Thiết kế bảng quang báo có kết nối với máy tính và bàn phím PS2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: TÊN ĐỀ TÀI: NHÓM SVTH: NGUYỄN VĂN MẠNH NGUYỄN VĂN THÁI HOÀNG THĂNG LONG VŨ HỒNG SƠN GVHD : NGUYỄN THÀNH LONG NGUYỄN XUÂN CÔNG HƯNG YÊN – 2007 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Hưng yên, ngày … tháng … năm 2007 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Hưng yên, ngày … tháng … năm 2007 Giáo viên phản biện MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian thực hiện, đến nay đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế bảng quang báo có kết nối với máy tính và bàn phím PS2” đã được hoàn thành. Trong thời gian thực hiện, chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu. Trước tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thành Long và thầy Nguyễn Xuân Công người đã trực tiếp tận tình giúp đỡ chúng em trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Chúng em cũng xin chân thành cám ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Điện - Điện Tử đã cung cấp cho chúng em những kiến thức cần thiết, có hệ thống, tạo điều kiện thuận lợi nhất, giúp cho chúng em có thể hoàn thành được đồ án theo đúng thời gian quy định. Kính chúc các thầy, cô luôn dồi dào sức khỏe! Mặc dù chúng em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đề tài này, song do giới hạn về thời gian cũng như kiến thức nên nội dung còn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn sinh viên để luận văn được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỞ ĐẦU Khoa học công nghệ ngày càng phát triển đặc biệt là về năng lượng, điện tử ... Ngày nay chúng ta có thể sản xuất ra chíp có tốc độ truy cập lên tới hàng GB, bộ nhớ bán dẫn dung lượng ngày càng cao. Tuy nhiên yêu cầu mới đặt ra là nhỏ gọn, dễ sử dụng, để đáp ứng được yêu cầu đó phải có những vi mạch đi kèm theo. Giờ đây khi nhu cầu về thông tin quảng cáo rất lớn, việc áp dụng các phương tiện kĩ thuật mới vào các lĩnh vực trên là rất cần thiết. Khi bạn đến các nơi công cộng, bạn dễ dàng bắt gặp những áp phích quảng cáo điện tử chạy theo các hướng khác nhau với nhiều hình ảnh và màu sắc rất ấn tượng. Từ yêu cầu thực tiễn như trên, chúng em quyết định chọn đề tài : “Thiết kế bảng quang báo có kết nối với máy tính và bàn phím PS2” Trong giới hạn kiến thức của mình chúng em đã mạnh dạn tìm hiểu và thi công bảng quang báo gồm có 16 hàng x 128 cột. Quang báo có thể giao tiếp trực tiếp với máy tính thông qua giao diện người dùng được thiết kế bằng phần mềm VB6.0. Ngoài ra quang báo còn có thể giao tiếp được với bàn phím máy tính PS2. Người sử dụng muốn thay đổi thông tin hiển thị có thể nhập thông tin này từ bàn phím PS2 hoặc truyền từ máy tính thông qua chuẩn truyền RS232. Mục đích nghiên cứu của đồ án: - Tìm hiểu và thiết kế bảng quang báo ứng dụng AT89C51. - Xây dựng phần mềm, thiết kế giao diện người dùng và máy tính. - Đưa ra thuật toán điều khiển cho bảng quang báo. - Thi công, kiểm tra và vận hành. Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Trong phạm vi đồ án chúng em nghiên cứu, tìm hiểu và ứng dụng chíp AT89C51. - Cách thức truyền thông giữa máy tính và Vi điều khiển (VĐK) - Ứng dụng phần mềm Visual Basic 6.0 (VB6.0) thiết kế giao diện Ý nghĩa thực tiễn của đồ án: - Ngày nay khi công nghệ quang báo ngày càng phát triển, với khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống như ở các siêu thị, trung tâm thương mại, các sàn giao dịch, các công sở… Tuy nhiên bảng quang báo cũng được sản xuất nhiều ở nước ta xong giá thành vẫn còn cao và chưa được phổ biến rộng rãi ở các lĩnh vực. Đưa sản phẩm vào trong cuộc sống là