ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 VÀ XÂY DỰNG MODULE THIẾT BỊ TỪ XA BẰNG SÓNG RF

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN.........................................................................................................3
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................4
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................................5
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1......................................................................................................................7
KIẾN THỨC TỔNG QUAN...........................................................................................7
1.1.

Giới thiệu điều khiển từ xa...................................................................................7

1.1.1.

Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF)...................................................7

1.1.2.

Hoạt động.......................................................................................................7

1.2.

Giới thiệu linh kiện sử dụng.................................................................................7

1.2.1
1.2.1.1.

Tổng quan về vi điều khiển AT89c51.............................................................7
Tóm tắt về lịch sử của 8051........................................................................7

1.2.1.2. Kiến trúc vi điều khiển 8051.........................................................................14
1.2.1.3. Các cổng vào ra của 8051...........................................................................26

1.2.2

Tổng quan về PT 2262 và PT2272...............................................................32

1.2.4.

Relay............................................................................................................39

1.2.5 Tụ điện:............................................................................................................40
1.2.6 Điện Trở:.........................................................................................................42
1.2.7 Diode...............................................................................................................43
1.2.8 Led đơn :..........................................................................................................43
1.2.9 Transistor c1815:.............................................................................................44
CHƯƠNG 2....................................................................................................................46
THIẾT KẾ MẠCH.........................................................................................................46
2.1 Sơ đồ khối............................................................................................................... 46
2.1.1 Chức năng nhiệm vụ của từng khối..................................................................46


2.2 Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của mạch.................................................................51
2.2.1 Sơ đồ nguyên lý................................................................................................51
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch.........................................................................52
2.3.2. Khi tắt thiết bị:.................................................................................................53
2.4 Lưu đồ giải thuật.....................................................................................................54
2.5. Code chương trình.................................................................................................54
CHƯƠNG 3....................................................................................................................55
THI CƠNG MẠCH........................................................................................................55
3.1 Dụng cụ sử dụng.....................................................................................................55
3.2 Tiến hành thi công mạch........................................................................................55
3.3 Sản Phẩm hoàn thiện...............................................................................................57

3.4 Hướng Dẫn Sử dụng...............................................................................................57
KẾT LUẬN..................................................................................................................... 59
Tài Liệu Tham Khảo......................................................................................................60


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

Đồ án tập trung nghiên cứu các vấn đề cơ bản của vi điều khiển AT89c51 và xây
dựng module điều khiển thiết bị điện từ xa bằng sóng RF với các nhiệm vụ sau:
-

Nghiện cứu một cách tổng quan về vi điều khiển AT89c51.

-

Thiết kế chế tạo module điều khiển thiết bị điện bằng sóng RF


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt qua trình học tập (2009- 2014) và thời gian làm đồ án tại trường ĐH
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG, em đã nhận được sự hướng dẫn,
giúp đỡ nhiệt tình của q thầy cơ, các anh chị và các bạn. Quý thầy cô không chỉ
truyền đạt cho chúng em những kiến thức về chuyên môn cần thiết sau khi ra trường
mà chúng em còn học hỏi được rất nhiều kiến thức thực tế từ thầy cô trong khoa cũng
như cô hướng dẫn. Do vậy em đã có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp trong đúng thời
gian quy định.
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân
thành tới: Quý thầy cô trường ĐH CNTT &TT đã giảng dạy cho chúng em nhiều kiến
thức quý báu. Bộ môn Công nghệ viễn thông cùng tất cả quý thầy cô trong khoa Công

nghệ điện tử và truyền thông đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để
em thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn tất
khóa học.
Đặc biệt, em xin được cảm ơn thầy giáo …..- giáo viên hướng dẫn đã nhiệt tình
giúp đỡ và chỉ dạy, giúp em định hướng tốt trong trong suốt thời gian hoàn thành đồ án,

Thái nguyên, ngày…tháng….năm 2014
SINH VIÊN THỰC HIỆN


LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan:
Những nội dung trong đồ án này là do em thực hiện dưới sự hướng dấn trực tiếp
của thầy giáo Lê Văn Chung.- giáo viên hướng dẫn, nghiên cứu trên Internet, sách báo,
và các tài liệu trong và ngoài nước có liên quan. Khơng sao chép hay sử dụng bài làm
của bất kỳ ai khác.
Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng
trình, thời gian, địa điểm công bố.
Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan của mình trước Q thầy cơ
và nhà trường.

Thái Nguyên, ngày…tháng…năm 2013
.

