1
LỜI NĨI ĐẦU

Ngày này, việc ứng dụng máy tính vào các kỹ thuật đo lường và điều khiển
khơng còn mới vì khi các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển được ghép
nối với máy tính sẽ có thời gian thu thập và xử lý dữ liệu ngắn trong khi mức độ
chính xác vẫn được đảm bảo, nhưng điều đáng quan tâm hơn cả là khả năng tự
động hố trong việc thu thập và xử lý dữ liệu. Chính vì điều này làm cho máy
tính được ứng dụng trong hầu hết vào các lĩnh vực trong cuộc sống hàng ngày
đặc biệt là trong lĩnh vực cơng nghiệp.
Một bước tiến quan trọng trong kỹ thuật vi xử lý là sự ra đời của các bộ vi
xử lý kỹ thuật số. Đây là một vi mạch điện tử có mật độ tích hợp cao bao gồm
rất nhiều các mạch số có khả năng nhận, xử lý và xuất dữ liệu. Đặc biệt là q
trình xử lý dữ liệu được thực hiện theo một chương trình là một tập hợp các lệnh
từ bên ngồi mà người sử dụng có thể thay đổi dễ dàng tùy thuộc vào từng ứng
dụng. Do đó một bộ vi xử lý có thể thực hiện được rất nhiều các u cầu điều
khiển khác nhau tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng.
Sự ra đời của kỹ thuật vi xử lý là sự kết hợp giữa kỹ thuật phần cứng và
phần mềm đã làm cho hoạt động của các mạch điện tử trở nên mềm dẻo hơn với
những phần mềm rất linh hoạt mà người sử dụng có thể sửa chữa, thay đổi hoặc
bổ sung làm cho ứng dụng ngày càng trở nên hồn thiện mà khơng cần phải thiết
kế lại tồn bộ ứng dụng.
Trong đồ án này, em sử dụng vi mạch điều khiển AT90S8535 của hãng
Atmel để thiết kế một mạch đo nhiệt độ đơn giản. Đây là một bộ vi xử lý 8 bit
năng lượng thấp (theo kiểu chíp CMOS) trên cơ sở cấu trúc RICS của hãng
Atmel, tốc độ xử lý dữ liệu của IC AT90S8535 rất cao (xấp xỉ 8 MISP tại tần số


1.1. Nhim v ca ỏn. T mc ớch tng quỏt ca ti l thit k v xõy dng mt h thng o
nhit n gin, cú th phõn tỏch ra thnh cỏc nhim v chớnh cn thc hin
nh sau:

Thit k v xõy dng h thng ghộp ni vi iu khin (àC)
AT90S8535 vi module LCD (4x20 character), keypad (16 keys), cm bin
nhit LM335. Ngoi ra h thng cũn phi cú kh nng giao tip vi mỏy
tớnh (PC) qua cng RS 232.

Hỡnh 1.1 : S tng th ca h thng cn thit k

Thit k v xõy dng phn mm iu khin àC thu thp d liu t
cm bin nhit nhit LM335, t keypad hoc t PC. X lý d liu nhn
c hin th trờn LCD hoc truyn sang PC.

LCD
KeyPad
L335

Tỡm hiu phng phỏp truyn thụng s dng chun RS 232.

Thit k s mch ni ghộp gia àC vi LCD, keypad, IC LM335
v gia àC vi mỏy tớnh thụng qua cng RS 232.
Lp trỡnh phn mm np cho àC thc hin cỏc kt ni trờn.

Vit phn mm trờn PC giao tip vi àC qua cng RS 232.

Lp giỏp mch ó thit k, chy kim th v ỏnh giỏ kt qu.

Vit bỏo cỏo tt nghip.

1.3. Phng hng thc hin. 1.3.1. La chn thit b.

a) La chn vi iu khin :

Trong thc t cú rt nhiu cỏc h vi x lý khỏc nhau cú th s dng c
trong ng dng ny nh h vi iu khin 8051 ca Intel, 68hC11 ca Motorola
hay h vi iu khin 8515 ca ATMEL... Tuy nhiờn, trong ỏn s dng b vi
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN 5

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN 6
c) Thiết bị vào dữ liệu và điều khiển (Keypad) :

Để người sử dụng có thể giao tiếp được với hệ thống, cần phải ghép nối µC
với một module keypad. Do ứng dụng có thể làm việc với cả chữ cái và chữ số
nên ta sử dụng keypad loại 16 keys, trong đó mỗi một phím được thiết kế như
một cơng tắc để có thể nhập được dữ liệu có dạng như sau :
 10 chữ số trong hệ thập phân từ 0..9.
 26 chữ cái la tinh từ A..Z.
 Các phím điều khiển bao gồm : Send, Bspace, , , /, Clear.

