Trng HCN H Ni Khoa in t Bộ CÔNG THƯƠNg Trờng đại học công nghiệp hà nội Khoa điện tử đồ án môn: Vi điều khiển Đề tài: Thiết kế đồng hồ số hiển thị bằng 8 Led 7 đoạn Sinh viên thực hiên: Đinh Thị Ngần Đoàn Trọng Linh Vũ Thị Thu Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Anh Dũng File ớnh kốm 001.rar Hà nội -11/2009 1 Trng HCN H Ni Khoa in t Mục lục Chơng I: Giới thiệu chung về bộ vi điều khiển I.Giới thiệu chung về bộ vi điều khiển. II.Khảo sát bộ vi điều khiển 8051(89s52). A. Kiến trúc phần cứng của 8051. B. Sơ đồ,chức năng các chân của vi điều khiển. 1.Chân nguồn. 2.Chân điều khiển. a.Nhóm vào điều khiển. b.Nhóm ra điều khiển. C. Các thanh ghi. 1.Các thanh ghi port xuất nhập. 2.Các thanh ghi timer. 3.Thanh ghi port nối tiếp. 4.Thanh ghi ngắt. 5.Hoạt động của bộ định thời a.Thanh ghi chế độ (TMOD). b.Thanh ghi điều khiển timer(TCON). 6.Hoạt động của port nối tiếp. 7.Các ngắt của 8051. Chơng II: Đồng hồ số hiển thị bằng 8 led 7 thanh I.Các thiết bị sử dụng trong mạch. II.Lu đồ thuật toán. Mã nguồn chơng trình. 2 Trng HCN H Ni Khoa in t LờI NóI ĐầU Hin nay th gii ang khụng ngng phỏt trin, cỏc thnh tu v khoa hc v k thut ngy mt nhiu. Nm 1976 Intel gii thiu b vi iu khin u tiờn 7448, t ú n nay vi iu khin ó c s dng rt nhiu , ph bin nhiu lnh vc trong i sng. Trong phm vi ỏn ln ny, chỳng em dựng vi iu khin thiết kế mô hình đồng hồ số hiển thị bằng 8 led 7 thanh.õy ch l mt trong nhng ng dng rt nh ca vi iu khin nhng qua quỏ trỡnh thit k v thi cụng ti chỳng em ó rỳt ra c rt nhiu kinh nghiờm thc tin quý bỏu. Mc ớch ca ti hng n: to ra bc u cho sinh viờn th nghim nhng ng dng ca vi điều khiển trong thc tin ri t ú tỡm tũi, phỏt trin nhiu ng dng khỏc trong i sng hng ngy cn n. Mc dự ó c gng ht sc mỡnh hon thnh xong ỏn mụn hc nhng cng khụng trỏnh khi nhng thiu sút và điều cha đợc về sản phẩm của mình. Do vy, chỳng em rt mong c s gúp ý quý bỏu ca thy cụ v cỏc bn ti cú th hon thin hơn. Chỳng em xin chõn thnh cm n! Sinh viên thực hiện: Đinh Thị Ngần Đoàn Trọng Linh Vũ Thị Thu 3 Trng HCN H Ni Khoa in t Chơng I Giới thiệu chung về bộ vi điều khiển I.Giới thiệu chung về bộ vi điều khiển: Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-contronller, là mạch tích hợp trên một chíp có thể lập trình đợc, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống. Theo các tập lệnh của ngời lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo lờng thời gian và tiến hành đọc mở một cơ cấu nào đó. Trong các thiết bị điện và điện tử dân dụng, thiết bị tự động hoá các bộ vi điều khiển, điều khiển hoạt động của các thiết bị này Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển đợc sử dụng trong điều khiển robot, dây chuyền tự động Các hệ thống càng thông minh thì vai trò của vi điều khiển càng quan trọng. II. Khảo sát bộ vi điều khiển 8051(89S52) Họ vi điều khiển 8051 (còn gọi là họ C51) là một trong những họ vi điều khiển thông dụng nhất. Đây là các bộ vi điều khiển 8bits, có kiến trúc theo kiểusản xuất theo công nghệ CMOS, Một số loại vi điều khiển thuộc họ 8051 thông dụng có thể kể ra : AT89C2051(20 