1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
KHOA : ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI :
THIẾT KẾ-THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quang Hiếu.
Lớp : 97ĐT04
MSSV 97ĐT890
3
PHẦN A : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1:
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN

I.GIỚI THIỆU :

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một
chip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống.
Theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ
thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào
đó.
Trong các thiếh bò điện và điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển,
điều khiển hoạt động của TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thọai, lò vi-ba …
Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot,
dây chuyền tự động. Các hệ thống càng “thông minh” thì vai trò của hệ vi điều
khiển càng quan trọng.

II.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ 8031: TXD
*
RXD
*

T
1
*
T
2
*
P
0
P
1
P
2
P
3INT\
*
1

INT\
*

I\O
Tạo
dao
5

Phần chính của vi điều khiển 8051 / 8031 là bộ xử lí trung tâm (CPU:
central processing unit ) bao gồm :
- Thanh ghi tích lũy A
- Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia
- Đơn vò logic học (ALU : Arithmetic Logical Unit )
- Từ trạng thái chương trình (PSW : Prorgam Status Word)
- Bốn băng thanh ghi
- Con trỏ ngăn xếp
- Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển
thời gian và logic.
Đơn vò xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ giao động, ngoài ra còn
có khả năng đưa một tín hiệu giữ nhòp từ bên ngoài.
Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt
ở bên trong. Các nguồn ngắt có thể là : các biến cố ở bên ngoài , sự tràn bộ
đếm đònh thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp.
Hai bộ đònh thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm.
Các cổng (port0, port1, port2, port3 ). Sử dụng vào mục đích điều khiển.
cổng 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ
nhớ bên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt
dẫn bên ngoài.
Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ,
làm việc độc lập với nhau. Tốc độ truyền qu ổng nối tiếp có thể đặt trong vảy

40
29
3031
9

17
16
15
14
13
12
11
10
RD\
WR\
T1
T0
INT1
INT0
TXD
RXD
A15
A14
A13
A12
A11
A10

Po.5
Po.4
Po.3
Po.2
Po.1
Po.0
AD7
AD6
AD5
AD4
AD3
AD2
AD1
AD0

P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
P2.7
P2.6
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1

như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus đòa chỉ đối với các thiết kế
dùng bộ nhớ mở rộng.
d.Port3 : port3 là một port công dụng kép trên các chân 10 – 17. Các chân
của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các
đặc tín đặc biệt của 8051 / 8031 như ở 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 Ngõ vào của timer/counter 0
P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter 1
P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
Bảng 2.1 : Chức năng của các chân trên port3
e.PSEN (Program Store Enable ) : 8051 / 8031 có 4 tín hiệu điều khiển
8
PSEN là tín hiệu ra trên chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép
bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable)
của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh.
PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhò phân của
chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của
8051 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội (8051) PSEN
sẽ ở mức thụ động (mức cao).
f.ALE (Address Latch Enable ) :

9j.Các chân nguồn :
8051 vận hành với nguồn đơn +5V. V
cc
được nối vào chân 40 và V
ss

(GND) được nối vào chân 20.

3_ Các thanh ghi đặc biệt :
a. Các thanh ghi port xuất nhập:
Các port của 8051/8031 bao gồm Port 0 ở đòa chỉ 80H, Port 1 ở đòa chỉ 90
H, Port 2 ở đòa chỉ A0H và Port 3 ở đòa chỉ B0H. Tất cả các Port đều được đòa
chỉ hóa từng bit. Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi.
b. Các thanh ghi timer:
8051/8031 chứa 2 bộ đònh thời đếm 16 bit được dùng trong việc đònh thời
hoặc đếm sự kiện. Timer 0 ở đòa chỉ 8AH (TL0:byte thấp) và 8CH (TH0:byte
cao).Timer 1 ở đòa chỉ 8BH (TL1:byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao). việc vận
hành timer được set bởi thanh ghi Timer Mode (TMOD) ở đòa chỉ 89H và thanh
ghi điều khiển timer (TCON) ở đòa chỉ 88H. Chỉ có TCON được đòa chỉ hóa
từng bit.
c. Các thanh ghi port nối tiếp:
8051/8031 chức một port nối tiếp trên chip dành cho việc trao đổi thông
tin với các thiết bò nối tiếp như máy tính, modem hoặc cho việc giao tiếp với
các IC khác có giao tiếp nối tiếp (có bộ chuyển đổi A/D, các thanh ghi dòch..).
Một thanh ghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở đòa chỉ 99H ssẽ giữ cả
hai giữ liệu truyền và nhận. Khi truyền dữ liệu thì ghi lên SBUf, khi nhận dữ
liệu thì đọc SBUF. Các mode vận hành khác nhau được lập trình qua thanh ghi

Hình 2.9: Mạch reset hệ thống.

