Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống quảng cáo . Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Quang Lý -1- Đề tài thiết kế Hệ Thống Quảng Cáo. CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỌ VI XỬ LÝ 8051 I. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN HỌ VI XỬ LÝ 8051 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, hai bộ định thời, một cổng nối tiếp và 4 cổng 8 bit. Tất cả đều được tích hợp trên một chíp. Lúc bấy giờ, bộ vi điều khiển như vậy được coi là một “hệ thống trên chíp”. 8051 là m ột bộ xử lý 8 bit, tức là CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit dữ liệu. Dữ liệu lớn hơn 8 bit được chia ra thành các dữ liệu 8 bit để xử lý. 8051 có tất cả 4 cổng I/O mỗi cổng rộng 8 bit, có thể có một ROM trên chíp cực đại là 64 K byte. Tuy nhiên, lúc đó các nhà sản xuất đã cho xuất xưởng chỉ với 4K byte ROM trên chíp. 8051 đã trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất và bán bất kỳ dạng bi ến thể nào của 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để mã chương trình tương thích với 8051. Từ đó dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của 8051 với các tốc độ khác nhau. Tuy nhiên, điều quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể của 8051, như khác nhau về tốc độ và dung lượng nhớ ROM trên chíp, nhưng tất cả các lệnh đều tương thích với 8051 ban đầu. Điều này có nghĩa Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Quang Lý -2- là nếu ta viết chương trình của mình cho một phiên bản nào đó thì nó cũng sẽ chạy với mọi phiên bản bất kỳ khác mà không phân biệt nó từ hãng sản xuất nào. 2. Bộ ví điều khiển 8051 Bộ vi điều khiển 8051 là thành viên đầu tiên của họ 8051. Hãng Intel ký hiệu nó như là MCS51 Bảng 1.1. Các đặc tính của 8051 đầu tiên 3. Sơ đồ khối chung của họ vi điều khiển 8051 Interrupt control : Điều khiển ngắt. Other registers : Các thanh ghi khác. 128 Byte 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 Đặc tính Số lượng ROM trên chíp 4K byte RAM 128 byte Bộ định thời 2 Các chân vào - ra 32 Cổng nối tiếp 1 Nguồn ngắt 6 Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Quang Lý -3- I/O ports: Các ports vào/ ra Serial port: port nối tiếp Address/data : địa chỉ/ dữ liệu Hình 1.1. Bố trí bên trong của sơ đồ khối 8051 II. THÀNH VIÊN HỌ VI XỬ LÝ 8051 1. Bộ vi điều khiển 8052: Interrupt Control Timer 2 ( 8032,8052) Timer 1 Timer 0 Serial port INT 1 INT 0 CPU Oscillator Bus control EA RST ALE PSEN I/O Port SERIAL PORT RXD TXD P 0 P 1 P 2 P 3 Address/Data Other registers 128 Byte RAM 128 Byte RAM (8032/8052) ROM 0K - 8031/8032 4K - 8051 8K - 8052 Timer 0 Timer 1 Timer 2 (8032/8052) T 0 T 1 T 2 T 2 EX Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Quang Lý -4- 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 3 bộ định thời và có 8K byte ROM trên chíp thay vì 4K byte như 8051. Đặc tính 8051 8052 8031 ROM trên chíp 4K byte 8K byte RAM 128 byte 256 byte 128 byte Bộ định thời 2 3 2 Chân vào - ra 32 32 32 Cổng nối tiếp 1 1 1 Nguồn ngắt 6 8 6 Bảng 1.2. So sánh các đặc tính của các thành viên họ 8051. Như nhìn thấy từ bảng 1.2 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. 2. Bộ vi điều khiển 8031: Một thành viên khác nữa của 8051 là chíp 8031. Chíp này thường được coi như là 8051 không 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 giả i quyết vấn đề này ta có thể bổ xung cổng vào - ra cho 8031. Phối phép 8031 Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Quang Lý -5- với bộ nhớ và cổng vào - ra chẳng hạn với chíp 8255. Ngoài ra còn có các phiên bản khác nhau về tốc độ của 8031 từ các hãng sản xuất khác nhau. 3. Các bộ vi điều khiển 8051 từ các hãng khác nhau. Mặc dù 8051 là thành viên phổi biến nhất của họ 8051 nhưng chúng ta sẽ thấy nó trong kho linh kiện. Đó là do 8051 có dưới nhiều dạng kiểu bộ nhớ khác nhau như UV - PROM, Flash và NV - RAM mà chúng đều có số đăng ký linh kiện khác nhau. Phiên bản UV-PROM của 8051 là 8751 Phiên bản Flash ROM được bán bởi nhiều hãng khác nhau chẳng hạn của Atmel corp với tên gọi là AT89C51 còn phiên bản NV-RAM của 8051 do Dalas Semi Conductor cung cấp thì được gọi là DS5000. Ngoài ra còn có phiên bản OTP (khả trình mộ t lần) của 8051 được sản xuất bởi rất nhiều hãng. 3.1. 