Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng 1 : Tổng quan về vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang
1

Chơng I
Chơng IChơng I
Chơng I Tổng quan về Vi điều khiển
Tổng quan về Vi điều khiểnTổng quan về Vi điều khiển
Tổng quan về Vi điều khiển


1.1.1 Lịch sử phát triển của bộ vi xử lí và bộ vi điều khiển
Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điện tử mà đặc trng là kỹ
thuật vi xử lí đ tạo ra một bớc ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học
tính toán, điều khiển và xử lí thông tin. Kỹ thuật vi xử lí đóng một vai trò rất quan
trọng trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống và khoa học kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh
vực Tin học và Tự động hóa.
Năm 1971, hng Intel đ cho ra đời bộ vi xử lí (microprocessor) đầu tiên trên
thế giới tên gọi là Intel-4004/4bit , nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết của một công ty
kinh doanh là hng truyền thông BUSICOM. Intel-4004 là kết quả của một ý tởng
quan trọng trong kỹ thuật vi xử lí số. Đó là một kết cấu logic mà có thể thay đổi đợc
chức năng của nó bằng chơng trình ngoài chứ không phát triển theo hớng tạo ra
một cấu trúc cứng chỉ thực hiện một số chức năng nhất định nh trớc đây.
Sau đó, các bộ vi xử lí mới liên tục đợc đa ra thị trờng và ngày càng đợc
phát triển, hoàn thiện hơn trong các thế hệ sau :
Vào năm 1972, hng Intel đa ra bộ vi xử lí 8-bit đầu tiên với tên Intel-
8008/8bit.
Từ 1974 đến 1975 , Intel chế tạo các bộ vi xử lí 8-bit 8080 và 8085A.
Cũng vào khoảng thời gian này, một loạt các hng khác trên thế giới cũng đ
cho ra đời các bộ vi xử lí tơng tự nh : 6800 của Motorola với 5000 tranzitor,
Signetics 6520, 1801 của RCA, kế đến là 6502 của hng MOS Technology và Z80
của hng Zilog.
Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng 1 : Tổng quan về vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang
3

Vào năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748, một chip
tơng tự nh các bộ vi xử lí và là chip đầu tiên trong họ vi điều khiển MCS-48. 8748


Hình 1.1 Số tranzitor tích hợp trong một chip của bộ vi xử lý Intel 8086
Độ phức tạp, sự gọn nhẹ về kích thớc và khả năng của các bộ vi điều khiển
đợc tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980 khi Intel công bố chip 8051, bộ vi
điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS-51. So với 8048, chip 8051 chứa trên
60.000 transistor bao gồm 4K byte ROM, 128 byte RAM, 32 đờng xuất nhập, 1
port nối tiếp và 2 bộ định thời 16-bit một số lợng mạch đáng chú ý trong một IC
đơn.
Từ các bộ vi xử lý ban đầu chỉ là các bộ xử lý trung tâm trong một hệ thống,
không thể hoạt động nếu thiếu các bộ phận nh RAM, ROM, bo mạch chủ... các
hng đ phát triển các bộ vi xử lý này lên thành các bộ vi điều khiển để phục vụ
các mục đích riêng biệt, khác nhau trong công nghiệp. Một bộ vi điều khiển là
một hệ vi xử lí thật sự đợc tổ chức trong một chip (trong một vỏ IC) bao gồm
một bộ vi xử lí (microprocessor), bộ nhớ chơng trình (ROM), bộ nhớ dữ liệu
(RAM), tuy không bằng dung lợng RAM ở các máy vi tính nhng đây không
phải là một hạn chế vì các bộ vi điều khiển đợc thiết kế cho một mục đích hoàn
toàn khác, ngoài ra trên chip còn có bộ xử lý số học-logic (ALU) cùng với các
thanh ghi chức năng, các cổng vào/ra, cơ chế điều khiển ngắt, truyền tin nối tiếp,
các bộ định thời... Hiện nay, các bộ vi điều khiển đợc sử dụng rất rộng ri và
ngày càng đợc chuẩn hóa để có thể sử dụng rộng ri trong các ngành công
nghiệp, có mặt trong nhiều máy móc, trong các hàng tiêu dùng.
1.1.2 Ưu và khuyết điểm của các bộ vi điều khiển
Các công việc đợc thực hiện bởi các bộ vi điều khiển thì không mới. Điều
mới là các thiết kế hiện thực với ít thành phần hơn so với các thiết kế trớc đó.
Các thiết kế trớc đó đòi hỏi phải vài chục hoặc vài trăm IC để hiện thực nay chỉ
cần một ít thành phần trong đó bao gồm bộ vi điều khiển. Số thành phần đợc
giảm bớt, hiệu quả trực tiếp của tính khả lập trình của các bộ vi điều khiển và độ
Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng 1 : Tổng quan về vi điều khiển
Họ vi điều khiển MCS-51 đợc hng Intel cho ra đời vào năm 1980 với bộ vi
điều khiển đầu tiên của nó là chip 8051.
Cấu trúc cơ bản của chip vi điều khiển 8051 đợc biểu diễn nh hình 1.2.
Hình 1.3 cho ta sơ đồ chân của chip 8051. Nh ta
thấy, 32 trong số 40 chân của 8051 có tác dụng
xuất/nhập, hình thành 4 port 8-bit. Với các thiết kế
yêu cầu một mức tối thiểu bộ nhớ ngoài hoặc các
thành phần bên ngoài khác, ta có thể sử dụng các port
này làm nhiệm vụ xuất/nhập, 8 đờng cho mỗi port
có thể đợc xử lí nh là một đơn vị giao tiếp với các
thiết bị song song nh máy in, bộ biến đổi
Hình 1.2- Sơ đồ khối của chip 8051
Hình 1.3 - Sơ đồ chân của 8051
8051
31

