Nghiên cứu hệ thống điều khiển cho cầu trục 10 tấn

p từng bit. - Các thanh ghi (BANK). Bộ lệnh AT89C51 hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là từ R0 đến R7 và theo mặc định ( sau khi RESET hệ thống ), các thanh ghi này ở các địa chỉ 00H đến 07F. Lệnh sau đây sẽ đọc nội dung ở địa chỉ 05H vào thanh ghi tích luỹ. MOV A,R5 Đây là lệnh 1Byte dùng địa chỉ thanh ghi. Tuy nhiên có thể thi hành bằng lệnh 2Byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong Byte rhứ 2 : MOV A,05H Lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn nhiều so với lệnh tương ứng dùng địa chỉ trực tiếp. Thanh ghi tích cực bằng cách thay đổi các bit trong thanh ghi trạng thái chương trình (PSW) Giả sử băng thanh ghi thứ 3 đang được truy xuất, lệnh sau đây sẽ di chuyển nội dung của thanh ghi A vào ô nhớ có địa chỉ 18H MOV R0,A - Các thanh ghi có chức năng đặc biệt. AT89C51 có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt ( SFR : Special Function Register) ở vùng trên của RAM nội từ địa chỉ 80H đến FFH. Tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa, chỉ có 21 thanh ghi chức năng năng đặc biệt được định nghĩa sẵn các địa chỉ. - Thanh ghi trạng thái chương trình. Thanh ghi trạng thái chương trình PSW (Program Status Word) ở địa chỉ D0H chứa các bit trạng thái như bảng sau : BIT KÝ HIỆU ĐỊA CHỈ Ý NGHĨA PSW .7 CY D7H Cờ nhớ. PSW .6 AC D6H Cờ nhớ phụ. PSW .5 F0 D5H Cờ 0. PSW .4 RS1 D4H Bit 1 chọn Bank thanh ghi. PSW .3 RS0 D3H Bit 0 chọn Bank thanh ghi. 00 = Bank 0 : Địa chỉ 00H - 07H. 01 = Bank 1 : Địa chỉ 08H - 0FH. 10 = Bank 2 : Địa chỉ 10H - 17H, 11 = Bank 3 : Địa chỉ 18H - 1FH PSW .2 0V D2H Cờ tràn. PSW .1 _ D1H Dự trữ. PSW .0 P D0H Cờ Parity chẵn lẻ. Bảng 2.2: Bảng Thanh ghi trạng thái chương trình + Cờ nhớ : C = 1 Nếu phép toán cộng có tràn hoặc phép toán trừ có mượn và ngược lại C = 0. Nếu thanh ghi A có giá trị FF thì lệnh sau : ADD A,#1 . Phép cộng này có tràn nên bit C = 1 và kết quả trong thanh ghi A = 00H. Cờ nhớ có thể xem là thanh ghi 1 bit cho các luận lý thi hành trên bit ANL C,25H + Cờ nhớ phụ : Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ AC = 1. Nếu kết quả 4 bit thấp trong khoảng 0AH đến 0FH, ngược lại AC = 0. + Cờ 0 : Cờ 0 là cờ đa dụng dành cho các ứng dụng của người dùng. + Các bit chọn Bank thanh ghi truy xuất : Các bit chọn Bank thanh ghi (RS0 và RS1) xác định Bank thanh ghi được truy xuất. Chúng được xoá sau khi RESET hệ thống và được thay đổi bằng phần mềm nếu cần. Lệnh sau cho phép Bank thanh ghi 3 và di chuyển nội dung của thanh ghi R7 (địa chỉ byte 1Fh) vào thanh ghi A : SETB RS1 SETB RS0 MOV A,R7 - Thanh ghi B. Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích luỹ A cho các phép toán nhân và chia. Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trụ không dấu 8bit trong A và B rồi trả kết quả về 16bit trong A (Byte thấp) và B (Byte cao). Lệnh DIV AB sẽ chia A cho B rồi trả kết quả nguyên trong A và phần dư trong B. Thanh ghi cũng có thể xem như thanh ghi đệm đa dụng. - Con trỏ ngăn xếp. Con trỏ ngăn xếp SP là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 18H. Nó chứa địa chỉ của Byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp. Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm các lệnh 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. Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm giảm SP. Ngăn xếp của 89C51 được cất giữ trong RAM nội và giới hạn các địa chỉ có thể truy xuất bằng các địa chỉ gián tiếp, chúng là 128Byte đầu của AT89C51. Để khởi động SP với ngăn xếp bắt đầu tại địa chỉ 60H, ta dùng lệnh sau : MOV SP,#5FH Nếu không dùng lệnh khởi động SP hoặc khi RESET lại AT89C51 thì SP sẽ bắt đầu tại địa chỉ mặc định là 07H và dữ liệu đầu tiên sẽ được cất vào ô nhớ ngăn xếp có địa chỉ là 08H. Ngăn xếp được truy xuất trực tiếp bằng các lệnh PUSH và POP để lưu trữ tạm thời và lấy lại dữ liệu hoặc truy xuất ngầm bằng lệnh gọi chương trình con ACALL, LCALL và các lệnh trở về RET, RETI để lưu trữ giá trị của bộ đếm chương trình khi bắt đầu thực hiện chương trình con và lấy lại khi kết thúc chương trình con. - Con trỏ dữ liệu DPRT ( Data Pointer). Con trỏ DPTR được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài, DPTR là một thanh ghi 16bit ở địa chỉ 28H (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 sử dụng kiểu định địa chỉ tức thời để nạp hằng dữ liệu 55H vào thanh ghi chứa A. Lệnh thứ 2 cũng sử dụng kiểu định địa chỉ tức thời, nạp hằng địa chỉ 16bit 1000H cho con trỏ dữ liệu DPTR. Lệnh thứ 3 sử dụng kiểu định địa chỉ gián tiếp di chuyển giá trị 55H chứa trong A đến RAM ngoài tại địc chỉ chứa trong DPTR (1000H). - Các thanh ghi PORT. Các Port xuất nhập của 89C51 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. các Port 0,2,3 không được dùng để xuất nhập nếu sử dụng thêm bộ nhớ ngoài hoặc nếu có một số đặc tính đặc biệt của 89C51 được sử dụng ( như là ngắt, Port nối tiếp.....).P1.2 đến P1.7, ngược lại, luôn luôn là các đường xuất nhập đa mục đích hợp lệ. Tất cả các Port đều được định địa chỉ từng bit nhằm cung cấp các khả năng giao tiếp mạnh. Thí dụ ta có một động cơ một cuộn dây và một mạch kích dùng Transistor nối tới bit 7 của Port 1, động cơ có thể ngưng hay chạy chỉ nhờ vào Hinh 2.7: Một lệnh đơn của 8051. SETB P1.7 sẽ làm động cơ chạy và lệnh CLR P1.7 làm động cơ ngưng. Các lệnh trên sử dụng toán tử (dot) để định chỉ 1 bit trong 1Byte cho phép định địa chỉ từng bit. Trình dịch hợp ngữ thực hiện biến đổi dạng ký hiệu thành địa chỉ thực tế nghĩa là 2 lệnh sau sẽ tương đương CLR P.17 tương đương với lệnh CLR 97H. - Các thanh ghi định thời (Timer) AT89C51 chưa 2 bộ định thời 2 bộ định thời/ đếm 16bit được dùng cho 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 (TL0 : Byte thấp) và 8DH ( TH1 : Byte cao). Việc khởi động Timer được SET bởi TIMER Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển Timer (TCON) ở địa chỉ 88H, chỉ có TCON được địa chỉ hoá từng bit. - Các thanh ghi nối tiếp. AT89C51 chứa một Port nối tiếp dành cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, Modem hoặc giao tiếp nối tiếp với các IC khác. Một thanh ghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽ giữ cả 2 dữ liệu truyền và dữ liệu nhận. Khi truyền dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF. Các mode vận hành khác nhau được lập trình ghi điều khiển port nối tiếp SCON ở địa chỉ 98H. - Các thanh ghi ngắt. Thực tế ở 8051 chỉ có 5 ngắt dành cho người dùng, song nhiều tài liệu kỹ thuật của các nhà sản xuất vẫn nói rằng có 6 ngắt vì họ tính cả lệnh reset bố trí sáu ngắt của 8051 như sau: -Reset: khi chân reset được kích hoạt thì 8051 nhảy về địa chỉ 0000 -Hai ngắt dành cho bộ định thời time 0 và time 1, đia chỉ ở bảng vector ngắt của hai ngắt này tương ứng với time 0 và time 1 là 000B4 và 001B4 Hai ngắt phần cứng dành cho các thiết bị bên ngoài nối tới chân 12 (P3.2) và 13 (P3.2) của cổng P3 là INTO và INT1 tương ứng. Các ngắt ngoài cũng còn được gọi là EX1 và EX2. Vị trí nhớ trong bảng vector ngắt của hai ngắt INT0 và INT1 này là 0003H và 0013H Truyền thông nối tiếp có một ngắt cho cả thu lẫn phát, địa chỉ nủa ngắt này trong bảng vector ngắt 0023H Bảng vector ngắt của 8051 Ngắt Đỉa chỉ ROM (Hexa) Chân RESET 0000 9 Ngắt phần cứng ngoài (INTO) 0003 12 (P3 : 2) Ngắt bọ timer 0 (TFO) 0008 Ngắt phần cứng ngoài 1 (INT1) 0013 12 (P3 : 3) Ngắt bộ timer 1 (TF1) 0018 Ngắt COM nối tiếp (R1 và T1) 0023 ORG 0 ; Địa chỉ bắt đầu của ROM khi khơi động lại LJMP MAIN ;bỏ qua bảng vector ngắt ;……… Chương trình khởi động lại ORG30H MAIN: …. END Bảng 2.3: Bảng vector ngắt của 8051 - Cho phét ngắt và cấm ngắt Khi reset thì tất cả mọi ngắt bị cấm, có nghĩa là không có ngắt nào được bộ vi điều khiển đáp ứng nếu chúng được kích hoạt. các ngắt phải được cho phép bằng phần mềm để bộ vi điều khiển có thể đáp ứng được. Có một thanh ghi được gọi là cho phép ngắt IE (Interrup Enable), chịu trách nhiệm về việc cho phép ngắt và cấm các ngắt IE là thanh ghi có thể định địa chỉ bit. Thanh ghi cho phét ngắt IE D7 D0 EA ---- ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA IE.7 Nếu EA=0 thì không ngắt nào được báo nhận Nếu EA=1 thì từng nguồn ngắt sẽ được mở hoặc cấm bằng cách bật hoặc xóa bit cho phét tương ứng -- IE.6 Dự phòng cho tương lại ET2 IE.5 Cho phép hoặc cấm ngắt chàn hoặc thu của timer 2 (89C52) ES IE.4 Cho phép hoặc cấm cổng nối tiếp ET1 IE.3 Cho phép hoặc cấm ngắt tràn của time 1 EX1 IE.2 Cho phép hoặc cấm ngắt ngoài 1 ET0 IE.1 Cho phép hoặc cấm ngắt tràn của time 0 EX0 IE.0 Cho phép hoặc cấm ngắt ngoài 0 * Các bit này có thể dùng ở các bộ vi điều khiển có đặc tính mới trong tương lai Bảng 2.4: Thanh ghi cho phét ngắt IE - Các bước thực hiện khi cho phép một ngắt Để cho phép 1 ngắt, trình tự thực hiện các bước như sau bit D7 của thanh ghi IE là EA phải được bật lên cao cho phép các bit còn lại của thanh ghi có hiệu lực. Nếu EA=1 thì tất cả mọi ngắt đều được phép và sẽ được đáp ứng nếu các bit tương ứng của các ngắt này trong IE có mức cao. Nếu EA=0 thì không có ngắt nào được đáp ứng cho dù bit tương ứng trong IE có giá trị cao. - Thanh ghi điều khiển công suất. Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở địa chỉ 87H chứa các bit điều khiển. - Tín hiệu RESET. AT89C51 có ngõ vào RESET (RST) tác động ở mức cao trong khoảng thời gian 2 chu kỳ sau đó xuống mức thấp để AT89C51 bắt đầu làm việc. RST có thể kích tay bằng một phím nhấn thường mở. sơ đồ mạch RESET như hình sau: Thanh ghi quan trọng nhất là thanh ghi bộ đếm chương trình PC được RESET tại địa chỉ 0000H. Nội dung của RAM trong chíp không bị thay đổi bởi tác động của ngõ vào RESET. Hình 2.8: Mạch RESET Bảng giá trị của các thanh ghi sau khi RESET hệ thống : THANH GHI NỘI DUNG Bộ đếm chương trình 0000H Thanh chứa A 00H Thanh ghi B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H Port 0 – 3 xxx00000B IP xx000000B 0xx00000B Các thanh ghi định thời 00H SCON 00H SBUF 00H PCON (HMOS) 0xxxxxxxB PCON (CMOS) 0xxx0000B Bảng 2.5: Bảng giá trị của các thanh ghi sau khi RESET hệ thống 6. Hoạt Động Của Thanh Ghi TIME AT89C51 có hai timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc. Người ta sử dụng các timer để: Định khoảng thời gian Đếm sự kiện Tạo tốc độ baud port nối tiếp trong 89C51. Trong các ứng dụng định khoảng time, người ta lập trình timer ở những khoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer. Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương trình để thực hiện một tác động như kiểm tra trạng thái của các ngõ vào hoặc gửi sự kiện ra các ngõ ra. Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịp đều đặn của timer để đo thời gian trôi qua giữa hai sự kiện (Vi dụ đo độ rộng xung). Truy xuất các timer của AT89C51 dùng sáu thanh ghi chức năng đặc biệt cho trong bảng sau: SFR Mục đích Địa chỉ Địa chỉ hóa từng bit TCON Điều khiểm timer 88H Có TMOD Chế độ timer 89H Không TLO Byte thấp của Timer 0 90H Không TL1 Byte thấp của Timer 1 91H Không TH0 Byte cao của Timer 0 92H Không TH1 Byte cao của Timer 1 93H Không Các Thanh nghi chức năng của timer trong 8031 Bảng 2.6: Các Thanh nghi chức năng của timer trong 8031 Thanh Ghi Chế Độ Timer (TMOD): Cả hai bộ định thời timer 0 và timer 1 đều dùng chung một thanh nghi được gọi là TMOD để thiết lập các chế độ làm việc khác nhau của bộ định thời. Thanh ghi TMOD là thanh nghi 8 bít gồm có 4 bít dành cho bộ timer0 và 4 bít dành cho timer 1. Trong đó hai bít thấp của chúng dung để thiết lập chế độ của bộ định thời, còn 2 bít cao dùng để xác định phép toán. Dưới đây chung ta sẽ tìm hiểu về các phét toán. Bít Tên Timer Mô tả 7 Gate 1 Bít mở cổng = 0, Set TRx 6 C/T 1 Bít chọn chế độ Count/ Timer 1=bộ đếm sự kiện 0 = Bộ định khoảng thời gian 5 M1 1 Bít 1 của chế độ mode 4 M0 0 Bít 0 của chế độ mode 3 GATE 0 Bít mở cổng = 0, Set TRx 2 C/T 0 Bít chọn chế độ Count/ Timer 1 M1 0 Bít 1 của chế độ mode 0 M0 0 Bít 0 của chế độ mode Tóm tắt thanh nghi chức năng TMOD Bảng 2.7: Tóm tắt thanh nghi chức năng TMOD Thanh Ghi Điều Khiển Timer (TCON) Thanh nghi TCON chứa các bít trạng thái và các bít điều khiển cho timer 1, timer 0. Bít Ký hiệu Địa chỉ Mô tả TCON 7 TF1 8FH Cơ bản tràn timer 1. Đặt bởi phần cứng khi tràn, được xóa bở phần mềm, hoặc phần cứng khi bộ xử lý chỉ đến chương trình phục vụ ngắt TCON 6 TR1 8EH Bít điều khiển timer 1 chạy đặt xóa bằng phần mềm để cho timể chạy ngừng TCON 5 TF0 8DH Cờ báo tràn timer 0 TCON 4 TR0 8CH Bít điều khiển timer 0 chạy TCON 3 IE1 8BH Cớ cạnh ngắt 1 bên ngoài. Đặt bởi phần cứng