Phần cứng họ MCS-51_chương 2

Quá trình phát triển nhanh của các loại vi xử lý cho phép ứng dụng chúng trong các quá trình sản xuất như các bộ điều khiển. Khác với các loại vi xử lý sử dụng để xử lý thông tin (các máy tính PC xử lý văn bản, cơ sở dữ liệu, tính toán khoa học kỹ thuật), các vi điều khiển (microcontroller) được thiết kế để lắp đặt trực tiếp vào ứng dụng cụ thể.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phần cứng họ MCS-51_chương 2 Baøi giaûng VI XÖÛ LYÙ Chöông 2: Phaàn cöùng hoï MCS-51 CHÖÔNG 2: PHAÀN CÖÙNG HOÏ MCS-51 I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN Quá trình phát triển nhanh của các loại vi xử lý cho phép ứng dụng chúng trong các quá trình sản xuất như các bộ điều khiển. Khác với các loại vi xử lý sử dụng để xử lý thông tin (các máy tính PC xử lý văn bản, cơ sở dữ liệu, tính toán khoa học kỹ thuật), các vi điều khiển (microcontroller) được thiết kế để lắp đặt trực tiếp vào ứng dụng cụ thể. Trong đó suốt quá trình vận hành của mình vi điều khiển chỉ thực hiện duy nhất một chức năng. Việc ứng dụng rộng rãi các bộ vi điều khiển dẫn đến yêu cầu sản xuất tất cả các vi mạch trong một vỏ. Việc tích hợp nhiều vi mạch trên một vỏ làm giảm giá thành và làm tăng tính tin cậy của vi điều khiển. Yêu cầu tăng cao tốc độ xử lý dẫn đến các cấu trúc của vi điều khiển khác với các cấu trúc của các bộ vi xử lý như Z80, 8086 và các vi xử lý dùng cho máy tính PC. Cấu trúc của vi điều khiển cho phép truy cập nhanh bộ nhớ dữ liệu, truy cập và xử lý nhanh các dữ liệu, truy cập nhanh các thiết bị (phép nhân và chia dấu phẩy đứng, các phép toán đại số Boole với 1 bit … ) Tổng quát ta có thể nói rằng vi điều khiển là một máy tính trong một chip (monolithic microcomputer). Trong đó đã bao gồm CPU, bộ nhớ, các thiết vị vào/ra phổ biến. Cấu trúc của vi điều khiển được thiết kế để phục vụ một mục đích cụ thể mà chỉ cần tối thiểu các mạch phụ trợ. Chức năng của vi điều khiển được xác định bởi chương trình lưu trong bộ nhớ ROM hoặc EPROM. Chương trình được nạp một lần và không thay đổi trong suốt quá trình hoạt động. Bộ nhớ của các vi điều khiển có cấu trúc khác với bộ nhớ của vi xử lý Z80 cùng loại. Tại các họ vi xử lý ta dùng cấu trúc bộ nhớ Neuman, trong đó bản đồ bộ nhớ dùng chung cho cả chương trình (thường trong ROM- Read only memory) và dữ liệu (RWM – read write memory). Các bộ vi điều khiển sử dụng cấu trúc Harward. Tại đây bộ nhớ được chia làm hai loại: bộ nhớ chương trình (ROM) và bộ nhớ dữ liệu (RWM). CPU Bộ nhớ chương trình CPU Bộ nhớ chương trình + Bộ nhớ Bộ nhớ dữ liệu dữ liệu Hình 2.1: Cấu trúc Neuman Hình 2.2: Cấu trúc Harward Việc phân biệt này được suy ra từ thực tế rằng bộ nhớ ROM dùng để lưu chương trình không thể ghi vào được, và bộ nhớ này thường có độ dài vài kB (yêu cầu 10 đến 16 bit địa chỉ). CPU truy cập bộ nhớ này chủ yếu để đọc lệnh. Bộ nhớ dữ liệu để lưu các kết quả tạm thời thông thường bé hơn, chỉ cần 8 bit địa chỉ hoặc thậm chí 4 bit địa chỉ. Với địa chỉ bộ nhớ dữ liệu nhỏ, toán hạng sẽ có địa chỉ ngắn và nhiều khi có thể lọt vào vào mã lệnh (object code) có độ dài 8 bit. Cấu trúc bộ nhớ Harward là cơ sở cho việc xử lý nhanh thông tin trong các ứng dụng điều khiển. Cấu trúc không đổi của các loại vi điều khiển lại là giới hạn đối với việc áp dụng trong thực tế. Tuy vậy trên thị trường có rất nhiều loại vi điều khiển cho các loại ứng dụng cụ thể khác nhau, mỗi loại tự phân biệt bằng lượng tối thiểu thiết bị được tích hợp bên trong. http://www.ebook.edu.vn 1 Baøi giaûng VI XÖÛ LYÙ Chöông 2: Phaàn cöùng hoï MCS-51 * HỌ VI ĐIỀU KHIỂN X51 Vi điều khiển 8051 ra đời vào năm 1980 và đã là loại vi điều khiển tương đối “lớn tuổi”. Tuy vậy 8051 đã nhận được sự mến chuộng đặc biệt của các nhà thiết kế hệ thống đến nỗi hiện nay tồn tại rất nhiều nhà sản xuất tập trung phát triển các sản phẩm trên cơ sở 8051 và phát triển thêm các thiết bị ngoại vi khác. Ví dụ chỉ riêng Philips đã sản xuất 24 loại vi điều khiển trên cơ sở 8051 như được thể hiện trên hình 2.1. Các vi điều khiển này khác nhau như sau: bộ nhớ chương trình từ 2kB đến 32 kB, bộ nhớ này có loại có thể nạp một lần hoặc nhiều lần (EPROM), bộ nhớ EEPROM để nhớ các hằng số, bộ nhớ dữ liệu mở rộng đến 256 kB, bộ ADC 8 hoặc 10 bit với bộ chọn 8 kênh, các cổng vào/ra mở rộng, bộ so sánh hoặc lưu dữ liệu, bus 2 dây I2C. Các nhà sản xuất cung cấp các vi điều khiển có tần số từ 12MHz đến 33 MHz với loại vỏ DIL, PLCC đến loại nhỏ PQFP. Một số nhà sản xuất tập trung vào các vi điều khiển với các phép tính số học (Siemens 80C537) hoặc việc định thời khác nhau (Dallas DS80C320). Tổng kết các hướng phát triển cụ thể của vi điều khiển trên cơ sở 8051 được tổng kết như trên hình 2.3. Hình 2.3: Các thành phần mở rộng của họ vi điều khiển trên cơ sở 8051 Trên thị trường Việt nam hiện tại loại vi điều khiển AT89C51 của hãng Atmel rất được phổ biến. Vi điều khiển này có thể mua được với giá 25,000 đ/1đv. Kèm theo với vi điều khiển này là rất nhiều các thiết bị phụ trợ như bộ lập trình, các board mạch cơ bản, các phần mềm phụ trợ… Vi điều khiển AT89C51 và các loại cùng họ của hãng Atmael có bộ nhớ chương trình bên trong là EEPROM là bộ nhớ có thể xoá là nạp được bằng tín hiệu điện. Điều này cho phép người lập trình có thể thử nghiệm, nạp chương trình vào vi điều khiển nhiều lần. Thiết bị nạp chương trình (programmer) cho vi điều khiển này là tương đối đơn giản và có thể tự làm được. Có thể tham khảo tại trang chủ của hãng Atmel tại địa chỉ www.atmel.com. http://www.ebook.edu.vn 2 Baøi giaûng VI XÖÛ LYÙ Chöông 2: Phaàn cöùng hoï MCS-51 II. CAÁU TRUÙC CUÛA VI ÑIEÀU KHIEÅN 8051 Caùc vi maïch cuûa hoï MCS-51 goàm: 8031/8032, 8051/8052, 8751/8752, 8951/8952, 892051 … Vi maïch tieâu bieåu cuûa hoï MCS-51 ...