một phần mong muốn của nhóm thực hiện đề tài chúng em. Nội dung của đồ án: Đồ án gồm 3 phần: Phần I: Cơ sở lý luận chung Phần II: Thiết kế và thi công Phần III: Phụ lục Phần I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CHUNG I. Sự lưu ảnh của mắt Sự lưu ảnh của mắt tức là sự lưu ảnh trên võng mạc mà phải mất một khoảng thời gian cỡ 0,1s võng mạc mới hồi phục lại như cũ. Trong khoảng thời gian 0,1s này cảm giác ánh sáng chưa bị mất và người quan sát vẫn còn thấy hình ảnh của vật. Trong phim ảnh người ta chiếu 24 hình/s để người xem có cảm giác hoạt động trong phim là liên tục. Lợi dụng tính chất lưu ảnh của mắt người mà người ta có thể tạo ra những bảng quang báo với kích thước khác nhau. II. Giới thiệu về mạch quang báo trong đề tài Có nhiều phương pháp và cách thức để thiết kế một bảng quang báo. Đơn giản và rẻ tiền nhất là sử dụng bộ nhớ EPROM của Vi điều khiển (VĐK), mỗi khi cần thay đổi nội dung hiển thị trên bảng thì ta nạp lại chương trình vào EPROM. Nhược điểm của phương pháp này là mỗi khi cần thay đổi nội dung chúng ta lại phải gỡ IC ra để nạp lại chương trình. Một cách khác là ta sử dụng bộ điều khiển trung tâm là Vi xử lý. Với những tính năng vượt trội bảng quang báo được điều khiển dễ dàng hơn, hình ảnh hiển thị cũng sinh động hơn, có thể hiển thị được hình ảnh chuyển động với những màu sắc khác nhau. Tuy nhiên chi phí thực hiện tốn kém. Quang báo thiết kế trong đề tài có thể giao tiếp trực tiếp với máy tính thông qua giao diện người dùng được thiết kế bằng phần mềm VB6.0. Ngoài ra quang báo còn có thể giao tiếp được với bàn phím máy tính PS2. Người sử dụng muốn thay đổi thông tin hiển thị có thể nhập thông tin này từ bàn phím PS2 hoặc truyền từ máy tính thông qua chuẩn truyền RS232. III. Phương pháp quét LED Hình 1.2 là sơ đồ kết nối từ các LED đơn thành một ma trận LED 8x8 (8 hàng 8 cột). Các tín hiệu P0.0 -> P0.7 của cổng P0 của VĐK được nối vào Anode của 8 hàng LED. Các tín hiệu điều khiển cột p1.0 -> P1.7 được nối vào Cathode của của 8 cột LED. Khi tín hiệu ở P0.0 là 1 (+5V) tương ứng với các LED ở chân Cathode của hàng 1 ở mức cao, khi P1.0 là mức 1 tương ứng với các LED ở chân Anode của cột 1 được cấp điện thế thấp. Như vậy hàng 1 được cấp điện áp cao, cột 1 được cấp điện áp thấp nên chỉ có một LED duy nhất được sáng là LED giao nhau của hàng 1 và cột 1. Như vậy khi có một cặp tín hiệu điều khiển hàng và cột thì có duy nhất một LED là giao điểm của hàng hàng và cột đó sáng. Trên cơ sở đó ta có thể mở rộng thành bảng quang báo với số hàng có thể là 16, 32 hoặc có thể lớn hơn và số cột có thể lên tới hàng trăm tuỳ thuộc vào cách thiết kế mạch liên kết với các hàng và cột. Trong trường hợp ta muốn hiển thị một số hay một một ký tự, chúng ta sẽ có cảm giác như đồng thời các LED được sáng. Nhưng thật ra đó chỉ là cảm giác của mắt bị đánh lừa. Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu về cách quét LED. Ví dụ ta muốn hiển thị chữ “L” trên ma trận. Khi đó các LED trên cột 1 và các LED trên hàng 8 sáng. Muốn như vậy thì các bit thuộc cổng P0 và P1 đều ở mức 1, như vậy thì toàn bộ LED trong ma trận đều sáng. Do vậy trong điều khiển LED ma trận chúng ta không thể điều khiển bằng cách hiển thị tĩnh mà phải dùng phương pháp hiển thị động (phương pháp quét LED). Nghĩa là tiến hành cấp tín hiệu điều khiển theo dạng xung quét cho các hàng và cột cần được hiển thị. Gọi thời gian quét đủ từ cột 1 đến hết cột 8 là một chu kỳ. Để đảm bảo cho mắt thấy các LED sáng đều không bị nháy thì tần số quét cho một chu kỳ nhỏ nhất là 50Hz Để hiển thị được chữ L như Hình 1.4 ta có thể mô tả các bước quét trong một chu kỳ như sau: Bước 1: P0.0 -> P0.7 = 1, P1.0 = 1; Các LED cột 1 sáng Bước 2: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.1 = 1; LED hàng 7 cột 2 sáng. Bước 3: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.2 = 1; LED hàng 7 cột 3 sáng Bước 4: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.3 = 1; LED hàng 7 cột 4 sáng Bước 5: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.4 = 1; LED hàng 7 cột 5 sáng Bước 6: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.5 = 1; LED hàng 7 cột 6 sáng Bước 7: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.6 = 1; LED hàng 7 cột 7 sáng Bước 8: P0.7 = 1, P0.0 -> P0.6 =0, P1.7 = 1; LED hàng 7 cột 8 sáng Bước 9: Quay trở lại bước 1 Hình 1.2: Sơ đồ kết nối LED Matrix 8x8 Hình 1.3: Mã chữ Hình 1.4: Mô phỏng chữ L Với việc hiển thị trong thí nghiệm chúng ta chỉ cần một hoặc hai ma trận LED do đó chúng ta có thể sử dụng các bit trực tiếp của cổng Vi điều khiển (VĐK) hay 8255 . Đối với một bảng quang báo thì yêu cầu cần có nhiều hàng, nhiều cột. Một trong các cách tiết kiệm bit để điều khiển cột chúng ta có thể dùng vi mạch ghi dịch như 74HC164 hoặc 74HC595. Khi đó tín hiệu quét hàng được lấy ra từ cổng VĐK (tuỳ thuộc vào số hàng mà ta sử dụng hết một cổng, hai cổng hay ba cổng). Tín hiệu quét cột được lấy ra từ các bit của cổng còn lại . Tín hiệu quét cột sẽ dịch theo từng xung Clock do người lập trình tạo ra. Cứ mỗi một xung thì một cột được dịch, đồng thời vào thời điểm cột được dịch thì dữ liệu tương ứng cần hiển thị cũng được đưa ra hàng. Như vậy để hiển thị được thông báo thì xung dịch và dữ liệu cần phải được xuất ra đồng bộ. Quay trở lại ví dụ trên theo Hình1.3 muốn hiển thi đực trữ “L” thì cổng P0 cần xuất ra hàng ma trận các mã : FFh,80h,80h,80h,80h,80h,80h,80h Bước 1: P0 xuất FFh đồng thời dữ liệu cột được đưa tới cột 1 nhờ có xung dịch Clock Tương tự Bước 8: P0 xuất 80h đồng thời dữ liệu cột được đưa tới cột 8. Quá trình quét như vậy xảy ra rất nhanh (tính bằng cho mỗi cột) vì vậy mắt có cảm giác như các LED đồng thời được sáng. Gọi t là thời gian một xung được dịch. Như phần trên đã nói tần số hiển thị của một hàng hay một cột là 50Hz . Như vậy thời gian để dịch một xung CLK : . Quá trình quét như vậy xảy ra rất nhanh (tính bằng ms cho mỗi cột) vì vậy mắt có cảm giác như các LED đồng thời được sáng. IV. Khảo sát bộ Vi điều khiển 89C51 IC vi điều khiển 89C51 thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau: - 4 Kb ROM - 128 byte RAM - 4port I/0 8bit - 2 bộ định thời 16bit - Giao tiếp nối tiếp - 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng - 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng - Một bộ xử lý thao tác trên các bit đơn Sơ đồ chân tín hiệu 89C51 Hình1.5: IC 80C51/AT89C51 Chức năng của các chân tín hiệu như sau: - P0.0 đến P0.7 là các chân của cổng 0. - P1.0 đến P1.7 là các chân của cổng 1. - P2.0 đến P2.7 là các chân của cổng 2. - P3.0 đến P3.7 là các chân của cổng 3. - RxD: nhận tín hiệu kiểu nối tiếp. - TxD: truyền tín hiệu kiểu nối tiếp. - /INT0: ngắt ngoài 0. - /INT1: ngắt ngoài 1. - T0: chân vào 0 của bộ Timer/Counter 0. - T1: chân vào 1 của bộ Timer/Counter 1. - /Wr: ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài. - /Rd: đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài. - RST: chân vào Reset - XTAL1: chân vào mạch khuếch đại dao động. - XTAL2: chân ra từ mạch khuếch đại dao động. - /PSEN: chân cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài (ROM ngoài). - ALE (/PROG): chân tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để truy cập bộ nhớ ngoài khi On-chip xuất ra byte thấp của địa chỉ. Tín hiệu chốt được kích hoạt ở mức cao, tần