khi phát hiện một cạnh xuống ở INT1 xóa bằng phần mềm hoạc phần cứng khi CPU chỉ đến chương trình phục vụ ngắt TCON 2 IT1 8AH Cờ kiểu ngắt 1 bên ngoài. đặt xóa bằng phần mềm để ngắt ngoài tich cực cạnh xuống mức thấp TCON 1 IE0 89H Cờ cạnh ngắt 0 bên ngoài TCON 0 IT0 88H Cờ cạnh ngắt 0 bên ngoài Bảng 2.8: Các thanh nghi chức năng của timer trong 8031 Chúng ta đã biết công dụng của các cờ TR0 và TR1 để bật/tắt các bộ định thời. Các bít này thuộc thanh ghi điều khiển bộ định thời TCON (Time Control). Đây là thanh ghi 8 bít như bảng trên giời thiệu, bốn bít cao dùng để lưu các TF, TR cho cả timer 0 và time 1. Còn bốn bít thấp được thiết lập dành cho điều khiển bít ngắt. Cũng cần lưu ý rằng thanh ghi TCON là thanh nghi có thể định địa chỉ bít được lên hoàn toàn có thể thay các lệnh như “SETB TR1” và “CLR TR1” bằng các lệnh tương ứng như “SET TCON.6” và CLR TCON.6”, xem bảng sau. Đôi vơi timer 0 SETB TR0 = SETB TCON.4 SETB TR0 = CLR TCON.4 SETB TF0 = SETB TCON.5 CLR TF0 = CLR TCON.5 Đôi với Timer 1 SETB TR1 = SETB TCON.6 CLR TR1 = CLR TCON.6 SETB TF1 = SETB TCON.7 CLR TF1 = CLR TCON.7 Bảng 2.9: Các lệnh tương ứng đối với thanh ghi điều khiển bộ định thời Khởi Động Và Truy Xuất Thanh Ghi Timer Thông thường các thanh ghi được khởi động một lần đầu ở chương trinh để đặt ở chế độ làm việc đúng. Sau đó trong thân chương trình, các thanh ghi timer được cho chạy, dừng các bít được kiểm tra và xóa, các thanh ghi timer được đọc và cập nhật… theo dõi hỏi các ứng dụng. TMOD là thanh ghi thứ nhất được khởi động vì nó đặt chế độ hoạt động. Ví dụ, các lệnh sau khởi động timer 1 như timer 16 bít (Chế độ 1) có xung nhịp từ bộ dao động trên chíp cho việc định khoảng thời gian. MOV TMOD, #1B Lệnh này sẽ đặt M1 = 1 và M0 = 0 cho chế độ 1, C/T=0 và Gate = 0 cho xung nhịp nội và xóa các bít chế độ Timer 0. Dĩ nhiên, timer không thật sự bắt đầu định thời cho đến khi bít điều khiển chạy TR1 được đặt lên 1. Nếu cần số đếm ban đầu, các thanh ghi TL1/TH1 cũng phải được khởi động, một khoảng 100µm có thể được khởi động bằng các khơi động giá trị cho TH1/TL1 là FF9CH MOV TL1 , #9CH MOV TH1 , #0FFH Rồi timer được cho chạy bằng cách đặt bít điều khiển chạy như sau: SETB TR1 Cờ báo tràn được tự động đặt lên một sau 100µm. Phần mềm có thể đời trong 100µm bằng cách dùng lệnh rẽ nhánh có điều kiện nhẩy đến chính nó trong khi cờ bào tràn chưa được lên 1: WAIT: JNB TF1, WAIT Khi timer tràn, cần dừng timer và xóa cờ báo tràn trong phần mềm. CLR TR1 CLR TF1 7. Bộ Đếm Chương Trình Và Không Gian ROM Của 8051 Một thanh ghi quan trọng khác của 8051 là bộ đếm chương trình. Bộ đếm chương trình có nhiệm vụ trỏ đến địa chỉ của lệnh kế tiếp cần được thực hiện. mỗi khi CPU nhận mã lệnh từ bộ nhớ ROM, thì bộ đếm chương trình tăng lên để trỏ đến lệnh kế tiếp. Bộ đếm chương trình 8051 rộng 16bít, điều đó có nghĩa là, 8051 có thể truy cập được địa chỉ chương trình từ 0000 đến FFFFH, tổng cộng là 64Kb. Tuy nhiên không phải thành viên nào của 8051 cũng có đủ 64Kb ROM/Chíp. Vấn đề tiếp theo là, khi 8051 được bật nguồn thì địa chỉ khởi đầu được bắt đầu từ đâu? Địa chỉ bắt đầu khi 8051 được bật nguồn Mỗi họ vi điều khiển khi được bật nguồn đều được bắt đầu từ những địa chỉ khác nhau. Đối với 8051 địa chỉ bắt đầu từ 0000. Bật nguồn có nghĩa là cấp điện áp Vcc đến chân reset, nói cách khác khi 8051 được cấp nguồn, thì bộ đếm chương trình có giá trị 0000. điều naỳ có nghĩa nó sẽ thực hiện mã lệnh đầu tiên được lưu ở ROM 0000. Tại sao lại ở vị trí này của bộ nhớ ROM? Đó là nhờ chỉ dẫn ORG ở chương trình nguồn. Dưới đây là toàn bộ trình tự hoạt động của bộ đếm chương trình trong quá trình nhận và thực thi một chương trình mẫu. Mã Chương trinh Ở ROM Để hiểu rõ hơn về bộ đếm chương trình, ta sẽ xem xét hoạt động của bộ đếm chương trình mỗi khi nhận và thực hiện lệnh. Ta khảo sát một tệp liệt kê của chương trình mẫu được lưu ở ROM. Như có thể thấy mã lệnh và toán hạng của từng lệnh được liệt kể ở bên trái của tệp liệt kê. Bảng 2.10: Mã Chương trình Ở ROM Địa chỉ ROM Ngôn Ngữ Máy Hợp Ngữ 00000 7D25 MOV R5, #25H 00000 7F34 MOV R7, #34H 00002 7400 MOV A,#0 00004 2D ADD A, R5 00006 2F ADD A, R7 00008 2412 ADD A, #12H 0000A 80EF HERE: SUMP HERE Sau khi chương trình được nạp vào ROM của họ 8051, như AT89C51 thì mã lệnh và toán hạng được đặt luôn bắt đầu từ địa chỉ 0000. Địa Chỉ Mã lệnh 0000 7D 0001 25 0002 7F 0003 34 0004 74 0005 00 0006 2D 0007 2F 0008 24 0009 12 000A 80 000B FE Bảng 2.11: Nội dung ROM Nội dung ROM của chương trinh trên được giới thiệu ở bảng sau. Tại địa chỉ 0000 có mã 7D là mà lệnh chuyển một giá trị vào thanh ghi R5, còn địa chỉ 0001, chứa toán hạng (Giá trị 250000) Cần được chuyển vào R5. Do vậy lệnh “MOV R5 #25H” có mã lệnh là “7D25” trong đó 7D là mã lệnh còn 25 là toán hạng. Tương tự mã máy “7F 34” được ghi ở địa chỉ 0002 và 0003 biêu diễn mà lệnh và toán hạng của lệnh “MOV R7, #34H” cũng như vậy, mã máy “74 00” tại địa chỉ 0004 và 0005 là biểu diễn lệnh “MOV A, #0” ô nhớ 0006 có mã 2D là mã lệnh của “ADD A, R5”, còn ô nhớ 007 có nội dung 2F là mã lệnh của “ADD A, R7” mã lệnh của lệnh “ADD A, #12H” được đặt ở ô nhớ 0008 và toán hạng 12H được đặt ở ô nhớ 0009. Ô nhớ 000A có mã lệnh của lệnh SJMP và địa chỉ đích của nó được đặt ở ô nhớ 000B. Trình Tự Thực Hiện Chương Trình Giả sử chương trình trên đã được ghi vào ROM của 8051 thì trình tự các bước hoạt động khi được cấp nguồn như sau: Khi 8051 được bật nguồn bộ đếm chương trình PC có nội dung 0000 và bắt đầu Nạp mã lệnh đầu tiên từ vị trí nhớ đầu tiên 0000 của ROM chương trình. Đối với chương trình nêu trên đó là mã 7D(Chuyển một toán hạng vào R5). Khi thực hiện Mã lệnh CPU nhận giá trị 25 và chuyển vào R5. Đến đây việc thực hiện một lệnh được kết thúc. Sau đó bộ đếm chương trình được tăng lên để trỏ tới ô nhớ 0002 (PC = 0002), tại đây có chứa mã 7Flà mã của lệnh chuyển một toán hạng vào R7 “MOV R7” ,….. Khi thực hiện mã lệnh 7F thì giá trị 34H được chuyển vào R7 sau đó PC được tăng lên 0004 Ô nhớ 0004 chứa mã lệnh của lệnh “MOV A, #0”, lệnh này được thựchiện và sau đó PC được tăng lên 2 đơn vi: PC = 0006, lưy ý tất cả các lệnh nêu trên đều là các lệnh 2byte Với PC= 0006, bộ đếm chương trình trỏ tới vị trí kế kiếplà : “ADD A, R5” Đây là lệnh 1 byte, sau khi thực hiện