Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang : Luận văn Thạc sĩ khoa học Chuyên ngành Quản lý đất đai [Mã số : 60850103]

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều KhiĨn Ch−¬ng21 : thiÕt kế Kit vi điều khiển

Biên soạn : Lâm tăng Đức  Lê Tiến Dũng Bộ môn T§H Trang 29

Ch−¬ng II

Ch−¬ng II

Ch−¬ng II

Ch−¬ng II

ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn

ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn

ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn

ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

Giáo trình môn Kü tht Vi §iỊu KhiĨn Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển

Biên soạn : Lâm tăng Đức  Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 30

Ch−¬ng II

Ch−¬ng II

Ch−¬ng II

Ch−¬ng II

ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn

ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn

ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiĨn

ThiÕt kÕ KIT vi ®iỊu khiển

2.1 Chọn phơng án thiết kế

Họ vi điều khiển mà bộ KIT chọn làm thành phần trung tâm là họ 8051, vì những
lí do sau đây:

+ Họ 8051 là họ vi điều khiển phổ biến nhất hiện nay, đợc sử dụng rất
rộng r3i trong các ứng dụng công nghiệp cũng nh trong việc chế tạo các sản phẩm dân
dông.

+ Họ 8051 đ3 và đang là mơn học đ−ợc nằm trong ch−ơng trình đào tạo
của các tr−ờng trung học, cao đẳng và đại học trong cả n−ớc, đây còn là một đối t−ợng
cụ thể cho sinh viên khi bắt đầu nhập môn vi điều khiển. Vì vậy, việc chọn họ 8051
làm thành phần trung tâm của bộ KIT là phù hợp với ch−ơng trình đào tạo và điều kiện
học tập của sinh viên.

Vì những lí do trên, và xuất phát từ mục đích, yêu cầu của đồ án là thiết kế một
bộ KIT vi điều khiển phục vụ mục đích đào tạo môn học này, ta quyết định chọn
ph−ơng án sử dụng chip vi điều khiển 89C52 của h3ng ATMEL để làm thành phần
trung tâm của KIT, cùng với các thành phần bộ nhớ ROM, RAM bên ngoài và các thiết
bị ngoại vi phong phú.

Chip vi điều khiển AT89C52 là một bộ vi điều khiển cũng thuộc họ 8051, do đó
nó có tất cả những đặc tr−ng cơ bản của họ này. Ngồi ra nó cịn có thêm 1 bộ định
thời Timer 2 và 3 nguồn ngắt so với 8051.

72.2 Xây dựng sơ đồ khối của KIT

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−¬ng21 : thiÕt kÕ Kit vi điều khiển

Biên soạn : Lâm tăng Đức  Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 31

CPU

PC LCD

bµN PHÝM

A/D D/A _LED

7
THANH

VàO/RA
DIGITAL

ĐầU VàO

XUNG _MATRIXLED
8 x 8

stepper
motor

Trong sơ đồ khối của bộ KIT nh− trên, chức năng của các khối nh− sau

- Khèi CPU : Đây là khối trung tâm cđa hƯ thèng. Nã bao gåm chip vi ®iỊu

khiển AT89C52, EEPROM, RAM, các cổng giao tiếp mở rộng, mạch chốt, giải m3 địa
chỉ... Khối này làm nhiệm vụ trung tâm điều hành hoạt động của cả bộ KIT.

- Khối PC : Đây là khèi giao tiÕp gi÷a hƯ vi ®iỊu khiĨn cđa bé KIT và máy

tớnh. PC giỳp cho ngi s dụng có thể phát triển các ứng dụng trên bộ KIT từ máy
tính. Ng−ời sử dụng dùng PC để nạp các ch−ơng trình ứng dụng cho bộ KIT. Ngồi ra
PC còn cho phép ng−ời sử dụng nạp các ch−ơng trình điều hành của ng−ời sử dụng viết
cho bộ KIT hoặc thay đổi ch−ơng trình điều hành hiện đang có trong bộ KIT. Ch−ơng
trình điều hành phải đ−ợc nạp từ các mạch nạp ngoài và cố định trên KIT. Ch−ơng
trình ứng dụng của ng−ời sử dụng đ−ợc nạp cho bộ KIT từ máy tính thơng qua phần
mềm nạp đi kốm theo KIT.