SINH VIÊN THỰC HIỆN

LỜI MỞ ĐẦU
Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. điện tử đã đáp ứng
được những địi hỏi khơng ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu

thiết yếu của con người trong cuộc sống hằng ngày. Một trong những ứng dụng quan
trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng RF. Sử dụng RF
được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với
những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao. Xuất
phát từ những ứng dụng đó, em đã thiết kế và lắp ráp một mạch ứng dụng nhỏ trong thu
phát RF: “ Bộ điều khiển từ xa bằng RF ”.
Bộ điều khiển từ xa sau khi thi cơng mạch xong có thể điều khiển được bốn thiết
bị. Mạch sử dụng IC phát PT2262 để mã hóa tín hiệu điều khiển. Dữ liệu sau khi mã hóa
sẽ được truyền đi bằng modul phát RF 315Mhz , tín hiệu sẽ được thu bưởi khối thu RF,
dữ liệu sẽ được giải mã bằng PT2272 và đưa về vi xử lý. Vi xử lý xử lý tín hiệu đưa về từ
PT2272 và điều khiển khối Relay để bật những thiết bị được yêu cầu mở bởi bên phát.
Nội Dung báo cáo gồm 3 chương:
Chương 1: Kiến Thức Tổng Quan
Chương 2:Thiết Kế Mạch
Chương 3:Thi Công Mạch
Đề tài này giúp em hiểu rõ hơn về nguyên lý thu phát và ứng dụng những lý thuyết
được học vào thực tế. đồng thời tìm hiểu thêm những điều chưa được học và nâng cao kỹ
năng thực hành cũng như là những ứng dụng của mạch trong thực tế. Qua quá trình
nghiên cứu và thực hiện thì em:
1.
-

Đã làm được:
Mạch đã có thể chạy ổn định.
Kết hợp được moldul phát với vi điều khiển.
Điều khiển tín hiệu dạng on/off từ phím bấm sang vi điều khiển và vi điều khiển xuất
lệnh thực thi sang bên phát gửi đi.
2. Chưa làm được:

- Mạch còn hạn chế về số thiết bị điều khiển,chỉ mới điều khiển được 2 thiết bị
- Chưa chế tạo được module thu phát mà phải mua
3. Hướng phát triển của đề tài:
- Thiết kế điều khiển nhiều hơn 2 thiết bị, tối đa đươc 15x256 thiết bị.
- Mở rộng điều khiển thiết bị bằng tin nhắn SMS hay internet.
CHƯƠNG 1
KIẾN THỨC TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu điều khiển từ xa


Ít người biết rằng những chiếc điều khiển từ xa đầu tiên trên thế giới được ra đời
nhằm mục đích phục vụ cho chiến tranh. Các loại điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến
xuất hiện vào chiến tranh thế giới I nhằm hướng dẫn các tàu hải quân Đức đâm vào
thuyền của quân Đồng Minh.
Đến chiến tranh thế giới II, điều khiển từ xa dùng để kích nổ những quả bom. Sau
chiến tranh, công nghệ tuyệt vời của chúng tiếp tục được cải tiến để phục vụ đắc lực
trong đời sống con người. Và đến nay, có thể nói, gần như ai cũng đã từng sử dụng điều
khiển từ xa để điều khiển một thiết bị nào đó.
Ban đầu, người ta dùng điều khiển từ xa sử dụng công nghệ tần số vô tuyến RF
(Radio Frequency) và sau đó bắt đầu ứng dụng cơng nghệ hồng ngoại IR (Infrared
Remote) vào điều khiển từ xa. Hiện nay trong đời sống, chúng ta sử dụng cả hai loại điều
khiển từ xa này.
1.1.1. Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF)
Là loại điều khiển từ xa xuất hiện đầu tiên và đến nay vẫn giữ một vai trò quan
trọng và phổ biến trong đời sống. Nếu điều khiển IR chỉ dùng trong nhà thì điều khiển RF
lại dùng cho nhiều vật dụng bên ngoài như các thiết bị mở cửa gara xe, hệ thống báo hiệu
cho xem các loại đồ chơi điện tử từ xa thậm chí kiểm soát vệ tinh và các hệ thống máy
tính xách tay và điện thoại thông minh…
1.1.2. Hoạt động
Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điều khiển bằng

tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tfn hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóng vơ tuyến
tương ứng với các lệnh nhị phân. Bộ phận thu sóng vơ tuyến trên thiết bị được điều khiển
nhận tín hiệu và giải mã nó.
1.2. Giới thiệu linh kiện sử dụng
1.2.1 Tổng quan về vi điều khiển AT89c51
1.2.1.1. Tóm tắt về lịch sử của 8051
Vào năm 1981 hãng Intel giới thiệu một số bộ vi điều khiển được gọi là 8051. Bộ
vi điều khiển này có 128 byte RAM, 4K byte ROM trên chip, hai bộ định thời, một cổng
nối tiếp và 4 cổng (đều rộng 8 bit) vào – ra tất cả được đặt trên một chip. Lúc ấy nó được
coi là một “hệ thống trên chip”. 8051 là một bộ xử lý 8 bit có nghĩa là CPU chỉ có thể
làm việc với 8 bit dữ liệu tại một thời điểm. Dữ liệu lớn hơn 8 bit được chia ra thành các
dự liệu 8 bit để xử lý. 8051 có tất cả 4 cổng vào – ra I/O mỗi cổng rộng 8 bit. Mặc dù
8051 có thể có một ROM trên chip cực đại là 64K byte, nhưng các nhà sản xuất lúc đó đã
cho xuất xưởng chỉ với 4K byte ROM trên chip.
8051 đã trở lên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất và
bán bất kỳ dạng biến thể nào của 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để lại mã tương
thích với 8051. Điều này dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của 8051 với các tốc độ khác


