Vi điều khiển 8051 (microcontroller)

1Electrical Engineering 1 Vi điều khiển 8051(microcontroller) • 8031 do hãng Intel chế tạo • 8051 có 4kbyte Flash Ram • 89C51, 52 do hãng Intel chế tạo • 87C51 do hãng Philip chế tạo • 80515, 535 do hãng Siemens chế tạo Electrical Engineering 2 Vi điều khiển 89C51 2Electrical Engineering 3 Electrical Engineering 4 Đặc điểm chung AT89C51/52 •Do hãng Atmel chế tạo •4K byte Flash, 128 byte RAM •32 đường xuất nhập, •Hai bộ định thời / bộ đếm 16 bit, •5 ngắt •Một port nối tiếp song công •Mạch dao động và tạo xung nhịp trên chip. 3Electrical Engineering 5 Làm việc với 89C51 • Bộ nạp Flash RAM – Phần cứng – Phần mềm – 8051 programmer • Chương trình dịch – Assembler AS51 – Chương trình C: Keil, Read 51, Electrical Engineering 6 Phần mềm 4Electrical Engineering 7 Giới thiệu chung 89c51 H×nh 2.1: CÊu tróc cña vi ®iÒu khiÓn 8051. Bộ tạo dao động CPU Điều khiển ngắt. Nguån ng¾t trong. 4Kbyte Bé nhí ch−¬ng tr×nh trong. 128byte Bé nhí RAM trong 2bộ đếm / định thời Khối đ.khiển quản lý Bus. Port 0 Port 1 Port 2 Port 3 Giao diện nối tiép. XTAL 1.2 |PSEN/ALE Cæng I/O 8 bit Cổng I/O Đchỉ cao Dữ liệu 8 bit Cổng I/O Đchỉ thấp Dữ liệu 8 bit Cổng I/O Các chức năng đắc biệt Dữ liệu 8 bit Nguồn ngắt ngoài Đếm sự kiện. Electrical Engineering 8 Khối xử lý trung tâm CPU CPU -Central Processing Unit • Thanh ghi tích luỹ (ký hiệu là A ); • Thanh ghi tích luỹ phụ (ký hiệu là B ) thường được dùng cho phép nhân và phép chia ; • Khối logic số học (ALU=Arithmetic Logical Unit) ; • Từ trạng thái chương trình (PSW= Program Status Word ); • Bốn băng thanh ghi (R0-R7). • Con trỏ ngăn xếp (SP=Stack Point) cũng như con trỏ dữ liệu để định địa chỉ cho bộ nhớ dữ liệu ở bên ngoài; • Thanh ghi đếm chương trình (PC= Progam Counter ); 5Electrical Engineering 9 Mô tả các chân 8051 • 40 chân • Vcc Chân cung cấp điện, 5V DC, 40 • GND Chân nối đất, 0V, 20 • Chân thạch anh:18, 19, dùng đồng hồ thạnh anh với tần số lớn nhất là 12 Mhz Electrical Engineering 10 Các cổng vào ra • 4 cổng, 32 bít vào ra – Port 0, 1, 2, 3 • Port 1 – Chân 1 – 8 của 8051, ký hiệu P1.0, P1.1 .. P1.7 – Dùng làm đường xuất và đường nhập, ghép nối với thiết bị ngoại vi 6Electrical Engineering 11 Các cổng vào ra(tiếp) • Port 0 (chân 32-39) có 2 công dụng. – Dùng như nhiệm vụ xuất nhập – Khi ghép nối với thiết bị nhớ, port 0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp • byte thấp của bus địa chỉ nếu dùng địa chỉ Electrical Engineering 12 Các cổng vào ra (tiếp) • Port 2 (chân 21-28) có 2 công dụng. – Dùng như nhiệm vụ xuất nhập – Khi ghép nối với thiết bị nhớ, port 2 trở thành bus địa chỉ • byte cao của bus địa chỉ nếu dùng địa chỉ 7Electrical Engineering 13 Các cổng vào ra (tiếp) • Port 3 (chân 10 – 17) – Có thể làm các chân vào ra trực tiếp – Tùy theo phần mềm có thể làm chức năng riêng Electrical Engineering 14 Port 3 • P3.0 RxD ( ngõ vào cổng nối tiếp ) • P3.1 TxD ( Ngõ ra của port nối tiếp ) • P3.2 ( Ngõ vào ngắt ngoài 0 ) • P3.3 ( Ngõ vào ngắt ngoài 1 ) • P3.4 T0 ( Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời ) • P3.5 