Bộ CÔNG thơng
TRƯờNG CAO ĐẳNG CÔNG NGHIệP NAM ĐịNH

Báo cáo TổNG HợP kết quả nghiên cứu
đề tài kH-cn cấp bộ

Nghiên cứu chế tạo kit vi điều khiển
dùng trong đào tạo hệ cao đẳng
ngành điện tự động hóa
tại trờng
Cao đẳng Công nghiệp Nam định Chủ nhiệm đề tài: ThS. Bùi tiến dũng

7812
22/3/2010



Những ngời tham gia nghiên cứu
1. Cần Cẩm Giang Th ký
2. Vũ Trọng Nghị ủy viên
3. Phạm Đức Cờng ủy viên
4. Phạm Hồng Phong ủy viên

Nam định, 2009

1
Mục lục

trang
Mục lục
Mở đầu
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
2. Mục đích nghiên cứu
3. Đối tợng nghiên cứu
4. Giả thuyết khoa học 3
4
4

31
Chơng 3: Nghiên cứu chế tạo KIT vi điều khiển dùng
trong đào tạo hệ cao đẳng ngành điện tự động hóa
3.1. Thiết lập sơ đồ khối của bộ KIT vi điều khiển
3.2. Chọn thiết bị cho bộ KIT vi điều khiển 36
36
37
2
3.3. Sơ đồ nguyên lý bộ KIT vi điều khiển 70
Chơng 4: Nghiên cứu XÂY DựNG Hệ THốNG BàI THựC TậP
vi điều khiển dùng trong đào tạo hệ cao đẳng ngành
điện tự động hóa
Bài số 1: Điều khiển đầu ra số 73
73
Bài số 2: Điều khiển động cơ DC
Bài số 3: Điều khiển động cơ bớc
Bài số 4: Điều khiển LED 7 thanh
76
81
85
Bài số 5: Giải mã bàn phím
Bài số 6: Hiển thị LCD
Bài số 7: Điều khiển ADC
Bài số 8: Điều khiển DAC

Bộ vi điều khiển thờng đợc lập trình thờng trực cho một công việc và
có các tập lệnh điều khiển.
Một số kết quả ứng dụng bớc đầu đã khẳng định sự cần thiết phải phát
triển nhanh hơn nữa trong việc giảng dạy, học tập và ứng dụng kỹ thuật vi điều
khiển vào giải quyết các nhu cầu điều khiển trong các lĩnh vực kỹ thuật, sản xuất
ở nớc ta.
Nhận thức đợc vai trò quan trọng của kỹ thuật vi điều khiển, trong những
năm gần đây các viện nghiên cứu, các trờng Đại học, Cao đẳng và các cơ quan
ứng dụng ở nớc ta đã tích cực tìm hiểu, học tập, giảng dạy và sử dụng kỹ thuật
vi điều khiển.
Vì vậy, muốn đào tạo sinh viên cao đẳng ngành Điện tự động hóa có khả
năng sẵn sàng đáp ứng yêu cầu thực tế, khả năng làm đợc và làm tốt các ứng
dụng điều khiển, khả năng vận dụng ngay các kiến thức đã học vào cuộc sống
thực tiễn. Các trờng Cao đẳng Kỹ thuật Công nghiệp nói chung và trờng Cao
đẳng Công nghiệp Nam Định nói riêng trong quá trình đào tạo Kỹ thuật vi điều
khiển cần nghiên cứu đổi mới nội dung đào tạo, gắn đào tạo với thực tiễn sản
xuất.
Từ những lý luận trên chúng tôi chọn đề tài:
Nghiên cứu chế tạo KIT vi điều khiển dùng trong đào tạo hệ Cao đẳng
ngành Điện tự động hóa tại trờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định
4