nhau và dung lượng ROM trên chip khác nhau được bán bởi hơn nửa các nhà sản xuất.
Điều này quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể khác nhau của 8051 về tốc độ và dung
lượng nhớ ROM trên chip, nhưng tất cả chúng đều tương thích với 8051 ban đầu về các
lệnh. Điều này có nghĩa là nếu viết chương trình của mình cho một phiên bản nào đó thì
nó cũng sẽ chạy với mọi phiên bản bất kỳ khác mà khơng phân biệt nó được sản xuất từ
hãng nào.
Các đặc tính của 8051 đầu tiên:
Đặc Tính
ROM trên chip
RAM
Bộ định thời

Các chân vào – ra
Cổng nối tiếp
Nguồn ngắt

Số Lượng
4K byte
128 byte
2
32
1
6

2. Bộ vi điều khiển 8051
Bộ vi điều khiển 8051 là thành viên đầu tiên của họ 8051. Hãng Intel ký hiệu nó như là
MCS51.


Sơ đồ khối của 8051
- Các thành viên khác của họ 8051
a. Bộ vi điều khiển 8052
Bộ vi điều khiển 8052 là một thành viên khác của họ 8051, 8052 có tất cả
các đặc tính chuẩn của 8051 ngoài ra nó có thêm 128 byte RAM và một bộ định thời nữa.
Hay nói cách khác là 8052 có 256 byte RAM và 3 bộ định thời. Nó cũng có 8K byte
ROM. Trên chíp thay vì 4K byte như 8051.
Đặc tính
8051
ROM trên chip
4K byte
RAM
128 byte

Bộ định thời
2
Chân vào - ra
32
Cổng nối tiếp
1
Nguồn ngắt
6
So sánh các đặc tính của các thành viên họ 8051

8052
8K byte
256 byte
3
32
1
8

8031
OK
128 byte
2
32
1
6

Như nhìn thấy từ bảng trên thì 8051 là tập con của 8052. Do vậy tất cả mọi chương trình
viết cho 8051 đều chạy trên 8052 nhưng điều ngược lại là không đúng.
b. Bộ vi điều khiển 8031
Một thành viên khác nữa của 8051 là chíp 8031. Chíp này thường được coi

như là 8051 khơng có ROM trên chíp vì nó có OK byte ROM trên chíp. Để sử dụng chíp
này ta phải bổ xung ROM ngoài cho nó. ROM ngoài phải chứa chương trình mà 8031 sẽ
nạp và thực hiện. So với 8051 mà chương trình được chứa trong ROM trên chíp bị giới
hạn bởi 4K byte, còn ROM ngoài chứa chương trinh được gắn vào 8031 thì có thể lớn
đến 64K byte. Khi bổ xung cổng, như vậy chỉ còn lại 2 cổng để thao tác. Để giải quyết
vấn đề này ta có thể bổ xung cổng vào - ra cho 8031. Phối phép 8031 với bộ nhớ và cổng
vào - ra. Ngoài ra cịn có các phiên bản khác nhau về tốc độ của 8031 từ các hãng sản
xuất khác nhau.
- Các bộ vi điều khiển 8051 từ các hãng khác nhau
a. Bộ vi điều khiển 8751
Chíp 8751 chỉ có 4K byte bộ nhớ UV-EPROM trên chíp. Để sử dụng chíp
này để phát triển yêu cầu truy cập đến một bộ đốt PROM cũng như bộ xoá UV- EPROM
để xoá nội dung của bộ nhớ UV-EPROM bên trong 8751 trước khi ta có thể lập trình lại
nó. Do một thực tế là ROM trên chíp đối với 8751 là UV-EPROM nên cần phải mất 20
phút để xoá 8751 trước khi nó có thể được lập trình trở lại. Điều này đã dẫn đến nhiều


nhà sản xuất giới thiệu các phiên bản Flash Rom và UV-RAM của 8051. Ngoài ra cịn có
nhiều phiên bản với các tốc độ khác nhau của 8751 từ nhiều hãng khác nhau.
b. Bộ vi điều khiển AT8951 từ Atmel Corporation
Chíp 8051 phổ biến này có ROM trên chíp ở dạng bộ nhớ Flash. Điều này
là lý tưởng đối với những phát triển nhanh vì bộ nhớ Flash có thể được xoá trong vài giây
trong tương quan so với 20 phút hoặc hơn mà 8751 yêu cầu. Vì lý do này mà AT89C51
để phát triển một hệ thống dựa trên bộ vi điều khiển yêu cầu một bộ đốt ROM mà có hỗ
trợ bộ nhớ Flash. Tuy nhiên lại khơng yêu cầu bộ xoá ROM. Lưu ý rằng trong bộ nhớ
Flash ta phải xoá toàn bộ nội dung của ROM nhằm để lập trình lại cho nó. Việc xoá bộ
nhớ Flash được thực hiện bởi chính bộ đốt PROM và đây chính là lý do tại sao lại khơng
cần đến bộ xoá. Để loại trừ nhu cầu đối với một bộ đốt PROM hãng Atmel đang nghiên
cứu một phiên bản của AT 89C51 có thể được lập trình qua cổng truyền thơng COM của
máy tính IBM PC.

