Thiết kế hệ thống hẹn giờ tắt mở thiết bị điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
--------

PHAN MINH GIÁC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẸN GIỜ TẮT MỞ
THIẾT BỊ ĐIỆN

Đà Nẵng, 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
-------F

PHAN MINH GIÁC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẸN GIỜ TẮT MỞ
THIẾT BỊ ĐIỆN

Chuyên ngành: Vật lý học
Khóa học: 2014 - 2018

Người hướng dẫn: Th.S Lê Xứng

Đà Nẵng, 2018

LỜI CẢM ƠN

L

ời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường đã tạo
mọi điều kiện cho sinh viên chúng em có một môi trường học tập tốt
nhất. Cảm ơn các thầy cô trong khoa Vật lý – Trường Đại học Sư

phạm – Đại học Đà Nẵng đã truyền đạt kiến thức cho sinh viên chúng em cùng
lòng nhiệt huyết với học trò, với công việc trong suốt những năm qua.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Xứng – khoa Điện Tử
Viễn Thông – Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng
chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong
quá trình em thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Và trên hết, em xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia
đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành tốt mọi công việc
trong quá trình thực hiện khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong
khoa Vật lý đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu
trong những năm học vừa qua.
Mặc dù em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đề tài khóa luận nhưng chắc
chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp
ý kiến của quý thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Phan Minh Giác

I

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT ................................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................v
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................ vi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ...............................................................................................1
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................................1
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..........................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................2
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ NHỮNG LINH KIỆN
SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ .................................................................................3
1.1. Giới thiệu về thiết bị điều khiển ...........................................................................3
1.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................................3
1.3. Khảo sát bộ vi điều khiển 8051 (AT89C52) ........................................................4
1.4. Cấu trúc phần cứng của AT89C52 .......................................................................7
1.4.1. Khối xử lý trung tâm CPU ................................................................................7
1.4.2. Khối điều khiển và quản lý Bus ........................................................................7
1.4.3. Các bộ đếm/ định thời .......................................................................................7
1.4.4. Giao tiếp nối tiếp ...............................................................................................8
1.4.5. Bộ nhớ chương trình .........................................................................................8
1.4.6. Bộ nhớ dữ liệu ...................................................................................................8
1.5. Khảo sát các chân và chức năng các chân của AT89C52 ....................................9
1.5.1. Port 0 ...............................................................................................................10
1.5.2. Port 1 ...............................................................................................................10
1.5.3. Port 2 ...............................................................................................................10
1.5.4. Port 3 ...............................................................................................................10
1.5.5. Chân cho phép bộ nhớ chương trình ...............................................................11

1.5.6. Chân cho phép chốt địa chỉ ALE ....................................................................11

II


1.5.7. Chân truy xuất ngoài .......................................................................................11
1.5.8. Chân RESET (RST) ........................................................................................11
1.5.9. Các chân XTAL1 và XTAL2 ..........................................................................12
1.6. Sơ lược về các linh kiện điện tử sử dụng trong thiết kế .....................................12
1.6.1. Thạch anh 12MHz............................................................................................12
1.6.2. Tụ gốm và tụ hóa .............................................................................................12
1.6.3. Điện trở ............................................................................................................13
1.6.4. LED đơn ...........................................................................................................14
1.6.5. LED 7 đoạn ......................................................................................................14
1.6.6. Relay ................................................................................................................15
1.6.7. Bóng đèn điện ..................................................................................................15
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .....................................................17
2.1. Sơ đồ khối toàn mạch .........................................................................................17
2.2. Chức năng các khối ............................................................................................19
2.2.1. Khối điều khiển trung tâm ...............................................................................19
2.2.2. Khối hiển thị ....................................................................................................19
2.2.3. Khối phím nhấn ...............................................................................................20
2.2.4. Khối công suất .................................................................................................20
2.2.5. Khối nguồn ......................................................................................................21
2.3. Cấu tạo các mạch ................................................................................................22
2.3.1. Mạch điều khiển trung tâm .............................................................................22
2.3.2. Mạch hiển thị ..................................................................................................24
2.3.3. Mạch phím nhấn .............................................................................................25
2.3.4. Mạch công suất ...............................................................................................26
2.4. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ................................................................................28

CHƯƠNG 3. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ......................................................29
3.1. Thiết kế phần mềm .............................................................................................29
3.2. Lưu đồ thuật toán................................................................................................31
3.3. Code chương trình ..............................................................................................32
KẾT LUẬN ...............................................................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................41
Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

III


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT
CPU

Central Processing Unit

ALU

Arithmetic Logical Unit

PSW

Program Status Word

PC

Program Counter

ROM

Read Only Memory

RAM

Random Acces Memory
Program Store Enable

OE

Outbook Enable

ALE

Adress Latch Enable

IV


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. So sánh các chip của họ MCS-51 ...............................................................5
Bảng 1.2. Các thanh ghi chức năng đặc biệt ...............................................................8
Bảng 2.1. Danh sách các linh kiện khối công suất ....................................................26

V


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ khối của chip 8051 ............................................................................5
Hình 1.2. Sơ đồ chân của 89C52 .................................................................................9
Hình 1.3. AT89C52 ghép với mạch TTL bên ngoài .................................................12

Hình 1.4. Hình ảnh và kí hiệu của thạch anh ............................................................12
Hình 1.5. Hình ảnh và kí hiệu của tụ điện .................................................................13
Hình 1.6. Hình ảnh và kí hiệu của điện trở ...............................................................13
Hình 1.7. Hình ảnh và kí hiệu của LED đơn .............................................................14
Hình 1.8. Hình ảnh LED 7 đoạn Cathode chung ......................................................14
Hình 1.9. Hình ảnh và kí hiệu Relay .........................................................................15
Hình 1.10. Bóng đèn LED bulb ................................................................................16
Hình 2.1. Sơ đồ khối toàn mạch ................................................................................17
Hình 2.2. Mạch in của thiết kế ..................................................................................18
Hình 2.3. Khối điều khiển trung tâm ........................................................................19
Hình 2.4. Khối điều khiển hiển thị ............................................................................19
Hình 2.5. Khối phím nhấn .........................................................................................20
Hình 2.6. Khối công suất...........................................................................................21
Hình 2.7. Khối nguồn ................................................................................................21
Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm.............................................22
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý mạch Reset .....................................................................23
Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo dao động .......................................................24
Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LED 7 đoạn ...........................................25
Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý mạch phím nhấn ...........................................................26
Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý mạch công suất.............................................................27
Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch .....................................................................28

VI


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đặc biệt
là kỹ thuật điện tử, những công nghệ điện tử ngày càng phát triển mạnh mẽ. Trong
đó có sự đóng góp rất lớn của kỹ thuật vi điều khiển. Các bộ vi điều khiển đang

được ứng dụng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật,
đời sống xã hội và đã đem lại rất nhiều tiện nghi cho con người trong thời đại công
nghiệp hóa, hiện đại hóa.
Sau bốn năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà
Nẵng, là một sinh viên được học về chuyên ngành điện tử, em muốn khai thác và
tìm hiểu ứng dụng của các vi điều khiển trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa,
đồng thời em cũng muốn củng cố lại kiến thức đã học được trong suốt thời gian qua
thông qua các mô hình thực tế. Và quan trong hơn đó là em muốn trau dồi thêm
những kiến thức về chuyên ngành của mình để thuận lợi cho công việc sau này.
Xuất phát từ những lý do trên, em đã chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẸN
GIỜ TẮT MỞ THIẾT BỊ ĐIỆN” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế và chế tạo mạch hẹn giờ tắt mở thiết bị điện.
Việc thực hiện đề tài giúp em củng cố lại kiến thức đã học và tiếp thu thêm
nhiều kiến thức mới từ giảng viên hướng dẫn. Đó cũng là khoảng thời gian em thực
tế hóa các kiến thức đã được học trên mô hình cụ thể cũng như hiểu rõ hơn cách
viết chương trình cho vi điều khiển.
Do kiến thức còn hạn hẹp nên em chỉ nghiên cứu một ứng dụng nhỏ. Nếu có
thời gian nhiều hơn và được nghiên cứu sâu hơn, mô hình này có thể được ứng
dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu đề ra, cần thực hiện các yêu cầu sau:

1


-

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thiết kế một hệ thống điều khiển hẹn giờ tắt

mở thiết bị điện hoàn chỉnh.
- Tìm hiểu thêm các ứng dụng khác của vi điều khiển, LED,… để mạch được
đa dạng hơn.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
❖ Đối tượng nghiên cứu
-

Vi điều khiển AT89C52: là một dòng vi điều khiển tương đối mạnh với

nhiều tính năng, hoạt động ổn định mà giá thành lại tương đối rẻ và thông dụng trên thị
trường hiện nay. Do đó có thể dễ dàng mở rộng thiết kế các ứng dụng khác.
- Các tài liệu về linh kiện điện tử.
- Các tài liệu hướng dẫn lập trình ngôn ngữ lập trình C.
❖ Phạm vi nghiên cứu
Đề tài sử dụng vi điều khiển AT89C52 để lập trình, vi mạch đệm IC
ULN2803, IC chốt dữ liệu 74HC574, 6 LED 7 đoạn để hiển thị thời gian hẹn giờ.
5. Phương pháp nghiên cứu
❖

Phương pháp lý thuyết

- Nghiên cứu các tài liệu về nguyên lý hoạt động của thiết bị và linh kiện điện tử.
- Đi sâu tìm hiểu nội dung khóa luận thông qua sách báo, phương tiện thông
tin đại chúng cùng các tài liệu tham khảo liên quan.
- Nghiên cứu cách trình bày một khóa luận tốt nghiệp.
❖ Phương pháp thực nghiệm
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống hẹn giờ tắt mở thiết bị điện.
- Thực hiện mạch logic và viết chương trình C điều khiển hệ thống chương
trình mạch thiết kế.

2


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
VÀ NHỮNG LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ
1.1. Giới thiệu về thiết bị điều khiển
Hiện nay, đa số những thiết bị điện được bày bán trên thị trường đều không có
chức năng tự động. Nếu muốn bật hoặc tắt con người phải tác động vào các thiết bị đó.
Là sinh viên được học về chuyên ngành điện tử, em muốn khai thác và tìm hiểu ứng
dụng của các vi điều khiển trong lĩnh vực tự động hóa. Em muốn lập trình cho vi điều
khiển AT89C52 để điều khiển một hệ thống hẹn giờ có thể đóng ngắt nguồn điện cung
cấp cho thiết bị điện trong khoảng thời gian đã được cài đặt sẵn. Xuất phát từ lý do
trên, em đã quyết định chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẸN GIỜ TẮT MỞ
THIẾT BỊ ĐIỆN” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp.
1.2. Nguyên lý hoạt động
“HỆ THỐNG HẸN GIỜ TẮT MỞ THIẾT BỊ ĐIỆN” bao gồm 5 khối chính là:
khối điều khiển trung tâm, khối điều khiển hiển thị, khối hẹn giờ, khối công suất và
nguồn.
Hệ thống hoạt động theo nguyên lý: 3 nút nhấn SW1, SW2, SW3 tương ứng với
cài đặt thời gian hẹn giờ theo giờ, phút, giây hiển thị trên 6 LED 7 đoạn.
Khi công tắc khóa K ở vị trí 1 (chế độ hẹn giờ bật thiết bị): ban đầu bóng đèn
điện chưa hoạt động phát sáng và đèn LED D1 sáng, LED D2 tắt thể hiện trạng thái
chờ để điều chỉnh hẹn thời gian. Sau khi cài đặt hẹn giờ theo mục đích nhất định, nhấn
nút SW1 thì chương trình điều khiển sẽ được kích hoạt. Từ lúc nhấn nút SW1 thời gian
hẹn giờ bắt đầu đếm ngược về 0, khi đếm đến 0, bóng đèn điện sẽ hoạt động phát
sáng, đồng thời đèn LED D1 và LED D2 đều sáng thể hiện trạng thái hoạt động của hệ
thống hẹn giờ. Lúc này, nếu tiếp tục nhấn SW1 thì sẽ chương trình sẽ chạy lặp lại, tiếp
tục đếm ngược thời gian về 0 và làm phát sáng bóng đèn.
Khi công tắc khóa K ở vị trí 2 (chế độ hẹn giờ tắt thiết bị): ngươc lại của chế độ
hẹn giờ bật thiết bị, ban đầu cấp nguồn bóng đèn điện sẽ hoạt động phát sáng và đèn