lệnh PC = 0007 Ngăn nhớ 0007 chứa mã 2F là mã lệnh của “ADD A,R7” Đây là lệnh 1Byte sau khi thực hiện PC được tăng lên 0008 quá trình này cứ tiếp tục cho đến khi tất cả mọi lệnh đều được nhận và thực hiện. Do bộ đếm chương trình có ý nghĩa và có cách thức làm việc như vậy lên ở một số bộ vi xử lý, đặc biệt là dòng Intel X86, bộ đếm chương trình còn được gọi là con trỏ lệnh IP Bản Đồ Nhớ ROM của họ 8051 Điểm cần chú ý là không có thành viên nào của họ 8051 có thể truy cập được trên 64kb mã lệnh, vì bộ đếm chương trình của 8051 là 16bit (Dải địa chỉ từ 0000 đến FFFFH) Điểm lưu ý số 2 là lệnh đâu tiên của Rom chương trình đều đặt ở 0000, còn lệnh cuối cùng phục thuộc vào dung lượng của ROM/Chíp của mỗi thành viên của họ 8051. Như vậy 8751 và AT98C51 với 4 kb ROM thì dải địa chỉ sẽ từ 0000 đến 0FFFH do đó, ngăn nhớ đầu tiên có địa chỉ 0000 và ngăn nhớ cuối cùng có địa chi 0FFFH Với 4k byte không gian nhớ ROM trên Chíp ta có 4096 byte bằng 1000H ở dạng Hexa (4*1024 = 4096D = 1000H). Bộ nhớ này được sắp xếp trong các ngăn nhớ từ 0000 đến 0FFFH. Lưy ý không luôn là ngăn nhớ đầu tiên. Với 32K byte nhớ ta có 32768 byte (32*1024 ). Chuyển 32768 về số hexa ta nhận được 8000H. 7FFF 1FFF 0FFF Hình 2.9: Dải địa chỉ của ROM trên Chip của một số thành viên họ 8051 CHƯƠNG III CÁC CHẾ ĐỘ ĐỊNH ĐỊA CHỈ CỦA 8051 CPU có thể truy cập dữ liệu theo nhiều cách khác nhau. Dữ liệu có thể ở trong một thanh ghi hoặc trong bộ nhớ hoặc được cho như một giá trị tức thời các cách truy cập dữ liệu khác nhau được gọi là các chế độ đánh địa chỉ. Phần này chúng ta bàn luận về các chế độ đánh địa chỉ của 8051 Các chế độ đánh địa chỉ khác nhau của bộ vi xử lý được xác định như nó được thiết kế và do vậy khi lập trình không thể đánh địa chỉ khác nhau là: 1. tức thời 2. Theo thanh ghi 3. Trực tiếp 4. gián tiếp qua thanh ghi 5. Theo chỉ số I .CÁC CHẾ ĐỘ ĐỊNH ĐỊA CHỈ TỨC THỜI VÀ THEO THANH GHI 1 Chế độ đánh địa chỉ tức thời Trong chế độ đánh địa chỉ này, toán hạng nguồn là một hằng số và như tên gọi, của nó thì khi một lệnh được hợp dịch toán hạng đi tức thi ngay sau mã lệnh. Lưu ý rằng trước dữ liệu tức thời phải được đặt dấu ‘’(#)’’ chế độ đánh địa chỉ này có thể được dùng để nạp thông tin vào bất kỳ thanh ghi nào kể cả thanh ghi con trỏ dữ liệu DPTR. DPTR là 16 bit nó cũng có thể được truy cập như 2 thanh ghi 8 bit DPH và DPL trong đó DPH là byte cao và DPL là byte thấp. 2. chế độ đánh địa chỉ theo thanh ghi: Chế độ đánh địa chỉ theo thanh ghi là sử dụng các thanh ghi để dữ liệu cần được thao tác các .ví dụ về đánh địa chỉ theo thanh ghi như sau: Các thanh ghi nguồn và đích phải phù hợp về kích thước. Hay nói cách khác, nếu viết “ MOV DPTR, A” sẽ cho một lỗi vì nguồn là thanh ghi 8 bit và đích lại là thanh ghi 16 bit. Để ý rằng ta có thể chuyển dữ liệu giữa thanh ghi tích luỹ A và thanh ghi Rn (n từ 0 đến 7) nhưng việc chuyển dữ liệu giữa các thanh ghi Rn thì không được phép. Ví dụ, lệnh “MOV R4, R7” là không hợp lệ. Trong hai chế độ đánh địa chỉ đầu tiên, các toán hạng có thể hoặc ở bên trong thanh ghi hoặc được gắn liền với lệnh. Trong hầu hết các chương trình dữ liệu cần được xử lý thường ở trong một số ngăn của bộ nhớ RAM hoặc trong ROM .Rất nhiều cách để truy cập dữ liệu này mà phần tiếp theo sẽ xét đến. II. TRUY CẬP BỘ NHỚ SỬ DỤNG CÁC CHẾ ĐỘ ĐỊNH ĐỊA CHỈ KHÁC NHAU 1 Chế độ đánh địa chỉ trực tiếp. Như đã nói ở trong 8051 có 128 byte bộ nhớ RAM. Bộ nhớ RAM được gán các địa chỉ từ 00 đến FFH và được phân địachỉ như sau:. Các ngăn nhớ từ 00 đến 1FH được gán cho các băng thanh ghi và ngăn xếp. Các ngăn nhớ từ 20H đến 2FH được dành cho không gian đánh địa chỉ theo bit để lưu các dữ liệu 1 bit. Các ngăn nhớ từ 30H đến 7FH là không gian để lưu dữ liệu có kích thước 1byte. Mặc dù toàn bộ byte của bộ nhớ RAM có thể được truy cập bằng chế độ đánh địa chỉ trực tiếp, nhưng chế độ này thường được sử dụng nhất để truy cập các ngăn nhớ RAM từ 30H đến 7FH. Đây là do một thực tế là các ngăn nhớ dành cho băng được truy cập bằng thanh ghi theo các tên gọi của chúng là R0 - R7 còn các ngăn nhớ khác của RAM thì không có tên như vậy. Trong chế độ đánh địa chỉ trực tiếp thì dữ liệu ở trong một ngăn nhớ RAM mà địa chỉ của nó được biết và địa chỉ này được cho như là một phần của lệnh. Khác với chế độ đánh địa chỉ tức thì mà toán hạng tự nó được cấp với lệnh dấu (#) là sự phân biệt giữa hai chế độ đánh địa chỉ. Như đã nói ở trước thì các ngăn nhớ trừ 0 đến 7 của RAM được cấp cho bằng 0 của các thanh ghi R0 - R7. Các thanh ghi này có thể được truy cập theo 2 cách như sau: MOV A, R4 MOVA, 4 Hai lệnh này giống nhau đều sao nội dung thanh ghi R4 vào A MOV A, 7; MOV A,R7 Hai lệnh này đều như nhau là sao nội dung R7 vào thanh ghi A Mặc dù sử dụng các tên R0 - R7 dễ hơn các địa chỉ bộ nhớ của chúng nhưng các ngăn nhớ 30H đến 7FH của RAM không thể được truy cập theo bất kỳ cách nào khác là theo địa chỉ của chúng vì chúng không có tên. 2 Các thanh ghi SFSR và các địa chỉ của chúng. Trong các thanh ghi được nói đến từ trước đến giờ ta thấy rằng các thanh ghi R0 - R7 là một phần trong 128 byte của bộ nhớ RAM. Vậy còn các thanh ghi A, B, PSW và DPTR là một bộ phận của nhóm các thanh ghi nhìn chung được gọi là các thanh ghi đặc biệt SFR (Special Funtion Register). Có rất nhiều thanh ghi với chức năng đặc biệt và chúng được sử dụng rất rộng rãi mà ta sẽ trình bày ở các chương sáu. Các thanh ghi FR có thể được truy cập theo tên của chúng (mà dễ hơn rất nhiều) hoặc theo các địa chỉ của chúng. Ví dụ địa chỉ của thanh ghi A là EOH và thanh ghi B là FOH những cặp lệnh có cùng ý nghĩa dưới đây: MOV 0E0H, #55H ; Nạp 55H vào thanh ghi A(A=55H) MOV A, #55H ; MOV 0F0H, #25H ; Nạp 25H vào thanh ghi B ( B = 25) MOV 3, #25H ; Bảng 3.1 dưới đây liệt kê các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR của 8051 và các địa chỉ của chúng. Cần phải lưu ý đến hai điểm sau về các địa chỉ của SFR: Các thanh ghi SFR có địa chỉ nằm giữa 80H và FFH các địa chỉ này ở trên 80H, vì các địa chỉ từ 00 đến 7FH là địa chỉ của bộ nhớ RAM bên trong 8051. không phải tất cả mọi địa chỉ từ 80H đến FFH đều do SFH sử dụng, nhưng vị trí ngăn nhớ từ 80H đến FFH chưa dùnglà để dữ trữ và lập trình viên 8051 cũng không được sử dụng. Lệnh Tên Địa chỉ ACC Thanh ghi tích luỹ (thanh ghi tổng ) A 0E0H B Thanh ghi B 0F0H PSW Từ trạng thái chương trình 0D0H SP Con trỏ ngăn xếp 81H DPTR Con trỏ dữ liệu hai byte DPL Byte thấp của DPTR 82H DPH Byte cao của DPTR 83H P0 Cổng 0 80H P1 Cổng 1 90H P2 Cổng 2 0A0H P3 Cổng 3 0B0H IP Điều khiển ưu tiên ngắt 0B8H IE Điều khiển cho phép ngắt A08H TMOD Điều khiển chế độ bộ đếm/ Bộ định thời 89H TCON Điều khiển bộ đếm/ Bộ định thời 88H T2CON Điều khiển bộ đếm/ Bộ định thời 2 0C8H T2MOD Điều khiển chế độ bộ đếm/ Bộ định thời 2 0C9H TH0 Byte cao của bộ đếm/ Bộ định thời 0 8CH TL0 Byte thấp của bộ đếm/ Bộ định thời 0 8AH TH1 Byte cao của bộ đếm/ Bộ định thời 1 8DH TL1 Byte thấp của bộ đếm/ Bộ định thời 1 8BH TH2 Byte cao của bộ đếm/ Bộ định thời 2 0CDH TL2 Byte thấp của bộ đếm/ Bộ định thời 2 0CCH RCAP2H Byte cao của thanh ghi bộ đếm/ Bộ định thời 2 0CBH RCAP2L Byte thấp của thanh ghi bộ đếm/ Bộ định thời 2 0CAH SCON Điều khiển nối tiếp 98H SBUF Bộ đệm dữ liệu nối tiếp 99H PCON Điều khiển công suất 87H Bảng 3.1 Các địa chỉ của thanh ghi chức năng đặc biệt SFR *Các thanh ghi có thể đánh địa chỉ theo bit. Xét theo chế độ đánh địa chỉ trực tiếp thì cần phải lưu ý rằng giá trị địa chỉ được giới hạn đến 1byte, 00 - FFH. Điều này có nghĩa là việc sử dụng của chế độ đánh địa chỉ này bị giới hạn bởi việc truy cập các vị trí ngăn nhớ của RAM và các thanh ghi với địa chỉ được cho bên trong 8051. 3 Ngăn xếp và chế độ đánh địa chỉ trực tiếp. Một công dụng chính khác của chế độ đánh địa chỉ trực tiếp là ngăn xếp. Trong họ 8051 chỉ có chế độ đánh địa chỉ trực tiếp là được phép đẩy vào ngăn xếp. Do vậy, một lệnh như “PUSH A” là không hợp lệ. Việc đẩy thanh ghi A vào ngăn xếp phải được viết dưới dạng “PUAH 0E0H” với 0E0H là địa chỉ của thanh ghi A. Tương tự như vậy để đẩy thanh ghi R3 vào ngăn xếp ta phải viết là “PUSH 03”. Chế độ đánh địa chỉ trực tiếp phải được sử dụng cho cả lệnh POP. Vì dụ “POP 04” sẽ kéo đỉnh của ngăn xếp vào thanh ghi R4. 4 Chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi. Trong chế độ này, một thanh ghi được sử dụng như một con trỏ đến dữ liệu. Nếu dữ liệu ở bên trong CPU thì chỉ các thanh ghi R0 và R1 được sử dụng cho mục đích này. Hay nói cách khác các thanh ghi R2 - R7 không có thể dùng được để giữ địa chỉ của toán hạng nằm trong RAM khi sử dụng chế độ đánh địa chỉ này khi Ro và R1 được dùng như các con trỏ, nghĩa là khi chúng giữ các địa chỉ của các ngăn nhớ RAM thì trước chúng phải đặt dấu (@) như chỉ ra dưới đây. MOV A, @ R0 Chuyển nội dung của ngăn nhớ RAM có địa chỉ trong R0 và A MOV @ R1, B Chuyển nội dung của B vào ngăn nhớ RAM có địa chỉ ở R1 Lưu ý rằng R0 cũng như R1 luôn có dấu “@” đứng trước. Khi không có dấu này thì đó là lệnh chuyển nội dung các thanh ghi Ro và R1 chứ không phải dữ liệu ngăn nhớ mà địa chỉ có trong R0 và R1. DJNZ R2, AGAIN ; Lặp lại cho đến khi bộ đếm = 0. 5. ưu điểm của chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi. Một trong những ưu điểm của chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi là nó làm cho việc truy cập dữ liệu năng động hơn so với chế độ đánh địa chỉ trực tiếp. 6. Hạn chế của chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi trong 8051. Như đã nói ở phần trước rằng R0 và R1 là các thanh ghi duy nhất có thể được dùng để làm các con trỏ trong chế độ đánh địa chỉ gián tiếp thanh ghi. Vì R0 và R1 là các thanh ghi 8 bit, nên việc sử dụng của chúng bị hạn chế ở việc truy cập mọi thông tin trong các ngăn nhớ RAM bên trong (các ngăn nhớ từ 30H đến 7FH và các thanh ghi SFR). Tuy nhiên, nhiều khi ta cần truy cập dữ liệu được cất trong RAM ngoài hoặc trong không gian mã lệnh của ROM trên chip. Hoặc là truy cập bộ nhớ RAM ngoài hoặc ROM trên chíp thì ta cần sử dụng thanh ghi 16 bit đó là DPTR. 7. Chế độ đánh địa chỉ theo chỉ số và truy cập bộ nhớ ROM trên chíp. Chế độ đánh địa chỉ theo chỉ số được sử dụng rộng rãi trongviệc truy cập các phân tử dữ liệu của bảng trong không gian ROM chương trình của 8051. Lệnh được dùng cho mục đích này là “Movc A, @ A + DPTR”. Thanh ghi 16 bit DPTR là thanh ghi A được dùng để tạo ra địa chỉ của phân tử dữ liệu được lưu cất trong ROM trên chíp. Do các phân tử dữ liệu được cất trong không gian mã (chương trình) của ROM trên chip của 8051, nó phải dùng lệnh Movc thay cho lệnh Mov (chủ C ở cuối lệnh là chỉ mà lệnh Code). Trong lệnh này thì nội dung của A được bổ xung vào thanh ghi 16 bit DPTR để tạo ra địa chỉ 16 bit của dữ liệu cần thiết. 8 Bảng xắp xếp và sử dụng chế độ đánh địa chỉ theo chỉ số. Bảng xắp xế là khái niệm được sử dụng rất rộng rãi trong lập trình các bộ vi xử lý. Nó cho phép truy cập các phần tử của một bảng thường xuyên được sử dụng với thao tác cực tiểu. Như một ví dụ, hãy giả thiết rằng đối với một ứng dụng nhất định ta cần x2 giá trị trong phạm vi 0 đến 9. Ta có thể sử dụng một bảng xắp xếp thay cho việc tính toán nó. CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG I. Bài toán: Yêu cầu thiết kế mạch quảng cáo điều khiển: Ma trận LED 8x56 được cấu trúc từ 7 ma trận LED 8x8 Hiển thị dòng chữ theo yêu cầu (Trôi từ phải qua trái) Dùng vi điều khiển AT89C51 IC giải mã 74HC595, IC đệm cột ULN2803, đệm hàng dùng Transistor II. Sơ dồ khối và các chức năng của hệ quảng cáo 1.Sơ dồ khối của hệ quảng cáo VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 Hàng BẢNG ĐÈN Cột XUẤT DỮ LLIỆU LIỆU HÀNG BỘ ĐỆM NGÕ RA HÀNG GIẢI MÃ CỘT (quét cột) BỘ ĐỆM NGÕ RA CỘT Khối Nguồn Hình 4.1.: Sơ dồ khối của hệ quảng cáo 2.Chức năng các khối a Khối nguồn. - Biến áp 220V/9VAC /2A - Cầu chỉnh lưu (D7-D10) làm nhiệm vụ chỉnh lưu cả chu kỳ - Tụ C29,C30,C31 làm nhiệm vụ triệt nhiễu - LM7850C làm nhiệm vụ ổn áp nguồn ra 5v rồi cấp cho mạch điều khiển - nguồn cấp cho mạch có thể dùng nguồn của máy tính thông qua cổng USB -Điện trở R24 có nhiệm vụ hạn chế dòng b. Khối điều khiển trung tâm là vi điều khiển AT89C51 Chương trình lập trình sẵn được nạp vào trong vi điều khiển 8951 sẽ điều khiển các khối xuất dữ liệu hàng, và giải mã cột thông qua các Port của vi điều khiển c. Khối Xuất dữ liệu hàng Khối này làm nhiệm vụ xuất dữ liệu chứa trong vi điều khiển ra hàng của bảng đèn LED ma trận để điều khiển các bóng đèn của LED ma trận hiển thị dòng thông báo mong muốn. Dữ liệu xuất ra ở hàng phải đồng bộ với