T1 ( Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1 ) • P3.6 (Diều khiển ghi bộ nhớ dư liệu ngoài ) • P3.7 (Diều khiển đọc ghi bộ nhớ dư liệu ngoài ) 8Electrical Engineering 15 Các chân điều khiển • PSEN • ALE • EA • RESET Electrical Engineering 16 RESET • Khởi động lại hệ thống • Tích cực ở mức 1 89C51 HI 0 R3 10K C1 R3 100 9Electrical Engineering 17 EA • Chân 31, cần điều khiển bằng người thiết kế • EA = 1, thực hiện chương trình trong ROM nội • EA = 0, thực hiện chương trình ROM ngoài Electrical Engineering 18 Kết cấu bộ nhớ chương trình 8051 10 Electrical Engineering 19 Bộ nhớ RAM trong Electrical Engineering 20 Ghép nối bộ nhớ (vào ra) ngoài • Ghép nối thiết bị vào ra ngoài – Khi giới hạn bởi sổ cổng vào ra – Khi dung lương nhớ bổ xung thêm • Về lý thuyết , 8051 có thể có – 64k bộ nhớ chương trình (code memory ) – 64K bộ nhớ dữ liệu • Việc ghép nối bộ nhớ liên quan tới việc sử dụng tín hiệu địa chỉ để tạo ra tín hiệu chọn chip CE • Chân PSEN sử dụng cho vùng nhớ chương trình • Đường RD, WR cho vùng nhớ dữ liệu • EA = Vcc dùng cho - on chip code rom • EA = GND dùng vùng nhớ ngoài 11 Electrical Engineering 21 PSEN (program store enable) • Cung cấp bởi 8051 • Cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài • Thường nối với chân OE (output enable) của EPROM • Bình thường PSEN ở mức 1 Electrical Engineering 22 Nguyên tắc chung • Bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi đều có đường điều khiển ghép nối với vi xử lý – CS, CE : chip select or chip enable • Đường này kết hợp với tín hiệu giải mã từ vi điều khiển • Thường là tích cực thấp • Thương thì tín hiệu đọc RD được nối với chân OE : output enable • Trong bộ nhớ RAM thì thêm tín hiệu WR : write enable • Tín hiệu RD,WD đều được điều khiển bằng Vi xử lý 12 Electrical Engineering 23 ALE (address latch enable) • Chân 30, cung cấp bởi 8051 • Cho phép chốt địa chỉ và dữ liệu, giải mã bus địa chỉ và bus dữ liệu • ALE = 1, dữ liệu • ALE = 0, địa chỉ thấp Electrical Engineering 24 Sử dụng ALE trong thực tế 13 Electrical Engineering 25 Truy xuất bộ nhớ ngoài Electrical Engineering 26 Giải mã địa chỉ Port 0 Port 2 EA ALE PSEN 74HC573/373 D0 - D7 A0 - A7 A8-A14 OE 8051 27256 D0 - D7 A0 - A7 A8-A14 OE 27256 `A15 14 Electrical Engineering 27 Ví dụ 4K Rom ngoài tại địa chỉ 1000 • 1000H = 0001 0000 0000 0000b • 4 đường địa chỉ liên qua chính là – – A15, A14, A13, A12 • Mục tiêu • Thiết kế mạch lô gic tạo ra tin hiệu tích cực thấp khi [A15:A12] = 0001 and PSEN=0 • Địa chỉ là 1000H to 1FFFH Electrical Engineering 28 Sơ đồ ROM ngoài 15 Electrical Engineering 29 Sơ đổ 4K Ram ngoài tại 1000H Electrical Engineering 30 Ghép nối mạch thực tế có Rom, RAm Bộ nhớ chương trình 8K ROM chia làm hai vùng: • ROM trong (On-chip) có địa chỉ vật lý: 0000H ÷ 0FFFH. • ROM ngoài (2732) có địa chỉ vật lý: 1000H ÷ 1FFFH. • Bộ nhớ dữ liệu được mở rộng thêm 32K RAM ngoài có địa chỉ vật lý: 2000H ÷ 9FFFH. • Mạch ghép nối vào/ ra sử dụng IC 8255 với địa chỉ của từng cấu hình như sau: • Địa chỉ cổng PA: A000H • Địa chỉ cổng PB: A001H • Địa chỉ cổng PC: A002H • Địa chỉ của từ điều khiển PSW: A003H 16 Electrical Engineering 31 Vi mạch 74LS138 Gi¶i m· tõ 3 – 8 theo m· BCD Logic 0 lµ møc tÝch cùc Electrical Engineering 32 Gi¶i m· ®Þa chØ 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date: 14-Sep-2002 Sheet of File: C:\DIEM\DIEM.sch Drawn By: Nghiªn Cøu Khoa Häc D034 D133 D232 D331 D430 D529 D628 D727 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 RD5 WR36 A09 A18 RESET35 CS6 U? 82 55 AD[0...8] AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 AD7 AD6 AD5 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 EA/VP31 X119 X218 RESET9 RD17 WR16 INT012 INT113 T014 T115 P101 P112 P123 P134 P145 P156 P167 P178 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 89 C 52 OC1 C11 1D2 2D3 3D4 4D5 5D6 6D7 7D8 8D9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q 12 74 A LS 57 3 12Hz Y1 100 R2 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 EA A7 EA AD0 AD1 EA AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 C2 30P C3 30P R1 100K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R-4,7K S1 RESET Y2 A[0..15] A010 A19 A28 A37 A46 A55 A64 A73 A825 A924 A1021 A1123 A122 CE20 OE22 WE27 DQ0 11 DQ1 12 DQ2 13 DQ3 15 DQ4 16 DQ5 17 DQ6 18 DQ7 19 A141 A1326 RAM62256 +5V A14 A13 A12 A15 A1 B2 C3 E14 E25 E36 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 74 AL S1 38 A0 A12 A1 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 C1 CAPACITOR VCC A0 A1 A2 A3 A4 A13 A5 A14 A6 A7 A010 A19 A28 A37 A46 A55 A64 A73 A825 A924 A1021 A1123 A122 CS120 CS226 WE27 OE22 D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19 62 64 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y0_74138 VCC RD WR A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 LOW_ADDRESS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PORT A P1.6 P1.4 P1.2 P1.7 P1.5 P1.3 P1.1 PC7 PC5 PC3 PC1 PB7 P1.0 PC6 PC4 PC2 PC0 PB6 PB4 PB5 PB3PB2 PA7 PB0 PB1 PA6 PA5PA4 PA3PA2 PA1PA0 VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 HEADER 17X2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PORT B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PORT C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PORT3+138 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PORT1 P1.0 P1.1 P1.2 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P0.3 Y0 RDWR T1T0 INT1INT0 PORT3 PORT3+138 Y3 Y6 Y4 Y5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 DATA BUS D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 PA.0 PA.2 PA.4 PA.6 PA.1 PA..3 PA.5 PA.7 VCC PB.0 PB.2 PB.4 PB.6 PB.1 PB.3 PB.5 PB.7 VCC PC.0 PC..2 PC..4 PC.6 PC..1 PC..3 PC..5 PC..7 VCC VCC C5 10u C4 10u 1 6 2 7 3 8 4 9 5 DB9 FEMALE C8 10u C6 10u C7 10u R1I13 T1O14 R10 12 T1I 11 R2O 9 T2I 10 R2I8 T2O7 GND15 V-6 V+2 VCC16 C1+ 1 C1- 3 C2+ 4 C2- 5 M A X 23 2 VCC RXD TXD C828 LED232 R_L232B R_L232A VCC RXD R_POWER LED_POWER VCC CT 1 3 2 V V GND IN OUT 78L05 VCC +12V VCC + 5V Ph¹m Gia §iÒm s¬ ®å nguyªn lý Board 1 HD: TS NguyÔn Hång Quang TH: TrÇn B×nh D−¬ng-Ph¹m Gia §iÒm TriÖu Tuyªng Hoµng-NguyÔn tuÊn NghÜa-T§H3-K43