Trạng thái của tất cả các thanh ghi của 8051/8031 sau khi reset hệ thống
được tóm tắt trong bảng sau:

Thanh ghi Nội dung
Đếm chương trình
Tích lũy
B
PSW
SP
DPTR
Port 0-3
IP
IE
Các thanh ghi đònh thời
SCON
0000H
00H
00H
00H
07H
0000H
FFH

Giá trò nhò phân trong các flip-flop của timer có thể xem như số đếm số xung
nhòp (hoặc các sự kiện) từ khi khởi động timer. Ví dụ timer 16 bit sẽ đếm lên từ
0000H đến FFFFH. Cờ báo tràn sẽ lên 1 khi số đếm tràn từ FFFFH đến 0000H.
8051/8031 có 2 timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc. Người ta sử dụng
các timer để : a) đònh khoảng thời gian, b) đếm sự kiện hoặc c) tạo tốc độ baud
cho port nối tiếp trong 8051/8031.

Trong các ứng dụng đònh khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở một
khoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer. Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương
trình để thực hiện một tác động như kiểm tra trạng thái của các cửa ngõ vào
hoặc gửi các sự kiện ra các ngõ ra. Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo
xung nhòp đều đặn của timer để đo thời gian trôi qua giữa hai sự kiện (ví dụ :
đo độ rộng xung).
Đếm sự kiện dùng để xác đònh số lần xẩy ra của một sự kiện. Một “sự kiện”
là bất cứ tác động ngoài nào có thể cung cấp một chuyển trạng thái trên một
chân của 8051/8031. Các timer cũng có thể cung cấp xung nhòp tốc độ baud cho
port nối tiếp trong 8051/8031.
12
Truy xuất timer của 8051/8031 dùng 6 thanh ghi chức năng đặc biệt cho
trong bảng sau: SFR MỤC ĐÍCH ĐỊA
CHỈ
5.2 Thanh ghi chế độ timer (TMOD)

Thanh ghi TMOD chứa hai nhóm 4 bit dùng để đặt chế độ làm việc cho timer
0 và timer 1.
Bit Tên Timer Mô tả
7 GATE 1 Bit (Mở) cổng, khi lên 1 timer chỉ chạy khi INT1
ở mức cao.
6 C/T 1 Bit chọn chế độ counter/timer
1=bộ đếm sự kiện
0=bộ đònh khoảng thời gian
5 M1 1 Bit 1 của chế độ(mode)
4 M0 1 Bit 0 của chế độ
00: chế độ 0 : timer 13 bit
13
01: chế độ 1 : timer 16 bit
10: chế độ 2 : tự động nạp lại 8255A bit
11: chế độ 3 : tách timer
3 GATE 0 Bit (mở) cổng
2 C/T 0 Bit chọn counter/timer
1 M1 0 Bit 1 của chế độ
0 M0 0 Bit 0 của chế độ

Bảng 2.5: Tóm tắt thanh ghi TMOD
TCON.3 IE1 8BH Cờ cạnh ngắt 1 bên ngoài, đặc bởi
TCON.2 IT1 8AH Cờ kiểu ngắt một bên ngoài.
phần cứng khi phát hiện một cạnh
xuống ở INT1, xóa bằng phần mềm
hoặc phần cứng khi CPU chỉ đến
chương trình phục vụ ngắt.
Đặt/xóa bằng phần mềm đề ngắt
ngoài tích cực cạnh xuống/mức thấp
TCON.1 IE0 89H Cờ cạnh ngắt 0 bên ngoài
TCON.0 IT0 88H Cờ kiểu ngắt 0 bên ngoài

Bảng 2.6: Tóm tắt thanh ghi TCON
5. 4 Các chế độ timer.

