ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ Báo Cáo bài tập lớn Vi Xử Lý Đề tài: đo và ổn định nhiệt độ

LỜI MỞ ĐẦU:

Ngày nay, khoa học kĩ thuật phát triển rất nhanh đặc biệt là điện tử. Gắn liền với sự phát triển của điên tử là sự phát triển của các vi xử lý, vi điều khiển.

Đó là sự ra đời của các vi xủ lý đa năng như Pentium, Celerong…. Và trong vi điều khiển cũng có bước nhảy vọt đựoc đánh dấu bằng sự ra đời của các vi điều khiển như PIC, AVR, PsoC, FPGA….

Các vi điều khiển, vi xử lý này ngày càng được ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến. Đặc biệt các vi xử lý , vi điều khiển có thể làm được nhiều việc vô cùng phức tạp.

Đối với một sinh viên điện tử sự hiểu biết về cấu trúc và ứng dụng của vi điều khiển và vi xử lý là vô cùng cần thiết. Bước đầu tìm hiểu chúng en chọn vi điều khiển 8051, một họ vi điều khiển được ứng dụng khá rộng rãi trên thị trường.

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI:

Để nghiên cứu vi điều khiển 8051 chúng em chọn đề tài “ Đo nhiệt độ và điều chỉnh nhiệt độ” Đây là một đề tài không mới nhưng đề tài này giúp em có thể hiểu thêm về cấu trúc bên trong, cách hoạt động và cách lập trình cho vi xử lý.

Trong đề tài này, chúng em mới chỉ giẩi quyết được các vấn đề sau:

_ dải nhiệt độ đo được từ  0⁰C – 99⁰C

_ ổn định nhiệt độ chỉ dưới dạng mô phỏng:

          + Khi nhiệt độ tăng quá một ngưỡng ( do mình đặt) thì quạt quay làm gảim nhiệt đọ

          + Khi nhiệt độ thấp hơn một ngưỡng( do mình đặt) thì đèn sáng làm tăng nhiệt độ

LÝ THUYẾT:

A. GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051:

IC vi điều khiển 89S52 có các đặc điểm sau :

• 4kbyte ROM (được lập trỡnh bởi nhà sản xuất chỉ co ở 8051)
• 128 byte RAM
• 4 port  8bit
• Hai bộ định thời 16 bit
• Giao tiếp nối tiếp
• 64KB không gian bộ nhớ chương trỡnh mở rộng
• 64 KB khụng gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng
• Một bộ xử lý bớt (thao tỏc trờn cỏc bit đơn)
• 210 bit được địa chỉ hóa và mỗi vị trí một bít
• Bộ nhõn/chia 4ms

1. CẤU TRÚC BấN TRONG 89S52

1.1. Cấu tạo

Tuỳ theo khả năng của từng người (về kinh tế, kỹ thuật…) mà các nhà sản xuất các sản phẩm ứng dụng có thể chọn 1 trong 3 kiểu chân do ATMEL đưa ra.

.......................................................................

b.port1 : port1 là một port I/O trên các chân từ 1-8. Các chân có thể dùng cho thiết bị ngoại vi nếu cần. Port1 không có chức năng khác vỡ vậy chỳng chỉ được dùng trong giao tiếp các thiết bị ngoài.

c.port2 : port2 là một port công dụng kép trên các chân 21 đến 28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ 16 bit đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài.

d.Port3 : port3 là một port cụng dụng kép trên các chân 10 – 17. Các chân của port này có nhiều chức năng riêng, các  công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của 8051/89S52 như ở bảng sau:

.PSEN (Program Store Enable ) : 89S52 có 4 tín hiệu điều khiển

PSEN là tớn hiệu trên chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển cho phép bộ nhớ chương trỡnh mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các byte mó lệnh.

PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Cỏc mó nhị phõn của chương trỡnh được đọc từ EPROM qua bus và được chôt vào thanh ghi lệnh của 89S52 để giải mó lệnh. Khi thi hành chương trỡnh trong  ROM nội (89S52) PSEN sẽ ở mức thụ động( mức cao).

f.ALE (Address Latch Enable ) :

Tín hiệu ra  ALE trên chân 30 tương hợp với các thiết bị làm việc vớicỏc xữ lý 8585, 8088, 8086, 8051 dựng ALE một cỏch tương tự cho việc giải mó cỏc kờnh  cỏc bus địa chỉ và dữ liệu khi port 0 được dùng trong chế  độ chuyển đổi của nó: vừa là bus dữ liệu vừa là bus thấp của địa chỉ, ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nữa đầu của chu ký bộ nhớ. Sau đó các đường port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nữa sau chu kỳ của bộ nhớ.

Các xung tín hiệu chân ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể dùng làm nguồn xung nhịp cho cỏc hệ thống. Nếu xung trờn chõn 8051 là 12MHz thỡ ALE cú tần số 2MHz. Chỉ ngoại trừ khi thi hành lệnh MOVX, một xung ALE sẽ bị mất. Chõn này cũng được làm ngừ vào cho xung lập trỡnh cho EPROM trong 8051.

g.EA (External Access) :

Tớn hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, 8051 thi hành chương trỡnh từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp (4K). Nếu ở mức thấp, chương trỡnh chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng. Khi dùng 8031, EA luôn được nối mức thấp vỡ khụng cú bộ nhớ chương trỡnh trờn chip. Nếu EA được nối mức thấp bộ nhớ bên trong chương trỡnh 89S52 sẽ bị cấm và chương trỡnh thi hành từ  EPROM mở rộng. Người ta cũn dựng chõn EA làm chõn cấp điện áp 21V khi lập trỡnh cho  EPROM trong 89S52.

h.SRT (Reset) :

Ngừ vào RST trờn chõn 9 là ngừ reset của 8051. Khi tớn hiệu này được đưa lên múc cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy ), các thanh ghi trong 89S52 được tải nhưừng giỏ trị thớch hợp để khởi động hệ thống.

i.Cỏc ngừ vào bộ dao động trên chip :

Như đó thấy trong cỏc hỡnh trờn , 89S52 có một bộ dao động trên chip. Nó thường được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19. Các tụ giữa cũng cần thiết như đó vẽ. Tần số thạch anh thụng thường là 12MHz

j.Cỏc chân nguồn :

89S52 vận hành với nguồn đơn +5V. V_cc được nối vào chân 40 và V_ss (GND) được nối vào chân 20.

2. Tổ chức bộ nhớ

89S52 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard : có những vùng cho bộ nhớ riêng biệt cho chương trỡnh, dữ liệu. Như đó núi ở trờn, cả chương trỡnh và dữ liệu cú thể ở bờn trong 89S52, dự vậy chúng có thể được mở rộng bằng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ chương trỡnh và 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu.

Bộ nhớ bờn trong bao gồm ROM (89S52) và RAM trên chip, RAM trên chip bao gồm nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

Hai đặc tính cần lưu ý là :

• Các thanh ghi và các port xuất nhập đó được xếp trong bộ nhớ và có thể được truy xuất trực tiếp như các địa chỉ bộ nhớ khác.
• Ngăn xếp trong RAM nội thay vỡ ở trong RAM ngoài như trong các bộ vi xử lí khác.

Chi tiết về bộ nhớ RAM trờn chip :

Như ta đó thấy sau, RAM bờn 89S52 được phân chia giữa các bank thanh ghi (00H - 1FH), RAM địa chỉ hóa từng bit (20H -

...................................................

Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Ví dụ, để đọc nội dung ở địa chỉ 5FH của RAM nội vào thanh ghi tích lũy lệnh sau sẽ được dùng :

MOV A, 5FH

Lệnh này di chuyển một bus dữ liệu dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp để xác định "địa chỉ nguồn" (5FH). éớch nhận dữ liệu được ngầm xác định trong mó lệnh là thanh ghi tớch lũy A.

RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián tiếp qua RO hay R1. Ví dụ, sau khi thi hành cùng nhiệm vụ như lệnh đơn ở trên :

MOV R0, #5FH

MOV A, @R0

Lệnh đầu dùng địa chỉ tức thời để di chuyển giá trị 5FH vào thanh ghi R0 và lệnh thứ hai dùng địa trực tiếp để di chuyển dữ liệu "được trỏ bởi R0" vào thanh ghi tớch lũy.

b.RAM địa chỉ hóa từng bit :

89S52 chứa 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó 128 bit là ở các địa chỉ byte 20H đến 2FH, và phần cũn lại trong cỏc thanh ghi chức năng đặc biệt .

í tưởng truy xuất từng bit riêng rẽ bằng mềm là một đặc tín tiện lợi của vi điều khiển nói chung. Các bit có thể được đặt, xóa, AND,OR .với một lệnh đơn. éa số cỏc chi xử lớ đũi hỏi một chuổi lệnh đọc – sữa - ghi để đạt được hiệu quả tương tự. Hơn nữa, các port I/0 cũng được địa chỉ từng bit làm đợn giản phần mềm xuất nhập từng bit.

Có 128 bit được địa chỉ hóa đa dụng ở các byte 20H đến 2FH. Các địa chỉ này được truy xuất như các byte hoặc các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng . Ví dụ, để đặt bit 67H, ta dùng lệnh sau :

SETB 67H

Chú ý rằng "địa chỉ bit 67H" là bit có trọng số lớn nhất (MSB) ở "địa chỉ byte 2CH" lệnh trên sẽ không tác động đến các bit khác của địa chỉ này.

c.Cỏc bank thanh ghi :

32 byte thấp nhất của bộ nhớ nội là dành cho cỏc bank thanh ghi. Bộ lệnh của 89S52 hổ trợ 8 thanh ghi (RO đến R7) và theo mặc định (sau khi Reset hệ thống) các thanh ghi này ở các địa chỉ 00H-07H. Lệnh sau đây sẽ đọc nội dung ở địa chỉ 05H vào thanh ghi tích lũy.

MOV A,R5

éõy là lệnh một byte dựng địa chỉ thanh ghi. Tất nhiên, thao tác tương tự có thể được thi hành bằng lệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ hai:

MOV A,05H

Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thỡ sẽ ngắn hơn và nhanh hơn các lệnh tương ứng nhưng dùng địa chỉ trực tiếp. Các giá trị dữ liệu được dùng thường xuyên nên dùng một trong cỏc thanh ghi này.

Bank thanh ghi tích cực có thể chuyển đổi bằng cách thay đổi các bit chọn bank thanh ghi trong từ trạng thái chương trỡnh (PSW). Giả sử rằng bank thanh ghi 3 được tích cực, lệnh sau sẽ ghi nội dung của thanh ghi tích lũy vào địa chỉ 18H:

MOV R0,A

í tưởng dùng "các bank thanh ghi" cho phép "chuyển hướng" chương trỡnh nhanh và hiệu qủa (từng phần riờng rẽ của phần mềm sẽ cú một bộ thanh ghi riờng khụng phụ thuộc vào cỏc phần khỏc).

3. Các thanh ghi chức năng đặc biệt

Cỏc thanh ghi nội của 89S52 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh. Ví dụ lệnh "INC A" sẽ tăng nội dung của thanh ghi tích lũy A lên 1. Tác động này được ngầm định trong mó lệnh.

Cỏc thanh ghi trong 89S52 được định dạng như một phần của RAM trên chip. Vỡ vậy mỗi thanh ghi sẽ có một địa chỉ (ngoại trừ thanh ghi trực tiếp, sẽ không có lợi khi đặt chúng vào trong RAM trên chip). éú là lý do để 89S52 có nhiều thanh ghi. Cũng như R0 đến R7, có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special Funtion Rgister) ở vùng trên của RAM nội, từ địa chỉ 80H đến FFH. Chú ý rằng hầu hết 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa. Chỉ có 21 địa chỉ SFR là được định nghĩa.