Do số ký tự có thể được sử dụng cùng với các phím chức năng lớn hơn rất
nhiều so với tổng số phím sẵn có trên module keypad. Vì vậy, bắt buộc phải sử
dụng phương pháp Multikey, tức là sử dụng phần mềm để mỗi một phím trên
module keypad có thể mã hố được khơng ít hơn hai ký tự khác nhau. Bằng cách
này, với keypad có 16 phím ta có thể mã hố được tồn bộ bảng chữ cái và chữ
số đồng thời vẫn có thể thực hiện được các chức năng điều khiển như trình bầy ở
trên.

d) Giao tiếp giữa µC và PC :

Mặc dù hệ thống được thiết kế dựa trên µC AT90S8535 đã có thể làm việc
độc lập trong qua trình thu thập, xử lý và hiển thị dữ liệu tới người sử dụng mà
khơng cần có sự trợ giúp của PC. Tuy nhiên, trong hầu hết các ứng dụng đều cần

ghộp ni vi àC hin th cỏc thụng tin cn thit cho ngi s dng.

Khi Keypad : c ni ghộp vi àC ngi s dng cú th nhp
d liu hoc iu khin s hot ng ca h thng. Module ny c thit
k di dng cỏc cụng tc v s dng trc tip cỏc c tớnh ca cỏc cng
I/O lp trỡnh c ca àC thc hin m khụng cn ngun h tr bờn
ngoi.
Khi LM 335 : L mt IC cm bin nhit lm nhim v bin i nhit
mụi trng sang dng in ỏp lm u vo cho b ADC ca àC lm
vic.

Khi Max 232 : S dng IC Max 232 ghộp ni trc tip vi àC lm
nhim v trao i thụng tin gia àC v PC theo chun RS 232.

Khi ngun : Lm nhim v bin ngun xoay chiu 220
V
sang ngun
mt chiu 5
V
n nh cp ngun cho cỏc khi khỏc hot ng.

Hỡnh 1.2 : S khi thit k phn cng
LCD
display
Keypad
LM335 à
àà
8KB b nh chng trỡnh

512 byte EEPROM

512 byte SRAM

32 line (4 cng) I/O lp trỡnh c

32 thanh ghi a nng 8 bit

8 kờnh u vo ADC riờng bit vi 10 bit kt qu

2 b Timer/Counter 8 bit vi b m c lp v ch so sỏnh

1 b Timer/Counter 16 bit vi b m c lp v cỏc ch PWM

1 b UART lp trỡnh trao i thụng tin ni tip

1 b Watchdog Time lp trỡnh c vi b to giao ng trong

1 b so sỏnh analog
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN 9PDIP
PLCC
TQFP MLF
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN 10 Chc nng cỏc chõn ca àC AT90S8535 nh sau :


ADC. cho ADC hot ng c, ngun s dng cho chõn ny phi cú
phm v t 2
V
n AVCC. AGND : Chõn ni t ca tớn hiu analog, nu bo mch cú mt mc
ni t riờng ca tớn hiu analog, thỡ chõn ny phi c ni ti mc ni
t ny. Nu khụng cú, chõn ny c ni ti chõn GND. Port A (PA7..PA0) : L mt cng vo ra hai chiu 8 bit. Cỏc chõn ca
cng cú th cung cp cỏc tr khỏng trong cho phộp chn tng bit. m ra
ca cng A cú kh nng kộo dũng lờn ti 20mA v cú th iu khin trc
tip s hin th LED. Khi cỏc chõn PA0 n PA7 c s dng nh cỏc
cng vo v mc thp, chỳng s l u vo hin thi nu cỏc in tr
trong c kớch hot. Cng A cng cú th c s dng nh nhng u
vo analog a tớn hiu ti b b chuyn i ADC. Cỏc chõn ca cng
A trng thỏi khụng xỏc nh khi reset, ngay c khi ng h khụng hot
ng.

Port B (PB7..BP0) : L mt cng vo ra hai chiu 8 bit vi cỏc tr
khỏng trong. m ra ca cng B cú kh nng kộo dũng lờn ti 20mA. Khi
l u vo, cỏc chõn ca cng B trong trng thỏi tr khỏng thp s l u
vo hin thi nu cỏc in tr trong c kớch hot. Cng B l cng cung
cp cỏc chc nng khỏc nhau vi nhng c tớnh c bit ca àC
AT90S8535. Cỏc chõn ca cng B trng thỏi khụng xỏc nh khi reset,
ngay c khi ng khụng hot ng.