số xung chốt = 1/6 tần số dao động của bộ VĐK. Nó có thể được dung cho các bộ Timer ngoài hoặc cho mục đích tạo xung Clock. Đây cũng là chân nhận xung vào để nạp chương trình cho Flash (hoặc EEPROM) bên trong On-chip khi nó ở mức thấp. - /EA/Vpp: cho phép On-chip truy cập bộ nhớ chương trình ngoài khi /EA = 0, nếu /EA = 1 thì On-chip sẽ làm việc với bộ nhớ chương trình nội trú. Khi chân này được cấp nguồn điện áp 12V (Vpp) thì On-chip đảm nhận chức năng nạp chương trình cho Flash bên trong nó. - Vcc: cung cấp dương nguồn cho On-chip (+5V). - GND: nối mát. 4.1. Các thanh ghi chức năng đặc biệt Bảng1.1. Địa chỉ, ý nghĩa và giá trị của các SFR sau khi Reset Symbol Name Address Reset Values * ACC Thanh ghi tích luỹ 0E0h 00000000b * B Thanh ghi B 0F0h 00000000b * PSW Từ trạng thái chương trình 0D0h 00000000b SP Con trỏ ngăn xếp 81h 00000111b DP0L Byte cao của con trỏ dữ liệu 0 82h 00000000b DP0H Byte thấp của con trỏ dữ liệu 0 83h 00000000b * P0 Cổng 0 80h 11111111b * P1 Cổng 1 90h 11111111b Symbol Name Address Reset Values * P2 Cổng 2 0A0h 11111111b * P3 Cổng 3 0B0h 11111111b * IP TG điều khiển ngắt ưu tiên 0B8h xxx00000b * IE TG điều khiển cho phép ngắt. 0A8h 0xx00000b TMOD điều khiển Timer/Counter 89h 00000000b * TCON TG điều khiển Timer/Counter 88h 00000000b TH0 Byte cao của Timer/Counter 8Ch 00000000b TL0 Byte thấp của Timer/Counter 0 8Ah 00000000b TH1 Byte cao của Timer/Counter 1 8Dh 00000000b TL1 Byte thấp của Timer/Counter 1 8Bh 00000000b * SCON Serial Control 98h 00000000b SBUF Serial Data Buffer 99h indeterminate PCON Power Control 87h 0xxx0000b Bảng 1.1: Địa chỉ các cổng, thanh ghi khi ReSet * : có thể định địa chỉ bit, x: không định nghĩa 4.1.1. Thanh ghi ACC Là thanh ghi tích luỹ, dùng để lưu trữ các toán hạng và kết quả của phép tính. Thanh ghi ACC dài 8 bit. Trong các tập lệnh của On-chip, nó thường được quy ước đơn giản là A. 4.1.2. Thanh ghi B: Thanh ghi này được dùng khi thực hiện các phép toán nhân và chia. Đối với các tập lệnh khác, nó có thể xem như là thanh ghi đệm tạm thời. Thanh ghi dài B dài 8 bits. Nó thường được dùng chung với thanh ghi A trong các phép toán nhân hoặc chia. 4.1.3. Thanh ghi SP Thanh ghi con trỏ ngăn xếp dài 8 bits. SP chứa địa chỉ của dữ liệu hiện đang ở đỉnh của ngăn xếp. Giá trị của nó được tự động tăng lên khi thực hiện lệnh PUSH trước khi dữ liệu được lưu dữ trong ngăn xếp. SP sẽ tự động giảm xuống khi thực hiện lệnh POP. Ngăn xếp có thể đặt ở bất cứ nơi nào trong RAM On-chip, nhưng sau khi khởi động lại hệ thống thì con trỏ ngăn xếp mặc định sẽ trỏ tới địa chỉ khởi đầu là 07h, vì vậy ngăn xếp bắt đầu từ địa chỉ 08h. Ta cũng có thể định con trỏ ngăn xếp tại địa chỉ mong muốn bằng các lệnh di chuyển dữ liệu thông qua định địa chỉ tức thời. 4.1.4 Thanh ghi DPTR Thanh ghi con trỏ dữ liệu (16 bit) bao gồm 1 thanh ghi byte cao (DPH-8 bit) và 1 thanh ghi byte thấp (DPL-8 bit). DPTR có thể được dùng như thanh ghi 16 bit hoặc 2 thanh ghi 8 bit độc lập. Thanh ghi này được dùng để truy cập RAM ngoài. 4.1.5. Ports 0 to 3 P0, P1, P2, P3 là các chốt của các cổng 0, 1, 2, 3 tương ứng. Mỗi chốt gồm 8 bit. Khi mức logic 1 vào một bit của chốt thì chân ra tương ứng của cổng ở mức logic cao. Còn khi mức logic 0 vào mỗi bit của chốt thì chân ra tương ứng của cổng ở mức logic thấp. Khi các cổng đảm nhiệm như các đầu vào thì trạng thái bên ngoài của các chân cổng sẽ được giữ ở bit chốt tương ứng. Tất cả 4 cổng On-chip đều là cổng I/O hai chiều, mỗi cổng đều có 8 chân ra, bên trong mỗi chốt bit có bộ “Pullup-tăng cường“ do đó nâng cao khả năng nối ghép của cổng với tải (có thể giao tiếp với 4 đến 8 tải loại TTL). 