Giáo Trình Lập Trình Vi Điều Khiển: Hướng Dẫn Chi Tiết và Thực Hành

Giáo trình nghiên cứu lập trình vi điều khiển, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên ., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Trường học: Trường Cao đẳng nghề kỹ thuật công nghệ
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Giáo Trình Lập Trình Vi Điều Khiển Chuyên Sâu
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. BÀI 1: CẤU TRÚC CỦA HỆ VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH
• 1.1. Lịch sử phát triển các trung tâm vi xử lý
• 1.2. Cấu trúc cơ bản của hệ vi xử lý
• 1.3. Từ hệ Vi xử lý đến máy vi tính PC
• 1.4. Máy tính xử lý dữ liệu
• 1.5. Máy tính là bộ xử lý số
• 1.6. Máy tính đo lường và điều khiển
• 1.7. Căn cứ vào tính năng kỹ thuật và các chỉ tiêu về kích thước
• 2. BÀI 2: CẤU TRÚC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051
• 2.1. Cấu trúc Port I/O
• 2.2. Tổ chức bộ nhớ
• 2.3. Các thanh ghi chức năng đặc biệt
• 2.4. Bộ nhớ ngoài
• 2.5. Các cải tiến của 8032/8052
• 2.6. Hoạt động Reset
• 2.7. Thực hành ứng dụng
• 3. BÀI 3: TẬP LỆNH 8051
• 3.1. Khai báo dữ liệu
• 3.2. Các cách định địa chỉ
• 3.3. Nhóm lệnh số học
• 3.4. Nhóm lệnh logic
• 3.5. Nhóm lệnh truyền dữ liệu
• 3.6. Nhóm lệnh boolean
• 3.7. Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình
• 4. BÀI 4: BỘ ĐỊNH THỜI
• 4.1. Thanh ghi SFR của timer
• 4.2. Các chế độ làm việc
• 4.3. Nguồn cung cấp xung cho Timer
• 4.4. Khởi động, dừng, điều khiển Timer
• 4.5. Khởi tạo và truy xuất thanh ghi Timer
• 4.6. Timer 2 của 8052
• 5. BÀI 5: CỔNG NỐI TIẾP
• 5.1. Thanh ghi điều khiển
• 5.2. Chế độ làm việc
• 5.3. Khởi tạo và truy suất thanh ghi PORT nối tiếp
• 5.4. Truyền thông đa xử lý
• 5.5. Luyện tập
• 6. BÀI 6: NGẮT
• 6.1. Tổ chức ngắt của 8051
• 6.2. Thiết kế chương trình dùng ngắt
• 6.3. Luyện tập
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Lập Trình Vi Điều Khiển Chuyên Sâu

Giáo trình lập trình vi điều khiển chuyên sâu là tài liệu quan trọng trong đào tạo nghề Cơ Điện tử. Nội dung giáo trình được biên soạn nhằm cung cấp kiến thức và kỹ năng cần thiết cho sinh viên. Tài liệu này không chỉ giúp người học nắm vững lý thuyết mà còn thực hành ứng dụng trong thực tế. Với dung lượng 60 giờ học, giáo trình bao gồm nhiều bài học từ cấu trúc hệ vi xử lý đến các ứng dụng thực tiễn.

1.1. Mục tiêu của Giáo Trình Lập Trình Vi Điều Khiển

Mục tiêu chính của giáo trình là giúp người học hiểu rõ về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của vi điều khiển. Nội dung được thiết kế để sinh viên có thể áp dụng kiến thức vào thực tiễn, từ đó phát triển kỹ năng lập trình vi điều khiển.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình này được thiết kế cho sinh viên cao đẳng và trung cấp trong lĩnh vực Cơ Điện tử. Nó cũng phù hợp cho những ai muốn tìm hiểu sâu về lập trình vi điều khiển và ứng dụng của nó trong công nghiệp.

II. Những Thách Thức Trong Lập Trình Vi Điều Khiển

Lập trình vi điều khiển đối mặt với nhiều thách thức, từ việc hiểu cấu trúc phần cứng đến việc tối ưu hóa mã nguồn. Các vấn đề như quản lý bộ nhớ, xử lý ngắt và giao tiếp với thiết bị ngoại vi là những thách thức lớn. Để vượt qua, người học cần có kiến thức vững chắc và kỹ năng thực hành tốt.

2.1. Quản lý bộ nhớ trong lập trình vi điều khiển

Quản lý bộ nhớ là một trong những thách thức lớn nhất trong lập trình vi điều khiển. Người lập trình cần phải biết cách sử dụng bộ nhớ một cách hiệu quả để tránh tình trạng tràn bộ nhớ và tối ưu hóa hiệu suất.

