Chương 1:
CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN
1.1.1. Sơ lược về vi xử lý:
Trong những thập niên cuối thế kỉ XX, từ sự ra đời của công nghệ bán
dẫn, kĩ thuật điện tử đã có sự phát triển vượt bậc. Các thiết bị điện tử sau đó
đ
ã được tích hợp với mật độ cao và rất cao trong các diện tích nhỏ, nhờ vậy
các thiết bị điện tử nhỏ hơn và nhiều chức năng hơn. Các thiết bị điện tử
ngày càng nhiều chức năng trong khi giá thành ngày càng rẻ hơn, chính vì
v
ậy điện tử có mặt khắp mọi nơi.
Bước đột phá mới trong công nghệ điện tử, công ty trẻ tuổi Intel cho ra
đời bộ vi xử lý đầu tiên. Đột phá ở chỗ: "
Đó là một kết cấu logic mà có thể
thay đổi chức năng của nó bằng chương tr
ình ngoài chứ không phát triển
theo hướng tạo một cấu trúc phần cứng chỉ thực hiện theo một số chức năng
nhất định như trước đây"(trích từ dòng 17 đến 19, trang 3, 'Kĩ thuật VI XỬ
LÝ và lập trình ASSEMBLY cho hệ vi xử lý', tác giả Đỗ Xuân Tiến, nhà
xu
ất bản Khoa học và kĩ thuật). Tức là phần cứng chỉ đóng vai trò thứ yếu,
phần mềm (chương trình) đóng vai trò chủ đạo đối với các chức năng cần
thực hiện. Nhờ vậy vi xử lý có sự mềm dẻo hóa trong các chức năng của
mình. Ngày nay vi xử lý có tốc độ tính toán rất cao và khả năng xử lý rất
lớn.
Vi xử lý có các khối chức năng cần thiết để lấy dữ liệu, xử lý dữ liệu
và xuất dữ liệu ra ngoài sau khi đã xử lý. Và chức năng chính của Vi xử lý
chính là xử lý dữ liệu, chẳng hạn như cộng, trừ, nhân, chia, so sánh.v.v..... Vi
xử lý không có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị ngoại vi, nó chỉ
có khả năng nhận và xử lý dữ liệu mà thôi.


ph
ần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi. Hệ thống được tạo ra khá phức
tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp và vấn đề chính là trình độ
người thiết kế. Kết quả l
à giá thành sản phẩm cuối cùng rất cao, không phù
h
ợp để áp dụng cho các hệ thống nhỏ.
Vì m
ột số nhược điểm trên nên các nhà chế tạo tích hợp một ít bộ nhớ
và một số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất
được gọi l
à Microcontroller-Vi điều khiển. Vi điều khiển có khả năng tương
tự như khả năng của vi xử lý, nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người
dùng đơn giản hơn nhiều. Vi điều khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với
người d
ùng, họ không cần nắm vững một khối lượng kiến thức quá lớn như
người d
ùng vi xử lý, kết cấu mạch điện dành cho người dùng cũng trở nên
đơn giản hơn nhiều và có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị bên
ngoài. Vi điều khiển tuy được xây dựng với phần cứng dành cho người sử
dụng đơn giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là khả năng xử lý bị giới
hạn (tốc độ xử lý chậm hơn và khả năng tính toán ít hơn, dung lượng chương
trình bị giới hạn). Thay vào đó, Vi điều khiển có giá thành rẻ hơn nhiều so
với vi xử lý, việc sử dụng đơn giản, do đó nó được ứng dụng rộng rãi vào
nhi
ều ứng dụng có chức năng đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp.
Vi điều khiển được ứng dụng trong các dây chuyền tự động loại nhỏ,
các robot có chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v.v...
Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748, một
chip tương tự như các bộ vi xử lý v

khi được Atmel sản xuất. M
ã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của
Intel khi sản xuất ở Atmel mã số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52)
với tính năng chương trình tương tự như nhau. Tương tự 8051,8053,8055 có
mã số tương đương ở Atmel là 89C51,89C53,89C55. Vi điều khiển Atmel
sau này ngày càng được cải tiến và được bổ sung th
êm nhiều chức năng tiện
lợi hơn cho người dùng.

Bảng 1
Dung lượng RAM Dung lượng ROM
Chế độ nạp
89C51 128 byte 4 Kbyte song song
89C52 128 byte 8 Kbyte song song
89C53 128 byte 12 Kbyte song song
89C55 128 byte 20 Kbyte song song

Sau kho
ảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị
trường d
òng Vi điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt
là có thêm khả năng nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và
ti
ện lợi cho người sử dụng.
Bảng 2
Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp
89S51 128 byte 4 Kbyte nối tiếp
89S52 128 byte 8 Kbyte nối tiếp
89S53 128 byte 12 Kbyte nối tiếp
89S55 128 byte 20 Kbyte nối tiếp

khiển.
II.SƠ LƯỢC PHẦN CỨNG VI ĐIỀU KHIỂN
-GIAO TIẾP BÊN NGOÀI
Các thành viên c
ủa họ MCS-51 (Atmel) có các đặc điểm chung như sau:
Có 4/8/12/20 Kbyte bộ nhớ FLASH ROM bên trong để lưu chương
trình. Nhờ vậy Vi điều khiển có khả năng nạp xoá chương trình bằng điện
đến 10000 lần.
128 Byte RAM nội
4 Port xuất/nhập 8 bit
Từ 2 đến 3 bộ định thời 16-bit

Có khả năng giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp
Có thể mở rộng không gian nhớ chương trình ngoài 64KByte (bộ nhớ
ROM ngoại): khi chương trình do người lập trình viết ra có dung lượng lớn
hơn dung lượng bộ nhớ ROM nội, để lưu được chương tr
ình này cần bộ nhớ
ROM lớn hơn, cách giải quyết là kết nối Vi điều khiển với bộ nhớ ROM từ
bên ngoài (hay còn gọi là ROM ngoại). Dung lượng bộ nhớ ROM ngoại lớn
nhất mà Vi điều khiển có thể kết nối là 64KByte
Có thể mở rộng không gian nhớ dữ liệu ngoài 64KByte (bộ nhớ RAM
ngoại)
Bộ xử lí bit (thao tác trên các bit riêng rẽ)
210 bit có thể truy xuất đến từng bit