19


38

37

36

35

34

33

32

21

22

23

24

25

26

27

28


P1.1

P1.2

P1.3

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

P0.0

P0.1

P0.2

P0.3

P0.4

P0.5

P0.6

P0.7

Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang
7

D/A,.v.v..hoặc mỗi đờng có thể hoạt động độc lập giao tiếp với một thiết bị đơn bit
nh chuyển mạch, LED, tranzistor, cuộn dây, động cơ...

1. Port 0
Port 0 có 2 tác dụng. Trong các thiết kế ứng dụng tối thiểu, không có giao tiếp với
các thành phần bên ngoài nh RAM ngoài, ROM ngoài..., port 0 đợc sử dụng nh
một cổng xuất/nhập thông thờng. Khi thiết kế hệ thống mà cần sử dụng bộ nhớ ngoài,
port 0 đợc sử dụng là cổng địa chỉ và dữ liệu đa hợp. Port 0 nếu là cổng địa chỉ thì nó
sẽ là phần byte thấp của bus địa chỉ.
2. Port 1
Port 1 chỉ có một tác dụng là cổng xuất nhập. Nó chỉ dùng để giao tiếp với thiết
bị ngoại vi khi có yêu cầu. Không có chức năng nào đặc biệt cho các chân của port 1.
Tuy nhiên với các bộ vi điều khiển khác nh 8052 thì các chân P1.0 và P1.1 còn đợc
sử dụng làm các đờng ngõ vào cho mạch định thời thứ ba.
3. Port 2
Port 2 có hai tác dụng, hoặc làm nhiệm vụ là cổng xuất nhập, hoặc là phần byte
cao của bus địa chỉ 16-bit cho các thiết kế hệ thống cần nhiều hơn 256 byte bộ nhớ
ngoài.
4. Port 3
Port 3 có hai tác dụng. Nó làm nhiệm vụ nh một cổng xuất nhập thông thờng.
Khi không hoạt động xuất nhập, mỗi chân của port 3 đều có một chức năng riêng.
5. Chân cho phép bộ nhớ ngoài /PSEN - Program Store ENable
Chân này thờng đợc nối với chân cho phép xuất /OE (Output Entable) của
EPRROM (hoặc của ROM) để cho phép đọc các byte lệnh. Tín hiệu /PSEN ở lôgic 0
trong suốt thời gian tìm nạp lệnh. Các m nhị phân của chơng trình (opcode) đợc

