Đồ án môn học VĐK LÅÌI NỌI ÂÁƯU

Ngày nay đại đa số các lónh vực sản xuất, điều khiển, giám sát, đo lường…đều được
trang bò hệ thống tự động hóa. Một trong số vi mạch được sử dụng đó là kỹ thuật vi điều khiển.
Nhờ tính năng ưu việt của bộ vi điều khiển như: khả năng lập trình phù hợp với thiết kế nhỏ và
lớn cũng như giao tiếp với các thiết bò ngoại vi và máy tính đã đem lại sự hoàn hảo, độ chính
xác và tính mềm dẻo cao thông qua giao tiếp giữa người và máy.
Vi điều khiển quản lý và điều khiển hoạt động của hệ thống thông qua phần mềm, nhờ
vậy mà ta có thể mở rộng và thay đổi hoạt động một cách dễ dàng bằng cách thay đổi một số
thông số của chương trình. Vi điều khiển hoạt độnh theo chương trình đã nạp sẵn,đọc các tín
hiệu từ bên ngoài đưa vào sau đó lưu trữ và xử lý, trên cơ sở đó đưa ra các thông báo, tín hiệu
điều khiển các thiết bò bên ngoài hoạt động theo đúng thông số và yêu cầu của hệ thống.
Hệ thống điện tử số sử dụng bộ vi điều khiển và máy tính trong các dây chuyền sản xuất
công nghiệp, thực hiện nhiệm vụ điều khiển và giám sát hệ thống. Ngoài ra vi điều khiển cũng
có mặt trong các sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng như: lò vi ba, lò sưỡi, máy giặt, hệ thống
cảnh báo và giám sát của các phương tiện giao thông… và trong nhiều thiết bò công nghiệp
khác.
Trong tập đồ án này em xin phép được giới thiệu một hệ thống âiãưu khiãøn mạy
giàût sử dụng chip vi điều khiển 8051.
Việc đònh hướng xây đựng đề tài này xuất phát từ nhu cầu thực tế trong đời sống hiãûn
âải. Nội dung của đồ án có 2 phần:
+ Phần I : Cơ sở lý thuyết. Bao gồm kiến trúc của chip vi điều khiển 8051
+ Phần II: Tính toán và thiết kếá trình bày về thiết kế phần cứng và phần mềm hệ thống.
Qua nổ lực nghiên cứu, tìm hiểu của bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình chu đáo
của Thầy giáo Th.S Lê Xứng em đã hoàn thành đồ án này.
Với khoảng thời gian có hạn cũng như trình độ kiến thức em còn hạn chế nên em tin chắc
rằng hệ thống này hoạt động chưa được tối ưu và cũng sẻ không tránh khỏi những thiếu sót.
Em kính mong Thầy Cô thông cảm, giúp đỡ và chỉ bảo thêm cho em những kinh nghiệm quý

G
G
I
I
Ơ
Ơ
Ù
Ù
I
IT
T
H
H
I
I
E
E
Ä
Ä
U
UĐ
Đ
E
E

quay , hiệu suất cao .Vi mạch LMD18200 tích hợp sẵn mạch cầu điều khiển động cơ có thể
hoạt động với tần số 1Khz .Nếu có thêm tụ 10nF chân Bootstrap thì có thể hoạt động lên tới
tần số 500Khz .Sử dụng vi điều khiển 89C51 để tạo xung điều khiển LMD18200.
1.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM):
Đây là phương pháp đưa ra độ rộng xung thay đổi từ đó điều khiển được công suất trên
tải thay đổi.
2

Đồ án môn học VĐK KHỐI VĐK 89C51
KHỐI ĐIỀU
CHỈNH
KHỐI HIỂN
THỊ
KHỐI ĐK
ĐCƠ
CẢM BIẾN
MÁY TÍNH
ĐC
1.4 Giới thiệu các chức năng chính của mạch:
-Khối hiển thò gồm 8 led, 4led hiển thò tốc độ thực, 4led hiển thò tốc độ cài đặt, có các
led biểu thò trạng thái chạy, dừng, quay thuận , quay nghòch, và có loa báo quả tải
-Khối điều chỉnh gồm 4 công tắc làm các công việc :start/stop, chiều thuận , chiều
nghòch, tăng tốc , giảm tốc
-Khối động cơ: là vi mạch LDM18200 nhận các tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển dể
điều chỉnh động cơ
-Khối cảm biến: là bộ thu phát tin hồng ngoại để nhận biết tốc độ quay của động cơ và
phản hồi về vi điều khiển để hiệu chỉnh động cơ đòng với tốc độ đặt

BUS được tích hợp trên cùng một chip.