2.2. Xử lý ngắt và giao tiếp với thiết bị ngoại vi

Xử lý ngắt là một phần quan trọng trong lập trình vi điều khiển. Người lập trình cần hiểu cách thiết lập và quản lý ngắt để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.

III. Phương Pháp Lập Trình Vi Điều Khiển Hiệu Quả

Để lập trình vi điều khiển hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp và kỹ thuật phù hợp. Việc sử dụng ngôn ngữ lập trình C cho vi điều khiển là một trong những phương pháp phổ biến. Ngoài ra, việc sử dụng các công cụ phát triển và mô phỏng cũng rất quan trọng.

3.1. Sử dụng ngôn ngữ lập trình C cho vi điều khiển

Ngôn ngữ lập trình C là lựa chọn phổ biến cho lập trình vi điều khiển. Nó cung cấp cú pháp rõ ràng và khả năng tối ưu hóa mã nguồn, giúp lập trình viên dễ dàng phát triển ứng dụng.

3.2. Công cụ phát triển và mô phỏng

Sử dụng các công cụ phát triển và mô phỏng giúp lập trình viên kiểm tra và tối ưu hóa mã nguồn trước khi triển khai trên phần cứng thực tế. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và giảm thiểu lỗi.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Lập Trình Vi Điều Khiển

Lập trình vi điều khiển có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống và công nghiệp. Từ các thiết bị gia dụng đến các hệ thống tự động trong sản xuất, vi điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và giám sát.

4.1. Ứng dụng trong thiết bị gia dụng

Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng như máy giặt, điều hòa không khí và tủ lạnh. Chúng giúp tự động hóa các quy trình và nâng cao hiệu quả sử dụng.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống tự động

Trong công nghiệp, vi điều khiển được sử dụng để điều khiển các hệ thống tự động như dây chuyền sản xuất, robot và các thiết bị đo lường. Điều này giúp tăng năng suất và giảm thiểu sai sót.

V. Kết Luận Về Giáo Trình Lập Trình Vi Điều Khiển

Giáo trình lập trình vi điều khiển chuyên sâu không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp sinh viên phát triển kỹ năng thực hành. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, việc nắm vững kiến thức về vi điều khiển là rất cần thiết cho các kỹ sư tương lai.

5.1. Tương lai của lập trình vi điều khiển

Với sự phát triển của Internet vạn vật (IoT), lập trình vi điều khiển sẽ ngày càng trở nên quan trọng. Các kỹ sư cần cập nhật kiến thức và kỹ năng mới để đáp ứng nhu cầu thị trường.

5.2. Khuyến nghị cho sinh viên

Sinh viên nên chủ động tìm hiểu và thực hành nhiều hơn với các dự án thực tế. Việc tham gia các khóa học bổ sung và hội thảo cũng giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng lập trình vi điều khiển.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Lập trình vi điều khiển (Mã môn học/mô đun: MĐ CĐT32) là tài liệu đào tạo chuyên ngành thuộc chương trình đào tạo nghề Cơ Điện tử ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp. Về vị trí trong chương trình đào tạo, mô đun này được bố trí giảng dạy ở giai đoạn cuối khóa học, sau khi người học đã hoàn thành các môn học cơ sở và một số môn học chuyên môn liên quan. Giáo trình do Ban chủ nhiệm biên soạn giáo trình nghề Cơ Điện tử – Khoa Điện tử điện lạnh, Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ (Đông Anh, Hà Nội) hoàn thành biên soạn vào năm 2019.

Về mục tiêu học tập (Learning Outcomes), giáo trình trang bị cho người học các chuẩn đầu ra cụ thể:

• Kiến thức: Trình bày được các khái niệm, kiến thức cơ bản về lịch sử phát triển, cấu trúc hệ vi xử lý và cấu trúc phần cứng của các dòng vi điều khiển chuẩn công nghiệp; phân tích được tổ chức bộ nhớ, tập lệnh và các khối ngoại vi tích hợp.
• Kỹ năng: Thực hiện đúng quy trình truy xuất bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình; áp dụng đúng phương pháp mở rộng bộ nhớ ngoài; kết hợp các lệnh hợp ngữ để lập trình điều khiển các ứng dụng thực tế đạt yêu cầu kỹ thuật.
• Thái độ: Rèn luyện tác phong làm việc chủ động, tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và tuân thủ các quy tắc an toàn kỹ thuật trong quá trình thực hành.