Mạch dao động bên trong chip 8051 đợc ghép với thạch anh bên ngoài ở 2 chân
XTAL1 và XTAL2. Thờng tần số là 12MHz và các tụ ổn định có giá trị trong khoảng
30pF 33 pF.
Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng 1 : Tổng quan về vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang
9

1.1.3.2 Tổ chức bộ nhớ của 8051
Các chip vi điều khiển dùng làm thành phần trung tâm trong các thiết kế hớng
điều khiển. Bộ nhớ thờng có dung lợng bé hơn nhiều so với một hệ vi xử lý. Nó còn
không có ổ đĩa và hệ điều hành. Chơng trình điều khiển phải thờng trú trong ROM.
Do vậy, chơng trình vẫn đợc lu giữ ngay cả khi mất điện.
Do lý do trên, chip 8051 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.
Bộ nhớ chơng trình (ROM)
Bộ nhớ chơng trình lu giữ chơng trình điều khiển chip 8051.
Sau khi RESET, CPU bắt đầu thực hiện chơng trình từ địa chỉ 0000H. Khi
chơng trình lớn quá kích thớc bộ nhớ chơng trình bên trong chip, chơng trình
này phải đợc nạp vào bộ nhớ chơng trình ngoài. Nếu chơng trình nằm trong ROM
nội, chân /EA của 8051 phải đợc treo lên 5V. Nếu chơng trình ở ROM ngoài, chân
/EA phải nối đất. Việc truy xuất chơng trình ở bộ nhớ ngoài phải kết hợp với chân
tín hiệu truy xuất bộ nhớ ngoài /PSEN.
Bộ nhớ dữ liệu (RAM)
8051 có 128 byte RAM ở bên trong chip. Chúng đợc chia làm nhiều vùng khác

- Thanh ghi B: Có địa chỉ là F0H. Thờng đợc dùng chung với thanh ghi ACC
trong các phép toán nhân chia.
- Các cổng giao tiếp song song : Đó là các cổng P0, P1, P2, P3. Đợc định địa
chỉ tơng ứng là 80H, 90H, A0H, B0H.
- Các thanh ghi phục vụ cho truyền thông nối tiếp SCON (Serial port
CONtrol) và SBUF (Serial data BUFfer): Thanh ghi SCON dùng để thiết lập các
thông số cho việc truyền thông nối tiếp. Còn thanh ghi SBUF dùng làm vùng nhớ đệm
buffer cho việc truyền thông.
- Thanh ghi PCON - Power CONtrol: Đây là thanh ghi điều khiển nguồn cấp
cho 8051. Có thể dùng thanh ghi này để đặt bộ vi điều khiển vào chế độ Power Down
hoặc IDE.
Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Chơng 1 : Tổng quan về vi điều khiển
Biên soạn : Lâm tăng Đức Lê Tiến Dũng Bộ môn TĐH Trang
11

- Các thanh ghi điều khiển ngắt IP (Interrupt Priority) và IE (Interrupt
Enable) : Thanh ghi IE dùng để cho phép các ngắt hoạt động/không hoạt động. Còn
thanh ghi IP dùng để xác định mức u tiên cho các ngắt của 8051.
- Các thanh ghi điều khiển bộ định thời : Đó là các thanh ghi TMOD, TCON,
TH0, TL0, TH1, TL1. Các thanh ghi này đợc sử dụng để điều khiển bộ định thời 0
và 1.
- Thanh ghi SP - Stack Pointer : Thanh ghi con tror ngăn xếp (stack), SP chứa
địa chỉ của dữ liệu hiện đang ở đỉnh stack. Nội dung mặc định của SP khi khởi động là
07H. Thao tác cất vào stack đầu tiên sẽ lu dữ liệu vào vị trí nhớ có địa chỉ 08H vì cơ
chế làm việc của chip 8051 là tăng nội dung SP lên 1 trớc khi thực hiện lu dữ liệu
vào ngăn xếp.
- Con trỏ dữ liệu DPTR - Data PoinTeR : Đợc dùng để truy xuất bộ nhớ