a) Chế độ 0, chế độ timer 13 bit.
Để tương thích với 8048 (có trứớc 8051)
Ba bit cao của TLX (TL0 và/hoăc TL1) không dùng Xung nhòp
timer
Cờ báo tràn
b) Chế độ 1- chế độ timer 16 bit.
Hoạt động như timer 16 bit đầy đủ.
Cờ báo tràn là bit TFx trong TCON có thể đọc hoặc ghi bằng phầm
mềm.
MSB của giá trò trong các thanh ghi timer là bit 7 của THx và LBS là bit
d) Chế độ 3- chế độ tách timer
Timer 0 tách thành hai timer 8 bit (TL0 và TH0), TL0 có cờ báo tràn là
TF0 và TH0 có cờ báo tràn là TF1.
Timer 1 ngưng ở chế độ 3, nhưng có thể được khởi động bằng cách
chuyển sang chế độ khác. Giới hạn duy nhất là cờ báo tràn TF1 không còn bò
tác động khi timer 1 bò tràn vì nó đã được nối tới TH0.
Khi timer 0 ở chế độ 3, có thể cho timer 1 chạy và ngưng bằng cách chuyển nó
ra ngoài và vào chế độ 3. Nó vẫn có thể được sử dụng bởi port nối tiếp như bộ
tạo tốc độ baund hoặc nó có thể được sử dụng bằng bất cứ cách nào không cần
ngắt (vì nó không còn được nối với TF1). Xung nhòp
Timer

Xung nhòp
Timer

TLx
(8 bit)
TFx
THx
(8 bit)
TL1 TH1
TL0

việc đònh khoảng thời gian. Lúc đó, timer lấy xung nhòp từ bộ dao động trên
chip. Bộ chia 12 được thêm vào để giảm tần số xung nhòp đến giá trò thích hợp
cho phần lớn các ứng dụng. Như vậy thạch anh 12 MHz sẽ cho tốc độ xung
nhòp timer 1 MHz. Bóa tràn timer xảy ra sau một số (cố đòng) xung nhòp, phụ
thuộc vào giá trò ban đầu được nạp vào các thanh ghi timer TLx/THx.
- Đếm sự kiện (Event counting)
- Nếu C/T=1, timer lấy xung nhòp từ nguồn bên ngoài. Trong hầu hết các
ứng dụng nguồn bên ngoài này cung cấp cho timer một xung kh xảy ra một
“sự kiện “, timer dùng đếm sự kiện được xác đònh bằng phần mềm bằng
cách đọc các thanh ghi TLx/THx vì giá trò 16 bit trong các thanh ghi này
tăng thêm 1 cho mỗi sự kiện.
On chip
Osillato
r
÷12
−
TC /
17
Nguồn xung nhòp ngoài có từ thay đổi chú7c năng của các chân port 3. Bit
4 của port 3 (P3.4) dùng làm ngõ vào tạo xung nhòp bên trong timer 0 và được
gọi là “T0”. Và p3.5 hay “T1” là ngõ vào tạo xung nhòp cho timer 1.
5.6 Bắt đầu dừng và điều khiển các timer.

Phương pháp mới đơn giản nhất để bắt đầu (cho chạy) và dừng các timer
là dùng các bit điều khiển chạy :TRx trong TCON, TRx bò xóa sau khi reset hệ
thống. Như vậy, các timer theo mặc nhiên là bò cấm (bò dừng). TRx được đặt
lên 1 bằng phần mềm để cho các timer chạy.

Xung nhòp
Timer Các thanh ghi timer

Trong một số ứng dụng cần đọc giá trò trong các thanh ghi timer đang
chạy. Vì phải đọc 2 thanh ghi timer “sai pha” có thể xẩy ra nếu byte thấp tràn
vào byte cao giữa hai lần đọc. Giá trò có thể đọc được không đúng. Giải pháp là
đọc byte cao trước, kế đó đọc byte thấp rồi đọc byte cao lại một lần nữa. Nếu
byte cao đã thay đổi thì lập lại các hoạt động đọc.
5.8 Các khoảng ngắn và các khoảng dài.

Dãy các khoảng thời gian có thể đònh thời là bao nhiêu ? vấn đề này
được khảo sát với 8051/8031 hoạt động với tần số 12MHz. như vậy xung nhòp
của các timer có tần số lá 1 MHz.
Khoảng thời gian ngắn nhất có thể có bò giới hạn không chỉ bởi tần số xung
nhòp của timer mà còn bởi phần mềm. Do ảnh hưởng của thời khoảng thực hiện
một lệnh. Lệng ngắn nhất 8051/8031 là một chu kỳ máy hay 1µs. Sau đây là
bảng tóm tắt các kỹ thuật để tạo những khoảng thời gian có chiều dài khác
nhau (với giả sử xung nhòp cho 8051/8031 có tần số 12 MHz)
Khoảng thời gian tối đa Kỹ thuật
≈10 - Bằng phần mềm
256 - Timer 8 bit với tự động nạp lại
65535 - Timer 16 bit
Không giới hạn - Timer 16 bit cộng với các vòng
lập phần mềm

Các kỹ thuật để lập trình các khoảng thời gian (FOSC=12 MHz)
6. Hoạt động port nối tiếp.

6.1. Giới thiệu.