công nghiệp Quảng Ninh tôi nhận thấy: Phần học lý thuyết thường tách rời với thực
hành, trang thiết bị thực hành còn hạn chế, các bài thực hành chỉ tiến hành mô
phỏng trên máy tính chưa triển khai ứng dụng thực tiễn trên các kít thực là còn gặp
nhiều khó khăn, từ đó không gây hứng thú cho người học, làm mất dần đi tính tích
cực, chủ động và sáng tạo trong học tập, nghiên cứu của sinh viên. Từ những
nguyên nhân tồn tại nêu trên, được sự đồng ý của các Thày hướng dẫn khoa học tác
giả chọn đề tài :“Nghiên cứu Vi điều khiển 8051 và ứng dụng trong giảng dạy môn
vi xử lý tại trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh ”

12

2. MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Mục đích
Nghiên cứu họ vi điều khiển 8051 và ứng dụng giảng dạy môn vi xử lý, từ đó
nhằm nâng cao chất lượng dạy học, nâng cao năng lực công nghệ cho môn học Vi

xử lý tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh.
2.2 Nhiệm vụ của đề tài
Để đạt được mục đích trên tác giả đã xác định và giải quyết các nhiệm vụ cụ thể sau:
- Nghiên cứu vấn đề lý thuyết về Vi điều khiển 8051, phần mềm proteus vsm
- Nghiên cứu thực trạng giảng dạy môn học Vi xử lý tại trường
- Đề xuất một số giải pháp để đổi mới việc biên soạn chương trình và thực
hiện giảng dạy theo hướng ứng dụng Vi điều khiển 8051.
- Xây dựng bài giảng thực hành ứng dụng Vi điều khiển 8051
- Tiến hành thực nghiệm một số bài học ứng dụng Vi điều khiển 8051
3. GIẢ THIẾT KHOA HỌC
Trong những năm qua việc giảng dạy môn Vi xử lý còn nhiều hạn chế, tình
trạng còn thiếu những trang thiết bị, nhất là các kit thí nghiệm Vi điều khiển 8051đã
chưa được đưa vào nghiên cứu, giảng dạy tại trường nhằm phát huy tích tích cực
chủ động trong học tập, nghiên cứu. Vì vậy việc nghiên cứu đề tài đề xuất các giải
pháp hợp lý sẽ góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn Vi xử lý làm tiền đề cho
sinh viên lĩnh hội tốt nhất những môn học thuộc chuyên nghành điện - điện tử, điều
khiển và tự động hóa tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh.

13

4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
4.1 Đối tượng nghiên cứu
Ứng dụng Vi điều khiển 8051 trong giảng dạy môn Vi xử lý tại Trường Đại
học Công nghiệp Quảng Ninh.
4.2 Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu về Vi điều khiển 8051. Nêu ra thực trạng giảng
dạy môn Vi xử lý, đề xuất một số giải pháp và ứng dụng Vi điều khiển 8051 trong
giảng dạy môn Vi xử lý tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp phân tích tổng hợp nghiên cứu lý thuyết:
Nghiên cứu dựa trên các tài liệu khoa nhằm phân tích, tổng hợp, hệ thống
hóa, khái quát hóa các tri thức đã có trong tài liệu, đưa ra cơ sở lý luận của các vấn
đề nghiên cứu.
Nghiên cứu chủ động tác động vào đối tượng và qua trình diễn biến sự kiện
mà đối tượng tham gia, để hướng dẫn sự phát triển của chúng theo mục tiêu dự kiến
của mình.
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung chính thể hiện ở 3 chương:
Chương 1: Cấu trúc vi điều khiển 8051
Chương 2: Phần mềm Proteus vsm
Chương 3: Ứng dụng Vi điều khiển 8051 giảng dạy môn vi xử lý tại trường Đại
học Công nghiệp Quảng Ninh.
Ngoài ra còn thêm phần tài liệu tham khảo.

14

CHƯƠNG I: CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN 8051

Chương này trình bày giới thiệu tổng quan về họ vi điều khiển 8051 chủ yếu
trên AT 80C51: Cấu trúc phần cứng, sơ đồ chân, các thanh ghi, đăc tính lập trình và
các đặc tính về điện.
1.1. Cấu trúc vi điều khiển 8051 [8].
1.1.1. Giới thiệu chung
Vi điều khiển (VĐK) là một “hệ” Vi xử lý (VXL) được tổ chức trong một chip,
nó bao gồm:
+ Bộ VXL.
+ Bộ nhớ chương trình (ROM/EPROM/EEPROM/FLASH).
+ Bộ nhớ dữ liệu (RAM).