Ngoại trừ tích lũy (A) có thể được truy xuất ngầm như đó núi, đa số các SFR được truy xuất dùng địa chỉ trực tiếp. chú ý rằng một vài SFR có thể được địa chỉ hóa bit hoặc byte. Người thiết kế phải thận trọng khi truy xuất bit và byte. Ví dụ lệnh sau:

SETB 0E0H

Sẽ Set bit 0 trong thanh ghi tích lũy, các bit khác không thay đổi. Ta thấy rằng E0H đồng thời là địa chỉ byte của thanh ghi tích lũy và là địa chỉ bit có trọng số nhỏ nhất trong thanh ghi tích lũy. Vỡ lệnh SETB chỉ tỏc động trên bit, nên chỉ có địa chỉ bit là có hiệu quả.

1. Từ trạng thái chương trỡnh:

Từ trạng thái chương trỡnh (PSW: Program Status Word) ở địa chỉ D0H chứa các bit trạng thái như bảng tóm tắt sau:

• Cờ nhớ (CY) có công dụng kép. Thông thường nó được dùng cho các lệnh toán học: nó sẽ được set nếu có một số nhớ sinh ra bởi phép cộng hoặc có một số mượn phép trừ . Ví dụ: nếu thanh ghi tích lũy chứa FFH, thỡ lệnh sau:

              ADD A,#1

Sẽ trả về thanh ghi tớch lũy kết qủa 00H và set cờ nhớ trong PSW.

Cờ nhớ cũng có thể xem như một thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thi hành trờn bit. Vớ dụ, lệnh sẽ AND bit 25H với cờ nhớ và đặt kết qủa trở vào cờ nhớ:

ANL C,25H

• Cờ nhớ phụ:

Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ (AC) được set nếu kết qủa của 4 bit thấp trong khoảng 0AH đến 0FH. Nếu các giá trị cộng được là số BCD, thỡ sau lệnh cộng cần cú DA A( hiệu chỉnh thập phõn thanh ghi tớch lũy) để mang kết qủa lớn hơn 9 trở về tâm từ 0-9.

• Cờ 0

Cờ 0 (F0)là một bit cờ đa dụng dành các ứng dụng của người dùng.

• Cỏc bit chọn bank thanh ghi

Cỏc bit chọn bank thanh ghi (RSO và RS1) xác định bank thanh ghi được tích cực. Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bằng phần mềm nếu cần. Ví dụ, ba lệnh sau cho phép bank thanh ghi 3 và di chuyển nội dung của thanh ghi R7 (địa chỉ byte IFH) đến thanh ghi tích lũy:

:SETB RS1

SETB RSO

MOV A,R7

Khi chương trỡnh được hợp dịch các địa chỉ bit đúng được thay thế cho các ký hiệu "RS1" và "RS0". Vậy lệnh SETB RS1 sẽ giống như lệnh SETB 0D4H.

• Cờ Tràn

Cờ tràn (OV) được set một lệnh cộng hoặc trừ nếu có một phép toán bị tràn. Khi các số có dấu được cộng hoặc trừ với nhau, phần mềm có thể kiểm tra bit này để xác định xem kết qủa của nó có nằm trong tầm xác định không. Khi các số không dấu được cộng, bit OV có thể được bỏ qua. Các kết qủa lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn -128 sẽ set bit OV.

2. Thanh ghi B:

Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích lũy A cho các phép toán nhân và chia. Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trị không dấu 8 bit trong A và B rồi trả về kết qủa 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao). Lệnh DIV AB sẽ chia A cho B rồi trả về kết qủa nguyên trong A và phần dư trong B. Thanh ghi B cũng có thể được xem như thanh ghi đệm đa dụng. Nó được địa chỉ hóa ttừng bit bằng các địa chỉ bit FOH đến F7H.

3. Con trỏ ngăn xếp:

Con trỏ ngăn xếp (SP) là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H. Nó chứa địa chỉ của byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp. Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm các thao tác cất dữ liệu vào ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp. Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu, và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp sẽ dọc dữ liệu và làm giảm SP. Ngăn xếp của 89S52 được giữ trong RAM nội và được giới hạn các địa chỉ có thể truy xuất bằng địa chỉ gián tiếp. chúng là 128 byte đầu của 89S52.