Port C (PC0..PC7) : L mt cng vo ra hai chiu 8 bit vi cỏc tr

2.1.1.1. Cu trỳc ca vi mch AT90S8535.

Vi mch iu khin AT90S8535 cú nhng phng thc truy cp nhanh ti
tõp thanh ghi a nng bao gm 32 thanh ghi 8 bit vi thi gian truy cp trong
mt n chu k ng h. iu ny cú ngha trong mt n chu k, mt thao tỏc
ca b ALU c thc hin s ly hai toỏn hng t hai thanh ghi trong tp thanh
ghi, sau khi thao tỏc c thc hin v kt qua tr s c lu tr li tp thanh
ghi trong mt chu k ng h.

Sỏu trong s 32 thanh ghi a nng ny cú th c s dng nh 3 thanh ghi
a ch giỏn tip 16 bit tr n khụng gian a ch d liu, lm cho phộp tớnh a
ch t c hiu qu cao. Mt trong 3 con tr a ch ny cng c s dng
ging nh con tr a ch ti vựng nh d liu c nh. Cỏc thanh ghi a ch
ny l cỏc thanh ghi 16 bit X, Y, Z.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN 14
Hình 2.3 : Sơ đồ khối kiến trúc của µC AT90S8535

Bộ ALU cung cấp các chức năng tính tốn số học và logic giữa các thanh
ghi hoặc giữa một hằng số và một thanh ghi. Những thao tác của một thanh ghi
đơn cũng được thực hiện trong bộ ALU. Sự hoạt động của ALU được phân chia
làm 3 loại chính là số học, logic và các chức năng bit.
Ngồi các chức năng của thanh ghi, các chế độ đánh địa chỉ bộ nhớ thơng
thường cũng có thể được sử dụng trên các tập các thanh ghi. Điều này được thực

ca b nh chng trỡnh. Mi ngt khỏc nhau u cú mc u tiờn tuõn theo
v trớ vector ngt ca chỳng. a ch ca vector ngt cng thp, mc u tiờn
cng cao. Khi xy ra ngt, mt chng trỡnh con ph v ngt c gi, a ch
tr v PC c y vo ngn xp. Vựng nh ngn xp c cp phỏt trong vựng
nh d liu ca SRAM v do ú, dung lng ca ngn xp b gii hn bi tng
dung lng ca SRAM v cỏch s dng thụng thng ca SRAM. Tt c cỏc
chng trỡnh ca ngi s dng phi c khi u bng con tr ngn xp (SP)
trong th tc reset (trc khi cỏc chng trỡnh con hoc cỏc ngt c thc thi).
Con tr stack s dng 10 bit truy nhp ghi/c trong khụng gian I/O. 512
byte d liu SRAM cú th c truy cp d dng bi 5 ch a ch khỏc nhau
c cung cp bi àC AT90S8535.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN 16
Hỡnh 2.4 : Bn b nh ca àC AT90S8535
2.1.1.2. Tp thanh ghi a nng ca àC AT90S8535.

Tt c cỏc thanh ghi trong tp thanh ghi ca àC AT90S8535 khi thc mt
hin lnh trong tp lnh u cú th c truy cp trc tip trong mt n chu k
ng h. Ngoi tr 5 lnh trc tip SBCI, SUBI, CPI, ANDI, ORI gia mt
hng s v mt thanh ghi v lnh LDI s dng np tc thỡ hng d liu,
nhng lnh ny phi s dng cỏc thanh ghi ca na th hai trong tp thanh ghi
(t R16..R31). Cỏc lnh cũn li u cú th s dng bt k thanh ghi no trong
tp thanh ghi.


Trong các chế độ địa chỉ khác nhau, các thanh ghi này có chức năng điều
chỉnh linh hoạt đối với từng trường hợp, tự động tăng, giảm hoặc khơng đổi.

2.1.1.3. Bộ số học và Logic - ALU.

Bộ ALU của µC AT90S8535 được nối trực tiếp với 32 thanh ghi đa năng.
Trong một đơn chu kỳ đồng hồ, các thao tác của ALU giữa các thanh ghi trong
tập thanh ghi được thực hiện và giữa một thanh ghi với một hằng số hoặc trên
một đơn thanh ghi. Các hoạt động của ALU được chia làm 3 loại chính là : số
học, logic và các phép tốn trên bit.