chân), AT89C4051(20 chân), AT89C51(40 chân), AT89C52(40 chân), AT89S51(40 chân), AT89S52(40 chân), AT89S53(40 chân) Trong chơng trình môn học này chúng ta tập trung nghiên cứu về bộ vi điều khiển 89S52. Đây là một bộ vi điều khiển thông dụng, giá rẻ có khá nhiều chức năng hay đặc biệt là có tích hợp sẵn bộ nạp trên chip giúp sinh viên có thể dễ dàng tự thực hiện các bài thí nghiệm với chi phí rất thấp. Cũng trong chơng trình môn học này, ngôn ngữ đợc sử dụng để trình bày các ví dụ ứng dụng là ngôn ngữ C. 4 Trng HCN H Ni Khoa in t Cụ thể họ vi điều khiển 8051 có các đặc điểm sau : -8 kbyte ROM (đợc lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051 ) -256 byte RAM -4 port I/0 8 bit -3 bộ định thời 16 bit -Giao tiếp nối tiếp -64 KB khônh gian bộ nhớ dũ liệu mở rộng -một bộ vi xử lí(thao tác trên các bit đơn) -210 bit đợc địa chỉ hoá -bộ nhân/chia 4us A.Kiến trúc phần cứng của họ 8051 Phần chính của vi điều khiển 8051 là bộ vi xử lý trung tâm(CPU: central processing unit) bao gồm: - Thanh ghi tích luỹ A - Thanh ghi tích luỹ phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia - Đơn vị logic học (ALU: arithmetic logical unit) - Thanh ghi từ trạng thái chơng trình (PSW: program status word) - Bốn băng thanh ghi - Con trỏ ngăn xếp - Ngoài ra còn có bộ nhớ chơng trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic 5 Trng HCN H Ni Khoa in t Hình 1 : Sơ đồ khối 89s52 Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động, ngoài ra còn có khả năng đa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài. Chơng trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong. Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn của bộ đếm định thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp. ba bộ định thời 16 Bit hoạt động nh một bộ đếm. Các cổng(Port 0, Port 1 Port 2 Port 3). Sử dụng vào mục đích điều khiển. ở cổng 3 có thêm các đờng dẫn điều khiển dùng để trao đổi với bộ nhớ ở bên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng nh các đờng ngắt dẫn ở bên ngoài. Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ, làm việc độc lập với nhau. Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong vảy rộng và đợc ấn định bằng một bộ định thời. Trong vi điều khiển 8051 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi: Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lu trữ dữ liệu và mã lệnh 6 Trng HCN H Ni Khoa in t Các thanh ghi sử dụng để lu trữ thông tin trong quá trình xử lý. Khi CPU làm việc nó thay đổi nội dung các thanh ghi. B.Sơ đồ chân, chức năng các chân của họ vi điều khiển 8051(89s52) Hỡnh 2.S chõn AT89S52 1.Chân nguồn. 89S52 nối với dơng nguồn một chiều điện áp đầu vào 4V đến 5.5V qua chân 40 còn âm nguồn nối vớimasst(GND) qua chân 20. 