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

Giáo trình môn Kü tht Vi §iỊu KhiĨn Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển

Biên soạn : Lâm tăng Đức  Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 32

- Bàn phím: Đây là khối thiết bị đầu vào giao tiếp giữa vi điều khiển và ngời

sử dụng. Bàn phím cho phép ng−ời sử dụng sử dụng nó để điều khiển hoạt động của
KIT theo hng dn trờn mn hỡnh LCD nh:

Chạy chơng trình tõng b−íc (nót STEP)

Xem, sửa đổi các thanh ghi (R0-R7), các thanh ghi đặc biệt (SFR), các
PORT (P0,P1,P2, P3), các ô nhớ RAM ...

Chuyển đổi qua lại giữa các kiểu hiển thị dữ liệu nh− nhị phân, hexa hay
thp phõn.

- Khối LCD: màn hình tinh thĨ láng víi kÝch th−íc lín 24x8 kÝ tù gióp ta cã thÓ

quan sát dễ dàng giá trị của các thanh ghi (R0-R7), các thanh ghi đặc biệt (SFR) các
PORT (P0,P1,P2, P3), các ô nhớ trong RAM ... Ngoài ra trên màn hình cịn có các
h−ớng dẫn ng−ời sử dụng, chức năng của các phím tùy theo ngữ cảnh. LCD tạo ra sự
tiện lợi, thân thiện cho ng−ời sử dụng trong làm quen cũng nh− thí nghiệm trên KIT.

- Khối A/D : Có chức năng chuyển đổi tín hiệu điện áp t−ơng tự 0 – 5V thành

tín hiệu số 8 bit để đ−a vào vi điều khiển xử lí. Tín hiệu vào 0-5V có thể đ−ợc đ−a từ
bên ngồi hoặc thơng qua DIP-SWITCH (Dual Inline Pakage - SWITCH) để nối các tín
hiệu t−ơng tự có sẵn trên kit nhờ bộ chia áp là 3 biến trở vi chỉnh và đặc biệt là đầu ra
của 1 bộ cảm biến nhiệt độ LM35, có thể tiến hành ở đây một bài thí nghiệm về đo
nhiệt độ phòng.

- Khối D/A : Là khối cho phép chuyển đổi tín hiệu số 8 bit thành tín hiệu t−ơng

tự 0 10V đa ra ngoài, có thể hiển thị đợc trên máy hiện sóng.

- Khi vo/ra xung số - điều khiển động cơ b−ớc và động cơ 1 chiu:

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

Giáo trình môn Kỹ tht Vi §iỊu KhiĨn Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển

Biên soạn : Lâm tăng Đức  Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 33

hoặc 12V tùy theo loại động cơ bằng công tắc thay đổi nguồn cấp cho động cơ trên
mạch.

- LED 7 thanh : Là khối hiển thị LED 7 thanh, có thể dùng để hiển thị các giá

trị theo chơng trình của ngời sử dụng.

- Khi LED Matrix (8x8) : Là một ma trận đèn LED gồm 8 hàng x 8 cột, tại

mỗi điểm của ma trận LED có 2 đèn với 2 màu xanh và đỏ, nếu điều khiển cho sáng
cùng lúc cả 2 đèn thì ta sẽ đ−ợc màu cam.

2.3 Chän thiết bị, giải mà và thiết kế mạch nguyên lý của hệ thống:

2.3.1. Chọn dung lợng bộ nhớ và thiết bị ngoại vi:

Ta chọn các thành phần của bé nhí trªn KIT bao gåm:

- 8K-byte parallel (song song) EEPROM – chip sư dơng AT28C64.
- 32K-byte RAM ngoµi – chip sư dơng HM62256.