LED D1 sáng, LED D2 tắt thể hiện trạng thái chờ để điều chỉnh hẹn thời gian. Sau khi
cài đặt hẹn giờ theo mục đích nhất định, nhấn nút SW1 thì chương trình điều khiển sẽ
được kích hoạt. Từ lúc nhấn nút SW1 thời gian hẹn giờ bắt đầu đếm ngược về 0, khi

3


đếm đến 0, bóng đèn điện sẽ dừng hoạt động phát sáng, đồng thời đèn LED D1 và
LED D2 đều sáng thể hiện trạng thái hoạt động của hệ thống hẹn giờ. Tương tự như
trên, lúc này, nếu tiếp tục nhấn SW1 thì sẽ chương trình sẽ chạy lặp lại, tiếp tục đếm
ngược thời gian về 0 và làm bóng đèn tắt, không phát sáng.
1.3. Khảo sát bộ vi điều khiển 8051 (AT89C52)
MCS-51 là họ vi điều khiển của Intel. Các nhà sản xuất IC khác như Siemens,
Advanced Micro Devices, Fujitsu và Philips được cấp phép làm các nhà cung cấp thứ
hai cho các chip của họ MCS-51.
Vi mạch tổng hợp đầu tiên của họ MCS-51 là chip 8051, linh kiện này được Intel
công bố năm 1980. Chip 8051 có các đặc trưng được tóm tắt như sau:
- 4KB ROM
- 128 byte RAM
- 4 port xuất nhập (I/O port) 8-bit.
- 2 bộ định thời 16-bit.
- Mạch giao tiếp nối tiếp.
- Không gian nhớ chương trình (mã) ngoài 64K.
- Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K.
- Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng rẽ).
- 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit.
- Nhân chia trong 4μs.
Các thành viên khác của họ MCS-51 có các tổ hợp ROM (EPROM), RAM trên
chip khác nhau hoặc có thêm bộ định thời thứ ba. Mỗi một IC của họ MCS-51 cũng có
phiên bản CMOS công suất thấp.

4


Bảng 1.1. So sánh các chip của họ MCS-51
Chip

Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ dữ liệu

Các bộ

trên chip

trên chip

định thời

8051

4 K ROM

128 byte

2

8031

0K

128 byte

2

8751

4 K EPROM

128 byte

2

8052

8 K ROM

256 byte

3

8032

0K

256 byte

3

8752

8 K EPROM

256 byte

3

Hình 1.1. Sơ đồ khối của chip 8051
Interrrupl control

: điều khiển ngắt

Other registers

: các thanh ghi khác

128 bytes RAM

: RAM 128 byte

Timer 2, 1, 0

: bộ định thời 2, 1, 0

CPU

: đơn vị điều khiển trung tâm

Oscillator

: mạch dao động

Bus control

: điều khiển bus

5


I/O ports

: các port xuất/nhập

Serial port

: port nối tiếp

Address/data

: địa chỉ/dữ liệu

Tiếp theo sau đó là sự ra đời của chip 8052, 8053, 8055 với nhiều tính năng được
cải tiến.
Hiện nay Intel không còn cung cấp các loại Vi điều khiển họ MCS-51 nữa, thay
vào đó các nhà sản xuất khác như Atmel, Philips/signetics, AMD, Siemens,
Matra&Dallas, Semiconductors được cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các chip
của họ MSC-51. Chip Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở
Việt Nam hiện nay là Vi điều khiển của hãng Atmel với nhiều chủng loại vi điều khiển
khác nhau.
Hãng Atmel có các chip Vi điều khiển có tính năng tương tự như chip Vi điều