2.Chân điều khiển. a.Nhóm vào diều khiển. -Xtal1(chân18),Xtal2(chân19):nối tinh thể thạch anh cho phát xung nhịp chu trình. mạch dao động bên trong chip 8051 đợc ghép với thạch anh bên ngoài ở 2 chân XTAL1 và XTAL2. Thờng tần số l 12MHz và các tụ ổn định có giá trị trong khoảng 30pF 33 pF. -RST(reset)chân9:nối chuyển mạch để xoá về trạng thái ban đầu hay khởi động lại. -/EA/CPP(chân31):chon nhớ ngoài ( nối đất);chọn nhớ trong(nối nguồn nuôi 5V). -T2 hay P1.0(chân1):tín hiệu vào đếm cho timer2. -T2EX(chân2):tín hiệu vào ngắt ngoài2. -INTO hay P3.2(chân12):tín hiệu vào gây ngắt ngoài 0. -INT1 hay P3.3(chân13):tín hiệu vào gây ngắt ngoài 1. -T0 hay P3.4(chân14):tín hiệu vào đếm cho timer 0. -T1 hay P3.5(chân15):tín hiệu vào đếm cho timer1. b.Nhóm ra điều khiển. 7 Trng HCN H Ni Khoa in t -ALE/prog(chân30):dùng dể định tín hiệu chốt địa chỉ khi có nhớ ngoài hay điều khiển ghi trơng trình /prog. Là tín hiệu xuất ra để giải đa hợp bus địa chỉ v bus dữ liệu. Trong 1/2 chu kỳ đầu bộ nhớ, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ (byte thấp của bus địa chỉ 16 bit) và thanh ghi ngoài khi ta sử dụng port 0 làm byte thấp địa chỉ. Trong 1/2 chu kỳ bộ nhớ còn lại port 0 sẽ xuất/nhập dữ liệu. Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong chip vi điều khiển v có thể lm xung clock cho các phần còn lại của hệ thống (trờng hợp ngoại lệ khi thực hiện lệnh MOVX, một xung ALE (vàs cả /PSEN) sẽ bị bỏ qua). Chân ALE còn đợc dùng để nhập xung ngõ vo lập trình cho EPROM hoặc Flash ROM trên chip đối với chip có loại ROM này. -PSEN(chân29):đa tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ truơng trình Rom ngoài. Chân này thờng đợc nối với chân cho phép xuất /OE (Output Entable) của EPRROM (hoặc của ROM) để cho phép đọc các byte lệnh. Tín hiệu /PSEN ở lôgic 0 trong suốt thời gian tìm nạp lệnh. Các mã nhị phân của chơng trình (opcode) đợc đọc từ EPROM, qua bus dữ liệu và đợc chốt với thanh ghi lệnh IR của 8051 để đợc giải mã. Khi thực thi một chơng trình trong ROM nội, /PSEN đợc duy trì ở lôgic không tích cực (logic 1). -WR hay P3.6(chân số 16):đa tín hiệu ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài. - RD hay P3.7(chân số 17):đa tín hiệu đọc dữ liệu vào nhóm tín hiệu địa chỉ,dữ liệu. -Cổng vào,ra địa chỉ/dữ liệu P0 hay P0.0-P0.7:(chân39-32):dùng trao đổi thông tin về dữ liệu D0-D7 hoặc đa ra các địa chỉ thấp (A0-A7) theo chế độ dồn kênh(kết hợp với tín hiệu chốt dịa chỉ ALE). -Cổng vào ra địa chỉ/dữ liệu P2 hay P2.0-P2.7(chân21-28) dùng trao đổi thông tin song song về dữ liệu(D0-D7)hoặc đua ra địa chỉ cao(A8-A15). -Cổng vào ra dữ liệu P1 hay P1.0-P1.7(chân1-8)dùng trao đổi thông tin song song dữ liệu(D0-D7). -Cổng vào ra P3 hay(P3.0-P3.7)/:chân 10-17: P3.0(chân10):đa vào tín hiệu nhận tin nối tiếp RXD. P3.1(chân11):đua ra tín hiệu truyền tin nối tiếp TXD /INTO hay P3.2(chân12) tín hiệu vào gây ngăt 0 của vi điều khiển. /INT1 hay P3.3(chân13) tín hiệu vào gây ngắt 1 của vi điều khiển. T0 hay P3.4(chân14) tịn hiệu vào đếm cho timer 0/counter 0 cho vi điều khiển 8051/8052. T1 hay P3.5(chân15) tín hiệu vào đếm cho timer1 WR hay P3.6 (chân16) đa tín hiệu ghi vào bộ nhớ ngoài. RD hay P3.7(chân17) đua tín hiệu đọc vào bộ nhớ ngoài. -T2 hayP1.0(chân1) tín hiệu vào đếm cho timer 2/counter2. 