- 5 chip 8255 mở rộng I/O để giao tiếp với các thiết bị sau:

LCD – 24x8 ký tự
Bàn phím 5x4
8 LED đơn
4 LED 7 đoạn

LED ma trËn 2 mµu 8x8

Các bộ chuyển đổi ADC, DAC

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−¬ng21 : thiÕt kÕ Kit vi điều khiển

Biên soạn : Lâm tăng Đức  Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 34

2.3.2. Giải mã địa chỉ:

Ta sắp xếp bộ nhớ và địa chỉ của các thiết bị ngoại vi giao tiếp với KIT trong

bảng 2.1 nh sau

Địa chỉ Thiết bị Ghi chó

0000h - 1FFFh EEPROM Chøa chơng trình Monitor
4000h - 7FFFh RAM Chứa chơng trình ứng dụng

8000h - 8003h 8255 (1)

8000h - PortA : §iỊu khiĨn LCD.

8001h - PortB : Data bus cña LCD.

8002h - PortC : NhËn m3 cđa bµn phÝm.

8003h - CW : Thanh ghi ®iỊu khiĨn.

8004h - 8007h 8255 (5)

8004h - PortA: Điều khiển cấp nguồn cho các Anot

chung của LED matrix (các hàng).

8005h - PortB: Điều khiển đèn màu xanh của LED

matrix (c¸c cét xanh).

8006h - PortC: Điều khiển đèn màu đỏ của LED

matrix (các cột đỏ).

8007h - CW: Thanh ghi ®iỊu khiĨn.

8008h - 800Bh 8255 (2)

8008h - PortA : §−êng Data cđa ADC0809.

8009h - PortB : §−êng Data cđa DAC0808.

800Ah - PortC : §iỊu khiĨn ADC0809.

800Bh - CW : Thanh ghi ®iỊu khiĨn.

800Ch - 800Fh 8255 (3)

800Ch - PortA : Đầu vµo Digital.

800Dh - PortB : Điều khiển động cơ b−ớc(PB0-PB3)

và động cơ một chiều (PB4 - PB5).

800Eh - PortC : 4 đầu vào xung dạng nút ấn

(PC4-PC7), 4 đầu vào cho các thiết bị ngoài

nh encoder (PC0 - PC3).

800Fh - CW : Thanh ghi ®iỊu khiĨn.

C000h - C003h 8255 (4)

C000h - PortA : Hiển thị 8 LED đơn.

C001h - PortB : HiÓn thị 2 LED 7 thanh (trái).

C002h - PortC : Hiển thị 2 LED 7 thanh (phải).

C003h - CW : Thanh ghi ®iỊu khiĨn.

C004h – C007h 8255-EX BUS më réng dù tr÷, cã thể gắn thêm 1 module khác

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển

Biên soạn : Lâm tăng Đức  Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 35

Dựa vào bảng 2.1 trên ta có sơ đồ bộ nhớ cụ thể nh− bảng 2.2 sau:

Address 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0000h 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

EEPROM
AT28C64 -

8Kbyte 1FFFh 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

4000h 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

RAM
HM62256 -

32Kbyte 7FFFh 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

8000h 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

8001h 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

8002h 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

8255-1
KEYPAD

LCD

8003h 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

8004h 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

8005h 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1

8006h 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0

8255-5
MATRIX

LED

8007h 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1

8008h 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

8009h 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1

800Ah 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0

8255-2
ADC
DAC

800Bh 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1

800Ch 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0

800Dh 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1

800Eh 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0

8255-3

XUNG Sè

STEPPER

DC MOTOR 800Fh 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

C000h 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

C001h 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

C002h 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

8255-4
LED 7

đoạn

LED đơN C003h 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

C004h 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

C005h 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1

C006h 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0

8255-EX

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

Giáo trình môn Kü tht Vi §iỊu KhiĨn Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển

Biên soạn : Lâm tăng Đức  Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 36

Nhìn vào các cột có màu xám trong bảng 2.2 trên ta có đợc cách phân công
giải m3 nh sau:

Ta sử dụng 3 chip giải m3 chuyên dụng là vi mạch 74HC138 để phục vụ việc
giải m3 địa chỉ cho các chip nhớ cũng nh− các chip mở rộng I/O là 8255, đầu vào và ra
của các chip giải m3 đ−ợc trình bày trong bảng sau:

Chip gi¶i m· A B C G2A G2B

74HC138 - 1 (U9) A14 A15 0 0 0

74HC138 - 2 (U10) A2 A3 A4 Y2(U9) Y2(U9)
74HC138 - 3 (U11) A2 0 0 Y3(U9) Y3(U9)