+ Các thanh ghi chức năng, các cổng I/O, cơ chế điều khiển ngắt và truyền tin nối
tiếp.
+ Các bộ thời gian dùng trong lĩnh vực chia tần và tạo thời gian thực.
Bộ VĐK có thể được lập trình để điều khiển các thiết bị thông tin, viễn thông,
thiết bị đo lường, thiết bị điều chỉnh cũng như các ứng dụng trong công nghệ thông
tin và kỹ thuật điều khiển tự động. Có thể xem bộ VĐK như một hệ VXL On-chip,
đối với họ AT89C51, nó có đầy đủ chức năng của một hệ VXL 8 bit, đựoc điều
khiển bởi một hệ lệnh, có số lệnh đủ mạnh, cho phép lập trình bằng hợp ngữ
(Assembly).

15

1.1.2. Sự khác biệt giữa vi xử lý và vi điều khiển
VXL đa năng

VĐK
CPU, RAM, ROM, Timers, SFR,
mạch giao tiếp, hệ thống ngắt và cơ

CPU đơn chíp.

Phần cứng

chế điều khiển ngắt

Sử dụng các tập lệnh bao quát,

Sử dụng các lệnh điều khiển xuất

mạnh về kiểu định địa chỉ. Các nhập, có thể truy xuất dữ liệu ở
Tập lệnh

lệnh này có thể truy xuất dữ

dạng Bit hoặc Byte. Các nhóm lệnh

liệu lớn, thực hiện ở dạng 1/2

chính: Chuyển dữ liệu, điều khiển

Byte, Byte, Word, Double

biến logic, rẽ nhánh chương trình,

Word.

tính toán số học và logic.
Trong các hệ thống điều khiển, đo

ứng dụng

Trong các hệ máy vi tính.

lường và điều chỉnh…

1.1.3. Sơ đồ khối

Hình 1.1.3 - 1. Sơ đồ khối họ VĐK AT89C51

16

Bộ VĐK 8 bit AT89C51 hoạt động ở tần số 12 MHz, với bộ nhớ ROM 4Kbyte,
bộ nhớ RAM 128 Byte cư trú bên trong và có thể mở rộng bộ nhớ ra ngoài. Ở bộ
VĐK này còn có 4 cổng 8 bit (P0…P3) vào/ ra 2 chiều để giao tiếp với thiết bị
ngoại vi. Ngoài ra, nó còn có:
- 2 bộ đinh thời 16 bit (Timer 0 và Timer 1).
- Mạch giao tiếp nối tiếp.
- Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng rẽ).
- Hệ thống điều khiển và xử lý ngắt.
- Các kênh điều khiển/ dữ liệu/ địa chỉ.
- CPU.
- Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR).
Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào từng họ VĐK của từng hãng sản xuất khác nhau mà
tính năng cũng như phạm vi ứng dụng của mỗi bộ VĐK là khác nhau, và chúng
được thể hiện trong các bảng thống kê sau:

17

Bảng 1.1.3 - 1 Các thông số của các họ VĐK thuộc hãng Intel (MSC 51)
ROM

RAM

Tốc độ Các chân

Timer/

UAR

Nguồn

(bytes)

(bytes)

(MHz)

I/O

Counter

T

ngắt

ROMLE

128

12

32

2

1

5

4K ROM

128

12

32

2

1

5

8051AHP 4K ROM

128

12

32

2

1

5

128

12

32

2

1

5

128

12

32

2

1

5

256

12

32

3

1

6

Họ VĐK

8051
8031AH

SS
8051AH

8751H

4K
EPROM

8751BH

4K
EPROM

8052
8032AH

ROMLE
SS

8052AH

8K ROM

256

12

32

3

1

6

8752BH

8K

256

12

32

3

1

6

2

1

5

EPROM
32

80C51
80C31B

ROMLE

H

SS

128

12,16

18

32

80C51B

4K ROM

128

12,16

32

2

1

5

4K ROM

128

12,16

32

2

1

5

4K

128

12,16,

32

2

1

5

32

3

1

6

32

3

1

6

32

3

1

6

32

3

1

6

32

3

1

6

H
80C31B
HP
87C51

EPROM

20,24

8xC52/54/58

80C32

80C52

87C52

80C54

87C54

ROMLE

256

SS
8K ROM

12,16,
20,24

256

12,16,
20,24

8K

256

EPROM
16K

20,24
256

ROM
16K
EPROM

12,16,

12,16,
20,24

256

12,16,
20,24

19

ROM

RAM

Tốc độ Các chân

(bytes)