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 còn có nhiều phiên bản với các tốc độ khác nhau của 8751 từ nhiều hãng khác nhau. 3.2. 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 Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Quang Lý -6- vi điều khiển yêu cầu một bộ đốt ROM mà có hỗ trợ bộ nhớ Flash. Tuy nhiên lại không 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 không cần đến bộ xoá. Để loại trừ nhu cầu đối với mộ t bộ đốt PROM hãng Atmel đang nghiên cứu một phiên bản của AT 89C51 có thể được lập trình qua cổng truyền thông 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 256 32 3 8 5V 40 AT89LV52 8K 128 32 3 8 3V 40 Bảng 1.3: 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 1.4. 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 AT89C51-12PC 42MHZ 40 DTP Thương mại Bảng 1.4: Các phiên bản 8051 với tốc độ khác nhau của Atmel 3.3. Bộ vi điều khiển DS5000 từ hãng Dallas Semiconductor. Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Quang Lý -7- 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 (không cần phải lấy ra). Điều này còn có thể được thực hiện thông qua cổng nối tiếp của máy tính IBM PC. Việc nạp chương trình trong hệ thống (in-system) của DS5000 thông qua cổng nối tiếp của PC làm cho nó tr ở 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 Ngắt Vcc Đóng vỏ DS5000-8 DS5000-32 DS5000T-8 DS5000T-8 8K 32K 8K 32K 128 128 128 128 32 32 32 32 2 2 2 2 6 6 6 6 5V 5V 5V 5V 40 40 40 40 Bảng 1.5: 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. Còn 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 độ 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 Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Quang Lý -8- DS5000-8-12 DS5000-32-8 DS5000T-32-12 DS5000-32-12 DS5000-8-12 8K 32K 32K 32K 8K 12MHz 8MHz 8MHz (with RTC) 12MHz 12MHz (with RTC) Bảng 1.6: Một số thành viên của họ 8051 3.4. 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 phẩm được thiết kế và được hoàn thiện tuyệt đối thì phiên bản OTP của 8051 được dùng để sản hàng loạt vì giá thành một đơn vị sản phẩm sẽ rẻ hơn. 3.5. 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. Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Quang Lý -9- CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 1. Sơ Đồ Khối Của Vi Điều Khiển AT89C51 P1.0 - P1.7 PORT 1 LATCH ALU PORT 1 DRIVE P0.0 - P0.7 PORT 0 DRIVE RAM ADD REGISTER ALE/PROG RST EA/Vpp PSEN INTRUCTION REGISTER OSC TIMING AND CONTROL PSW B REGISTER TMP2 ACC RAM GND Vcc P3.0 - P3.7 PORT 2 LATCH PORT 0 LATCH INTERRUPT SERIAL PORT AND TIMER BLOCKS PORT 3 LATCH PORT 3 DRIVE TMP1 STACK POINTER FLASH DPTR PROGRAM COUNTER PC INCREMENTER BUFFER PROGRAM ADDRESS REGISTER P2.0 - P2.7 PORT 0 DRIVE [...]... õy - C th vi iu khin AT89C51 l 1 IC cú tớch hp trờn ú h vi x lớ - IC AT98C51 cú 40 chõn - 4KB ROM trong v cú th ghi xoỏ c 1000 ln - Di tn s hot ng t 0MHz 24MHz - 128x8 bit RAM trong - 4 Cng vo ra 8 bit - 2 B nh thi 16 bit - Cú 6 nguyờn nhõn ngt - Cú th lp trỡnh c qua cng ni tip - 210 bit c a ch hoỏ - Giao tip ni tip Hong Quang Lý -1 0- Tng quan Vi iu khin h 8051 nghip ỏn tt 3 S chõn v chc nng cỏc... thờm vo cho h MCS-51 v cỏc bin th ny gn nh cú gp ụi cỏc c trng ny Tp on Seimens, ngun sn xut th hai cỏc b vi iu khin thuc h MCS-50 cung cp Chớp SAB80515, mt ci tin ca 8051 cha