khiển MCS-51 của Intel, các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel sản
xuất. Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel khi sản xuất ở Atmel mã
số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính năng chương trình tương tự như
nhau. Tương tự 8051,8053,8055 có mã số tương đương ở Atmel là 89C51, 89C53,
89C55. Vi điều khiển Atmel sau này ngày càng được cải tiến và được bổ sung thêm
nhiều chức năng tiện lợi hơn cho người dùng.
AT89C52 là họ IC vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất. Các sản
phẩm AT89C52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển. Việc xử lý trên byte và các
toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ
liệu nhanh trên RAM nội. Nó cung cấp những hổ trợ mở rộng trên chip dùng cho
những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực
tiếp trong hệ thống điều khiển.
AT89C52 là một vi điều khiển mạnh (có công suất lớn), cung cấp một sự linh
động cao và giải pháp về giá cả đối với nhiều ứng dụng vi điều khiển. Các đặc điểm
chủ yếu của AT89C52:
- Tương thích hoàn toàn với họ MCS-51 của Intel.
- Bộ nhớ chương trình 8Kbyte.
- Độ bền : 1000 lần ghi/ xóa.
- Tần số hoạt động: 0 Hz đến 24 MHz.
- 3 chế độ khóa bộ nhớ.
6


- 256 × 8- Bit RAM nội.
- 32 đường I/O lập trình được.
- 3 timer/ counter 16- bit.
- 8 nguồn ngắt.
- Chế độ hạ nguồn và chế độ lười tiêu tốn công suất thấp.
1.4. Cấu trúc phần cứng của AT89C52
1.4.1. Khối xử lý trung tâm CPU

Phần chính của bộ vi xử lý là khối xử lý trung tâm CPU, khối này có chứa
các thành phần chính:
- Thanh chứa ACC (ký hiệu A).
- Thanh ghi chứa phụ (ký hiệu là B) thường được dùng cho phép nhân và
phép chia.
- Khối logic số học ALU.
- Từ trạng thái chương trình PSW.
- Bốn băng thanh ghi (Blank).
- Con trỏ ngăn xếp SP cũng như con trỏ dữ liệu để định địa chỉ cho bộ nhớ dữ
liệu bên ngoài.
Ngoài ra, khối xử lý trung tâm còn chứa:
-

Thanh ghi bộ đếm chương trình PC.

-

Bộ giải mã lệnh.

-

Bộ điều khiển thời gian và logic.

-

Sau khi được Reset, CPU bắt đầu làm việc tại địa chỉ 0000H, là địa chỉ đầu

được thanh ghi chứa chương trình (PC), và sau đó, thanh ghi này sẽ tăng lên 1 đơn vị
và chỉ đến các lệnh tiếp theo của chương trình.
Khối xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung nhịp từ bộ dao động được lắp thêm

vào, linh kiện phụ trợ có thể là một khung dao động làm bằng tụ gốm hoặc thạch anh.
Ngoài ra, còn có thể đưa tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài vào.
1.4.2. Khối điều khiển và quản lý Bus
Các khối trong vi điều khiển liên lạc với nhau thông qua hệ thống Bus nội bộ
được điều khiển bởi khối điều khiển quản lý Bus.
1.4.3. Các bộ đếm/ định thời
Vi điều khiển AT89C52 có chứa ba bộ đếm tiến 16 bit có thể hoạt động như
7


là bộ định thời hay bộ đếm sự kiện bên ngoài hoặc như bộ phát tốc độ dùng cho
giao diện nối tiếp. Trạng thái tràn bộ đếm có thể được kiểm tra trực tiếp hoặc
được xóa đi bằng một ngắt. Truy xuất các bộ định thời của AT89C52 dùng 6
thanh ghi chức năng đặc biệt cho trong bảng sau:
Bảng 1.2. Các thanh ghi chức năng đặc biệt
SFR