Nguồn đồng Ngắt ngoài
hồ ngoài Đồng hồ nội

Bus dữ liệu, đòa chỉ, điều khiển
2.2 Kiến trúc của bộ vi điều khiển 8051: CPU
Timers
Điều khiển

*

T
1
*
T
2
*

2.2.1 Cấu trúc bên trong của 8051:
INT\1

INT\0

TIMER2

TIMER1

PORT nố tiếp
2
P
3EA\ RST PSEN ALE

Cacùùthanh
ghi

khác
128 byte
Ram
Rom
4K-8051
Timer1
Timer2
Đ Điều
khiển ngắt
CPU
Điều khiển
bus

Port nối
tiếp

Các port I\O
Tạo dao
động18
19
12MHz

40
29
3031
9

17
16
15
14
13
12
11
10
Hình 2.2 : Sơ Đồ Chân 8051

Vi điều khiển 8051 có 32 trong 40 chân có chức năng như là các cổng I/O, trong đoa 24
chân được sử dụng với hai mục đích. Nghóa là ngoài chức năng cổng I/O, mỗi chân có công

25
24
23
22
21

8
7
6
5
4
3
2
1
32
33
34
35
36
37
38
39
P0.7
P0.6
P0.5
P0.4
P0.3
P0.2
P0.1
P0.0

Vcc
20
30p
XTAL1
XTAL2
30p
Vss
6

Đồ án môn học VĐK
b.Port1 : Port1 là một port I/O chuyên dụng trên các chân 1-8 của MC8051. Chúng được
sử dụng với một múc đích duy nhất là giao tiếp với các thiết bò ngoài khi cần thiết.
c.Port2 : Port2 là một cổng có công dụng kép trên các chân 21 – 28 của MC 8051.
Ngoài chức năng I/O, các chân này dùng làm 8 bit cao của bus đòa chỉ cho những mô hình thiết
kế có bộ nhớ chương trình ROM ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu RAM có dung lượng lớn hơn 256
byte.
d.Port3 : Port3 là một cổng có công dụng kép trên các chân 10 – 17 của MC 8051. Ngoài
chức năng là cổng I/O, những chân này kiêm luôn nhiều chức năng khác nữa liên quan đến
nhiều tính năng đặc biệt của MC 8051, được mô tả trong bảng sau : Bit Tên Chức năng chuyển đổi

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp
P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp
P3.2 INTO Ngắt 0 bên ngoài
P3.3 INT1 Ngắt 1 bên ngoài
P3.4 TO Ngỏ vào của timer 0
P3.5 T1 Ngõ vào của timer 1
P3.6 WR Tín hiệu ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

Như đã thấy trong các hình trên, 8051 có một bộ dao động trên chip. Nó thường được nối
với thạch anh giữa hai chân 18 và 19. Tần số thạch anh thông thường là 12MHz.
j. POWER:
8051 vận hành với nguồn đơn +5V. V
cc
được nối vào chân 40 và V
ss
(GND) được nối vào
chân 20.
2.2.3.Tổ chức bộ nhớ của bộ vi điều khiển 8051 :
8051 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard : có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho chương
trình và dữ liệu. Như đã nói ở trên, cả chương trình và dữ liệu có thể ở bên trong 8051, dù vậy
chúng có thể được mở rộng bằèng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ
chương trình và 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu.
Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM (8051) và RAM trên chip. RAM trên chip bao gồm nhiều
phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ đòa chỉ hóa từng bit, các bank thanh ghi và các thanh
ghi chức năng đặc biệt.
Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip :
RAM bên trong chip 8051 được phân chia như sau:
•
bank thanh ghi (00H – 1FH).
•
RAM đòa chỉ hóa từng bit (20H – 2FH).
•
RAM đa dụng (30H – 7FH)ø.
•
Các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H – FFH).