éể khởi động lại SP với ngăn xếp bắt đầu tại 60H, các lệnh sau đây được dùng:

MOV SP,#%FH

Trờn 89S52 ngăn xếp bị giới hạn 32 byte vỡ địa chỉ cao nhất của RAM trên chip là 7FH. Sở dĩ cùng giá trị 5FH vỡ SP sẽ tăng lên 60H trước khi cất byte dữ lệu đầu tiên.

Người thiết kế có thể chọn không phải khởi động lại con trỏ ngăn xếp mà để nó lấy giá trị mặc định khi reset hệ thống. Giá trị măc định đó là 07H và kết qủa là ngăn đầu tiên để cất dữ liệu có địa chỉ 08H. Nếu phần mềm ứng dụng không khởi động lại SP, bank thanh ghi 1 (có thể cả 2 và 3) sẽ không dùng được vỡ vựng RAM này đó được dùng làm ngăn xếp.

Ngăn xếp được truy xuất trực tiếp bằng các lệnh PUSH và POP để lưu giữ tạm thời và lấy lại dữ liệu hoặc được truy xuất ngầm bằng các lệnh gọi chương trỡnh con (ACALL, LACALL) và cỏc lệnh trở về (RET,RETI) để cất và lấy lại bộ đếm chương trỡnh.

4. Con trỏ dữ liệu:

Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi 16 bit ở địa chỉ 82H(DPL: byte thấp) và 83H (DPH:byte cao). Ba lệnh sau sẽ ghi 55H vào RAM ngoài ở địa chỉ 1000H:

MOV A,#55H

MOV DPTR,#1000H

MOVX @DPTR,A

Lệnh đầu tiên dùng địa chỉ tức thời để tải dữ liệu 55H vào thanh ghi tích lũy, lệnh thứ hai cũng dùng địa chỉ tức thời, lần này để tải dữ liệu 16 bit 1000H vào con trỏ dữ liệu. Lệnh thứ ba dùng địa chỉ gián tiếp để di chuyển dữ liệu trong A (55H) đến RAM ngoài ở địa chỉ được chứa trong DPTR (1000H)

5. Cỏc thanh ghi port xuất nhõp:

Cỏc port của 89S52 bao gồm Port 0 ở địa chỉ 80H, Port 1 ở địa chỉ 90 H, Port 2 ở địa chỉ A0H và Port 3 ở địa chỉ B0H. Tất cả các Port đều được địa chỉ hóa từng bit. éiều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi.

6. Cỏc thanh ghi timer:

89S52 chứa 2 bộ định thời đếm 16 bit được dùng trong việc định thời hoặc đếm sự kiện. Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0:byte thấp) và 8CH (TH0:byte cao).Timer 1 ở địa chỉ 8BH (TL1:byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao). việc vận hành timer được set bởi thanh ghi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển timer (TCON) ở địa chỉ 88H. Chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit.

7. Cỏc thanh ghi port nối tiếp: 89S52 chức một port nối tiếp trên chip dành cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem 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 là bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H ssẽ giữ cả hai giữ liệu truyền và nhận. Khi truyền dữ liệu thỡ ghi lờn SBUF khi nhận dữ liệu thỡ đọc SBUF. Các mode vận hành khác nhau được lập trỡnh qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) (được địa chỉ hóa từng bit) ở địa chỉ 98H.

8. Cỏc thanh ghi ngắt: 89S52 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên. Các ngắt bị cấm sau khi reset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ 8AH. Cả hai thanh ghi được địa chỉ hóa từng bit.

1. Các thanh ghi điều khiển công suất:

Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điều khiển. Chúng được tóm tắt trong bảng sau:

4. Bộ định thời Timer

4.1 Các chế độ timer

1. Chế độ 0, chế độ timer 13 bit.

éể tương thích với 8048 (có trứớc 89S52) ba bit cao của TLX (TL0 và/hoăc TL1) không dùng