Cấu trúc giáo trình được thiết kế với thời lượng đào tạo tổng cộng 60 giờ, bao gồm 21 giờ lý thuyết, 33 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 6 giờ kiểm tra/đánh giá kết thúc. Nội dung được triển khai theo cách tiếp cận tích hợp (tích hợp lý thuyết và thực hành), dẫn dắt người học từ nền tảng kiến trúc phần cứng vi xử lý tổng quát đến cấu trúc vi điều khiển chuyên biệt, sau đó làm chủ tập lệnh hợp ngữ và kỹ thuật điều khiển các khối chức năng nội vi như Bộ định thời (Timer), Cổng nối tiếp (UART) và Hệ thống ngắt (Interrupt). Điểm đặc sắc của tài liệu là tính định hướng ứng dụng thực tế trong sản xuất cơ điện tử, gắn kết chặt chẽ giữa phân tích thông số kỹ thuật vi mạch với các sơ đồ phối ghép ngoại vi thực nghiệm.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình bao gồm 6 bài học chính với tiến trình logic đi từ tổng quan vi xử lý đến chi tiết phần cứng và kỹ thuật lập trình vi điều khiển:

• Bài 1: Cấu trúc của hệ vi xử lý và máy tính (2 giờ lý thuyết): Khái quát lịch sử phát triển vi xử lý từ các thế hệ vi xử lý 4-bit (Intel 4004, TMS 1000), 8-bit (Intel 8008, 8080, Zilog Z80, Motorola 6800), 16-bit (IMP-16, TI-990, Intel 8086), 32-bit (MC6800, BELLMAC-32A, ARM kiến trúc RISC) đến 64-bit (AMD64, Intel64). Phân tích cấu trúc chức năng của µP8086 gồm đơn vị ghép nối bus (BIU), đơn vị thực hiện lệnh (EU), hàng đợi lệnh (Prefetch Queue - PQ 6 bytes) và cơ chế đường ống (pipeline). Phân loại máy vi tính theo mục đích sử dụng (xử lý dữ liệu, xử lý số - Supercomputer, đo lường và điều khiển - Single-chip Microcomputer).
• Bài 2: Cấu trúc họ vi điều khiển 8051 (9 giờ: 6 LT, 3 TH): Khảo sát vi điều khiển chuẩn công nghiệp MCS-51 (dạng vỏ DIP 40 chân). Phân tích cấu trúc 4 cổng xuất nhập (Port 0, Port 1, Port 2, Port 3), các tín hiệu điều khiển PSEN, ALE, EA. Chi tiết hóa tổ chức bộ nhớ kiến trúc Harvard (ROM nội 4KB, RAM nội 128 byte gồm vùng Bank thanh ghi 00H-1FH, vùng định địa chỉ bit 20H-2FH, vùng RAM đa năng 30H-7FH và các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR từ 80H-FFH như PSW, ACC, B, SP, DPTR, PCON). Khảo sát kỹ thuật mở rộng 64KB ROM ngoài, 64KB RAM ngoài, mạch giải mã địa chỉ (74138, 74139, 74154), các cải tiến trên 8032/8052 và hoạt động của mạch Reset.
• Bài 3: Tập lệnh 8051 (10 giờ: 3 LT, 6 TH, 1 KT): Cú pháp câu lệnh hợp ngữ, các chỉ dẫn biên dịch (EQU, BIT, DB, DW). Trình bày 8 kiểu định địa chỉ: định địa chỉ thanh ghi, trực tiếp, gián tiếp (@Ri, @DPTR), tức thời (#data), tương đối (SJMP), tuyệt đối (AJMP, ACALL), dài (LJMP, LCALL), và chỉ số (MOVC A, @A+DPTR). Phân loại và hướng dẫn sử dụng 5 nhóm lệnh: Số học (ADD, ADDC, SUBB, MUL, DIV...), Logic (ANL, ORL, XRL...), Truyền dữ liệu (MOV, MOVX, PUSH, POP...), Boolean (SETB, CLR, CPL...) và Rẽ nhánh chương trình (JZ, JNZ, CJNE, DJNZ...).
• Bài 4: Bộ định thời (12 giờ: 3 LT, 8 TH, 1 KT): Khảo sát cấu trúc thanh ghi SFR của Timer gồm TMOD (89H), TCON (88H), TL0/TH0, TL1/TH1. Phân tích 4 chế độ làm việc: Chế độ 0 (13-bit), Chế độ 1 (16-bit), Chế độ 2 (8-bit tự nạp lại), Chế độ 3 (tách biệt Timer). Phân định chức năng định thời tạo trễ và đếm sự kiện ngoại vi, kỹ thuật đọc/ghi thanh ghi Timer khi đang vận hành và các tính năng mở rộng của Timer 2 trên chip 8052.
• Bài 5: Cổng nối tiếp (12 giờ: 4 LT, 7 TH, 1 KT): Cấu trúc thanh ghi điều khiển SCON (98H), BDRCON, thanh ghi đệm dữ liệu nối tiếp SBUF (99H). Phân tích 4 chế độ hoạt động: Chế độ 0 (Thanh ghi dịch 8-bit), Chế độ 1 (UART 8-bit tốc độ Baud thay đổi), Chế độ 2 (UART 9-bit tốc độ Baud cố định), Chế độ 3 (UART 9-bit tốc độ Baud thay đổi). Kỹ thuật thiết lập tốc độ Baud bằng Timer 1, Timer 2 hoặc bộ tạo Baud nội (INT_BRG) và chế độ truyền thông đa xử lý.
• Bài 6: Ngắt (12 giờ: 3 LT, 9 TH): Tổ chức hệ thống ngắt của 8051 với 5 nguồn ngắt và 2 mức ưu tiên. Khảo sát thanh ghi cho phép ngắt IE (A8H) và thanh ghi ưu tiên ngắt IP (B8H). Phương pháp thiết kế chương trình phục vụ ngắt (ISR) kích thước nhỏ và lớn.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Kiến trúc máy tính và vi điều khiển: Nền tảng kiến trúc Harvard (phân tách không gian nhớ chương trình và dữ liệu), cơ chế dồn kênh bus dữ liệu/địa chỉ đa hợp trên Port 0 và Port 2 thông qua chốt tín hiệu ALE và 74HC573.
• Nguyên lý tổ chức thanh ghi và bộ nhớ: Quản lý không gian RAM nội, cơ chế hoạt động của con trỏ ngăn xếp SP, các cờ trạng thái trong thanh ghi PSW (C, AC, F0, RS1, RS0, OV, P) và cơ chế tiết kiệm năng lượng qua thanh ghi PCON (chế độ Idle và Power Down).
• Nguyên lý ghép nối điện tử số: Sự khác biệt về khả năng chịu tải dòng điện ở mức logic 0 (-15mA đến -25mA) và mức logic 1 (<5mA, áp sụt khoảng 3.9V) tại các Port; kỹ thuật phối ghép trở kéo lên (pull-up resistors) và vi mạch đệm 74HC244/74HC245 khi điều khiển tải ngoại vi như LED.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận diện sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51/AT89S52; tính toán giá trị linh kiện cho mạch dao động thạch anh và mạch Reset RC; ghép nối vi điều khiển với các IC giải mã và bộ nhớ ngoài.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích chu kỳ máy và dung lượng lệnh để tính toán chính xác thời gian thực thi chương trình; tính toán thông số nạp cho các thanh ghi Timer để tạo xung hoặc xác lập tốc độ truyền dữ liệu UART chuẩn.
• Năng lực thực hành chuyên môn (Practical competencies): Soạn thảo mã nguồn hợp ngữ theo đúng cú pháp; cấu hình các thanh ghi chức năng SFR; viết các chương trình con phục vụ ngắt và điều khiển thiết bị ngoại vi theo yêu cầu kỹ thuật.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo kết hợp lý thuyết và thực hành chuyên sâu (mô đun tích hợp). Trong tổng quỹ thời gian 60 giờ, thời lượng thực hành, thảo luận và bài tập chiếm 33 giờ (tương đương 55% tổng thời lượng), lý thuyết chiếm 21 giờ (35%) và kiểm tra định kỳ chiếm 6 giờ (10%). Sự phân bổ này bảo đảm người học nắm bắt cơ sở lý thuyết kiến trúc phần cứng song song với việc rèn luyện kỹ năng thực hành mạch điện và lập trình.

Hệ thống bài tập và bài thực hành được thiết kế đồng bộ theo từng bài học:

• Bài tập lý thuyết và mở rộng: Hệ thống câu hỏi yêu cầu phân tích cấu trúc vi xử lý 8086, nguyên lý hoạt động của mạch Reset, bản đồ bộ nhớ RAM/ROM và phân tích tác động của các lệnh hợp ngữ lên thanh ghi trạng thái PSW.
• Bài thực hành ứng dụng: Các bài luyện tập tại xưởng/phòng thí nghiệm gồm: nhận dạng chân và cấu hình các Port trên vi điều khiển thực tế; kết nối điều khiển LED đơn qua cổng đệm 74HC245 và điện trở kéo; lập trình truy xuất RAM nội, RAM ngoại bằng lệnh MOV/MOVX; lập trình Timer đếm sự kiện và định thời trễ; thiết lập truyền nhận chuỗi ký tự qua UART; viết chương trình điều khiển theo sự kiện ngắt ngoài và ngắt Timer.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập được thực hiện đa chiều:

• Đánh giá kiến thức: Kiểm tra viết thông qua các bài kiểm tra 1 giờ tại Bài 3, Bài 4, Bài 5 và bài thi lý thuyết tổng hợp cuối khóa. Tiêu chuẩn đánh giá dựa trên mức độ chính xác trong việc giải thích nguyên lý, vẽ sơ đồ và phân tích tập lệnh.
• Đánh giá kỹ năng thực hành: Đánh giá trực tiếp trên kit thí nghiệm vi điều khiển theo các tiêu chí: độ chính xác của chương trình khi vận hành, thời gian hoàn thành bài tập, tính chuẩn xác theo yêu cầu kỹ thuật và thao tác an toàn thiết bị.
• Đánh giá thái độ: Chấm điểm dựa trên tính chủ động, cẩn thận, tỉ mỉ và tuân thủ an toàn lao động trong xưởng thực hành.

Về hướng dẫn tự học, sinh viên cần nghiên cứu trước bảng thanh ghi chức năng đặc biệt SFR, luyện tập viết mã nguồn hợp ngữ cho các thuật toán logic cơ bản, tính toán trước giá trị nạp cho Timer/Baud rate và sử dụng các phần mềm mô phỏng mạch vi điều khiển trước khi thao tác trên thiết bị phần cứng thật.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình Lập trình vi điều khiển (MĐ CĐT32) tổng hợp các thông số kỹ thuật và phương pháp lập trình của họ vi điều khiển MCS-51 từ Intel và các biến thể thương mại phổ biến:

• Cập nhật các biến thể phần cứng hiện đại: Bên cạnh vi điều khiển nguyên bản 8051/8031, tài liệu cung cấp bảng so sánh thông số kỹ thuật chi tiết của các dòng chip cải tiến thuộc hãng Intel (họ 8052, 80C51, 8xC52/54/58, 8xL52/54/58) và hãng Atmel (AT89C1051, AT89C2051, AT89C51, AT89C52, AT89C55, AT89S8252, AT89S53). Đáng chú ý là việc cập nhật dòng chip AT89S tích hợp bộ nhớ Flash ROM cho phép nạp/xóa chương trình bằng điện nhiều lần và tích hợp thêm 2KB EEPROM nội.
• Mở rộng các khối chức năng nâng cao: Phân tích chi tiết các khối chức năng bổ sung trên dòng 8052 như bộ định thời thứ ba (Timer 2), các chế độ tự động nạp lại 16-bit, chế độ tạo xung clock và chế độ tạo tốc độ Baud chuyên dụng. Tài liệu cũng giới thiệu các thanh ghi điều khiển mở rộng như BDRCON và bộ tạo tốc độ Baud nội (INT_BRG).
• Tích hợp giải pháp thiết kế thực tế: Giáo trình giải quyết trực tiếp các vấn đề kỹ thuật thường gặp khi ghép nối vi điều khiển với mạch ngoài: phân tích đặc tính dòng ra của các cổng I/O để thiết kế mạch kích LED ở mức 0 hoặc dùng IC đệm 74HC244/74HC245; phương pháp phân kênh bus địa chỉ/dữ liệu bằng vi mạch chốt 74HC573; kỹ thuật giải mã địa chỉ ngoại vi bằng các IC logic 74138, 74139, 74154; và kỹ thuật truyền thông đa xử lý trong môi trường điều khiển công nghiệp.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và kỹ thuật:

• Sinh viên và học viên: Tài liệu học tập bắt buộc cho học sinh, sinh viên theo học trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cơ Điện tử, đồng thời là tài liệu tham khảo cho các ngành kỹ thuật liên quan như Điện tử công nghiệp, Tự động hóa xí nghiệp, Kỹ thuật điều khiển.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở về Kỹ thuật điện - điện tử, Điện tử số (nắm vững hệ đếm nhị phân, thập lục phân, logic cổng), Lý thuyết mạch và Kiến trúc máy tính cơ bản trước khi tiếp cận mô đun này.
• Giảng viên chuyên ngành: Tài liệu chuẩn hóa giúp giảng viên xây dựng đề cương chi tiết, bài giảng tích hợp lý thuyết - thực hành, ngân hàng câu hỏi kiểm tra viết và phiếu đánh giá kỹ năng nghề theo đúng khung thời lượng 60 giờ đã được phê duyệt.
• Kỹ thuật viên và người tự học: Cung cấp tài liệu tra cứu cứu pháp tập lệnh MCS-51, bảng địa chỉ bit, bản đồ thanh ghi SFR và sơ đồ nguyên lý ghép nối mạch điều khiển phục vụ công tác bảo trì, sửa chữa hoặc phát triển các ứng dụng nhúng quy mô vừa và nhỏ.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được thiết kế dành cho đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn chuẩn cho người học trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cơ Điện tử, đồng thời phù hợp làm tài liệu học tập cho sinh viên các khối ngành kỹ thuật Điện tử, Tự động hóa và Cơ khí chính xác cần học về điều khiển vi mạch.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng gì trước khi bắt đầu môn học?

Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở gồm Điện tử số (hiểu rõ logic nhị phân, mã BCD, số Hex, cổng logic), Kỹ thuật điện tử (transistor, LED, mạch dao động RC, nguồn nuôi) và nguyên lý đo lường cơ bản.

3. Cấu trúc nội dung của giáo trình có điểm gì đặc thù so với các tài liệu lý thuyết thuần túy?

Tài liệu được xây dựng theo hình thức mô đun tích hợp, kết hợp chặt chẽ giữa 35% thời lượng lý thuyết phần cứng/tập lệnh với 55% thời lượng thực hành trực tiếp trên kit vi điều khiển AT89C51/AT89S52 và các linh kiện ghép nối thực tế.

4. Làm thế nào để tự học và làm chủ nội dung giáo trình đạt hiệu quả cao?

Người học nên kết hợp đọc sơ đồ khối chức năng, ghi nhớ bản đồ bộ nhớ và các thanh ghi SFR, tự tay viết và phân tích từng dòng lệnh hợp ngữ theo từng nhóm lệnh, sau đó tiến hành mô phỏng mạch điện và nạp chương trình kiểm tra trên kit vi điều khiển thực tế tại phòng thí nghiệm.

5. Giáo trình có cung cấp các tài liệu và thông số bổ trợ nào không?

Giáo trình tích hợp đầy đủ các bảng dữ liệu kỹ thuật: bảng thông số các dòng vi xử lý từ 8088 đến Pentium, bảng thống kê các biến thể vi điều khiển Intel MCS-51 và Atmel AT89, bảng trạng thái thanh ghi PSW, bảng trạng thái hệ thống sau khi Reset và hệ thống bài tập thực hành theo từng bài.

---

Kết luận

Giáo trình mô đun Lập trình vi điều khiển (MĐ CĐT32) là tài liệu học thuật kỹ thuật có tính hệ thống cao, chuẩn hóa toàn diện kiến thức về cấu trúc phần cứng vi xử lý và họ vi điều khiển MCS-51/8052 phục vụ đào tạo nghề Cơ Điện tử.

Tiến trình đào tạo được thiết kế rõ ràng theo 4 giai đoạn logic:

1. Xây dựng nền tảng vi xử lý tổng quát và cơ chế phân luồng lệnh (Bài 1).
2. Nghiên cứu chi tiết phần cứng, cổng I/O và tổ chức bộ nhớ vi điều khiển 8051 (Bài 2).
3. Làm chủ kỹ thuật lập trình và 8 kiểu định địa chỉ hợp ngữ (Bài 3).
4. Ứng dụng điều khiển các khối chức năng ngoại vi nâng cao gồm Timer, UART, Ngắt và hoàn thành đánh giá tổng hợp (Bài 4, 5, 6).

Tài liệu cung cấp nền tảng kỹ thuật vững chắc để người học tự tin tiếp cận các dòng vi điều khiển thế hệ mới, phục vụ công tác thiết kế, vận hành và bảo trì các hệ thống điều khiển tự động trong sản xuất công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2 LỜI GIỚI THIỆU Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Cơ Điện tử ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp, giáo trình Mô đun Lập trình vi điều khiển là một trong những giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình chi tiết mô đun lập trình vi điều khiển. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc.

Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 60 giờ gồm có: Bài 1: Cấu trúc của hệ vi xử lý và máy vi tính Bài 2: Cấu trúc họ vi điều khiển 8051 Bài 3: Tập lệnh 8051 Bài 4: Bộ định thời Bài 5: Cổng nối tiếp Bài 6: Ngắt Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiến thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị tại trường có thề sử dụng cho phù hợp.

Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của quý thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Điện tử điện lạnh – Trường Cao đẳng nghề kỹ thuật công nghệ - Tổ 27 thị trấn Đông Anh - Hà Nội. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 BAN CHỦ NHIỆM BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ 3 MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU. 2 BÀI 1: CẤU TRÚC CỦA HỆ VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH.