hoạt động của khối quét cột d. Khối giải mã cột (quét cột) Theo nguyên lý hoạt động của mạch, tại mỗi thời điểm chỉ cho phép các đèn ở một cột được sáng. Như vậy cần tạo ra một khối quét cột làm nhiệm vụ lựa chọn cột được phép sáng tại mỗi thời điểm. Khối này sẽ nhận điều khiển trực tiếp từ vi điều khiển thông qua một Port xuất khác. e. Khối đệm ngõ ra hàng, ngõ ra cột Các khối này làm nhiệm vụ cách li tải với các mạch ở trước nó. Bộ đệm còn có chức năng làm tăng dòng điện của các đầu ra, trước khi cho nối vào các chân hàng (anod) và các chân cột (cathod) của bảng đèn LED ma trận f. Bảng đèn LED ma trận Đây là khối hiển thị thông tin quảng cáo. Bảng đèn sẽ nhận đồng thời tín hiệu điều khiển từ khối xử lý hàng ( xuất dữ liệu hàng và bộ đệm hàng) và khối xử lý cột ( khối quét cột, và bộ đệm cột). Để từ đó sẽ cho phép đèn nào sáng, đèn nào tắt, nhằm hiển thị ra những thông tin quảng cáo mong muốn. III . THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC KHỐI 1.Thiết kế chi tiết khối nguồn Hình 4.2: Thiết kế chi tiết khối nguồn Linh kiện sử dụng thiết kế khối nguồn gồm có: 01 biến áp 220VAC/9VAC/ 2A Gồm 4 Diot 1N4007(1A) 2 tụ 470 µF/25v, 1 tụ 100 µF/16v ,1 tụ 104 và 1 điện trở 100Ω 1 IC ổn áp LM 7805C/TO có cấu trúc bên trong như hình. IC làm nhiệm vụ nhận điện áp vào 11v/DC Điện áp 11v/DC là từ đầu ra của cầu chỉnh lưu ,được đưa vào đầu vào của IC7805 và đầu ra được ổn áp 5v /1A cấp cho mạch điều khiển làm việc. . Hình 4.3: Cấu trúc của IC7805 2. Thiết thiết khối đệm hàng Linh kiện gồm có: 08 transistor (2N2222) 08 điện trở 1K và 08 điên trở 100Ω Hình 4.4: Thiết kế khối đệm hàng Bảng LED ma trận trong thiết kế này gồm có 8 hàng sẽ lấy dữ liệu từ 1 Port của vi điều khiển 89C51. Trong thiết kế này Port 2 được chọn làm Port xuất dữ liệu hàng. Như vậy khối xuất dữ liệu hàng thực chất là Port 2 của vi điều khiển (có 8 chân tương ứng với 8 hàng của ma trận LED). Dữ liệu xuất này được điều khiển bởi chương trình nạp trong vi điều khiển. 3. Thiết kế khối giải mã cột chi tiết (quét cột) * Linh kiện gồm có: 07 IC(74HC595) 07 IC (ULN2803) Hình 4.5: Thiết kế khối giải mã cột chi tiết Bảng đèn trong thiết kế có 56 cột theo nguyên lý hoạt động của khối giải mã cột, tại một thời điểm khối giải mã cột chỉ được đưa ra tín hiệu điều khiển cho 1 cột được phép sáng, và các cột sẽ được lần lượt để được phép sáng. Để thực hiện được chức năng này, chúng ta sẽ sử dụng IC 74HC595 * IC 74HC595 IC 74HC595 là loại IC dùng giải mã /giải đa hợp làm việc được với tần số cao, nó đặc biệt thích hợp khi dùng làm bộ giải mã địa chỉ tác động vào chân chọn IC của các IC nhớ lưỡng cực. IC74HC595 có sơ đồ chân như sau: Hình 4.6: Sơ đồ chân của IC74HC595 Sơ đồ hoạt động của IC 74HC595 Hình 4.7: Sơ đồ hoạt động của IC 74HC595 Chức năng các chân của IC Ta có các chân 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 15 là các chân đầu ra của IC. Tùy thuộc vào trạng thái của các đường địa chỉ mà ta có các trạng thái ở ngõ ra tương ứng. Khi IC hoạt động bình thường thì tại một thời điểm chỉ có một ngõ ra duy nhất ở trạng thái mức logic thấp, tất cả các ngõ ra còn lại ở mức logic cao. - Chân 8 nối với đất. - Chân 9 dùng để nối với tầng sau - Chân 10 có tác dụng reset các bít của thanh ghi dịch -Chân 11 là chân cấp xung cho IC -Chân 12 là chân chốt dữ liệu trạng thái của tín hiệu sẽ đuợc lưu lại trong một khoảng thời gian nhằm ổn định trạng thái đầu ra cho tới khi có tác động của xung chôt tiếp theo. -Chân13 là chân cho phép IC hoạt động, chân này tích cực ở mức thấp. Vì chỉ có 1 IC do vậy chân này được nối đât ( IC luôn hoạt động) -Chân 16 nối với dương nguồn 5V DC 4. Khối thúc công xuất cột (đệm ngõ ra cộT) Hình 4.8: Khối thúc công xuất cột Do dòng ra khỏi bộ giải mã là rất nhỏ không đủ công suất cung cấp cho ma trận led do đó chúng ta phải nối cácđầu ra của bộ giải mã với một khối khuếch đại công suất. Trong bài thiết kế này em sử dụng IC ULN2803 để khuếch đại và đệm cho ngõ ra cột Sơ đồ chân của IC ULN2803 : Hình 4.9: Sơ đồ chân của IC ULN2803 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của IC ULN2803 là : Hình 4.10: Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của IC ULN2803 Nguyên lý hoạt động của IC ULN2803 : Thực chất của IC là các transistor được mắc theo kiểu darlington sau đó được mắc qua một cổng đảo và mắc với một diode bảo vệ rồi đi xuống đât qua chân số 9. 5. Khối hiển thị -Điện áp vào board là: 3v -Dòng vào board là:240 mA -Thực chất tại một thời điểm chỉ có một cột được phép sáng ( tức là 8 led được sáng còn lại đều tắt) - Thông số áp và dòng nói ở trên chính là kết quả đo từ một cột Led thực Led tương đương trong mạch Hình 4.11: Mô tả ma trận LED Hình 4.12: Khối hiển thị Ma trận LED trong thiết kế được ghép bởi 7 ma trận LED 8x8 (8 hàng và 56 cột). Mỗi ma trận LED 8x8 có 24 chân, trong đó 8 anod và 16 cathod. Để ghép được thành 1 ma trận 8x56 và điều khiển được bảng đèn hiện chữ, chạy chữ, chúng ta cần phải ghép nối như sau: Nối 7 chân anod có cùng vị trí trong mỗi LED lại với nhau và lấy đó làm một chân anod chung cho bảng ma trận mới. Như thế ta sẽ được 8 chân anod (hàng) của ma trận LED 8x56 56 chân kathod của 7 ma trận 8x8 sẽ là 56 cathod của ma trận LED 8x56 Trong mỗi LED ma trận 8x8 có: Các chân Anod theo thứ tự từ trên xuống là: A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8 Các chân cathod theo thứ tự từ phải qua trái là: K12,K22,K32,K42,K52,K62,K72,K82 6. Khối Điều Khiển Trung Tâm Linh kiện gồm có: 01 Chip 89C51 (Cấu trúc bên trong được giới thiệu ở Chương II) 1 Mạch dao động thạch anh được kết nối như hình vẽ gồm có 1 thạch anh 12MHZ, 2 tụ 33p ổn định tần số dao động và xác định tần số cho mạch 1 mạnh reset được mắc như hình vẽ gồm có 1 công tắc reset, 1 tụ 10µF, một điện trờ 10K, 1 điốt bảo vệ 1N4007 Hình 4.13: Khối điều khiển trung tâm Chip 89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chíp CMOS có hiệu suất cao, công suất tiêu thụ nguồn thấp - Là IC có tính hợp trên đó hệ vi xử lý -có 40 chân - 4Kb ROM ,có thể ghi xóa 1000 lần - 128x8 bit Ram trong - 4 cổng vào ra 8 bit (32 đường xuất nhập) - 2 bộ định thời / đếm 16 bit, 1 cấu trúc ngắt 2 mức ưu tiên - Có 6 nguyên nhân ngắt - Có thể lập trình được qua công nối tiếp -Có tó210 bit được địa chỉ hóa -Dải tần số hoạt động từ 0MHz dến 24MHz 7. Nguyên lý toàn mạch 7.1.Linh kiện cần cho thiết kế này là: - 01 IC AT89C51 loại 40 chân PDIP - 07 IC 74HC595 (đây là bẩy IC dùng cho mạch giải mã cột) - 07 IC ULN2803 (là các IC được dùng ở khối đệm cột hay chính là khối thúc công suất cột) - 14 dế có 16 chân (dùng để cấy IC 74HC595 và IC ULN2803) - 14 bộ đế rắc cắm 7dùng cho board led , 7dùng cho board điều khiển và 7 đoạn cáp dùng để kết nối giữa hai board này. - 01 điện trở kéo 4,7k dùng để cấu hình cho Port o khi cần thiết là cổng vào - 03 đế cắm 8 chân(chờ sẵn) được kết nối với các cổng còn lại của thiết kế dùng để phục vụ cho phát triển mở rộng kích thước board led. - 08 transistor 2N2222 (dung để làm khối đệm hay thúc công suất hàng) cách kết nối bộ đệm được trình bày ở thiết kế chi tiết khối đệm(sơ đồ nguyên lý) - 08 điện trở 1k dùng trong khối đệm hàng. - 16 điện trở 150Ω dùng trong khối đệm hàng. - 01 công RESET. -01 tụ 10µF/16V dùng trong mạch reset. - 01điện trở 10k, 01`điện trở 4,1k dùng trong mạch reset. - 05 diot 1N4007 1A dùng trong mạch reset và chỉnh lưu cầu. - 01thạch anh 12Mhz dùng trong mạch giao động. -02 tụ 33p dùng trong mạch giao động. - 02 tụ 470µF/25V, 01 tụ100µF/16V, 01 tụ 104 và tất cả các tụ này được dùng trong khối nguồn. -01 điện trở 100Ω(dùng cho khối nguồn) - 01 IC ổn áp LM7805C/TO dùng trong khối ngồn đầu ra của IC này là 5v/DC - 01 biến áp 220vAC/9Vac điện áp 9v/AC này cáp tới cầu chỉnh lưu - 01 rắc USB dược gắn vào đường nguồn cấp 5V/DC cho board mạch điều khiển, để ta có thể sử nguồn từ cổng USB của máy tính. - 01 rắc cắm được gắn vào đưởng nguồn 9V/AC ,(rắc này lấy điện áp 9V/AC cấp cho mạch chỉnh lưu cầu. - 14 đế cắm 24 chân để phục vụ cho việc gắn các ma trận led (8x8) vào board led thành ma trận led( 8x56).Việc dùng đế cắm 2 4 chân là vì bảng led(8x8) có trúc 8chân anode và 16 chân cathod gồm hai mầu xanh, đỏ .Trong thiết kế này tôi chỉ quan tâm đến mầu đỏ có nghĩa còn thừa 8 chân mầu xanh. - 07 ma trận led(8x8) có24 chân để ghép thành ma trận (8x56) 7.2. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch và công cụ thiết kế mạch in -Giao diện phần mềm hỗ trợ thiết kế sơ đồ nguyên lý ORCAD.9.2 dùng CARTURE CIS Hình 4.14: Giao diện ORCAD 9.2 CARTURE CIS -Giao điện phần mềm hỗ trợ thiết kế chuyển mạch nguyên lý sang mạch in bằng ORCAD 9.2 dùng LAYOUT PLUS Hình 4.15: Giao diện ORCAD 9.2 LAYOUT PLUS GND Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 7.3.Board điều khiển (mạch đồng 2 lớp). Hình 4.17: Board điều khiển (mạch In 2 lớp) Hình 4.18: Board mạch sơ đồ chân Hình 4.19: Board hiển thị (mạch In) 7.4. Board hiển thị (mạch đồng khối hiển thị) 7.5. Nguyên lý hoạt động của toàn mạch: --Bảng đèn trong thiết kế này gồm có 7ma trận LED 8x8, tức là bảng đèn gồm có 8 hàng và 56 cột -Để dữ liệu từ vi điều khiển đưa ra hiển thị được trên bảng đèn theo một trật tự nhất định (hiển thị đúng chữ hoặc đúng hình ảnh) thì dữ liệu gửi ra này phải được đồng bộ với tín hiệu quét cột. --Khi dữ liệu từ ô nhớ đầu tiên gởi ra bảng đèn thì chỉ có cột đèn đầu tiên là được phép sáng (có sự cho phép của tín hiệu quét cột), các cột còn lại không được phép sáng (không có sự cho phép của tín hiệu quét cột). Tương tự như thế, khi dữ liệu từ ô nhớ thứ hai gởi ra thì chỉ có cột thứ hai của bảng đèn là được phép sáng, các cột còn lại thì không, cho đến cột thứ 56 được hiển thị dữ liệu từ ô nhớ thứ 56 Đây được tính là một lần quét Như vậy, xét tại một thời điểm nhất định thì chỉ có một cột LED được phép sáng (LED nào trong cột được phép sáng thì do dữ liệu từ vi điều khiển gởi đến qua Port P2 quyết định). Nhưng do quét với tần số cao và nhờ vào sự lưu ảnh của mắt mà ta thấy được các chữ một cách liên tục, không bị chớp tắt. --Sau khi quét 56 ô nhớ lưu giữ trong bộ nhớ ROM của vi điều khiển đủ lâu (đủ thời gian để người xem có thể đọc được chữ trên bảng đèn, bằng cách quét đi quét lại nhiều lần) thì vi điều khiển sẽ điều khiển chuyển sang quét 56 ô nhớ kế tiếp (dữ liệu được dịch đi một ô nhớ). Khi dịch chuyển dữ liệu ở các ô nhớ thì hiển thị trên bảng đèn sẽ tạo cho ta cảm giác như các chữ dịch đi một cột. Khi ô nhớ cuối cùng trong bảng dữ liệu được truy xuất, vi điều khiển sẽ quay trở lại truy xuất ô nhớ đầu tiên. Quá trình cứ thế tiếp tục và ta sẽ thấy được dòng chữ di chuyển trên bảng đèn. Và dòng chữ sẽ được chạy vòng. IV. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 1.Nguyên lý hoạt động Theo nguyên lý và thiết kế phần cứng của mạch quảng cáo, chúng ta sẽ xây dựng thuật toán cho chương trình điều khiển để nạp vào vi điều khiển AT89C51. Trong sơ đồ nguyên lý, dữ liệu từ Port 2 sẽ được xuất ra hàng, còn Port3 sẽ có chân được sử dụng làm chân địa chỉ đưa vào IC 74HC595 để tiến hành giải mã cột. Như vậy mục đích của chương trình sẽ là . - Điều khiển các cột (dịch các cột để đảm bảo tại mỗi thời điểm chỉ có một cột được phép sáng, và sáng theo thứ tự). - Đồng thời với việc điều khiển cột là xuất dữ liệu ra hàng tương ứng, để hiện chữ (dữ liệu đã được nhập từ trước trong bộ nhớ ROM của 89C51) - Điều khiển quét Led, tạo hình ảnh liên tục - Điều khiển để dòng chữ chạy từ phải qua trái Đầu tiên cần phải khai báo dữ liệu (nạp dữ liệu vào các ô nhớ của Rom 8951) theo từng byte, mỗi byte chính là mã của một cột (gồm 8 led), khi byte đó được xuất ra ứng với cột được phép sáng thì với bít 1 led sẽ sáng, bít 0 led sẽ tắt. Các byte này sẽ được cất vào các ô nhớ liên tiếp của bộ nhớ Rom của vi điều khiển 8951, khi chúng ta muốn truy xuất dữ liệu thì chỉ việc truy xuất vào các ô nhớ đã đánh địa chỉ. Dữ liệu được truy xuất, đưa ra Port 0 để hiển thị chữ bằng cách sau: Theo nguyên tắc: địa chỉ = bộ đếm + con trỏ Con trỏ mà chúng ta sử dụng ở đây là con trỏ dữ liệu DPTR. Đầu tiên con trỏ sẽ được đặt ở địa chỉ đầu bảng dữ liệu, bộ đếm là đếm địa chỉ offset , chúng ta sẽ dùng thanh chứa A chứa địa chỉ này. Và lệnh sau sẽ truy xuất vào dữ liệu: MOVC A, @A+DPTR Khi đó chỉ việc xuất dữ liệu từ thanh chứa A ra Port 2 là được. Ở đây bộ đếm được dùng là bộ đếm giảm, giá trị thanh chứa được gán đầu tiên là 56 cột (56 byte dữ liệu ) sẽ được quét rất nhanh và quét làm nhiều lần để mắt ta có thể thấy được hình ảnh một cách rõ nét ( hiện tượng lưu ảnh trên võng mạc ). Khi