8 Trường ĐHCN Hà Nội Khoa điện tử -T2EX(ch©n2) tÝn hiÖu vµo g©y ng¾t 2 cña vi ®iÒu khiÓn. -Cæng vµo/ra P3 cßn dïng ®Ó trao ®æi th«ng tin vÒ d÷ liÖu D7-D0 Díi ®©y lµ cÊu tróc cña c¸c ch©n trªn port0,port1vµ port3,port2 H×nh 3. CÊu tróc cña c¸c ch©n trªn port 0(P0.0-P0.7) H×nh 4. CÊu tróc cña c¸c ch©n trªn port 1 vµ port 3(P1.0-P1.7vµ P3.0-P3.7) 9 Trng HCN H Ni Khoa in t Hình 5. Cấu trúc của các chân trên port 2 (P2.0-P2.7) C. Các thanh ghi. 1. Các thanh ghi Port xuất nhập: Các Port cua 8051 bao gồm port 0 ỏ địa chỉ 80H.port1 ỏ dịa chỉ 90H,port2 ỏ địa chỉ A0H và port 3 ỏ địa chỉ B0H.Tất cả các port dều đợc địa chỉ hoá tùng bit .Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi. 2. Các thanh ghi TIMER: 8051 chứa 2 bộ định thời đếm 16bit đợc dùng trong việc định thời hoạc đém sự kiện.Timer0 ở địa chỉ 8AH(TLO:byte thấp) và 8CH (THO:byte cao)Timer1 ở địa chỉ 8BH (TL1 byte thấp)và 8DH(TH1:byte cao).Việc vận hành của Timer đợc set bởi thanh ghi Timer MODE(TMOD)ở địa chỉ 89H cà thanh ghi điều khiển timer(TCON)ở địa chỉ 88H.Chỉ có TCON đợc địa chỉ hoá từng bit. 3. Các thanh ghi Port nối tiếp: 8051 chứa một port nối tiếp trên chip dành cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp nh máy tính, Modern hoặc cho việc giao tiếp với các IC khác có giao tiếp nối tiếp (có bộ chuyển đổi A/D,các thanh ghi dịch ). Một thanh ghi gọi la bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽ dữ cả hai vai trò truyền và nhận dữ liệu.Khi truyền dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF. Các MODE vận hành khác nhau đợc lập trình qua thanh ghi diều khiển Port nối tiếp (SCON) đợc dịa chỉ hoá từng bit ở địa chỉ 98H. 4. Các thanh ghi ngắt : 10 [...]... cùng một con led gọi là MPX4-CA để hiển thị Nguyên lý hiển thị quét led: đa điện áp vào từng led một rồi đa dữ liệu ra các thanh dữ liệu,tất cả các thanh hiển thị của led đều nối chung trên bus dữ liệu 7 bit,muốn sáng led nào thì đa dữ liệu ra bus đồng thời cấp nguồn riêng cho katot cua led đó,ở mạch này hiển thị bằng 8 led 7 đoạn, để điều khiển cho 8 led 7 đoạn, ta sử dụng 8 đờng dây điều khiển để cấp... độ 3 : 7 Các ngắt của 80 51: Các ngắt Timer Các ngắt cổng nối tiếp Các ngắt ngoài Chơng II đồng hồ số hiển thị bằng 8 led 7 đoạn I Các thiết bị sử dụng trong mạch: Mch ng h s hin th ngày và giờ bằng 8 led 7 thanh thực chất là 1 mạch điện chia và hiển thị thời gian bằng led 7 đoạn từ xung nhịp thạch anh ngày nay c sử dụng rt rng rãi trong thc t.ở mạch này chúng ta sử dụng led 7 thanh kép gồm 4 led đơn... 7 đoạn, ta sử dụng 8 đờng dây điều khiển để cấp nguồn cho các led và 8 đờng dây dữ liệu chung cho tất cả các led( 7 đờng nếu không cần dấu chấm) Việc hiển thị đợc thực hiện bằng cách lần lợt cấp nguồn cho từng led và đa số liệu tơng ứng của led đó ra 8 đờng dây dữ liệu Nh vậy thực chất thì tại 1 thời điểm chỉ có 1 led hoạt động, còn các led khác không hoạt động vì 15 Trng HCN H Ni Khoa in t ... - TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn Timer 0, tơng tự nh Timer 1 TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển chạy cho Timer 0 đặt xóa bằng phần mềm TCON.3 IE1 8BH Cờ báo ngắt 1 bên ngoài TCON.2 IT1 8AH Cờ ngắt do Timer 1 TCON.1 IE0 89 H Cờ báo ngắt