4.1.6. Thanh ghi SBUF Đệm dữ liệu nối tiếp gồm hai thanh ghi riêng biệt, một thanh ghi đệm phát và một thanh ghi đệm thu. Khi dữ liệu được chuyển tới SBUF, nó sẽ đi vào bộ đệm phát, và được giữ ở đấy để chế biến thành dạng truyền tin nối tiếp. Khi dữ liệu được truyền đi từ SBUF nó đi ra từ bộ đêm thu. 4.1.7. Các thanh ghi Time Các đôi thanh ghi (TH0, TL0), (TH1, TL1) là các thanh ghi đếm 16 bit tương ứng với các bộ Timer/Counter 0 và 1. 4.1.8. Các thanh ghi điều khiển Các thanh ghi chức năng đặc biệt: IP, IE, TMOD, TCON, SCON và PCON bao gồm các bit điều khiển và trạng thái đối với hệ thống ngắt, các bộ Timer/Counter và cổng nối tiếp. 4.1.9. Thanh ghi PSW Từ trạng thái chương trình dùng để chứa thông tin về trạng thái chương trình. PSW có độ dài 8 bit, mỗi bit đảm nhiệm một chức năng cụ thể. Thanh ghi này cho phép truy cập ở dạng mức bit. - CY: cờ nhớ. Trong các phép toán số học, nếu có nhớ từ phép cộng bit 7 hoặc có số mượn mang đến bit 7 thì CY được đặt bằng 1. - AC: cờ nhớ phụ (đối với mã BCD). Khi cộng các giá trị BCD, nếu có 1 số nhớ được tạo ra từ bit thứ 3 chuyển sang bit 4 thì AC được đặt bằng 1. Khi giá trị được cộng là BCD, lệnh cộng phải được thực hiện tiếp theo bởi lệnh DA A (hiệu chỉnh thập phân thanh chứa A) để đưa các kết quả lớn hơn 9 về giá trị đúng. - F0: cờ 0. - RS1: bit 1 điều khiển chọn băng thanh ghi. - RS0: bit 0 điều khiển chọn băng thanh ghi. Lưu ý: RS0, RS1 được đặt/xoá bằng phần mềm để xác định băng thanh ghi đang hoạt động (chọn băng thanh ghi bằng cách đặt trạng thái cho 2 bit này). RS1 RS0 Bank 0 0 0 Bank 1 0 1 Bank 2 1 0 Bank 3 1 1 Bảng1.2: Chọn băng thanh ghi - OV: cờ tràn. Khi thực hiện các phép toán cộng hoặc trừ mà xuất hiện một tràn số học thì OV được đặt bằng 1. Khi các số có dấu được cộng hoặc được trừ, phần mềm có thể kiểm tra OV để xác định xem kết quả có nằm trong tầm hay không. Với phép cộng các số không dấu, OV được bỏ qua. Kết quả lớn hơn +128 hoặc nhỏ hơn -127 sẽ đặt OV = 1. - -: bit dành cho người sử dụng tự định nghĩa - P: cờ chẵn lẻ. Được tự động đặt/xoá bằng phần cứng trong mỗi chu trình lệnh để chỉ thị số chẵn hoặc lẻ của 1 bit trong thanh ghi tích luỹ. Số cac bit trong A cộng với bit P luôn luôn là số chẵn. 4.1.10. Thanh ghi PCON Thanh ghi điều khiển nguồn. - SMOD: bit tạo tốc độ Baud gấp đôi. Nếu Timer 1 được sử dụng để tạo tốc độ Baud và SMOD = 1, thì tốc độ Baud được tăng lên gấp đôi khi cổng truyền tin nối tiếp được dùng bởi 1,2 hoặc 3. - -: không sử dụng, các bit này có thể được dùng ở các bộ vi xử lý trong tương lai. Người sử dụng không được phép tự định nghĩa cho các bit này. - GF0, GF1: cờ dùng cho các mục đích chung. - PD: bit nguồn giảm. Đặt bit này ở mức tích cực để vận hành chế độ nguồn giảm trong AT89C51. Chỉ có thể ra khỏi chế độ bằng RESET. - IDL: bit chọn chế độ nghỉ. Đặt bit này ở mức tích cực để vận hành kiểu Idle (chế độ không làm việc) trong AT89C51. Lưu ý: nếu PD và IDL cùng được kích hoạt cùng một lúc ở mức tích cực, thì PD được ưu tiên thực hiện trước. Chỉ ra khỏi chế độ bằng một ngắt hoặc RESET lại hệ thống. 4.1.11. Thanh ghi IE Thanh ghi cho phép ngắt. - EA: nếu EA = 0, không cho phép bất cứ ngắt nào hoạt động. Nếu EA = 1, mỗi nguồn ngắt riêng biệt được cho phép hoặc không được cho phép hoạt động bằng cách đặt hoặc xoá bit ENABLE của nó. - -: không dùng, người sử dụng không nên định nghĩa cho bit này, bởi vì nó có thể được dùng ở các bộ AT89 trong tương lai. - ET2: bit cho phép hoặc không cho phép ngắt bộ timer 2. - ES: bit cho phép hoặc không cho phép ngắt cổng nối tiếp (SPI và UATR). - ET1: bit cho phép hoặc không cho phép ngắt tràn bộ timer 1 - EX1: bit cho phép hoặc không cho phép ngắt ngoài 1. - ET0: bit cho phép hoặc không cho phép ngắt tràn bộ timer 0. - EX0: bit cho phép hoặc không cho phép ngắt ngoài 0. 