Đầu vào chọn chip CS (Chip Select) của các chip EEPROM, RAM, và 8255 nh− b¶ng
sau:

Chip CS (Chip Select) Ghi chó

EEPROM - 28C64 A13 + Y0(U9) (*)

RAM - 62256 Y1(U9)

8255(1) - Keypad, LCD Y0(U10)
8255(5) - LED ma trận Y2(U10)
8255(2) - ADC, DAC Y3(U10)
8255(3) - Xung số, stepper, DC motor Y1(U10)
8255(4) - LED 7 đoạn, LED đơn Y0(U11)
8255(EX) Y1(U11)

U9,U10,U11
xem sơ đồ
nguyên lý.

(*) Do yêu cầu thiết kế của bộ KIT, các chip nhớ RAM và EEPROM vừa phải có khả
năng làm bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chơng trình nên các chân OE (Output Enable) của
các chip nhớ nµy cã logic nh− sau /OE = /PSEN * /RD.

Để rõ hơn ta tìm hiểu kỹ về chức năng của chân /PSEN và EA trong ứng dụng
mở rộng bé nhí ngoµi cđa hä 8051. PSEN (Program Store Enable) có nghĩa là cho

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Giáo trình môn Kü tht Vi §iỊu KhiĨn Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển

Biên soạn : Lâm tăng Đức  Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 37

phép cất chơng trình. Đây là tín hiệu ra và đợc nối với chân OE của bộ nhớ ch−¬ng

trình ngồi. Khi chân EA đ−ợc nối đất thì 8031/51 nạp mM lệnh từ bộ nhớ ngồi thơng

qua chân PSEN, ở đây bộ nhớ ngồi đóng vai trị là bộ nhớ ch−ơng trình. Ngồi ra khi
bộ nhớ ngồi làm chức năng là bộ nhớ dữ liệu thì tín hiệu RD đ−ợc sử dụng để truy

cập khơng gian dữ liệu ngoài (dùng lệnh MOVX), nên RD đ−ợc nối đến OE của chip
nhớ. Trong thiết kế phần mềm của KIT đòi hỏi cả 2 chức năng này của bộ nhớ, vừa là
bộ nhớ ch−ơng trình, vừa là bộ nhớ dữ liệu do đó các chân OE của các chip nhớ phải
có mức logic nh− trên /OE = /PSEN * /RD.

2.3.3 Giíi thiƯu vỊ chøc năng của các thiết bị đợc sử dụng trên KIT:
2.3.3.1 CPU

Hình 2.3 – Sơ đồ nguyên lý khối CPU

R10
10k
1 2
3
4
5
6
7
8
9
GND
T1
A8
T2
VCC
T2
T0
VCC
T2-EX
CR12

104
T2-EX
STEP
A2
GND
TXD IN
RXD OUT
CR1
104
VCC
GND
U8 MAX232/SO
C1+
1

C1-3
C2+
4

C2-5
VCC
16
GND
15
V+
2

V-6
R1OUT12
R2OUT9

T1IN
11
T2IN
10
R1IN
13
R2IN
8
T1OUT14
T2OUT7
RXD
TXD IN
RXD OUT
VCC
/CS_8255_7SEG_LED
P_COM
5
9
4
8
3
7
2
6
1
TXD
CR8
104
VCC
C8.4

10uF
C8.3
10uF
GND
C8.2
10uF
VCC
C8.1
10uF
GND
C
h
e
á đ
o
ä m
o
n
i
t
o
r
t
h
ì
I
N
T
1
đ

ư
ơ
ïc
n
o
ái
G
N
D
/WR
VCC
/RD
/CS_8255_MATRIX_LED
VCC
ALE
/CS_62256
/PSEN
/CS_62256
CR7
104
/WR
U2 AT28C64
A0
10
A1
9
A2
8
A3
7

A4
6
A5
5
A6
4
A7
3
A8
25
A9
24
A10
21
A11
23
A12
2
D0 11
D1 12
D2 13
D3 15
D4 16
D5 17
D6 18
D7 19
1
A14
VCC
28

G
N
D
1
4
CE
20
OE
22
WE
27
26
A13
U5A7408
1
2 3
1
4
7
CHƯƠNG TRÌNH
NGƯỜI SỬ DỤNG

U9
74HC138
A
1
B
2
C
3

G1
6
G2A
4
G2B
5

Y 015

Y 114
Y 213
Y 312

Y 411
Y 510

Y 69
Y 77
VCC
16
GND
8
U10
74HC138
A
1
B
2
C
3

G1
6
G2A
4
G2B
5

Y 0 15

Y 1 14
Y 2 13
Y 3 12

Y 4 11
Y 5 10

Y 6 9
Y 7 7
VCC
16
GND
8
A13
U4 74HC573
D0 2
D1 3
D2 4
D3 5
D4 6
D5 7

D6 8
D7 9
LE11
OE1
Q0
19
Q1
18
Q2
17
Q3
16
Q4
15
Q5
14
Q6
13
Q7
12
GND
10
VCC
20
/CS_8255_7SEG_EX
J10
1
2
3
4

U3 62256
A010
A19
A28
A37
A46
A55
A64
A73
A825
A924
A1021
A1123
A122
A1326
A141
VSS14
VCC
28
D0
11
D1
12
D2
13
D3
15
D4
16
D5

17
D6
18
D7
19
CS
20
WR
27
OE
22
ALE
U7B
7432
4
5
6
1
4
7
VCC
CR9
104
D0
D2
D1
D4
D3
D5
D6

U11A
7432
1
2
3
D7
VCC
GND
/CS_8255_ADC_DAC
VCC
VCC
CR10
104
D0
D6
D7
D1
D2
D4
D5
D3
VCC
A0
A2
A1
MONITOR
A3
VCC
Y 1.1
12 MHz

VCC
A4
U6A
7404
1
2
14
7
D0
GND
A5
D2
D5
D1
D4
D3
A6 D6
D7
A7
CR4
104
VCC
A9
/CS_8255_LCD_KEY PAD
A12
A11
A13
A10
A14
A15

A1
A0
A6
A2
A4
A7
A8
A10
A5
A3
A12
A9
VCC
A11
A0
A2
A5
A9
A1
A3
A4
A8
A6
A10
A12
A13
A7
A11
A3
A2

A14
A4
A15
/EA
GND
/EA
GND
D3
D0
RST
D1
D2
D6
D5
D4
GND
D7
VCC
GND
CR6
104
VCC
D3
D1
D2
D5
D0
D7
D4
D6

/CS_8255_PULSE_STEPPER
C1.1
33pF
GND
GND
/CS_8255_7SEG_LED_EX12
GND
C1.2
33pF
GND
CR2
104
ADRRESS:
4000H-7FFFH
GND
VCC
VCC
VCC
VCC
CR5
104
GND
/PSEN
SW7.1
SWITCH
2

2 11

33

GND
/WR
ADRRESS:
0000H-1FFFH
RXD
CR3
104
/INT1
/INT0
TXD
U12
74HC138
A
1
B
2
C
3
G1
6
G2A
4
G2B
5

Y 0 15

Y 1 14
Y 2 13
Y 3 12

Y 4 11
Y 5 10

Y 6 9
Y 7 7
VCC
16
GND
8
T1
T0
Đầu vào cho

T0, T1, T2, T2-EX
ở chế CAPTURE

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển

Biên soạn : Lâm tăng Đức  Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang 38

Đây là phần điều khiển trung tâm của bộ KIT, là bộ phận quan trọng nhất. Khối
CPU gồm có chip vi điều khiển chính AT89C52, EEPROM, RAM, mạch chốt, giải m3
địa chỉ... Sơ đồ nguyên lý của khối CPU nh− hình 2.3.

C¸c linh kiƯn chÝnh cã trong khèi :

Vi ®iỊu khiĨn AT89C52

Với thực tế thị tr−ờng của Đà Nẵng, và cả khu vực Miền Trung - Tây Nguyên

nói chung ta chọn AT89C52 là chip dễ dàng mua đ−ợc, bộ nhớ 8Kbyte vừa đủ cho
ch−ơng trình MONITOR điều hành KIT.

-AT89C52 cã 8K Flash ROM lµm bé nhí chơng trình, 256 byte RAM, 32

</div>

<!--links-->