trong mt v 68 chõn, cú 6 Port xut nhp 8-bit, 13 ngun to ra ngt v mt b bin i A/D 8-bit vi 8 kờnh ngừ vo H 8051 l mt trong nhng b vi iu khin 8-bit mnh v linh hot nht, ó tr thnh b vi iu khin hng u trong nhng nm gn õy - C th vi iu khin... liu m rng RAM bờn trong AT89C51 c phõn chia nh sau : - Cỏc thanh ghi cú a ch t 00H n 1FH - RAM a ch húa tng bit cú a ch t 20H n 2FH - RAM a dng t 30H n 7FH - Cỏc thanh ghi chc nng c bit t 80H n FFH - RAM a dng Mi a ch trong vựng RAM a dng u cú th c truy xut t do dựng kiu a ch trc tip hay giỏn tip Hoc truy xut dựng cỏch a ch giỏn tip qua R0 hay R1 - RAM cú th truy xut tng bit AT89C51 cha 210 bit c a... Quang Lý -1 5- Tng quan Vi iu khin h 8051 nghip ỏn tt - S cu trỳc bờn trong ca chõn PORT xut/nhp nh sau : 8051 Internal bus VDD Read latch Write to Latch Interrnal Pull-up Read pin Porrt pin Q D Port Latch Hỡnh 2.5: Cu trỳc ca PORT In/Out Vic ghi n 1 chõn ca Port s np d liu vo b cht ca Port, ngừ ra Q ca b cht iu khin mt Transistor trng v Transistor ny ni vi chõn ca Port Kh nng phõn chia u ra (Fan - out)... ca Chớp AT89C51 Hong Quang Lý -1 1- Tng quan Vi iu khin h 8051 nghip ỏn tt - PORT 0 : Nm trờn cỏc chõn t 32 n 39 cú 2 cụng dng Trong cỏc thit k cú ti thiu thnh phn thỡ Port 0 c s dng lm nhim v xut/nhp Trong cỏc thit k ln hn cú b nh ngoi, Port 0 tr thnh Bus a ch v Bus d liu a hp - PORT 1 : Nm trờn cỏc chõn 1 n 8, ch cú mt cng dng l gao tip vi thit b ngoi khi cú yờu cu - PORT 2 : Nm trờn cỏc chõn 21... dung ca thanh ghi A vo ụ nh cú a ch 18H MOV R0,A - Cỏc thanh ghi cú chc nng c bit AT89C51 cú 21 thanh ghi chc nng c bit ( SFR : Special Function Register) vựng trờn ca RAM ni t a ch 80H n FFH Tt c 128 a ch t 80H n FFH khụng c nh ngha, ch cú 21 thanh ghi chc nng nng c bit c nh ngha sn cỏc a ch Hong Quang Lý -1 9- Tng quan Vi iu khin h 8051 nghip ỏn tt - Thanh ghi trng thỏi chng trỡnh Thanh ghi trng... í NGHA PSW 7 CY D7H C nh PSW 6 AC D6H C nh ph PSW 5 F0 D5H C 0 PSW 4 RS1 D4H Bit 1 chn Bank thanh ghi Bit 0 chn Bank thanh ghi 00 = Bank 0 : a ch 00H - 07H PSW 3 RS0 D3H 01 = Bank 1 : a ch 08H - 0FH 10 = Bank 2 : a ch 10H - 17H, 11 = Bank 3 : a ch 18H - 1FH PSW 2 0V D2H C trn PSW 1 _ D1H D tr PSW 0 P D0H C Parity chn l Bng 2.2: Bng Thanh ghi trng thỏi chng trỡnh + C nh : C = 1 Nu phộp toỏn cng cú trn... Interrnal Pull-up Read pin Porrt pin 1.7 D Q Port Latch Hinh 2.7: Mt lnh n ca 8051 SETB P1.7 s lm ng c chy v lnh CLR P1.7 lm ng c ngng Hong Quang Lý -2 3- Tng quan Vi iu khin h 8051 nghip ỏn tt Cỏc lnh trờn s dng toỏn t (dot) nh ch 1 bit trong 1Byte cho phộp nh a ch tng bit Trỡnh dch hp ng thc hin bin i dng ký hiu thnh a ch thc t ngha l 2 lnh sau s tng ng CLR P.17 tng ng vi lnh CLR 97H - Cỏc thanh ghi... ch cú 5 ngt dnh cho ngi dựng, song nhiu ti liu k thut ca cỏc nh sn xut vn núi rng cú 6 ngt vỡ h tớnh c lnh reset b trớ sỏu ngt ca 8051 nh sau: -Reset: khi chõn reset c kớch hot thỡ 8051 nhy v a ch 0000 Hong Quang Lý -2 4- Tng quan Vi iu khin h 8051 nghip ỏn tt -Hai ngt dnh cho b nh thi time 0 v time 1, ia ch bng vector ngt ca hai ngt ny tng ng vi time 0 v time 1 l 000B4 v 001B4 Hai ngt phn cng dnh cho... 20H n 2FH, cỏc bit cũn li cha trong nhúm thanh ghi chc nng c bit Hong Quang Lý -1 8- Tng quan Vi iu khin h 8051 nghip ỏn tt í tng truy xut tng bit bng phn mm l mt c tớnh mnh ca vi iu khin núi chung Cỏc bit cú th c t, xoỏ, nhõn, cng vi 1 lnh n Ngoi ra cỏc Port cng cú th truy xut c tng bit lm n gin phn mm xut nhp tng bit - Cỏc thanh ghi (BANK) B lnh AT89C51 h tr 8 thanh ghi cú tờn l t R0 n R7 v theo . DS500 0-8 -8 8K 8MHz Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Quang Lý -8 - DS500 0-8 -1 2 DS500 0-3 2-8 DS5000T-3 2-1 2 DS500 0-3 2-1 2 DS500 0-8 -1 2. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống quảng cáo . Tổng quan Vi điều khiển họ 8051 Đồ án tốt nghiệp Hoàng