8


2E
2D
2C
2B
2A
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
1F
18
17
10
0F
08
07
00
Default register
Bank for RR7

Hình 2.3 Bảng tóm tắt bản bản đồ vùng nhớ dữ liệu trên chip 8051 9

FF
F0

E0

D0

B8

B0

A8

A0 99
98

90

8D
8C
8B
8A
89
Not bit addressable

TH1
TH0

10

Đồ án môn học VĐK
Lệnh này di chuyển một 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 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 đòa chỉ tức thời để di chuyển giá trò 5FH vào thanh ghi R0 và lệnh thứ hai
dùng đòa gián tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi R0” vào thanh ghi tích lũy.
b.RAM đòa chỉ hóa từng bit :
8051 chứa 210 bit được đòa chỉ hóa, trong đó 128 bit là ở các đòa chỉ byte 20H đến 2FH,
và phần còn lại trong các thanh ghi chức năng đặc biệt .
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 các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng. Ví dụ, để đặt bit 67H, ta dùng
lệnh sau :
SETB 67H
Ở đây đòa chỉ bit 67H là bit có trọng số lớn nhất (MSB) ở đòa chỉ byte 2CH, lệnh trên sẽ
không tác động đến các bit khác của byte này.
c.Các bank thanh ghi :
MC 8051 cung cấp 32 byte thấp nhất của bộ nhớ dữ liệu nội là dành cho các bank
thanh ghi. 8 thanh ghi (RO đến R7) ở vò trí cuối cùng của RAM và theo mặc đònh (sau khi
Reset hệ thống) các thanh ghi này ở các đòa chỉ 00H-07H, tiếp đó là bank 1, bank 2 và bank 3.
Lệnh sau đây sẽ đọc nội dung ở đòa chỉ 05H vào thanh ghi tích lũy:
MOV A,R5
Đây là lệnh một byte dùng đòa chỉ thanh ghi. Tất nhiên, thao tác tương tự có thể được
thi hành bằng lệnh 2 byte dùng đòa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ hai:
MOV A,05H

PSW.2
PSW.1
PSW.0
CY
AC
F0
RS1
RS0

OV

P
D7H
D6H
D5H
D4H
D3H

D2H
D1H
D0H

SETB RS1
SETB RSO
MOV A,R7
Khi chương trình được hợp dòch các đòa 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 bò tràn. Khi các số
có dấu được cộng hoặc trừ với nhau, phần mềm có thể kiểm tra bit này để xác đònh xem kết
qủa của nó có nằm trong tầm xác đònh 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.
12

Đồ án môn học VĐK
b. Thanh ghi B:
Thanh ghi B ở đòa 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 trò 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 đòa chỉ hóa ttừng bit bằng các đòa chỉ bit FOH đến F7H.
c. Con 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 dọc dữ liệu và làm giảm SP.
Ngăn xếp của 8051 được giữ trong RAM nội và được giới hạn các đòa chỉ có thể truy xuất
bằng đòa chỉ gián tiếp. chúng là 128 byte đầu của 8051.
Để khởi động lại SP với ngăn xếp bắt đầu tại 60H, các lệnh sau đây được dùng:
MOV SP,#5FH
d. Con trỏ dữ liệu:
Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài, đây là một thanh ghi 16

8051 có cấu 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên. Các ngắt bò cấm sau khi reset hệ thống và sẽ
được cho phép bằng việc ghi vào thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở đòa chỉ 8AH một giá trò phù
hợp. Cả hai thanh ghi được đòa chỉ hóa từng bit.
i. Các thanh ghi điều khiển công suất:
Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở đòa chỉ 87H chứa nhiều bit điều khiển. Chúng
được tóm tắt trong bảng sau:
Bit Ký hiệu nghóa

7 6
5
4
3
2
1

0

SMOD GF1


Reset
+5V
8.2K
S1
100Ω
10uF
Hình 2.8: Mạch reset hệ thống. 14