Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý: Phần 2 - TS. Vũ Hữu Tiến

Nối tiếp phần 1, "Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý: Phần 2 - TS. Vũ Hữu Tiến" tiếp tục trình bày những nội dung về vi điều khiển 8051; sơ đồ và chức năng các chân tín hiệu của vi điều khiển 8051; khung chương trình hợp ngữ 8051; bộ đếm/định thời và UART trong 8051; thanh ghi điều khiển và các chế độ hoạt động của cổng nối tiếp; lập trình ngắt trong 8051;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý: Phần 2 - TS. Vũ Hữu Tiến HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ***** GIÁO TRÌNH BÀI GIẢNG (Phương pháp đào tạo theo tín chỉ) TÊN HỌC PHẦN: KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Mã học phần: ELE1317 (03 tín chỉ) Biên soạn TS. VŨ HỮU TIẾN LƯU HÀNH NỘI BỘ Hà Nội, 11/2014 CHƢƠNG 4. VI ĐIỀU KHIỂN 8051 4.1. Tổng quan về họ vi điều khiển 8051 Vào năm 1976, Intel đã giới thiệu bộ vi điều khiển 8748, một chip tƣơng tự nhƣ các bộ vi điều khiển và là chip đầu tiên trong họ vi điều khiển MCS-48. 8748 là vi mạch chứa trên 17.000 transitor bao gồm một CPU, 1K byte EPROM, 64 byte RAM, 27 chân xuất nhập và một bộ định thời 8-bit. IC này và các IC khác tiếp theo của họ MCS-48 đã nhanh chóng trở thành chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng hƣớng điều khiển. Việc thay thế các thành phần cơ điện trong các sản phẩm nhƣ các máy giặt và các bộ điều khiển trong xe ôtô, thiết bị công nghiệp, các sản phẩm tiêu dùng và các thiết bị ngoại vi của máy tính,… Độ phức tạp, kích thƣớc và khả năng của các bộ vi điều khiển đƣợc tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1990 khi Intel công bố chip 8051. So với 8048, chip 8051 chứa trên 60.000 transitor bao gồm 4K byte ROM, 128 byte RAM, 32 đƣờng xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit. Tập đoàn Siemens, nguồn sản xuất thứ hai các bộ vi điều khiển thuộc họ MCS- 51 cung cấp chip SAB80515, một cải tiến của 8051 chứa trong một vỏ 68 chân, có 6 port xuất nhập 8 bit, 13 nguồn tạo ra ngắt và một bộ biến đổi A/D 8 bit với 8 kênh ngõ vào. Bộ 8051 là một trong những bộ vi điều khiển 8 bit mạnh và linh hoạt nhất, đã trở thành bộ vi điều khiển hàng đầu trong những năm gần đây. 4.2. Cấu trúc tổng quát của vi điều khiển Sơ đồ khối của một vi điều khiển 8051 có thể đƣợc mô tả tổng quát nhƣ hình 4.1. Chức năng của các khối: 1. Khối xử lý trung tâm – CPU (Center Processing Unit) là bộ phận chính của một vi điều khiển. Khối này có các thành phần chính: a. Thanh ghi tích lũy (ký hiệu là A) b. Thanh ghi tích lũy phụ (ký hiệu là B) thƣờng đƣợc dùng cho phép nhân và phép chia. c. Khối Logic số học ALU (Arithmetic Logical Unit) thực hiện các thao tác tính toán. d. Thanh ghi Từ trạng thái chƣơng trình PSW (Program status word) e. Bốn băng thanh ghi f. Con trỏ ngăn xếp (Stack point) cũng nhƣ con trỏ dữ liệu để định địa chỉ cho bộ nhớ dữ liệu ở bên ngoài. g. Thanh ghi đếm chƣơng trình h. Bộ giải mã lệnh i. Bộ điều khiển thời gian và logic: Sau khi Reset, CPU bắt đầu làm việc tại địa chỉ 0000h, là địa chỉ đầu đƣợc ghi trong thanh ghi chứa chƣơng trình (PC). Sau đó, thanh ghi này sẽ tăng lên 1 đơn vị và chỉ đến các lệnh tiếp theo của chƣơng trình. 58 INT 0 INT 1 Timer 2 Timer 1 Timer 0 Cổng nối tiếp 128 byte RAM (8052) ROM Timer 2 T2 4K (8051) Điều khiển Các thanh ghi 128 byte 8K (8052) Timer 1 T1 ngắt khác RAM Timer 0 T0 CPU Mạch tạo dao Điều khiển Cổng vào/ra Cổng nối tiếp động BUS EA ALE RST PSEN P0 P1 P2 P3 Hình 4. 1 Cấu trúc của vi điều khiển 8051 2. Bộ tạo dao động: Khối xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung nhịp từ bộ tạo dao động đƣợc lắp thêm vào. Linh kiện phụ trợ có thể là một khung dao động làm bằng tụ gốm hoặc thạch anh. Ngoài ra, còn có thể đƣa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài vào. 3. Khối điều khiển ngắt: Chƣơng trình đang chạy có thể cho dựng lại nhờ một khối logic ngắt bên trong. Các nguồn ngắt có thể là các sự kiện ở bên ngoài, sự kiện tràn bộ đếm/bộ định thời hay có thể là truyền thông nối tiếp. Tất cả các ngắt đều có thể đƣợc thiết lập chế độ làm việc thông qua hai thanh ghi IE (Interrup Enable) và IP (Interrupt Priority). 4. Khối điều khiển và quản lý bus: Các khối trong vi điều khiển liên lạc với nhau thông qua hệ thống Bus nội bộ đƣợc điều khiển bởi khối điều khiển quản lý Bus. 5. Các bộ đếm/định thời: Vi điều khiển 8051 có chứa hai bộ đếm tiến 16 bit có thể hoạt động nhƣ một bộ định thời hay bộ đếm sự kiện bên ngoài hoặc nhƣ bộ phát tốc độ Baud dùng cho giao diện nối tiếp. Trạng thái tràn bộ đếm có thể đƣợc kiểm tra trực tiếp hoặc đƣợc xóa đi bằng một ngắt. 6. Các cổng vào ra: Vi điều khiển 8051 có bốn cổng vào/ra (P0 – P3). Mỗi cổng chứa 8 bit độc lập với nhau. Các cổng này có thể đƣợc sử dụng cho những mục đích điều khiển rất đa dạng. Ngoài chức năng chung, một số cổng còn đảm nhận thêm một số chức năng đặc biệt khác. 59 7. Giao diện nối tiếp: Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ làm việc độc lập với nhau. Bằng cách đấu nối các bộ đệm thích hợp, có thể hình thành một cổng nối tiếp RS-232 đơn giản. Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đƣợc thiết lập nhờ bộ định thời và tần số dao động riêng của thạch anh. 8. Bộ nhớ chƣơng trình: Bộ nhớ chƣơng trình thƣờng là bộ nhớ ROM (Read Only Memory). Bộ nhớ chƣơng trình đƣợc sử dụng để cất ...