4.1.12. Thanh ghi IP Thanh ghi ưu tiên ngắt. - -: không dùng, người sử dụng không nên ghi “1“ vào các bit này. - PT2: xác định mức ưu tiên của ngắt Timer 2. - PS: định nghĩa mức ưu tiên của ngắt cổng nối tiếp. - PT1: định nghĩa mức ưu tiên của ngắt Timer 1. - PX1: định nghĩa mức ưu tiên của ngắt ngoài 1. - PT0: định nghĩa mức ưu tiên của ngắt Timer 0. - PX0: định nghĩa mức ưu tiên của ngắt ngoài 0. 4.1.13. Thanh ghi TCON Thanh ghi điều khiển bộ Timer/Counter - TF1: cờ tràn Timer 1. Được đặt bởi phần cứng khi bộ Timer 1 tràn. Được xoá bởi phần cứng khi bộ vi xử lý hướng tới chương trình con phục vụ ngắt. - TR1: bit điều khiển bộ Timer 1 hoạt động. Được đặt/xoá bởi phần mềm để điều khiển bộ Timer 1 ON/OFF. - TF0: cờ tràn Timer 0. Được đặt bởi phần cứng khi bộ Timer 0 tràn. Được xoá bởi phần cứng khi bộ vi xử lý hướng tới chương trình con phục vụ ngắt. - TR0: bit điều khiển bộ Timer 0 hoạt động. Được đặt/xoá bởi phần mềm để điều khiển bộ Timer 0 ON/OFF. - IE1: cờ ngắt ngoài 1. Được đặt bởi phần cứng khi sườn xung của ngắt ngoài 1 được phát hiện. Được xoá bởi phần cứng khi ngắt được xử lý. - IT1: bit điều khiển ngắt 1 để tạo ra ngắt ngoài. Được đặt/xoá bởi phần mềm. - IE0: cờ ngắt ngoài 0. Được đặt bởi phần cứng khi sườn xung của ngắt ngoài 0 được phát hiện. Được xoá bởi phần cứng khi ngắt được xử lý. - IT0: bit điều khiển ngắt 0 để tạo ra ngắt ngoài. Được đặt/xoá bởi phần mềm. 4.1.14. Thanh ghi TMOD Thanh ghi điều khiển kiểu Timer/Counter * GATE: khi TRx được thiết lập và GATE = 1, bộ TIMER/COUNTERx hoạt động chỉ khi chân INTx ở mức cao. Khi GATE = 0, bộ TIMER/COUNTERx sẽ hoạt động chỉ khi TRx = 1. * C/(/T): bit này cho phép chọn chức năng là Timer hay Counter. - Bit này được xoá để thực hiện chức năng Timer. - Bit này được đặt để thực hiện chức năng Counter. * M0, M1: bit chọn Mode, để xác định trạng thái và kiểu Timer/Counter: - M1 = 0, M0 = 0: chọn kiểu bộ Timer 13 bit. Trong đó THx dài 8 bit, còn TLx dài 5 bit. - M1 = 0, M0 = 1: chọn kiểu bộ Timer 16 bit. THx và TLx dài 16 bit được ghép tầng. - M1 = 1, M0 = 0: 8 bit Auto reload. Các thanh ghi tự động nạp lại mỗi khi bị tràn. Khi bộ Timer bị tràn, THx dài 8 bit được giữ nguyên giá trị, còn giá trị nạp lại được đưa vào TLx. - M1 = 1, M0 = 1: kiểu phân chia bộ Timer. TL0 là một bộ Timer/Counter 8 bit, được điều khiển bằng các bit điều khiển bộ Timer 0 còn TH0 chỉ là bộ Timer 8 bit được điều khiển bằng các bit điều khiển Timer 1. 4.1.15. Thanh ghi SCON SCON là thanh ghi trạng thái và điều khiển cổng nối tiếp. Nó không những chứa các bit chọn chế độ, mà còn chứa bit dữ liệu thứ 9 dành cho việc truyền và nhận tin (TB8 và RB8) và chứa các bit ngắt cổng nối tiếp. SM0 SM1 Mode Đặc điểm Tốc độ Baud 0 0 0 Thanh ghi dịch Fosc /12 0 1 1 8 bit UART Có thể thay đổi (được đặt bởi bộ Timer) 1 0 2 9 bit UART Fosc /64 hoc Fosc /32 1 1 3 9 bit UART Có thể thay đổi (được đặt bởi bộ Timer) Bảng 1.3: Chọn Mode trong SCON * SM2: cho phép truyền tin đa xử lý, thể hiện ở Mode 2 và 3. ở chế độ 2 hoặc 3 nếu đặt SM2 = 1 thì RI sẽ không được kích hoạt nếu bit dữ liệu thứ 9 (RB8) nhận được giá trị bằng 0. Ở Mode 1 nếu SM2 = 1 thì RI sẽ không được kích hoạt nếu bit dừng có hiệu lực đã không được nhận. ở chế độ 0, SM2 nên bằng 0. * REN: cho phép nhận nối tiếp. Được đặt hoặc xoá bởi phần mềm để cho phép hoặc không cho phép nhận. * TB8: là bit dữ liệu thứ 9 mà sẽ được truyền ở Mode 2 và 3. Được đặt hoặc xoá bởi phần mềm. * RB8: là bit dữ liệu thứ 9 mà sẽ được nhận ở Mode 2 và 3. ở Mode 1 nếu SM2 = 0 thì RB8 là