(bytes)

(MHz)

32K

256

12,16,

Họ VĐK

80C58

87C58

ROM
32K

Timer/

UAR

Nguồn

I/O

Counter

T

ngắt

32

3

1

6

32

3

1

6

32

3

1

6

32

3

1

6

32

3

1

6

32

3

1

6

32

3

1

6

32

3

1

6

20,24
256

EPROM

12,16,
20,24

8xL52/54/58

80L52

87L52

80L54

87L54

80L58

87L58

8K ROM

256

12,16,
20

8K OTP

256

ROM
16K

20
256

ROM
16K OTP

256

ROM

12,16,
20

256

ROM
32K OTP

12,16,
20

ROM
32K

12,16,

12,16,
20

256

12,16,
20

…

20

Bảng 1.1.3.2. Các thông số của các họ VĐK thuộc hãng Atmel
Họ VĐK

Bộ nhớ chương

Bộ nhớ dữ liệu

Timer 16

Công nghệ

trình(Bytes)

(Bytes)

bit

AT89C1051

1K Flash

64 RAM

1

CMOS

AT89C2051

2K Flash

128 RAM

2

CMOS

AT89C51

4K Flash

128 RAM

2

CMOS

AT89C52

8K Flash

256 RAM

3

CMOS

AT89C55

20K Flash

256 RAM

3

CMOS

AT89S8252

8K Flash

256 RAM + 2K

3

CMOS

3

CMOS

EEPROM
AT89S53

12K Flash

256 RAM

1.1.4. Sơ đồ chân tín hiệu của vi điều khiển 8051/AT89C51

Hình 1.1.4 - 1. Bố trí chân của họ 8051

21

Chức năng của các chân tín hiệu như sau:
- P0.0 đến P0.7 là các chân của cổng 0.
- P1.0 đến P1.7 là các chân của cổng 1.
- P2.0 đến P2.7 là các chân của cổng 2
- P3.0 đến P3.7 là các chân của cổng 3
- RxD: Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp.
- TxD: Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp.
- /INT0: Ngắt ngoài 0.
- /INT1: Ngắt ngoài 1.
- T0: Chân vào 0 của bộ Timer/Counter 0.
- T1: Chân vào 1 của bộ Timer/Counter 1.
- /Wr: Ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài.
- /Rd: Đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài.
- RST: Chân vào Reset, tích cực ở mức logic cao trong khoảng 2 chu kỳ máy.
- XTAL1: Chân vào mạch khuyếch đaị dao động
- XTAL2: Chân ra từ mạch khuyếch đaị dao động.
- /PSEN : Chân cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài (ROM ngoài).
- ALE (/PROG): Chân tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để truy cập bộ nhớ ngoài, khi
On-chip xuất ra byte thấp của địa chỉ. Tín hiệu chốt được kích hoạt ở mức cao, tần số
xung chốt = 1/6 tần số dao động của bộ VĐK. Nó có thể được dùng cho các bộ Timer
ngoài hoặc cho mục đích tạo xung Clock. Đây cũng là chân nhận xung vào để nạp
chương trình cho Flash (hoặc EEPROM) bên trong On-chip khi nó ở mức thấp.
- /EA/Vpp: Cho phép On-chip truy cập bộ nhớ chương trình ngoài khi /EA=0, nếu
/EA=1 thì On-chip sẽ làm việc với bộ nhớ chương trình nội trú. Khi chân này được

22

cấp nguồn điện áp 12V (Vpp) thì On-chip đảm nhận chức năng nạp chương trình

cho Flash bên trong nó.
- Vcc: Cung cấp dương nguồn cho On-chip (+ 5V).
- GND: nối mát.
1.1.5. Chức năng các thành phần của AT89C51
1.1.5.1. Chức năng các thanh ghi đặc biệt
SFR đảm nhiệm các chức năng khác nhau trong On-chip. Chúng nằm ở RAM bên
trong On-chip, chiếm vùng không gian nhớ 128 Byte được định địa chỉ từ 80h đến FFh.
Bảng 1.1.5.1 - 1. Chức năng riêng của từng thanh ghi trong SFR
Thanh

MSB

Nội dung

LSB

ghi
IE

EA

-

ET2

ES

ET1

EX1