2. Mục đích nghiên cứu

Chế tạo KIT và xây dựng hệ thống bài thực tập phục vụ dạy và học môn
học kỹ thuật vi điều khiển cho sinh viên hệ Cao đẳng ngành Điện tự động hóa
trờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định.
3. Đối tợng nghiên cứu
Quá trình dạy, học và đánh giá kết quả học tập kỹ thuật vi điều khiển dựa
trên nănh lực thực hành của sinh viên hệ Cao đẳng ngành Điện tự động hóa

phân tích và lựa chọn AT89S8252 để làm rõ hơn về kỹ thuật vi điều khiển.
* Về thực tiễn:
- Chế tạo KIT vi điều khiển
- Xây dựng hệ thống bài thực tập.
9. Cấu trúc đề tài
Phần mở đầu
Chơng 1: Kỹ thuật vi điều khiển và đào tạo Kỹ thuật vi điều khiển trong
các trờng Cao đẳng Công nghiệp.
Chơng 2: Giới thiệu vi điều khiển AT89S8252 và công cụ phát triển của
AT89S8252
Chơng 3: Nghiên cứu chế tạo KIT vi điều khiển dùng trong đào tạo hệ
Cao đẳng ngành Điện tự động hóa.
Chơng 4: Xây dựng hệ thống bài thực tập kỹ thuật vi điều khiển dùng
trong đào tạo hệ Cao đẳng ngành Điện tự động hóa tại trờng Cao đẳng Công
nghiệp Nam Định.
Kết luận
Danh mục các tài liệu tham khảo
Phụ lục 6
Chơng 1
kỹ thuật vi điều khiển và đào tạo kỹ thuật
vi điều khiển trong các trờng cao đẳng
1.1 Bộ vi điều khiển ( microcontroller - àC )
1.1.1. Khái niệm
Bộ vi điều khiển là một vi mạch đơn chứa bên trong một CPU và các mạch
khác nh RAM, ROM, mạch giao tiếp nôí tiếp, giao tiếp song song, bộ định thời,
các mạch điều khiển ngắt để tạo nên một hệ máy tính đầy đủ.
1.1.2. Sự phát triển của các bộ vi điều khiển

* Tiêu chuẩn đầu tiên trong lựa chọn một bộ vi điều khiển là nó phải đáp
ứng nhu cầu mặt công suất tính toán và giá thành hiệu quả.
Những tiêu chuẩn đợc đa ra là:
- Tốc độ: Tốc độ lớn nhất mà bộ vi điều khiển hỗ trợ là bao nhiêu.
- Kiểu đóng vỏ: DIP hay QFP ( DIP là đóng vỏ theo 2 hàng chân. QFP là
đóng vỏ vuông dẹt )
- Công suất tiêu thụ: Điều này đặc biệt khắt khe đối với những sản phẩm
dùng pin, ắc quy.
- Dung lợng bộ nhớ RAM và ROM trên chíp.
- Số chân vào - ra và bộ định thời trên chíp
- Khả năng dễ dàng nâng cấp cho hiệu suất cao hoặc giảm công suất tiêu
thụ.
- Giá thành: Điều này quan trọng quyết định giá thành của sản phẩm mà
một bộ vi điều khiển đợc sử dụng.
* Tiêu chuẩn thứ hai trong lựa chọn một bộ vi điều khiển là khả năng phát
triển các sản phẩm xung quanh nó. Các cân nhắc chủ yếu bao gồm khả năng có
sẵn trình hợp ngữ, trình biên dịch ngôn ngữ và khả năng sử dụng trong thực tế.
*Tiêu chuẩn thứ ba trong lựa chọn một bộ vi điều khiển là khả năng sẵn
sàng đáp ứng về số lợng trong hiện tại và tơng lai.

8
Hiện nay, các bộ vi điều khiển 8 bit họ 8051 có số lợng lớn các nhà
cung cấp đa dạng. Nhà cung cấp có nghĩa là nhà sản xuất bên cạnh nhà sáng chế
của bộ vi điều khiển. Trong trờng hợp 8051 thì nhà sáng chế của nó là Intel,
nhng hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất nó.
Các hãng này bao gồm: Intel, Atmel, Philips/signe-tics, AMD, Siemens,
Matra và Dallas, Semicndictior

1.2. ứng dụng của Bộ vi điều khiển
Do đòi hỏi phát triển của sản xuất và xã hội, với sự phát triển mạnh mẽ

Sinh viên cần nắm vững việc thiết kế phần cứng và thiết kế phần mềm.
Hiểu rõ về cấu trúc, nguyên tắc hoạt động, tập lệnh, cách lập trình, các phơng
thức điều khiển việc vào / ra dữ liệu sau đó là cách thực hiện một số phối ghép
cơ bản trong hệ vi xử lý của các hãng khác nhau trên thế giới.
Ví dụ:
- Các bộ vi điều khiển của Intel: 8051
- Các bộ vi điều khiển của Motorola
-Về thực hành: Cần thiết kế đợc các mạch ứng dụng vi điều khiển, đồng thời
sử dụng thành thạo các phần mềm lập trình nh: Reads51, Keil C51, Proload
1.3.2. Chơng trình đào tạo môn học kỹ thuật vi điều khiển hệ Cao đẳng
ngành Điện tự động hóa tại trờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định
( Phụ lục 1 )
1.3.3. Khảo sát, đánh giá thực trạng đào tạo môn học kỹ thuật vi điều khiển
hệ Cao đẳng ngành Điện tự động hóa tại trờng Cao đẳng Công nghiệp
Nam Định
a. Khảo sát đối tợng:

* Lấy ý kiến của 60 giáo viên thông qua phiếu trng cầu ý kiến về nội
dung, phơng pháp giảng dạy môn học kỹ thuật vi điều khiển hệ Cao đẳng ngành
Điện tự động hóa tại trờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định
( Phụ lục 2)
*Lấy ý kiến của 150 sinh viên khoa điện - điện tử ( khóa CĐ47E,
CĐ48ĐI, CĐ49E ) thông qua phiếu trng cầu ý kiến về nội dung, phơng pháp

10
học tập môn học kỹ thuật vi điều khiển hệ Cao đẳng ngành Điện tự động hóa tại
trờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định
( Phụ lục 2)
b. Đánh giá:
*ý kiến của giáo viên:

trung b×nh trong giảng dạy Kỹ thuật vi điều khiển ngành §iện tự động hóa.
* ý kiÕn cña sinh viªn:
- VÒ mức độ phù hợp giữa nội dung giảng dạy về Kỹ thuật vi điều khiển
tại trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định và nhu cầu thùc tÕ:
30 % sè sinh viªn ®−îc hái cho lµ kh«ng phï hîp
70% sè sinh viªn ®−îc hái cho lµ phï hîp
- V
Ò mức độ phù hợp giữa nội dung häc lý thuyÕt vµ häc thùc hµnh trong
m«n häc Kỹ thuật vi điều khiển tại trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định:
30 % sè sinh viªn ®−îc hái cho lµ kh«ng phï hîp
60% sè sinh viªn ®−îc hái cho lµ phï hîp
10 % sè sinh viªn ®−îc hái cho lµ rÊt phï hîp
-100 % sè sinh viªn ®−îc hái cho r»ng tÝnh mÒm dÎo linh ho¹t, tÝnh thùc
tiÔn, tÝnh toµn diÖn trong thiết kế chế tạo thiết bị giảng dạy Kỹ thuật vi điều
khiển ngành §iện tự động hóa lµ quan träng.
- 70 % sè sinh viªn ®−
îc hái cho r»ng hệ thống bài thực tập đóng vài trò
cao trong giảng dạy Kỹ thuật vi điều khiển ngành §iện tự động hóa.
- 30 % sè sinh viªn ®−îc hái cho r»ng hệ thống bài thực tập đóng vài trò
trung b×nh trong giảng dạy Kỹ thuật vi điều khiển ngành §iện tự động hóa.
12
1.4. mục tiêu của đề tài
Với đề tài: Nghiên cứu chế tạo KIT vi điều khiển dùng trong đào tạo
hệ Cao đẳng ngành Điện tự động hóa tại trờng Cao đẳng Công nghiệp Nam
Định
nhằm phục vụ thực hành cho sinh viên, hỗ trợ công tác giảng dạy môn
học Kỹ thuật vi điều khiển .
Qua nghiên cứu lý thuyết và khảo sát thiết bị thực tế trên thị trờng, chúng
tôi đã lựa chọn họ vi điều khiển họ MSC-51để chế tạo KIT vi điều khiển. Kết
quả đã thiết kế hoàn chỉnh bộ KIT với các thiết bị vào ra và ngoại vi phong phú

MCS -51. Flash trên vi điều khiển AT89S8252 cho phép bộ nhớ chơng trình
đợc lập trình trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình bộ nhớ không mất nội dung
quy ớc (chơng trình có thể đợc nạp trực tiếp qua cổng máy in hoặc qua bộ
nạp). Việc kết hợp một CPU linh hoạt 8 bit với Flash trên một chip đơn làm cho
14
AT89S8252 trở thành một hệ vi tính 8 bit đơn chip mạnh cho ta một giải pháp
hiệu quả về chi phí và rất linh hoạt đối với các ứng dụng điều khiển.
Port 3 : (các chân 10 đến 17) đợc kí hiệu là P3.0, P3.1, , P3.7. Port 3 đợc
dùng làm I/O khi không sử dụng bộ nhớ ngoài. Trong các thiết kế có bộ nhớ
AT89S8252
9
18
19
29
30
31
40
1
2
3
4
5
6
7
8
21
22
23
24
25
26
27
28
10
11
12
13

P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
Hình 2.2: Sơ đồ chân của AT89S8252
16
ngoài mỗi chân của Port 3 có chức năng riêng. Cụ thể chức năng của từng chân
đợc chỉ ra trên Bảng 2.1:

Tên chân Chức năng
P3.0 RXD(Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp)
P3.1 TXD(Chân phát dữ liệu của port nối tiếp)
P3.2

EA/ (External Access) là chân 31 của chip AT89S8252. Chân này đợc nối
lên 5v khi thực thi chơng trình trong ROM nội. Chân này đợc nối đất, chơng
17
trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài. Chân này cũng có thể nhận điện áp cho
phép lập trình 12v (V
PP
- programming enable voltage) trong khi lập trình Flash.
Chân RESET: Dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống. Khi
chân này đợc treo ở logic 1 tối thiểu trong 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên
trong của 89S8252 đợc nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ
thống.
Chân XTAL1 và XTAL2
Mạch dao động bên trong chip 89S8252 đợc ghép với thạch anh bên ngoài ở
2 chân XTAL1, XTAL2. Tần số của thạch anh là 12MHz
XTAL1: đầu vào mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và đầu vào đến
mạch tạo xung clock từ bên trong chip.
XTAL2: đầu ra từ mạch khuếch đại đảo của mạch dao động.
Vcc: (chân 40) đợc nối lên nguồn 5v.
2.1.3. Tổ chức bộ nhớ của AT 89S8252
Chip AT89S8252 có không gian bộ nhớ riêng cho chơng trình và dữ liệu.
Cả bộ nhớ chơng trình và bộ nhớ dữ liệu đều nằm trong chip. Tuy nhiên ta có
thể mở rộng bộ nhớ chơng trình và bộ nhớ dữ liệu bằng cách sử dụng các chip
nhớ bên ngoài với dung lợng tối đa là 64K cho bộ nhớ chơng trình và 64K cho
bộ nhớ dữ liệu. Khi sử dụng bộ nhớ ngoài port 0 trở thành bus địa chỉ (A0, A1, ,A7) và
bus dữ liệu(D0, D1, ,D7). ALE chốt byte thấp địa chỉ. Vì vậy ta chỉ cần 16
Khi sử dụng bộ nhớ ngoài, port 0 trở thành port địa chỉ (A0-A7) và port dữ
liệu (D0-D7). ALE chốt byte thấp địa chỉ vì vậy ta chỉ cần 16 chân là đợc 16
đờng địa chỉ và 8 đờng dữ liệu.
Đối với bộ nhớ chơng trình ngoài là bộ nhớ chỉ đọc đợc cho phép bởi tín
hiệu PSEN/ , EA/ nối đất. Việc kết nối đợc chỉ ra nh hình 2.5.
Hình 2.4: Tổ chức bộ nhớ chơng trình
19