bit dừng đã được nhận. ở Mode 0, RB8 không được sử dụng. * TI: cờ ngắt truyền. Được đặt bởi phần cứng tại cuối thời điểm của bit thứ 8 trong Mode 0, hoặc đầu thời điểm của bit dừng trong các Mode khác. ở bất kỳ quá trình truyền nối tiếp nào nó cũng phải được xoá bằng phần mềm. * RI: cờ ngắt nhận. Được đặt bởi phần cứng tại cuối thời điểm của bit thứ 8 trong Mode 0 hoặc ở giữa thời điểm của bit dừng trong các Mode khác. ở bất kỳ quá trình nhận nối tiếp nào nó cũng phải được xoá bằng phần mềm. 4.2. Khối tạo thời gian và bộ đếm (Timer/Counter) On-chip AT89C51 có 2 thanh ghi Timer/Counter dài 16 bit, đó là: Timer 0 và Timer 1. Trong On-chip AT89C52 ngoài Timer 0 và Timer 1 nó còn có thêm bộ Timer 2. Cả 3 bộ Timer này đều có thể được điều khiển để thực hiện chức năng thời gian hay bộ đếm thong qua thanh ghi TMOD. Khi thanh ghi Timer/Counter làm việc ở kiểu Timer thì sau mỗi chu kỳ máy nội dung trong thanh ghi được gia tăng thêm 1 đơn vị. Vì vậy thanh ghi này đếm số chu kỳ máy. Một chu kỳ máy có 12 chu kỳ dao động, do đó tốc độ đếm của thanh ghi là 1/12 tần số dao động. Khi thanh ghi Timer/Counter làm việc ở kiểu Counter, xung nhịp bên ngoài được đưa vào để đếm ở T0 hoặc T1. Nội dung thanh ghi được tăng lên khi có sự chuyển trạng thái từ 1 về 0 tại chân đầu vào ngoài T0 hoặc T1. Khi quá trình lấy mẫu phát hiện ra mức cao ở 1 chu kỳ và mức thấp ở chu kỳ tiếp theo thì bộ đếm được tăng lên. Vì vậy để nội dung của thanh ghi tăng lên 1 đơn vị phải mất 2 chu kỳ máy nên tốc độ đếm tối đa la 1/24 tần số bộ dao động. Không có sự giới hạn số vòng thực hiện của tín hiệu ở đầu vào ngoài, nhưng nó sẽ giữ ít nhất 1 chu kỳ máy đầy đủ để đảm bảo chắc chắn rằng một mức đã cho được lấy mẫu ít nhất 1 lần nữa trước khi nó thay đổi. Timer 0 và Timer 1: Trong AT89C51 và AT89C52 đều có các bộ Timer 0 và 1. Chức năng Timer hay Counter được chọn lựa bởi các bit điều khiển C/(/T) trong thanh ghi TMOD. Hai bộ Timer/Counter này có 4 chế độ hoạt động, được lựa chọn bởi cặp bit (M0, M1) trong TMOD. Chế độ 0, 1 và 2 giống nhau cho các chức năng Timer/Counter nhưng chế độ 3 thì khác. 4 chế độ hoạt động được mô ta như sau: * Chế độ 0: cả 2 bộ timer 0 và 1 ở chế độ 0 có cấu hình như một thanh ghi 13 bit, bao gồm 8 bit của thanh ghi THx và 5 bit thấp của TLx. 3 bit cao của TLX không xác định chắc chắn, nên được bỏ qua. Khi thanh ghi được xoá về 0, thì cờ ngắt thời gian TFx được thiết lập. Bộ timer/counter hoạt động khi bit điều khiển TRx được thiết lập (TRx = 1) và GATE trong TMOD bằng 0, hoặc/ INTx = 1. Nếu đặt GATE = 1 thì cho phép điều khiển Timer/Counter bằng đường vào ngoài /INTx để dễ dàng xác định độ rộng xung. Khi hoạt động ở chức năng thời gian thì bit C/(/T) = 0, do vậy xung nhịp từ bộ dao động nội qua bộ chia tần cho ra tần số f = fOBC/12 được đưa vào để đếm trong thanh ghi Timer/Counter. Khi hoạt động ở chức năng bộ đếm thì bit C/(/T) = 1, lúc đó xung nhịp ngoài đưa vào sẽ được đếm. C/ T=0 C/ T=1 OSC /12 T1 PIN GATE /INT1PIN TR1 Control TL1 5 bits TH1 8 bits TF 1 Interrupt Hình 1.6: Chế độ 0 của Timer 1 * Chế độ 1: hoạt động tương tự như chế độ 0, chỉ khác là thanh ghi Timer/Counter được sử dụng cả 16 bit. Xung nhịp được dung kết hợp với các thanh ghi thời gian byte thấp và byte cao (TH1 và TL1). Khi xung Clock được nhận bộ Timer sẽ đếm tăng lên: 0000h, 0001h, 0002h,… Khi hiện tượng tràn xảy ra cờ tràn sẽ chuyển FFFFh về 0000h và bộ Timer tiếp tục đếm. Cờ tràn của Timer 1 là bit TF1 ở trong TCON, nó được đọc hoặc ghi bởi phần mềm. TL1 8 bits TH1 8 bits TF1 TimerCl Clock Overlow Flag Hình 1.7: Chế độ 1 của Timer 1 * Chế độ 2: Chế độ này của thanh ghi Timer cũng hoạt động tương