quét xong số lần quét đã định, con trỏ sẽ tăng lên 1, và công việc sẽ được lặp lại. Lúc đó hình ảnh sẽ dịch chuyển (đó là do dữ liệu đã dịch đi ). Khi con trỏ đến một vị trí mà dữ liệu đã được truy xuất hết, chúng ta sẽ đặt nó quay trở về vị trí ban đầu. Và công việc cứ thế được lặp lại. Trên bảng quảng cáo chúng ta sẽ được thấy một dòng chữ chạy từ phải qua trái, rồi mất đi và lại hiện ra Đồng thời với việc xuất dữ liệu ra hàng chúng ta cũng phải tạo một bộ đếm 56 để giải mã cột, bộ đếm hoạt động gần như cùng lúc với xuất dữ liệu. 2. Lưu Đồ Thuật Toán N Bắt đầu Thiết lập các trạng thái ban đầu Thiết lập con trỏ dữ liệu DPTR Truy xuất bảng dữ liệu Xuất dữ liệu quét cột Kiểm tra hết khung hình Tăng con trỏ dữ liệu DPTR để dịch ảnh tạo cảm giác chữ trôi trên bảng đèn Kiểm tra hết nội dung quảng cáo Kết thúc N Xuất dữ liệu ra hàng Kiểm tra RESET Y Y Y N 3.Chương trinh và nạp chương trình cho chíp AT89C51 Giao diện phần KEIL Hình 4.20: Giao diện phần KEIL Dùng mạch nạp ROM và chạy chương trình proload V2.1 for 89series programmer của hãng Sun Rom chương trình được down load trrực tiếp từ Web của hãng Sun Rom. surom.com-Dùng phần mềm Keil mởFile để viết chương trình tên chương trrinh phải có đuôi - asm nếu viết bằng hợp ngữ ,nếu viết bằng ngôn ngữ c thì tên chương trình phải có đuôi .c - Chương trrình được viết thành công ta tiến hành dịch sang file hex ,rồi nạp vào ROM trên chíp AT89c51 -Mạch nạp chương trình cho ROM trên chíp AT89... có ảnh dưới đây -Hình ảnh nạp thành công chương trình điều khiển hiển thị dòng chữ (KHOA ĐIEN TU VIEN THONG ĐAI HOC BACH KHOA HA NOI ) trôi từ trái qua phải - Chương trình có kich thước là:393 byte Hình 4.21: Giao diện hỗ trợ mạch nạp chương trình cho ROM/CHIP AT89C51 Từ nguyên lý hoạt động và lưu đồ thuật toán ta có thể xây dựng chương trinh ASSEMBLY sau đây là mã nguồn của chương trình CHƯƠNG TRÌNH CHẠY DÒNG CHỮ QUẢNG CÁO CHAR EQU P2 CLOCK EQU P3.7 INPUT EQU P3.6 ; THIET LAP 1 MOV R4, # 38H AGAIN: SETB INPUT CLR CLOCK CPL CLOCK MOV R4,#38 DJNZ R4,AGAIN ;----------------------------- SCAN: MOV DPTR,#DU_LIEU MOV R0,#255 ;DO DAI DU LIEU ;----------------------------- ;XU LY TROI SCAN1: INC DPTR MOV 30H,DPH ;SAVE DPTR MOV 31H,DPL ;QUYET LAP LAI SCAN2: MOV R2,#20 ;SO LAN QUYET ;------------------------------ SCAN3: Setb INPUT ;CHUYEN 0 VAO CLR CLOCK CPL CLOCK MOV R3,#57 ;SO LAN DICH SCAN4: MOV A,#0 ;CHUYEN DU LIEU MOVC A,@A+DPTR MOV CHAR,A CALL DELAY INC DPTR Clr INPUT ;CHUYEN 1 VAO CLR CLOCK CPL CLOCK ;------------------------------ DJNZ R3,SCAN4 ;QUYET LAI DOAN ;------------------------------ MOV DPH,30H MOV DPL,31H ;LOAD DPTR DJNZ R2,SCAN3 ;------------------------------ DJNZ R0,SCAN1 JMP SCAN ;QUYET VO HAN ;------------------------------ ;CHUONG TRINH CON DELAY: PUSH 05 PUSH 06 MOV R6,#10 ; Tre theo R6 LOOP1: MOV R5,#10 ; DJNZ R5,$ DJNZ R6,LOOP1 POP 06 POP 05 RET ;----------------------------- ;DOAN DU LIEU ;HIEN THI DONG CHU:' Khoa dien tu vien thong dai hoc bach khoa ha noi' DU_LIEU: DB 0,0,0,0,0,0 DB 0,0,0,0,0,0 DB 0,0,0,0,0,0 DB 0,0,0,0,0,0 DB 0,0,0,0,0,0 DB 0,0,0,0,0,0 DB 0,0,0,0,0,0 DB 0,0,0,0,0,0 DB 0,0,0,0,0,0 DB 7FH,08H,14H,22H,41H ;CHU_K: DB 0 DB 7FH,08H,08H,08H,7FH ;CHU_H: DB 0 DB 3EH,41H,41H,41H,3EH ;CHU_O DB 0 DB 7CH,06H,05H,06H,7CH;CHU_A DB 0,0,0,0 DB 08H,7FH,49H,41H,3EH ;CHU_D DB 0 DB 41H,7FH,41H ;CHU_I: DB 0 DB 7FH,49H,49H,49H;,49H ;CHU_E: DB 0 DB 7FH,04H,08H,10H,7FH ;CHU_N: DB 0,0,0,0 DB 01H,01H,7FH,01H,01H ;CHU_T: DB 0 DB 3FH,40H,40H,40H,3FH ;CHU_U: DB 0,0,0,0 DB 1FH,20H,40H,20H,1FH ;CHU_V: DB 0 DB 41H,7FH,41H ;CHU_I: DB 0 DB 7FH,49H,49H,49H;,49H ;CHU_E: DB 0 DB 7FH,04H,08H,10H,7FH ;CHU_N: DB 0,0,0,0 DB 01H,01H,7FH,01H,01H ;CHU_T: DB 0 DB 7FH,08H,08H,08H,7FH ;CHU_H: DB 0 DB 3EH,41H,41H,41H,3EH ;CHU_O: DB 0 DB 7FH,04H,08H,10H,7FH ;CHU_N: DB 0 DB 3EH,41H,49H,3AH,08H ;CHU_G: DB 0,0,0,0 DB 08H,7FH,49H,41H,3EH ;CHU_D DB 0 DB 7CH,06H,05H,06H,7CH ;CHU_A DB 0 DB 41H,7FH,41H ;CHU_I: DB 0,0,0,0 DB 7FH,08H,08H,08H,7FH ;CHU_H: DB 0 DB 3EH,41H,41H,41H,3EH ;CHU_O: DB 0 DB 3EH,41H,41H,41H,22H ;CHU_C: DB 0,0,0,0 DB 7FH,49H,49H,49H,36H ;CHU_B: DB 0 DB 7CH,06H,05H,06H,7CH ;CHU_A DB 0 DB 3EH,41H,41H,41H,22H ;CHU_C: DB 0 DB 7FH,08H,08H,08H,7FH ;CHU_H: DB 0,0,0,0 DB 7FH,08H,14H,22H,41H ;CHU_K: DB 0 DB 7FH,08H,08H,08H,7FH ;CHU_H: DB 0 DB 3EH,41H,41H,41H,3EH ;CHU_O DB 0 DB 7CH,06H,05H,06H,7CH ;CHU_A DB 0,0,0,0 Board DB 7FH,08H,08H,08H,7FH ;CHU_H: DB 0 DB 7CH,06H,05H,06H,7CH ;CHU_A DB 0,0,0,0 DB 7FH,04H,08H,10H,7FH ;CHU_N: DB 0 DB 3EH,41H,41H,41H,3EH ;CHU_O: DB 0 DB 41H,7FH,41H ;CHU_I: DB 0 DB 0,0,0,0,0,0 DB 0,0,0,0,0,0 END 4. Kết quả hệ thống quảng cáo Hình 4.22: Kết quả sản phẩm KẾT LUẬN Sau thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp với sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong bộ môn CNĐT, đặc biệt là sự chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của thầy Phạm Mạnh Hùng cùng những cố gắng của bản thân Tôi đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp thiết kế Hệ Thống Quảng Cáo dùng vi điều khiển AT89C51. Đánh giá kết quả thực hành ứng dụng vi điều khiển AT89C51. Vì thời gian hạn chế,mà khối lượng công việc phải thực hiện của đề tài thì rất nhiều, cộng với sự hiểu biết của Tôi về họ vi điều khiển 8051 còn hạn hẹp.Cho nên kết quả mới chỉ đạt được ở mức thí nghiệm. Tuy nhiên với sản phẩm này vẫn chỉ là mô hình thí nghiệm. Vậy để phát triển đề tài thành sản phẩm tiêu dùng thực sự yêu thích, Tôi rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy Cô và bạn bè. Những hướng phát triển cho đề tài - Mở rộng kích thước bảng Led theo yêu cầu sử dụng. - Khối hiển thì sẽ hiển thị các mầu sắc khác nhau. - Có nhiều chế độ chạy khác nhau . - Kết nối với máy tính để tiện cho việc thay đổi nội dung chương trình. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành chân thành nhất tới Thầy Phạm Mạnh Hùng - Giảng viên hướng dẫn trực tiếp cùng toàn thể các Thầy Cô trong khoa Điện tử Viễn thông và Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập tại Trường đại học Bách khoa Hà Nội. TÀI LIỆU THAM KHẢO Họ vi điều khiển 8051 Tác giả: Tống văn On, Hoàng Đức Hải Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051 Tác giả: Nguyễn Tăng Cường, Phạm Quốc Thắng Website www.diendandientu.com MỤC LỤC