Số linh kiện

ROM

RAM

Chân
I/O

Timer

Ngắt

Vcc

Đóng
vỏ

AT89C51

4K

128

32

2

6

5V

40

AT89LV51

4K

128

32

2

6

3V

40

AT89C1051

1K

64

15

1

3

3V

20

AT89C2051

2K

128

15

2

6

3V

20

AT89C52

8K

128

32

3

8

5V

40

AT89LV52

8K

128

32

3

8

3V

40

Các phiên bản của 8051 từ Atmel (Flash ROM).
Chữ C trong ký hiệu AT89C51 là CMOS.


Cũng có những phiên bản đóng vỏ và tốc độ khác nhau của những sản phẩm trên đây.

Xem bảng dưới. Ví dụ để ý rằng chữ “C” đứng trước số 51 trong AT 89C51 -12PC là ký
hiệu cho CMOS “12” ký hiệu cho 12 MHZ và “P” là kiểu đóng vỏ DIP và chữ “C” cuối
cùng là ký hiệu cho thương mại (ngược với chữ “M” là quân sự ). Thông thường
AT89C51 - 12PC rất lý tưởng cho các dự án của học sinh, sinh viên.
Mã linh kiện

Tốc độ

Số chân

Đóng vỏ

Mục đích

AT89C5112PC

42MHZ

40

DTP

Thương mại

Các phiên bản 8051 với tốc độ khác nhau của Atmel.
c. Bộ vi điều khiển DS5000 từ hãng Dallas Semiconductor
Một phiên bản phổ biến khác nữa của 8051 là DS5000 của hãng Dallas
Semiconductor. Bộ nhớ ROM trên chíp của DS5000 ở dưới dạng NV-RAM. Khả năng
đọc/ ghi của nó cho phép chương trình được nạp vào ROM trên chíp trong khi nó vẫn ở
trong hệ thống (khơng cần phải lấy ra). Điều này cịn có thể được thực hiện thơng qua

cổng nối tiếp của máy tính IBM PC. Việc nạp chương trình trong hệ thống (in-system)
của DS5000 thơng qua cổng nối tiếp của PC làm cho nó trở thành một hệ thống phát triển
tại chỗ lý tưởng. Một ưu việt của NV-RAM là khả năng thay đổi nội dung của ROM theo
từng byte tại một thời điểm. Điều này tương phản với bộ nhớ Flash và EPROM mà bộ
nhớ của chúng phải được xoá sạch trước khi lập trình lại cho chúng.
Mã linh kiện ROM

RAM

Chân I/O Timer

DS5000-8

8K

128

32

2

DS5000-32

32K

128

32

DS5000T-8

8K

128

DS5000T-8

32K

128

Ngắt

Vcc

Đóng
vỏ

6

5V

40

2

6

5V

40

32

2

6

5V

40

32

2

6

5V

40

Các phiên bản 8051 từ hãng Dallas Semiconductor.
Chữ “T” đứng sau 5000 là có đồng hồ thời gian thực.
Lưu ý rằng đồng hồ thời gian thực RTC là khác với bộ định thời Timer. RTC tạo và giữ
thời gian l phút giờ, ngày, tháng - năm kể cả khi tắt nguồn.


Cịn có nhiều phiên bản DS5000 với những tốc độ và kiểu đóng gói khác nhau. Ví dụ
DS5000-8-8 có 8K NV-RAM và tốc đọ 8MHZ. Thông thường DS5000-8-12 hoặc

DS5000T-8-12 là lý tưởng đối với các dự án của sinh viên.
Mã linh kiện

NV- RAM

Tốc độ

DS5000-8-8

8K

8MHz

DS5000-8-12

8K

12MHz

DS5000-32-8

32K

8MHz

DS5000T-32-12

32K

8MHz (with RTC)

DS5000-32-12

32K

12MHz

DS5000-8-12

8K

12MHz (with RTC)

Các phiên bản của DS5000 với các tốc độ khác nhau
d. Phiên bản OTP của 8051
Các phiên bản OTP của 8051 là các chíp 8051 có thể lập trình được một lần và
được cung cấp từ nhiều hãng sản xuất khác nhau. Các phiên bản Flash và NV-RAM
thường được dùng để phát triển sản phẩm mẫu. Khi một sản pohẩm được thiết kế và được
hoàn thiện tuyệt đối thì phiên bản OTP của 8051 được dùng để sản hàng loạt vì nó rẻ hơn
rất nhiều theo giá thành một đơn vị sản phẩm.
e. Họ 8051 từ Hãng Philips
Một nhà sản xuất chính của họ 8051 khác nữa là Philips Corporation. Thật vậy,
hãng này có một dải lựa chọn rộng lớn cho các bộ vi điều khiển họ 8051. Nhiều sản phẩm
của hãng đã có kèm theo các đặc tính như các bộ chuyển đổi ADC, DAC, cổng I/0 mở
rộng và cả các phiên bản OTP và Flash.


-

1.2.1.2. Kiến trúc vi điều khiển 8051

Tổ chức bộ nhớ
Các vi điều khiển thuộc họ 8051 đều tổ chức thành 2 khơng gian chương trình và
dữ liệu, hình 1 và hình 2 sẽ mơ tả điều này. Kiến trúc vi xử lý 8 bit của 8051 này cho
phép truy nhập và tính toán nhanh hơn đối với khơng 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.
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 khơng 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).

Hình 1: Cấu trúc vi điều khiển 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 khơng 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.
Bộ nhớ chương trình


Hình 2: Cấu trúc bộ nhớ chương trình

Hình 3: Địa chỉ các ngắt trên bộ nhớ chương trình

-

Hình 2 mơ tả cấu trúc bộ nhớ chương trình. Sau khi khởi động, CPU bắt đầu thực hiện

chương trình ở vị trí 0000H.
Hình 3 mơ tả địa chỉ ngắt mặc định trên bộ nhớ chương trình. Mối 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 khơng 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).
Bộ nhớ dữ liệu


Hình 4: Cấu trúc bộ nhớ dữ liệu
Hình 4 mơ 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 5 mơ 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.

Hình 5: Cấu trúc bộ nhớ trong
Hình 6 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.


Hình 6: Cấu trúc 128 byte thấp của bộ nhớ dữ liệu trong
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 cịn 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.


-

Hình 7: Cấu trúc 128 byte cao của bộ nhớ dữ liệu
Bên trong 8051
Các thanh ghi
Trong bộ vi điều khiển các thanh ghi được dùng để lưu cất thông tin tạm thời, những
thơng tin này có thể là một byte dữ liệu cần được sử lý hoặc là một địa chỉ đến dữ liệu
cần được nạp.
Phần lớn các thanh ghi của 8051 là các thanh ghi 8 bit. Trong 8051 chỉ có một kiểu dữ
liệu: Loại 8 bit, 8 bit của một thanh ghi được trình bày như sau :
D
7

D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

Với MBS (Most Sigfican bit) là bit có giá trị cao nhất D7 cho đến LBS (Leart Significant
bit) là bit có giá trị thấp nhất D0. Với một kiểu dữ liệu 8 bit thì bất kỳ dữ liệu nào lớn hơn
8 bit đều phải được chia thành các khúc 8 bit trước khi được xử lý.


Thanh ghi 8 bit của 8051

Thanh ghi 16 bit của 8051
Các thanh ghi được sử dụng rộng rãi nhất của 8051 là A (thanh ghi tích lũy), B, R0 – R7,
DPTR (con trỏ dữ liệu) và PC (bộ đếm chương trình). Tất cả các dữ liệu trên đều là thanh
ghi 8 bit, trừ DPTR và PC là 16 bit.
Thanh ghi tích lũy A được sử dụng cho tất cả mọi phép toán số học và logic.
Các thanh ghi đặc biệt.
8051 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. Hình 8 mơ tả các thanh ghi đặc biệt
trong vùng nhớ dữ liệu 80H đến FFH và giá trị của chúng sau khi Reset.


Hình 8: Các thanh ghi đặc biệt
Thanh ghi chính:
Thanh ghi tính toán chính của vi điều khiển 8051 ACC (Accumulator). Là thanh ghi đặc
biệt của 8051 dùng để thực hiện các phép toán của CPU, thường kí hiệu là A.
Thanh ghi phụ:
Thanh ghi tính toán phụ của vi điều khiển 8051 là B. Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được
dùng chung với thanh chứa A trong các phép toán nhân, chia. Lệnh MUL AB nhân 2 số 8
bit không dấu chứa trong A và B và chứa kết quả 16 bit vào cặp thanh ghi B, A (thanh
chứa A cất byte thấp và thanh ghi B cất byte cao).
Lệnh chia DIV AB chia A bởi B, thương số cất trong thanh chứa A và dư số cất trong
thanh ghi B. Thanh ghi B còn được xử lý như một thanh ghi nháp. Các bit được định địa
chỉ của thanh ghi B có địa chỉ từ F0H đến F7H.
Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW):


Thanh ghi trạng thái chương trình PSW (địa chỉ: D0H) là thanh ghi mơ tả toàn bộ trạng
thái chương trình đang hoạt động của hệ thống. Hai bảng sau sẽ mơ tả thanh ghi này.

7

6

5

4

3

2

1

0

CY

AC

F0

RS1

RS0

OV

-

P

Thanh ghi trạng thái chương trình PSW
Địa
Chỉ

Mơ tả Bit

D7H

Cờ nhớ (Carry Flag): được Set nếu có Bit nhớ
từ Bit 7 trong phép cộng hoặc có Bit mượn cho
Bit 7 trong phép trừ.

PSW.6 AC

D6H

Cờ nhớ phụ: được Set trong phép cộng nếu có
Bit nhớ từ Bit 3 sang Bit 4 hoặc kết quả trong 4
Bit thấp nằm trong khoảng 0AH->0FH.

PSW.5 FO

D5H

Cờ O: dành cho người sử dụng.

PSW.4 RS1

D4H

Chọn dãy thanh ghi (Bit 1)

Bit

Ký
Hiệu

PSW.7 CY

Chọn dãy thanh ghi (Bit 0)
00=Bank 0: Địa chỉ 00H->07H
PSW.3 RS0

D3H

01=Bank 1: Địa chỉ 08H->0FH
10=Bank 2: Địa chỉ 10H->17H
11=Bank 3: Địa chỉ 18H->1FH

PSW.2 OV

D2H

Cờ tràn (Overflow Flag): được Set khi phép
toán có dấu có kết quả > +127 hoặc < -128.

PSW.1 -

D1H

Chưa dùng

D0H

Cờ kiểm tra chẵn lẻ: được Set hoặc Clear bởi
phần cứng sau mỗi 1 chu kỳ lệnh, để chỉ ra rằng
có 1 số chẵn hoặc số lẻ Bit 1 trong thanh chứa.

PSW.0 P


Chi tiết các bit trong thanh ghi PSW
Thanh ghi ngăn xếp (Stack Pointer):
Con trỏ stack SP (stack pointer) là 1 thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H. SP chứa địa chỉ của dữ
liệu hiện đang ở đỉnh của stack. Các lệnh liên quan đến satck bao gồm lệnh cất dữ liệu
vào stack và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi stack. Việc cất vào stack làm tăng SP trước khi ghi
dữ liệu và việc lấy dữ liệu ra khỏi stack sẽ giảm SP. Vùng stack của 8051 được giữ trong
RAM nội và được giới hạn đến các địa chỉ truy xuất được bởi kiểu định địa chỉ gián tiếp.
Các lệnh PUSH và POP sẽ cất dữ liệu vào stack và lấy dữ liệu từ stack, các lệnh gọi
chương trình con (ACALL, LCALL) và lệnh trở về (RET, RETI) cũng cất và phục hồi
nội dung của bộ đếm chương trình PC (Program counter)
Con trỏ dữ liệu DPTR:
Con trỏ dữ liệu DPTR (data pointer) được dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài
hoặc bộ nhớ dữ liệu ngoài. DPTR là một thanh ghi 16 bit có địa chỉ là 82H (DPL, byte
thấp) và 83H (DPH, byte cao).
Thanh ghi các cổng P0-P3:
Các port xuất/nhập của 8051 bao gồm Port 0 tại địa chỉ 80H, Port 1 tại địa chỉ 90H, Port
2 tại địa chỉ A0H và Port 3 tại địa chỉ B0H. Tất cả các port đều được định địa chỉ từng bit

nhằm cung cấp các khả năng giao tiếp mạnh.
Thanh ghi bộ đệm truyền thông nối tiếp (Serial Data Buffer):
Bộ đệm truyền thông được chia thành hai bộ đệm, bộ đệm truyền dữ liệu và bộ
đệm nhận dữ liệu. Khi dữ liệu được chuyển vào thanh ghi SBUF, dữ liệu sẽ được chuyển
vào bộ đệm truyền dữ liệu và sẽ được lưu giữ ở đó cho đến khi quá trình truyền dữ liệu
qua truyền thông nối tiếp kết thúc. Khi thực hiện việc chuyển dữ liệu từ SBUF ra ngoài,
dữ liệu sẽ được lấy từ bộ đệm nhận dữ liệu của truyền thông nối tiếp.
Thanh ghi của bộ định thời/bộ đếm:
8051 có 2 bộ đếm/định thời (counter/timer) 16 bit để định các khoảng thời gian hoặc để
đếm các sự kiện. Các cặp thanh ghi (TH0, TL0) và (TH1, TL1) là các thanh ghi của bộ
đếm thời gian. Bộ định thời 0 có địa chỉ 8AH (TL0, byte thấp) và 8CH (TH0, byte cao).
Bộ định thời 1 có địa chỉ 8BH (TL1, byte thấp) và 8DH (TH1, byte cao).
Hoạt động của bộ định thời được thiết lập bởi thanh ghi chế độ định thời TMOD (Timer
Mode Register) ở địa chỉ 88H. Chỉ có TCON được định địa chỉ từng bit.
Các thanh ghi điều khiển:
Các thanh ghi điều khiển đặc biệt như IP, IE, TMOD, TCON, SCON và PCON là các
thanh ghi điều khiển và ghi nhận trạng thái của hệ thống ngắt, bộ đếm/định thời, truyền
thông nối tiếp.
- Truy xuất dữ liệu