do Timer 0 TCON.0 IT0 88 h Cờ ngắt do Timer 0 c) Các chế độ timer Chế độ 0-chế độ timer 13bit Để tơng thích với 80 48( có trớc 80 51), ba bit cao của TLX(TL0 /hoặc... động Nếu bit thứ 9 thu đợc bằng 0 SCON.4 REN 9CH -cho phép thu (đặt bằng 1) SCON.3 TB8 9BH -bit 8 phát bit thứ 9 đợc phát các chế độ 2 và 3 -bit 8 thu bit thứ 9 SCON.2 RB8 9AH SCON.1 TI -cờ ngắt phát ,đặt lên 1 khi kết thúc phát 99H -cờ ngắt thu ,đặt lên 1 khi kết thúc nhận SCON.0 RI 98H 14 Trng HCN H Ni Khoa in t - Bảng 2 .7: Tóm tắt thanh ghi chế độ... với sự phát triển trong xã hội mà đồng hồ số ngày càng có mặt ở khắp mọi nơi,đi đâu ta cũng sử dụng đợc ứng dụng của nó,từ đồng hồ cá nhân đến sử dụng trong gia đình,và trên các phơng tiện đi lại,đến cả các bảng điện tử hiển thị ngoài trờiở đâu cũng thấy đồng hồ, nó thật cần thiêt cho xã hội hiên đại đang phát triển và tận dụng thời gian Qua một quà trình hoc vi điều khiển do thầy Nguyễn Anh Dũng giảng... Khởi tạo cho các timer (Timer 0 cho tạo trễ, timer 1 cho đếm, cho phép ngắt bằng timer 1) Chế độ hiển thị ngày tháng năm Kiểm tra phím MODE có bấm Chế độ hiển thị giờ phút giây đếm giây = số lần tràn timer1 không sai sai Kiểm tra phím menu Bấm? đúng Không cho ngắt bằng timer 1 chỉnh sửa ngày tháng năm chỉnh sửa giờ phút giây 18 Trng HCN H Ni Khoa in t ... timer0 và timer1 b) Thanh ghi điều khiển timer (TCON) Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển cho timer 0 và timer 1 Bit Ký hiệu địa chỉ Mô tả TCON .7 TF1 8FH Cở báo tràn TIMER 1 Đợc đặt bởi phần cứng, khi tràn đợc xóa bằng phần mềm, hay phần cững khi bộ xử lý chỉ đến chơng trình phục vụ ngắt TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển timer 1 chạy, đặt và xóa bằng phần mềm 11 Trng HCN H Ni Khoa... bit) THx (8 bit) TFx Cờ báo tràn chế độ 1-chế độ timer 16bit Hoạt động nh timer 16 bit đầy đủ.Cờ báo tràn la bit TFx trong TCON có thế đọc hoạc ghi bằng phần mềm MSB của giá trị trong các thanh ghi timer là bit7 của THx và LBS là bit 0 của TLx Các thanh ghi timer (TLx/THx)có thể đọc hoặc ghi bắt cứ lúc nào bằng phần mềm Xung nhịp timer TLx (8 bit) THx (8 bit) TFx Cờ báo tràn Chế độ 2 chế độ 8 bit tự... quà trình hoc vi điều khiển do thầy Nguyễn Anh Dũng giảng dậy chúng em sử dụng ứng dụng vi điều khiển để thiết kế đồng hồ điện tử song bên cạnh đó không tránh khỏi thiếu sót.Chúng em rất mong nhận đợc sự góp ý của thầy cô cùng các bạn để đồ án cua chúng em đợc hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn 27 . dữ liệu 7 bit,muốn sáng led nào thì đa dữ liệu ra bus đồng thời cấp nguồn riêng cho katot cua led đó,ở mạch này hiển thị bằng 8 led 7 đoạn, để điều khiển cho 8 led 7 đoạn, ta sử dụng 8 đờng dây. của 80 51: Các ngắt Timer. Các ngắt cổng nối tiếp. Các ngắt ngoài. Chơng II đồng hồ số hiển thị bằng 8 led 7 đoạn I. Các thiết bị sử dụng trong mạch : Mch ng h s hin th ngày và giờ bằng 8 led. nội Khoa điện tử đồ án môn: Vi điều khiển Đề tài: Thiết kế đồng hồ số hiển thị bằng 8 Led 7 đoạn Sinh viên thực hiên: Đinh Thị Ngần Đoàn Trọng Linh Vũ Thị Thu Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn