SHARE BY KYSUBACHKHOA.COM
I. Giới thiệu khái quát về họ IC MCS-51™
MCS-51

 là một họ IC vi điều khiển do Intel phát triển và sản xuất. Một
số nhà sản xuất được phép cung cấp các IC tương thích với các sản phẩm MCS-
51 của Intel là Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu, Philips, Atmel…
Các IC của họ MCS-51 có các đặc trưng chung như sau:
• 4 port I/O 8 bit
• Giao tiếp nối tiếp
• 64K không gian bộ nhớ chương trình mở rộng
• 64K không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng
• Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bit đơn)
• 210 bit được đòa chỉ hóa
• Bộ nhân/chia 4 µs.
Ngoài ra, tùy theo số hiệu sản xuất mà chúng có những khác biệt về bộ nhớ
và bộ đònh thời/bộ đếm như trong bảng so sánh dưới đây:

Số hiệu sản
xuất
Bộ nhớ chương
trình trên chip
Bộ nhớ dữ liệu
trên chip
Số bộ đònh thời
(bộ đếm)
8031
8051
2 Giới thiệu AT89C51
AT89C51 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất thấp với
bộ nhớ Flash có thể lập trình được. Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớ không bay
hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích với chuẩn công nghiệp của 80C51 và
80C52 về chân ra và bộ lệnh. Vì lý do đó, kể từ đây về sau ta sẽ dùng thuật ngữ
“80C51” (hoặc "8051") Sơ đồ khối của AT89C51

2.1 Những đặc trưng của AT89C51.
+ Tương thích với các sản phẩm MCS-51
+ 4KByte bộ nhớ Flash có thể lập trình lại với 1000 chu kỳ đọc/xoá
+ Hoạt động tónh đầy đủ: 0Hz đến 24MHz
+ Khoá bộ nhớ chương trình ba cấp
+ 128 x 8 bit RAM nội
+ 32 đường xuất-nhập lập trình được (tương ứng 4 port)
+ Hai timer/counter 16 bit
+ Một port nối tiếp song công lập trình được
+ Mạch đồng hồ và bộ dao động trên chip
Cấu hình chân của AT89C51 như sau:

Như vậy AT89C51 có tất cả 40 chân. Mỗi chân có chức năng như các đường I/O
(xuất/nhập), trong đó 24 chân có công dụng kép: mỗi đường có thể hoạt động
như một đường I/O hoặc như một đường điều khiển hoặc như thành phần của
bus đòa chỉ và bus đữ liệu.
Mô tả chân
• VCC (chân 40)
Chân cấp nguồn.
• GND (chân 20)
Chân nối đất.

2 (được kéo xuống qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng I
IL
do có
các điện trở pullup bên trong.
Port 2 phát ra byte cao của đòa chỉ khi đọc từ bộ nhớ chương trình
ngoài và khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài dùng các đòa chỉ 16 bit
(MOVX @DPTR). Trong ứng dụng này, nó dùng các điện trở pullup
nội "mạnh" khi phát ra các mức 1. Khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài
dùng các đòa chỉ 8 bit (MOVX @RI), port 2 phát ra các nội dung của
thanh ghi chức năng đặc biệt P2.
Port 2 cũng nhận các bit cao của đòa chỉ và một vài tín hiệu điều
khiển khi lập trình và kiểm tra Flash.
• Port 3
Port 3 là một port xuất-nhập song hướng 8 bit có điện trở pullup nội
bên trong.
Các bộ đệm ngõ ra của port 3 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ vào
TTL. Khi các mức 1 được viết vào các chân của port 3 thì chúng
được kéo lên cao bởi các điện trở pullup nội và có thể được dùng
như các ngõ vào. Khi được dùng như các ngõ vào, các chân của port
3 (được kéo xuống qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng I
IL
do có
các điện trở pullup bên trong.
Port 3 cũng cung cấp các chức năng của các đặc trưng đặc biệt như
được liệt kê dưới đây:

Chân Tên Các chức năng chuyển đổi
P3.0
P3.1
P3.2

•
EA
/Vpp
EA
(External Access Enable) phải được nối với GND để cho phép
thiết bò đọc code từ bộ nhớ chương trình ngoài có đòa chỉ từ 0000H
đến FFFFH. Tuy nhiên, lưu ý rằng nếu bit khoá 1 (lock-bit 1) được
lập trình,
EA
sẽ được chốt bên trong khi reset.
EA
phải được nối với Vcc khi thi hành chương trình bên trong.
Chân này cũng nhận điện áp cho phép lập trình Vpp=12V khi lập
trình Flash (khi đó áp lập trình 12V được chọn).
Khi bit khoá 1 được lập trình, mức logic tại chân
EA
được lấy mẫu và chốt
khởi tạo với một giá trò ngẫu nhiên cho đến khi được reset. Giá trò được
chốt
của
EA
phải bằng với mức logic hiện tại ở chân đó để cho thiết bò làm
việc
một cách chính xác.
 XTAL1 và XTAL2
XTAL1 và XTAL2 là hai ngõ vào và ra của một bộ khuếch đại dao
động nghòch được cấu hình để dùng như một bộ dao động trên chip. Hình. Các kết nối của bộ dao động

RAM nội vào thanh ghi tích lũy, lệnh sau sẽ được dùng :
MOV A, 5FH
Lệnh này di chuyển 1 byte dữ liệu dùng cách đánh đòa chỉ trực tiếp để xác đònh
“đòa chỉ nguồn” (5FH). Đích nhận dữ liệu được ngầm xác đònh trong mã lệnh là
thanh ghi tích lũy A.
RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh đòa chỉ gián tiếp qua
R0 hay R1. Ví dụ, hai lệnh sau thi hành cùng nhiệm vụ như lệnh đơn ở trên :
Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 8031/8051.
MOV R0, #5FH
MOV A, @R0
Lệnh đầu dùng đòa chỉ tức thời để di chuyển giá trò 5FH vào thanh ghi R0, và
lệnh thứ hai dùng đòa chỉ trực tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi R0” vào
thanh ghi tích lũy.
Bộ nhớ
chương trình

Bộ nhớ mở rộng

74

73

72

71

70

2

6F

6E

6D

6C

6B

6A

69

68

2


59

58

2

57

56

55

54

53

52

51

50

2

4F

4E

4D


3F

3E

3D

3C

3B

3A

39

38

27

37

36

35

34

33

32


24

23

22

21

20

24

1F

1E

1D

1C

1B

1A

19

18

23


09

08

21

07

06

05

04

03

02

07

00

20

Bank 3

1F

18

RAM

Đòa chỉ bit

Đòa chỉ
byte

87

86

85

84

83

82

81

80

80

P0

không được đòa chỉ hóa bit

81


8B

8A

89

88

88

TCON

không được đòa chỉ hóa bit

89

TMOD

không được đòa chỉ hóa bit

8

TL0

không được đòa chỉ hóa bit

8

TL1


9E

9D

9C

9B

9A

99

98

98

SCON

không được đòa chỉ hóa bit

99

SBUF

A

A

A

A

A9

A8

A

IE–––

B
C

B
B

B
A

B9



D

D

D

D–

D

D

PSW

B

B

B

B

B

B


Đòa chỉ
byte

Đòa chỉ bit

không được đòa c
hỉ hóa bit

8

TH1

F

Ý tưởng truy xuất từng bit riêng rẽ bằng phần mềm là một đặc tính tiện
lợi của vi điều khiển nói chung. Các bit có thể được đặt, xóa, AND, OR, với
một lệnh đơn. Đa số các vi xử lý đòi hỏi một chuỗi lệnh đọc-sửa-ghi để đạt
được hiệu quả tương tự. Hơn nữa, các port I/O cũng được đòa chỉ hóa từng bit
làm đơn giản phần mềm xuất nhập từng bit.
Có 128 bit được đòa chỉ hóa đa dụng ở các byte 20H đến 2FH. Các đòa
chỉ này được truy xuất như các byte hoặc như các bit phụ thuộc vào lệnh được
dùng. Ví dụ, để đặt bit 67H, ta dùng lệnh sau :
SETB 67H
4.1Con trỏ ngăn xếp .
Con trỏ ngăn xếp (SP) là một thanh ghi 8 bit ở đòa chỉ 81H. Nó chứa đòa 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 đọc dữ liệu và giảm SP. Ngăn xếp của 8051/8031 được giữ
trong RAM nội và được giới hạn các đòa chỉ có thể truy xuất bằng đòa chỉ gián

7 GATE 1
Bit mở cổng. Khi bit này 1, timer chỉ chạy trong khi
INT1 ở mức cao nhất

6

C/ T

1
Bit chọn counter (bộ đếm) hay timer
1 = bộ đếm sự kiện
0 = timer khoảng thời gian
5 M1 1 Bit 1 của chọn chế độ (xem bảng 3.)
4 M0 1 Bit 0 của chọn chế độ (xem bảng 3.)
3 GATE 0 Bit mở cổng cho timer 0
2 C/ T 0 Bit chọn counter (bộ đếm) hay timer của timer 0
1 M1 0 Bit 1 của chọn chế độ của timer 0
0 M0 0 Bit 0 của chọn chế độ của timer 0
Bảng .Các chế độ hoạt động của timer
M1 M0

Chế độ Mô tả
0
0
1
1

0
1
0

hiệu
Đòa
chỉbit
Mô tả
TCON.7 TCON.6
TCON.5
TCON.4
TCON.3
TCON.2
TCON.1
TCON.0
TF1 TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IEO
IT0
Chế độtimer 13 bit (chế độ 0)
Chế độ 0 là chế độ timer 13 bit để tương thích với bộ xử lý trước 8051 là
8048. với các thiết kế người ta ít dùng chế độ hoạt động này. Byte cao của timer
(THx) nối tiếp với 5 bit thấp của byte thấp của timer(TLx) để tạo thành timer
13bit. Ba bit cao của TLx không được sử dụng
Chế độ timer 16 bit (chế độ 1)
Chế độ 1 là chế độ timer 16 bit giống như chế độ 1, ngoại trừ lúc này timer
hoạt động như timer 16 bit đầy đủ. Xung nhòp đượcđưa vào thanh ghi 16 bit đượ
kết hợp bởi THx và TLx.Khi nhận được các xung nhòp thì timer đếm lên
:0000H,0001H,0002H, v. v. . .Tràn xảy ra khi có chuyển tiếp từ FFFFH sang
0000H trong số đếm và nó đặt cờ báo tràn timer lên 1. Timer tiếp tục đếm tiếp.
Cờ báo tràn là bit TFx trong TCON mà người ta có thể đọc ra hoặc ghi vào bảng
phần mềm (xem hình 3.23b)
MSB của giá trò trong các thanh ghi timer là 7 bit của THx, và LSB là bit 0
của TLx. LSB cứ đảo giá trò của nó ở tần số xung nhòp vào chia cho 65536
(nghóa là 2 ).Người ta có thể đọcra hoặc ghi vào thanh ghi timer TLx/THx bằng
phần mềm.
Chế độ timer 8 bit tự nạp lại trò đầu (chế độ 2)
Chế độ 2 là chế độ tựđộng nạp giá trò đầu. Byte thấp của timer TLx làm
việc như timer 8 bit trong khi đó byte cao của timer THx giữ giá trò cần nạp lại.
Khi bộ dếm tràn từ FFH sang 00H thì không những cờ timer được đặt len 1 giá
trò mà giá trò trong THx còn được nạp vào TLx, việc đếm tiếp tục từ giá trò này
đến chuyển tiếp từ FFH sang 00H kế,và cứ tiếp tục như vậy. Chế độ này tiện lợi
vì tràn timer xảy ra theo những khoảng thời gian có chu kỳ một khi TM0D và
THx đã được khởi tạo trò (xem hình 3.23c)
Chế độ tách timer (chế độ 3)
Chế độ 3 là chế độ tách timer thì khác nhau vớimỗi timer. Timer 0 ở chế
độ 3 đựoctách thành 2 timer 8 bit. TL0 và TH0 làm việc như 2 timer độclập

5. Các thanh ghi ngắt.
8051/8031 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên. Các ngắt bò cấm sau khi
reset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE)
ở đòa chỉ A8H. Cả hai thanh ghi được đòa chỉ hóa từng bit.

Cho Phép & Cấm Ngắt.
Mỗi nguồn ngắt cho phép ngắt qua một chức năng của thanh ghi đặc biệt có
các đòa chỉ bit IE ỏ đòa chỉ A8H.Cũng như các bit cho phép riêng biệt cho mỗi
nguồn ngắt,có một bit cho phép/cấm toàn bộ mà được xoá để cấm tất ca ûcác
ngắt hoặc được đặt lên 1 để cho phép tất cả các ngắt TRx

Bảng .Tóm tắt thanh ghi cho phép ngắt IE (interrup Enable)

Bit Ký hiệu Đòa chỉ bit Mô tả (1 = cho phép, 0 = cấm)
IE.7 EA AFH Cho phép/cấm toàn bộ
IE.6 _ AEH Không được đònh nghóa
IE.5 ET2 ADH Cho phép ngắt từ timer 2(8052)
IE.4 ES ACH Cho phép ngắt của cổng nối tiếp
IE.3 ET1 ABH Cho phép ngắt từ Timer 1
IE.2 EX1 AAH Cho phép ngắt ngoài 1
IE.1 ET0 A9H Cho phép ngắt từ Timer 0
IE.0 EX0 A8H Cho phép ngắt ngoài 0

Hai bit phải được đặt lên 1để cho phép bất kỳ ngắt nào:bit cho phép riêng và bit
cho phép toàn bộ. Vídụ,các ngắt từ timer1 được cho phép như sau:
SETB ET1
SETB EA

là đòa chỉ bắt đầu của ISR ứng với nguồn tạo ngắt. Các vector ngắt được cho ở
Bảng .Các vector ngắt
Ngắt Cờ Đòa chỉ vector
Reset hệ thống RST 0000H
Bên ngoài 0 IE0 0003H
Timer 0 TF0 000BH
Bên ngoài 1 IE1 0013H
Timer 1 TF1 001BH
Cổng nối tiếp TI hoặc RI 0023H
Timer 2 TF2 hoặc EXF2 002BH

PHẦN 2 : LINH KIỆN MOSFET
I. GIỚI THIỆU:
MOSFET là loại transistor có khả năng đóng ngắt nhanh và tổn hao
do đóng ngắt thấp.Với cổng điều khiển bằng điện trường (điện áp) nên
MOSFET còn được gọi là transistor trường có cực cửa cách ly.MOSFET
được sử dụng nhiều trong các ứng dụng công suất nhỏ(vài kW) và không
thích hợp sử dụng cho các ứng dụng có công suất lớn.Tuy nhiên ,linh kiện
MOSFET khi kết hợp với công nghệ linh kiện GTO lại phát huy hiệu quả
cao và chúng kết hợp với nhau tạo nên linh kiện MTO có công dụng cho
các tải có công suất lớn.


Hình 2.1
đó , với đònh mức áp từ 300V-400V MOSFET tỏ ra ưu điểm so với BJT ở
tần số vài chục kHz .
MOSFET có thể sử dụng đến mức điện áp 1000V , dòng điện vài chục
ampere và với mức điện áp vài trăm volt với dòng cho phép đến khoảng
100A . Điện áp điều khiển tối đa +20V (2V ,5V ,10V….tùy theo loại) ,
mặt dù thông thường có thể dùng áp đến 5V để điều khiển được nó .
Các linh kiện MOSFET có thể đấu song song để mở rộng công suất.
MOSFET gồm 2 loại :MOSFET kênh có sẵn và MOSFET kênh cảm
ứng .
 MOSFET kênh có sẵn :
Từ phiến Si loại p , người ta tạo ra trên bề mặt một lớp loại N dùng
làm kênh dẫn . Ở hai đầu khuếch tán hai miền N+ dùng làm cực nguồn (S)
và cực máng (D) . Trên mặt phiến Si được phủ màng SiO2 bảo vệ . Phía
trên màng này , đối diện với kênh dẫn , gắn một băng kim loại , dùng làm
cực cửa (G) . Thông qua “cửa sổ “ khoét xuyên qua màng SiO2 ở vùng
thích hợp , người ta phun kim loại , tạo tiếp xúc tuyến tính với hai vùng
N+, dùng làm đầu dẫn ra cho cực S vàa cực D. Đáy của phiến Si đôi khi
cũng được gắn vơi sợi kim loại , dùng làm cực đế SUB (substrate) . Thông
thường cực đế được nối với cực nguồn .
Như vậy là đã hình thành cấu trúc MOSFET kênh có sẵn loại N .
Ký hiệu qui ước như hình h.2.1.a .Tương tự , nếu phiến Si ban đầu thuộc
loại N , kênh dẫn loại P thì có MOSFET kênh P , ký hiệu quy ước như

chế độ giàu hay chế độ nghèo ,dùng giá trò của VGS để điều khiển dòng ID
tăng hay giảm . Trên cơ sở đó , nếu có tín hiệu xoay chiều ES đưa đến ngõ
vào thì hiển nhiên dòng ID sẽ biến đổi theo ES và trên tải ở ngõ ra sẽ nhận
được tín hiệu đã khuếch đại .

Hình 2.3
Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ra của MOSFET kênh có sẵn
loại n (H.1.3) hoàn toàn phản ánh quá trình trên . Mỗi đặc tuyến ra bao
gồm 3 đoạn :đoạn ID tăng gần tuyến tính theo VDS , đoạn ID bão hòa
(trạng thái thắt kênh ) và đoạn đánh thủng . Ở đây , chuyển tiếp P-N hình
thành giửa kênh dẫn và phiến Si ban đầu . Do VDS gây ra phân bố điện
thế dọc chiều dài kênh dẫn , tình trạng phân cực nghòch của chuyển tiếp
P-N không đồng đều , dẫn tới hậu quả tiết diện kênh dẫn giảm dần về
phía cực máng . Diểm uốn A trên đặc tuyến ra tương ứng với trạng thái
bắt đầu thắt kênh . Phạm vi AB (vùng thắt kênh ) là miền làm việc chủ
yếu của MOSFET khi khuếch đại tín hiệu . Mạch hoạt động của MOSFET
kênh có sẵn loại P giới thiệu trên H.2.4 .


điện tích cảm ứng này không lớn , chúng bò lổ trống của phiến loại P tái
hợp mất . Chỉ khi VGS vượt quá một điện áp ngưỡng VT nào đó , lượng
điện tích âm cảm ứng nói trên mới trở nên đáng kể . Chúng tạo thành một
lớp bán dẫn N ở trên bề mặt phiến Si loại P ( do đó có tên là lớp đảo ) ,
đóng vai trò như một kênh dẫn nối liền hai miền N+ của cực nguồn và cực
máng . Do xuất hiện kênh dẫn , điện trở tươnh đương giửa S và D giảm
xuống và do đó dòng máng ID tăng lên . Trò số VGS càng tăng , nồng độ
điện tích âm trong kênh dẫn càng nhiều , dòng ID sẽ càng lớn . Chế độ làm
việc khi VGS > VT như vậy gọi là chế độ làm giàu điện tích ( gọi tắt :chế
độ giàu ) .
Ký hiệu quy ước cùng với sơ đồ khuếch đại của MOSFET kênh cảm
ứng loại N được cho trên hình H.2.6 . Ta thấy rõ : điện áp tín hiệu xoay
chiều es ( xếp chồng lên điện áp một chiều VGS do nguồn EG tạo ra ) điều
khiển nồng độ điện tích âm cảm ứng trong kênh dẫn và do đó điều khiển

Hình 2.6
dòng ID tăng giảm . Trên điện trở RD và trên tải Rl sẽ cdó điện áp đã
khuếch đại của es .

điện trường ( điện trường này do điện áp trên hai ngõ vào sinh ra , còn
dòng điện vào luôn luôn xấp xỉ bằng không ) . Từ đó khống chế dòng điện
ra . Do đặc điểm này , người ta xếp transistor trường vào loại linh kiện
điều khiển bằng điện áp (tương tự như đèn điện tử ) , trong khi BJT thuộc
loại điều khiển bằng dòng điện .
Dòng điện máng ID tạo nên bởi chỉ một loại hạt dẫn ( hạt đa số của
kênh ) , do đó transistor trường thuộc loại đơn cực tính . Do không có vai
trò của hạt dẫn thiểu số ,không có quá trình sản sinh và tái hợp của hai
loại hạt dẫn cho nên tham số của MOSFET ít chiệu ảnh hưởng của nhiệt
độ .
Ngõ vào của MOSFET có điện trở rất lớn , dòng điện vào gần như
bằng không nên mạch vào hầu như không tiêu thụ năng lượng . Điều này
đặc biệt thích hợp cho việc khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu ,hoặc
nguồn có nội trở lớn .
Vai trò cực nguồn và cực máng có thể đổi lẫn cho nhau mà tham số
của MOSFET không thay đổi đáng kể .
Kích thước các điện cực S,G,D có thể giảm xuống rất bé ( dựa trên
công nghệ MOS ) , thu nhỏ thể tích transistor một cách đáng kể và nhờ đó
transistor trường rất thông dụng trong các vi mạch có mật độ tích hợp cao .
Còn trong lãnh vực điện tử công suất , MOSFET được sử dụng như
một công tắc đóng ngắt các mạch điện . PHẦN 3 :SƠ ĐỒ CẤU TẠOVÀ HOẠT ĐỘNG

I. SƠ ĐỒ CẤU TẠO :
Sơ đồ cấu tạo của mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều (cả
chiều thuận và chiều nghòch) được cho dưới HÌNH 3.0 . Sơ đồ gồm các
linh kiện : AT89C51, OPTO, MOSFET,BJT A1015, IC 74LS08 và các điện
trở.

P1.0 đến P1.4 và cho ra 5 cấp tốc độ quay ngược củng như khi quay
thuận.