8051 có các kiểu truy xuất địa chỉ khác nhau:
-

Thanh ghi (Register)
Trực tiếp (Direct)
Gián tiếp (Indirect)
Tức thời (Immediate)
Tương đối (Relative)
Tuyệt đối (Absolute)

Dài (Long)
Chỉ số (Indexed)
Truy xuất địa chỉ thanh ghi
8051 cho phép truy xuất 8 thanh ghi “làm việc”, được đánh số từ R0 → R7. Các
lệnh sử dụng kiểu định địa chỉ thanh ghi được mã hóa bằng các dùng 3 bit thấp nhất của
opcode( của lệnh) để chỉ ra 1 thanh ghi bên trong không gian địa chỉ logic này.
Vậy : 1 mã chức năng + địa chỉ toán hạng → 1 lệnh ngắn 1 byte.
Truy xuất địa chỉ kiểu trực tiếp
Kiểu định địa chỉ trực tiếp được sử dụng để truy xuất các biến nhớ hoặc các thanh ghi
trên chip. Một byte thêm vào tiếp theo opcode dùng để xác định địa chỉ. Trong 8051 có
128 byte bộ nhớ RAM. Bộ nhớ RAM được gán địa chỉ từ 00H đến FFH và được phân
chia như sau:
Các ngăn nhớ từ 00H đến 1FH được gán cho các băng thanh ghi và ngăn xếp
Các ngăn nhớ từ 20H đến 2FH được dành cho khơng gian định địa chỉ bít để lưu dữ liệu
theo từng bit
Các ngăn nhớ từ 30H đến 7FH là khơng gian để lưu dữ liệu có kích thước 1 byte
Chế độ định địa chỉ trực tiếp có thể truy cập toàn bộ khơng gian của bộ nhớ RAM. Tuy
nhiên, chế độ này thường được dùng để truy cập các ngăn nhớ RAM từ 30H đến 7FH, vì
thực tế đối với khơng gian nhớ danh cho băng thanh ghi thì đã được truy cập bằng tên
thanh ghi như R0- R7. ở chế độ định địa chỉ trực tiếp , địa chỉ ngăn nhớ RAM chứa dữ
liệu là toán hạng của lệnh.
Ví dụ:
MOV R0, 40

; sao nội dung ngăn nhớ 40H của RAM vào R0

MOV R4, 7FH ; chuyển nội dung ngăn nhớ 7FH vào R4.


Một ứng dụng quan trọng của chế độ định địa chỉ trực tiếp là ngăn xếp. Trong họ 8051,

chỉ có chế độ định địa chỉ trực tiếp là được phép cất và lấy dữ liệu từ ngăn xếp
- Truy xuất địa chỉ kiểu gián tiếp
Ở chế độ này, thanh ghi được dùng để trỏ đến dữ liệu có trong bộ nhớ.
Nếu dữ liệu có trên chip CPU thì chỉ các thanh ghi R0 và R1 mới được sử dụng, và như
vậy cũng có nghĩa là khơng thể dùng các thanh ghi R2-R7 để trỏ đến địa chỉ của toán
hạng ở chế độ định địa chỉ này. Nếu R0 và R1 được dùng làm con trỏ, nghĩa là chúng lưu
địa chỉ của ngăn nhớ RAM thì trước các thanh ghi cần đặt dấu " @" như các ví dụ sau:
MOV A, @R0

; chuyển ngăn nhớ RAM có địa chỉ ở R0 vào A

MOV @R1, B

; chuyển B vào ngăn nhớ RAM có địa chỉ ở R1

Chú ý: ở đây R0 cũng như R1 đều có dấu "@" đứng trước. Nếu khơng có dấu "@" đứng
trước thì đó là lệnh chuyển nội dung thanh ghi R0 và R1 chứ không phải dữ liệu ngăn
nhớ có địa chỉ trong R0 và R1. Một trong những ưu diểm của chế độ định địa chỉ gián
tiếp là cho phép truy cập dữ liệu linh hoạt hơn so với chế độ định địa chỉ trực tiếp. Tuy
nhiên R0 và R1 là các thanh ghi 8 bit, nên chúng chỉ được phép truy cập đến các ngăn
nhớ RAM trong, từ địa chỉ 30H đến 7FH và các thanh ghi SFR. Trong thực tế, có nhiều
trường hợp cần truy cập dữ liệu được cất ở RAM ngoài hoặc khơng gian ROM trên chip.
Trong những trường hợp đó chúng ta cần sử dụng thanh ghi 16 bit DPTR.
Truy xuất địa chỉ kiểu tức thời
Khi toán hạng là một hằng số thay vì là một biến, hằng số này có thể đưa vào lệnh và đây
là byte dữ liệu tức thời.

-

Trong hợp ngữ, các toàn hạng tức thời được nhận biết nhờ vào ký tự ‘# ‘ đặt trước

chúng. Toán hạng này có thể là một hằng số học, một biến hoặc một biểu thức số học sử
dụng các hằng số, các ký hiệu và các toán tử. Trình dịch hợp ngữ tính giá trị và thay thế
dữ liệu tức thời vào trong lệnh.
Ví dụ lệnh : MOV A, #12 ;Nạp giá trị 12(OCH) vào thanh chứa A

-

Tất cả các lệnh sử dụng kiểu định địa chỉ tức thời đều sử dụng hằng dữ liệu 8 bit
làm dữ liệu tức thời. Có một ngoại lệ khi ta khởi động con trỏ dữ liệu 16-bit DPTR, hằng
địa chỉ 16 bit được cần đến.
Truy xuất địa chỉ kiểu tương đối
Kiểu định địa chỉ tương đối chỉ được sử dụng cho các lệnh nhảy. Một địa chỉ tương đối
là một giá trị 8 bit có dấu. Giá trị này được cộng với một bộ đếm chương trình để tạo ra
địa chỉ của lệnh tiếp theo cần thực thi. Định địa chỉ tương đối có điểm lợi là cung cấp cho


-

-

-

ta mã khơng phụ thuộc vào vị trí, nhưng lại có điểm bất lợi là các đích nhảy bị giới hạn
trong tầm.
Truy xuất địa chỉ kiểu tuyệt đối
Kiểu định địa chỉ này được sử dụng với các lệnh ACAll và AJMP. Đây là các lệnh 2 byte
cho phép rẽ nhánh chương trình trong trang 2k hiện hành của bộ nhớ chương trình bằng
cách cung cấp 11 bit thấp của địa chỉ đích. Trong đó có 3 bit cao (A8-A10) và 8 bit thấp
(A0-A7) thành lập byte thứ 2 của lệnh
Truy xuất địa chỉ kiểu dài

Kiểu định địa chỉ dài chỉ được dùng cho các lệnh LCALL và LJMP. Các lệnh 3 byte này
chứa địa chỉ đích 16 bit. Lợi ích của kiểu định địa chỉ này là sử dụng hết toàn bộ khơng
gian nhớ chương trình 64K, nhưng lại có điểm bất lợi là lệnh dài đến 3-byte và phụ thuộc
vào vị trí.
Truy xuất địa chỉ kiểu chỉ số
Chế độ định địa chỉ chỉ số được sử dụng rộng rãi khi truy cập các phần tử dữ liệu của
bảng trong khơng gian ROM chương trình của 8051. Lệnh được dùng cho mục đích này
là "MOVC A, @A+DPTR". Thanh ghi 16 bit DPTR và thanh ghi A được dùng để tạo ra
địa chỉ của phần tử dữ liệu được lưu trong ROM trên chip. ở lệnh này, nội dung của A
được cộng với nội dung thanh ghi 16- bit DPTR để tạo ra địa chỉ 16 bit.
Các loại lệnh trong 8051

o
o
o
o
o
o
o

Các lệnh số học
Các lệnh logic
Các lệnh di chuyển dữ liệu
Các lệnh xử lý bit
Các lệnh rẽ nhánh
Các lệnh dịch và quay
Các lệnh làm việc với ngăn xếp


1.2.1.3. Các cổng vào ra của 8051

Mô tả chân của 8051
Mặc dù các thành viên của họ 8051 (ví dụ 8751, 89C51, DS5000) đều có các kiểu
đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn như hai hàng chân DIP (Dual In-Line Pakage) dạng vỏ dẹt
vng QFP (Quad Flat Pakage) và dạng chíp khơng có chân đỡ LLC (Leadless Chip
Carrier) thì chúng đều có 40 chân cho các chức năng khác nhau như vào/ra I/0, đọc RD,
ghi WR, địa chỉ, dữ liệu và ngắt. Cần phải lưu ý rằng một số hãng cung cấp một phiên
bản 8051 có 20 chân với số cổng vào-ra ít hơn cho các ứng dụng yêu cầu thấp hơn. Tuy
nhiên, vì hầu hết các nhà phát triển chính sử dụng chíp đóng vỏ 40 chân với hai hàng
chân DIP nên ta chỉ tập trung mô tả phiên bản này.

Hình 1: Sơ đồ bố trí chân của 8051
Hình 1 trên là sơ đồ bố trí chân của 8051. Ta thấy rằng trong 40 chân thì có 32 chân dành
cho các cổng P0, P1, P2 và P3 với mỗi cổng có 8 chân. Các chân cịn lại được dành cho
nguồn VCC, đất GND, các chân dao động XTAL1 và XTAL2, chân Reset RST, chân cho
phép chốt địa chỉ ALE, chân truy cập địa chỉ ngoài EA, cho phép cất chương trình PSEN.
Trong 8 chân này thì 6 chân VCC , GND, XTAL1, XTAL2, RST và EA được các họ 8051
sử dụng. Hay nói cách khác là chúng phải được nối để cho hệ thống làm việc. Còn hai
chân khác là PSEN và ALE được sử dụng chủ yếu trong các họ 8031.