Mục đích

Địa chỉ

Địa chỉ hóa từng Bit

TCON

Điều khiển TIMER

88H

Có

TMOD

Chế độ TIMER

89H

Không

TL0

Byte thấp của TIMER 0

90H

Không

TL1

Byte thấp của TIMER 1

91H

Không

TL2

Byte thấp của TIMER 2

0CCH

Không

TH0

Byte cao của TIMER 0

92H

Không

TH1

Byte cao của TIMER 1

93H

Không

TH2

Byte cao của TIMER 2

0CDH

Không

AT89C52 có bốn cổng vào ra (P0, P1, P2, P3), mỗi cổng chứa 8 Bit, độc lập với
nhau. Các cổng này có thể được sử dụng cho những mục đích điều khiển rất đa dạng.
Ngoài chức năng chung, một số cổng còn đảm nhận thêm một số chức năng đặc

biệt.
1.4.4.

Giao tiếp nối tiếp

Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ làm
việc với nhau. Bằng cách đấu nối các bộ đệm thích hợp, ta có thể hình thành một cổng
nối tiếp RS-232 đơn giản. Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt được trong một
vùng rộng phụ thuộc vào một bộ định thời và tần số dao động riêng của thạch anh.
1.4.5.

Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ chương trình thường là bộ nhớ ROM, bộ nhớ chương trình được sử dụng
để cất giữ chương trình điều khiển hoạt động của vi điều khiển.
1.4.6.

Bộ nhớ dữ liệu

Bộ nhớ dữ liệu thường là bộ nhớ RAM, bộ nhớ dữ liệu dùng để cất giữ các
thông tin tạm thời trong quá trình vi điều khiển làm việc.

8


1.5. Khảo sát các chân và chức năng các chân của AT89C52

Hình 1.2. Sơ đồ chân của 89C52
Hình 1.2 cho ta sơ đồ chân của chip 89C52. Mô tả tóm tắt chức năng của từng
chân như sau.

Như ta thấy trong hình 1.2, 32 trong số 40 chân của AT89C52 có công dụng
xuất/nhập, trong đó 32 chân có tác dụng kép (có nghĩa một chân có hai chức năng).
Mỗi một đường có thể hoạt động xuất/nhập hoặc hoạt động như một đường điều khiển
hoặc hoạt động như một đường địa chỉ/dữ liệu của bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp.
32 chân nêu trên hình thành 4 Port 8-bit. Với các thiết kế yêu cầu một mức tối
thiểu bộ nhớ ngoài hoặc các thành phần bên ngoài khác, ta có thể sử dụng các Port này
làm nhiệm vụ xuất/nhập. 8 đường cho mỗi Port có thể được xử lý như một đơn vị giao
tiếp với các thiết bị song song như máy in, bộ biến đổi D-A,… hoặc mỗi đường có thể
hoạt động độc lập giao tiếp với một thiết bị đơn bit như chuyển mạch, LED, BJT, FET
cuộn dây, động cơ, loa,…

9


1.5.1.

Port 0

Port 0 (các chân từ 32 đến 39 trên AT89C52) có 2 công dụng . Trong các thiết kế
có tối thiểu thành phần, Port 0 được sử dụng làm nhiệm vụ xuất/nhập. Trong các thiết
kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, Port 0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp.
1.5.2. Port 1
Port 1 chỉ có một công dụng là xuất/nhập (các chân từ 1 đến 8 trên AT89C52).
Các chân của Port 1 được ký hiệu là P1.0, P1.1,…, P1.7 và được dùng để giao tiếp với
thiết bị bên ngoài khi có yêu cầu. Không có chức năng nào khác nữa gán cho các chân
của Port 1, nghĩa là chúng chỉ được sử dụng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.
1.5.3.

Port 2

Port 2 (các chân từ 21 đến 28 trên AT89C52) có 2 công dụng, hoặc làm nhiệm vụ
xuất/nhập hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16-bit cho các thiết kế có bộ nhớ
chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài.
1.5.4.

Port 3

Port 3 (các chân từ 10 đến 17 trên AT89C52) có 2 công dụng. Khi không hoạt
động xuất/nhập, các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng (mỗi chân có chức năng
riêng liên quan đến các đặc trưng cụ thể của 8051).
Bit

Tên

Địa chỉ bit

Chức năng

P3.0

RxD

B0H

Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp

P3.1

TxD

B1H

Chân phát dữ liệu của port nối tiếp

P3.2

B2H

Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3

B3H

Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4

T0

B4H

Ngõ vào của bộ định thời/đếm 0

P3.5

T1

B5H

Ngõ vào của bộ định thời/đếm 1

P3.6

B6H

Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7

B7H

Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

P1.0

T2

90H

Ngõ vào của bộ định thời/đếm 2

P1.1

T2EX

91H

Nạp lại/thu nhận của bộ định thời 2

10


1.5.5.

Chân cho phép bộ nhớ chương trình

AT89C52 cung cấp cho ta 4 tín hiệu điều khiển bus. Tín hiệu cho phép bộ nhớ
chương trình là tín hiệu xuất 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 OE của
EPROM (hoặc PROM) để cho phép đọc các byte lệnh.
Tín hiệu ở logic 0 trong suốt thời gian tìm nạp lệnh. 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 AT89C52 để được giải mã. Khi thực thi một chương
trình chứa ở ROM nội, được duy trì ở logic 0 tích cực ở logic 1.
1.5.6.

Chân cho phép chốt địa chỉ ALE

AT89C52 sử dụng chân 30, chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE để giải
đa hợp (demultiplexing) bus dữ liệu và bus địa chỉ. Khi Port 0 được sử dụng làm bus
địa chỉ/dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ (byte thấp nhất của địa
chỉ 16-bit) vào 1 thanh ghi ngoài trong suốt 1/2 đầu của chu kì bộ nhớ (memory cycle).
Sau khi điều này đã được thực hiện, các chân của Port 0 sẽ xuất/nhập dữ liệu hợp lệ
trong suốt 1/2 thứ 2 của chu kì bộ nhớ.
Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong chip vi điều
khiển và có thể được dùng làm xung clock cho phần còn lại của hệ thống. Nếu mạch
giao động có tần số 12MHz, tín hiệu ALE có tần số 2MHz. Ngoại lệ duy nhất là trong
thời gian thực thi lệnh MOVX, 1 xung ALE sẽ bị bỏ qua. Chân ALE còn được dùng để
nhận xung ngõ vào lập trình cho EPROM trên chip đối với các phiên bản của

AT89C52 có EPROM này.
1.5.7.

Chân truy xuất ngoài

Ngõ vào này (chân 31) có thể được nối với 5V (logic 1) hoặc với GND (logic 0).
Nếu chân này nối lên 5V, 8051/8052 thực thi chương trình trong ROM nội (chương
trình nhỏ hơn 4K/8K). Nếu chân này nối với GND chương trình cần thực thi chứa ở bộ
nhớ ngoài. Các phiên bản EPROM của 8051 còn sử dụng chân điện 21V cho việc lập
trình EPROM nội (nạp EPROM).
1.5.8.

Chân RESET (RST)

Ngõ vào RST (chân 9) là ngõ vào xóa chính (master reset) của AT89C52 dùng để
thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống.
Khi ngõ vào này được treo ở logic 1 tối thiểu 2 chu kì máy, các thanh ghi bên
11


trong của AT89C52 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống.
1.5.9.

Các chân XTAL1 và XTAL2

Mạch dao động bên trong chip 89C52 được ghép với thạch anh bên ngoài ở 2
chân XTAL1 và XTAL2 (chân 18 và chân 19). Các tụ ổn định cũng được yêu cầu như
trên hình này. Tần số danh định của thạch anh là 12MHz cho hầu hết các chip. Ở
hình có 1 nguồn xung clock TTL có thể được nối với các chân XTAL1 và XTAL2.