tự như 2 chế độ trên nhưng nó được tổ chức như bộ đếm 8 bit (TL1) với chế độ tự động nạp lại. Khi xẩy ra hiện tượng tràn ở TL1, không chỉ thiết lập bit TF1 mà còn tự động nạp lại cho TL1 bằng nội dung của TH1, đã được thiết lập bởi phần mềm. Quá trình nạp lại cho phép nội dung của TH1 không bị thay đổi. Chế độ 2 của Timer/Counter 1. * Chế độ 3: ở chế độ này chức năng Timer/Counter 0 và chức năng Timer/Counter 1 khác nhau. Bộ Timer 1 ở chế độ 3 chỉ chứa chức năng đếm của nó, kết quả giống khi đặt TR1 = 0. Bộ Timer 0 ở chế độ 3 thiết lập TH0, TL0 như là 2 bộ đếm riêng biệt. Mạch logic đối với chế độ 3 của Timer 0 thể hiện ở hình 1.6. Bộ đếm TL0 được điều khiển bởi các bit: C/(/T), GATE, TR0, /INTO và khi đếm tràn nó thiết lập cờ ngắt TF0. Bộ đếm TH0 chỉ được điều khiển bởi bit TR1 và khi đếm tràn nó thiết lập cờ ngắt TF1. Vậy TH0 điều khiển ngắt Timer/Counter 1. Chế độ 3 thường được dùng khi yêu cầu cần có bộ thời gian hoặc bộ đếm ngoài 8 bit. Đối với Timer 0 ở chế độ 3, AT89C51 có thể có 3 bộ Timer/Counter còn AT89C52 có thể có 4 bộ. Khi Timer 0 hoạt động ở chế độ 3 thì Timer 1 có thể được bật hoặc tắt bằng chuyển mạch ngoài. ở chế độ này Timer1 có thể được sử dụng bởi cổng nối tiếp như một bộ tạo tốc độ Baud hoặc trong bất kỳ ứng dụng nào mà không yêu cầu một ngắt. C/ T=0 C/ T=1 OSC /12 T0 PIN GATE /INT0PIN TR0 Control TL0 8 bits TF 0 Interrupt Control OSC /12 TH0 8 bits TF1 Interrupt TR1 Hinh 1.8: Chế độ 3 của Timer 0 4.3. Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu ngoại trú Để tăng khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực điều khiển, đo lường…bộ VĐK cho phép mở rộng không gian nhớ RAM ngoài đến 64 Kbyte và ROM ngoài đến 64 Kbyte khi cần thiết. Các IC giao tiếp ngoại vi cũng có thể được thêm vào để mở rộng khả năng xuất/nhập. Chúng trở thành 1 phần của không gian nhớ dữ liệu ngoài bằng cách định địa chỉ kiểu I/O ánh xạ bộ nhớ. Khi bộ nhớ ngoài được sử dụng, cổng P0 không còn đảm nhận chức năng xuất/nhập nữa, mà nó trở thành kênh địa chỉ (A0…A7) và kênh dữ liệu đa hợp (D0…D7). Ngõ ra ALE chốt byte thấp của địa chỉ ở thời điểm bắt đầu của mỗi 1 chu kỳ bộ nhớ ngoài. Cổng P2 thường được dùng làm byte cao của kênh địa chỉ. Hoạt động của các bộ nhớ ngoài thường được thực hiện theo kiểu sắp xếp đa hợp, nghĩa là: trong nửa chu kỳ đầu của chu kỳ bộ nhớ, byte thấp của địa chỉ được cung cấp bởi cổng P0 và được chốt nhờ tín hiệu ALE. Mạch chốt giữ cho byte thấp của địa chỉ ổn định trong cả chu kỳ bộ nhớ. Trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ, cổng P0 được sử dụng làm kênh dữ liệu, lúc này dữ liệu có thể được đọc hoặc ghi. 4.3.1. Bộ nhớ chương trình ngoại trú. AT89C51 P1 P0 /EA LE P3 P2 /PSEN EPROM AD0...AD7 A0...A7 A8...A15 /0E Latch D Q Hình 1.9. Truy cập bộ nhớ chương trình ngoài 4.3.2. Bé nhí d÷ liÖu ngo¹i tró. AT89C51 P0 /EA ALE P1 P2 /RD P3 /WR RAM DATA A0...A7 A8...A15 /OE /WE Latch D Q Vcc Page Bits I/O With internal FLASH Hình 1.10: Truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài * Các l Lệnh truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoại trú: - MOVX A, @Ri: Chuyển (đọc) dữ liệu 8 bit từ ô nhớ của RAM ngoài tại địa chỉ được xác đinh trong thanh ghi của băng thanh ghi hiện hành vào A. - MOVX @Ri, A: Chuyển (ghi) dữ liệu 8 bit từ A vào ô nhớ của RAM ngoài tại địa chỉ được xác định trong thanh ghi của băng thanh ghi hiện hành. - MOVX A,@DPTR: Chuyển (đọc) dữ liệu 16 bit từ ô nhớ của RAM ngoài tại địa chỉ được xác đinh trong thanh ghi con trỏ dữ liệu vào A. - MOVX @DPTR, A: Chuyển (ghi) dữ liệu 16 bit từ A vào ô nhớ của RAM ngoài tại địa chỉ được xác định trong thanh ghi con trỏ dữ liệu.