Lịch sử phát triển các trung tâm vi xử lý. Cấu trúc cơ bản của hệ vi xử lý. Từ hệ Vi xử lý đến máy vi tính PC. Máy tính xử lý dữ liệu.

Máy tính là bộ xử lý số. Máy tính đo lường và điều khiển. Căn cứ vào tính năng kỹ thuật và các chỉ tiêu về kích thước. 15 BÀI 2: CẤU TRÚC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051.

Cấu trúc Port I/O. Chức năng các Port I/O. Kết nối các Port với led. Tổ chức bộ nhớ .Tổng quan tổ chức bộ nhớ.

Vùng RAM đa năng. Vùng RAM định địa chỉ bit. Các thanh ghi chức năng đặc biệt. Từ trạng thái chương trình PSW (program status word).

Con trỏ Stack. Con trỏ dữ liệu DPTR. Các thanh ghi Port nối tiếp. Các thanh ghi định thời.

Các thanh ghi port nối tiếp (Serial Data Buffer). Các thanh ghi ngắt .Thanh ghi điều khiển nguồn PCON. Bộ nhớ ngoài. Truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài.

Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài .Giải mã địa chỉ. Các cải tiến của 8032/8052. Hoạt động Reset. Thực hành ứng dụng.

36 BÀI 3: TẬP LỆNH 8051. Khai báo dữ liệu. Các cách định địa chỉ. Định địa chỉ bằng thanh ghi.

Định địa chỉ trực tiếp. Định địa chỉ gián tiếp (Indirect Addressing). Định địa chỉ tức thời (Immediate Addressing). Định địa chỉ tương đối.

Định địa chỉ tuyệt đối. Định địa chỉ dài (Long Addressing). Định địa chỉ chỉ số (Index Addressing). Nhóm lệnh số học.

Nhóm lệnh logic. Nhóm lệnh truyền dữ liệu. Nhóm lệnh boolean.Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình. 84 5 BÀI 4: BỘ ĐỊNH THỜI.

Thanh ghi SFR của timer. Các chế độ làm việc. Chế độ định thời 13 bit (chế độ 0). Chế độ định thời 16 bit (chế độ 1).

Chế độ tự nạp lại 8 bit (chế độ 2). Chế độ định thời tách biệt timer (chế độ 3). Nguồn cung cấp xung cho Timer. Chức năng định thời.Đếm sự kiện.

Khởi động, dừng, điều khiển Timer. Khởi tạo và truy xuất thanh ghi Timer. Đọc bộ định thời đang hoạt động. Thời gian ngắn và thời gian dài.

Các thanh ghi điều khiển Timer 2. Chế độ tự động nạp lại. Chế độ tạo xung clock.5 Chế độ tạo tốc độ baud. 104 BÀI 5: CỔNG NỐI TIẾP.

Thanh ghi điều khiển. Thanh ghi SCON (Serial port controller). Thanh ghi BDRCON (Baud Rate Control Register). Chế độ làm việc.

Thanh ghi dịch 8 bit (chế độ 0). Chế độ UART 8 bit có tốc độ baud thay đổi ( chế độ 1). Chế độ 2: UART 9 bit với tốc độ Baud cố định. Chế độ 3: UART 9 bit với tốc độ Baud thay đổi.

Khởi tạo và truy suất thanh ghi PORT nối tiếp. Bit điều khiển cho phép nhận dữ liệu (Receive Enable). Bit dữ liệu thứ 9. Thêm vào bit chẵn lẻ Parity.

Truyền thông đa xử lý. Sử dụng bộ định thời 1 là xung clock tốc độ baud. Tạo tốc độ baud bằng Timer 1. Tạo tốc độ baud bằng Timer 2.

Bộ tạo tốc độ baud nội (INT_BRG–Internal Baud Rate Renerator)125 7. Tổ chức ngắt của 8051 .1 Cho phép và không cho phép ngắt:. Thiết kế chương trình dùng ngắt .1 Các trình phục vụ ngắt kích thước nhỏ.2 Các trình phục vụ ngắt kích thước lớn. 142 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

145 7 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Lập trình vi điều khiển Mã môn học/mô đun: MĐ CĐT32 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: - Vị trí: Trước khi học mô đun này cần hoàn thành các môn học cơ sở và một số môn học chuyên môn, môn học này nên học cuối khóa học. - Tính chất: Là mô đun tích hợp lý thuyết với thực hành. - Ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: +Ý nghĩa: mô đun giúp ngườu học có kiến thức về điều khiển hệ thống va thiết bị bằng Vi đều khiển. +Vai trò: Là mô đun chuyên ngành giúp người học điều Vi khiển hệ thống thông qua các Vi xử lý.