2.1.3 .2. Bộ nhớ dữ liệu RAM
AT89S8252 có 256 byte RAM ở bên trong chip. Chúng đợc chia làm
nhiều vùng khác nhau: vùng RAM đa mục đích, vùng RAM định địa chỉ bit, các
dãy thanh ghi, và các thanh ghi chức năng đặc biệt lần lợt đợc chỉ ra trên hình
2.6 và 2.7.

Hình 2.6: Tổ chức bộ nhớ dữ liệu
Hình 2.5: Truy xuất bộ nhớ chơng trình ngoài
20
2.1.4. Hoạt động định thời của AT89S8252
Các bộ định thời dùng để định thời trong một khoảng thời gian, đếm sự kiện
hoặc dùng để tạo tốc độ baud cho việc truyền thông nối tiếp. Trong AT89S8252
có ba bộ định thời là T0, T1 và T2.

Mode 3: Đây là chế độ định thời chia sẻ. Có hoạt động khác nhau cho từng
bộ định thời, bộ định thời 0 ở chế độ 3 đợc chia làm hai bộ định thời 8 bit hoạt
động riêng rẽ TL0 và TH0, mỗi bộ định thời sẽ set những cờ tràn tơng ứng TF0
và TF1 khi xảy ra tràn.
H
ình 2.9: Mode 2 của bộ định thời 1
Hình II.8 : Mode 0 của bộ định thời 1.

Hình 2.8: Mode 0 của bộ định thời1
22
Bộ định thời 1 không hoạt động ở chế độ 3 nhng có thể đợc khởi động
bằng cách chuyển bộ định thời này vào một trong các chế độ khác nhau. Giới
hạn duy nhất là cờ tràn TF1của bộ định thời 1 không bị ảnh hởng bởi bộ định
thời 1 khi bộ này xảy ra tràn vì TF1 đợc nối với bộ định thời 8 bit TH0.

2.1.4.2. Bộ định thời 2 của AT89S8252
AT89S8252 có thêm bộ định thời thứ ba làm tăng khả năng của vi điều
khiển. Các thanh ghi liên quan đến bộ định thời 2 bao gồm: các thanh ghi định
thời TL2, TH2; thanh ghi điều khiển định thời T2CON; các thanh ghi thu nhận
RCAP2L, RCAP2H. Các chế độ hoạt động đợc điều khiển bằng thanh ghi
T2CON.
Bit Ký hiệu Địa chỉ
bit
Chức năng
T2CON.7 TF2 CFH
Cờ tràn của bộ định thời 2 ( không đợc set khi tclk
hoặc rclk =1 )
T2CON.6 EXF2 CEH Cờ ngoài của bộ định thời 2. Cờ đợc set khi có sự thu
nhận hoặc nạp lại xảy ra do bởi sự chuyển trạng thái 1
xuống 0 ở chân T2EX và EXF2=1; Khi các ngắt do bộ
Bộ định thời 2 có 3 chế độ hoạt động: tự nạp lại, thu nhận và tạo tốc độ
baud. (bảng 2.3)

B
ảng II.3: Cách chọn chế độ hoạt động của timer 2
B
ảng 2.2: Chức năng của thanh ghi T2CO
N

B
ảng 2.3: Cách chọn chế độ hoạt động của Timer 2