2.1.1.4. Đặc điểm các bộ nhớ trong của µC AT90S8535.

a) Bộ nhớ chương trình (Flash program memory) : Trong µC AT90S8535
chứa đựng 8KB bộ nhớ Flash lập trình được dùng để lưu trữ chương trình. Nó
được tổ chức như một bộ nhớ 4Kx16 bit để phù hợp với sự làm việc của các
lệnh có độ dài 16 hoặc 32 bit. Bộ nhớ Flash này có thể chịu được ít nhất 1000
chu kỳ ghi/xố. Vì bộ đếm chương trình (PC) của µC AT90S8535 có độ dài 12
bit, do đó nó có thể mã hố 4096 địa chỉ trong bộ nhớ chương trình.

b) Bộ nhớ SRAM : 608 vị trí địa chỉ thấp nhất trong vùng nhớ dữ liệu
được dùng để địa chỉ hố cho tập thanh ghi, bộ nhớ I/O và SRAM. 96 vị trí địa
chỉ đầu tiên là của tập thanh ghi và bộ nhớ I/O, 512 vị trí địa chỉ tiếp theo là của
bộ nhớ SRAM.

Một địa chỉ bất kỳ trong trong khơng gian địa chỉ dữ liệu
SRAM đều có thể được xác định thơng qua 5 chế độ địa chỉ khác nhau là : trực
tiếp, tương đối, gián tiếp, gián tiếp với sự giảm trước và gián tiếp với sự tăng
sau. Trong tập thanh ghi, các thanh ghi từ R26 tới R31 được sử dụng như các
thanh ghi con trỏ địa chỉ gián tiếp.

quy trình ghi cụ thể phải được tn theo. Khi đọc EEPROM, µC bị tạm dừng
trong 4 chu kỳ đồng hồ trước khi lệnh tiếp theo được thực hiện. Khi ghi
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN 20
EEPROM, àC tm dng trong 2 chu k ng h trc khi thc hin lnh tip
theo.

Thanh ghi a ch EEPROM : EEARH v EEARL

Cỏc thanh ghi a ch ca EEPROM (EEARH v EEARL) ch nh a ch
ca mt byte trong khụng gian 512 byte EEPROM. Cỏc byte d liu ca
EEPROM c a ch húa t 0 n 511.

Thanh ghi d liu EEPROM : EEDR

Trong thao tỏc ghi ca EEPROM, thanh ghi EEDR cha d liu c ghi
ti EEPROM theo a ch c xỏc nh bi thanh ghi EEAR. Trong thao tỏc
c EEPROM, thanh ghi EEDR cha d liu c ra t EEPROM ti a ch cho
trong thanh ghi EEAR.

Thanh ghi iu khin EEPROM : EECR Bit 3 - EERIE : Bit cho phộp sn sng ngt ca EEPROM


2. Ghi a ch mi ca EEPROM ti thanh ghi a ch EEPROM (tu chn)
3. Ghi d liu mi vo thanh ghi EEDR (tu chn)
4. Ghi giỏ tr logic 1 vo bit EEMWE trong thanh ghi EECR ( cú th ghi
giỏ tr logic 1 vo bit EEMWE, thỡ bit EEWE phi c ghi l 0 trong cựng mt
chu k ng h)
5. Trong vũng 4 chu k ng h sau khi thit lp bit EEMWE, ghi giỏ tr
logic 1 ti bit EEWE.
Chỳ ý : Mt ngt gia bc 4 v 5 s lm li chu k ghi, vỡ bit EEMWE s
ht thi gian. Nu mt th tc ngt truy xut ti EEPROM trong khi mt ngt
khỏc cng ang truy xut EEPROM, thỡ ni dung ca cỏc thanh ghi EEAR v
EEDR s b thay i, gõy li ngt truy xut EEPROM. trỏnh nhng vn
ny cn xoỏ cỏc c ngt chung trong thi gian thc hin 4 bc cui cựng. Khi
thi gian truy cp ghi kt thỳc (2.5ms v V
CC
= 5V hoc 4ms v V
CC
= 2.7V), bit
EEWE c xoỏ bi phn cng, S dng phn mm cú th thm dũ bớt ny v
i nú tr v khụng trc khi thc hin ghi byte tip theo. Khi bit EEWE ó
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN 22
c thit lp, àC tm dng trong 2 chu k ng h trc khi lnh tip theo
c thc hin.

Bit 0 - EERE : Bit cho phộp c EEPROM

Kt qu c lu trong thanh ghi d (Rd)

c) a ch I/O trc tip
Toỏn hng a ch cha trong 6 bit LSB ca t lnh,
n l a ch ca thanh ghi ngun hoc ớch

d) a ch d liu trc tip
16 bit a ch d liu c cha trong 16 bit LSB ca hai t lnh.
Rd/Rr ch rừ thanh ghi ngun hoc thanh ghi ớch.
e) a ch d liu tng i

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN 24

Toỏn hng a ch l kt qu ca ni dung thanh ghi Y hoc Z
c cng vi a ch cha trong 6 bit LSB ca t lnh (a)
f) a ch d liu giỏn tip

Toỏn hng a ch l ni dung ca thanh ghi X, Y hoc Z