- Mục tiêu của môn học/mô đun: - Về kiến thức: + Trình bày được các khái niệm, kiến thức cơ bản về cấu trúc hệ vi xử lý, vi điều khiển. + Mô tả được cấu trúc họ vi điều khiển chuẩn công nghiệp. - Về kỹ năng: + Lập trình được các bài tập ứng dụng đúng yêu cầu kỹ thuật. - Về thái độ: + Chủ động, sáng tạo và đảm bảo an toàn trong quá trình học tập.

8 Nội dung của mô đun: Thời gian (giờ) Thực hành, Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo luận, tra bài tập 1 Bài 1: Cấu trúc của hệ vi xử lý 2 2 và máy vi tính 1. Lịch sử phát triển các trung tâm vi xử lý: 2. Cấu trúc cơ bản của hệ vi xử lý 3. Từ hệ Vi xử lý đến máy vi tính PC 2 Bài 2: Cấu trúc họ vi điều khiển 9 6 3 8051 1.

Cấu trúc Port I/O 4. Tổ chức bộ nhớ 5. Các thanh ghi chức năng đặc biệt 6. Bộ nhớ ngoài 7.

Các cải tiến của 8032/8052 8. Hoạt động Reset 9. Thực hành ứng dụng 3 Bài 3: Tập lệnh 8051 10 3 6 1 1. Các cách định địa chỉ 3.

Luyện tập 9 4 Bài 4: Bộ định thời 12 3 8 1 1. Thanh ghi SFR của timer 3. Các chế độ làm việc 4. Nguồn cung cấp xung cho Timer 5.

Khởi động, dừng, điều khiển Timer 6. Khởi tạo và truy xuất thanh ghi Timer 7. Timer 2 của 8052 5 Bài 5: Cổng nối tiếp 12 4 7 1 1. Thanh ghi điều khiển 3.

Chế độ làm việc 4. Khởi tạo và truy suất thanh ghi PORT nối tiếp 5. Truyền thông đa xử lý 6. Luyện tập 6 Bài 6: Ngắt 12 3 9 1.

Tổ chức ngắt của 8051 3. Thiết kế chương trình dùng ngắt 5. Luyện tập Thi kết thúc mô đun 3 3 Cộng 60 21 33 6 10 BÀI 1: CẤU TRÚC CỦA HỆ VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH Mã bài: MĐ CĐT32-01 Giới thiệu: Trong những thập niên cuối thế kỷ XX, từ sự ra đời của công nghệ bán dẫn, kỹ thuật điện tử đã có sự phát triển vượt bậc. Các thiết bị điện tử sau đó đã được tích hợp với mật độ cao và rất cao trong các diện tích nhỏ,nhờ vậy các thiết bị 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 vậy điện tử có mặt khắp nơi. Bước đột phát mới trong kỹ thuật điện tử là tạo ra một thiết bị điện tử mới là Vi xử lý. Trong bài học này giới thiệu về lịch sử phát triển các trung tâm vi xử lý, cấu trúc cơ bản của hệ vi xử lý và từ hệ Vi xử lý đến máy vi tính PC. Mục tiêu: - Trình bày được lịch sử phát triển các trung tâm vi xử lý - Phân tích được Cấu trúc cơ bản của hệ vi xử lý - Chủ động, sáng tạo và đảm bảo an toàn trong quá trình học tập.

Nội dung chính: 1. Lịch sử phát triển các trung tâm vi xử lý Vi xử lý được chế tạo từ các tranzito tích hợp trên một vi mạch tích hợp đơn. Xuất hiện lần đầu tiên vào những năm đầu của thập kỷ 70 của thế kỷ 20. Sử dụng mã BCD trên nền 4 bit.

Các vi xử lý 4 bit và 8 bit được sử dụng trong các thiết bị đầu cuối, máy in, các hệ thống tự động. Đến giữa những năm 1970 thì lần đầu tiên các vi xử lý 8 bit với 16 bit địa chỉ được sử dụng như máy tính đa mục đích. Các hãng sản xuất vi xử lý đầu tiên ở thời điểm này là Intel, Texas Instruments và Garrett AiResearch với ba dòng chip tương ứng: Intel 4004, TMS 1000 và Central Air Data Computer. Đây là những vi xử lý 4 bit.

Sau sự ra đời của các vi xử lý 4 bit thì các hãng cho ra đời các dòng 8 bit, 12 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit. Intel 8008 là vi xử lý 8 bit đầu tiên trên thế giới được sản xuất năm 1972. Tiếp sau thành công của 8008 là các phiên bản như 8080 (1974), Zilog Z80 (1976).