Hình 1.3. AT89C52 ghép với mạch TTL bên ngoài
TTL oscillator

: mạch dao động TTL

1.6. Sơ lược về các linh kiện điện tử sử dụng trong thiết kế
1.6.1.

Thạch anh 12MHz

12MHz

Hình 1.4. Hình ảnh và kí hiệu của thạch anh
Chức năng: Là nguồn tạo xung nhịp dao động clock ổn định (12MHz) cho dao
động của vi điều khiển AT89C51. Thạch anh sẽ được gắn vào chân XTAL1 và XTAL2
(chân số 18 và 19 của AT89C52).
1.6.2.

Tụ gốm và tụ hóa

12


Hình 1.5. Hình ảnh và kí hiệu của tụ điện
Tụ gốm: có chức năng lọc nhiễu cho dao động thạch anh, 2 tụ gốm 22pF sẽ
được nối một đầu với chân của thạch anh, đầu còn lại nối xuống Mass.
Tụ hóa: tụ hóa 10µF được gắn đầu âm vào chân Reset, đầu dương lên nguồn.
Khi cấp điện cho mạch, tụ sẽ phóng điện khiến chân Reset bật lên mức cao, khi đó toàn
bộ hệ thống sẽ được nạp lại từ đầu. Khi vận hành thì tụ hóa ngăn dòng đi vào chân
Reset.

1.6.3.

Điện trở

Hình 1.6. Hình ảnh và kí hiệu của điện trở
Chức năng: Điện trở có tác dụng hạn chế dòng điện đi qua các phần tử trong
mạch và phân cực cho transistor.

13


1.6.4. LED đơn

Hình 1.7. Hình ảnh và kí hiệu của LED đơn
Chức năng: Với nhiều loại, hình dáng, màu sắc…, LED đơn được dùng làm
bộ phận hiển thị trong mạch.
Khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của Led vào khoảng cỡ 1,7V – 3V,
dòng qua Led cỡ 5mA-20mA.
- Led màu đỏ: điện áp từ 1,8 – 2,2V
- Led màu xanh dương: điện áp từ 2,8 – 3V
1.6.5. LED 7 đoạn

Hình 1.8. Hình ảnh LED 7 đoạn Cathode chung
LED 7 đoạn có Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối với 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 đưa vào các chân này ở mức 1.

14

1.6.6. Relay

Hình 1.9. Hình ảnh và kí hiệu Relay
Relay đóng vai trò như một công tắc, nhưng không trực tiếp được nhấn bằng tay
mà được mở bằng điện.
Cấu tạo: Relay gồm 2 phần:
- Cuộn hút:
+ Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình.
+ Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay ra DC: 5V, 12V, 24V
và AC: 110V, 220V
- Cặp tiếp điểm:
+ Khi không có từ trường (không cấp điện cho cuộn dây). Tiếp điểm 1
được tiếp xúc với 2 nhờ lực của lò xo. Tiếp điểm thường đóng.
+ Khi có năng lượng từ trường thì tiếp điểm 1 bị hút chuyển sang 3.
+ Trong Relay có thể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểm hoặc nhiều hơn.
Chức năng: đóng ngắt mạch điện tự động.
Trong mạch này sử dụng Relay Songle 5V 10A 5 Chân SRD-05VDC-SL-C.
Relay Songle 5V 10A 5 Chân SRD-05VDC-SL-C có các thông số cơ bản:
+ Điện áp cuộn dây

:

5VDC

+ Điện áp ngưỡng tiếp điểm

:

10A - 250VAC
10A - 30VDC

1.6.7. Bóng đèn điện
Bóng đèn LED bulb được sử dụng trong thiết kế có các thông số cơ bản:

15


- Kích thước

: 140 x 60 mm

- Điện áp hoạt động

: 220V – 240V

- Công suất

:7W

Hình 1.10. Bóng đèn LED bulb

16


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
2.1. Sơ đồ khối toàn mạch

KHỐI
HIỂN THỊ

KHỐI
CÔNG SUẤT

ĐÈN

KHỐI ĐIỀU KHIỂN
TRUNG TÂM
(VĐK AT89C52)

KHỐI
PHÍM NHẤN

KHỐI
NGUỒN

Hình 2.1. Sơ đồ khối toàn mạch

17

220V
5V
0V