mở đầu cho kỹ nguyên vi xử lý cũng còn được gọi là cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ II. Vi điều khiển Mục tiêu: - Hiểu được nguyên lý cấu tạo của vi điều khiển - Hiểu được các cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển 2. Nguyên lý cấu tạo Điểm lưu ý về vi điều khiển là sơ đồ khối cấu tạo của nó. Cấu tạo một họ microcontroller chủ yếu dựa trên một kiểu tiêu chuẩn bao gồm các tính năng quan trọng nhất, nhiều chủng loại phù hợp với các lĩnh vực ứng dụng đặc biệt khác nhau, có thể kết hợp thêm thiết bị ngoại vi để tăng khả năng hoặc giảm nhỏ kích thước đến mức tối thiểu trong các ứng dụng chuyên biệt như: Kết nối bus, kết nối video hoặc điều khiển trực tiếp các cơ cấu hiển thị LCD.Với kiểu tiêu chuẩn cũng đủ dùng cho hầu hết các ứng dụng.
16 Hình 32-01-1 Cấu trúc máy tính Hình 32-01-2 Cấu trúc vi điều khiển 17 Hình 32-01-3 Sơ đồ khối vi điều khiển 2. Các kiểu cấu trúc bộ nhớ 2. Cấu trúc Von Neumann Trong cấu trúc Von Neumann chỉ có một vùng địa chỉ tuyến tính bao gồm tất cả dữ liệu và lệnh điều khiển, độ lớn của vùng địa chỉ phụ thuộc vào chiều dài của bộ đếm chương trình, nếu không trang bị thêm linh kiện phụ thì việc định địa chỉ bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu không độc lập với nhau. Trong cấu trúc này chỉ tồn tại một bus dữ liệu và một bus địa chỉ để đọc-ghi dữ liệu và đọc lệnh điều khiển chương trình và không có khả năng thực song song (truy xuất đồng thời bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình).
Cấu trúc Von Neumann 18 2. Cấu trúc Harvard Gồm hai vùng địa chỉ riêng biệt cho bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình nên có thể truy xuất song song dữ liệu và lệnh điều khiển, cấu trúc này đặc biệt thích hợp với các vi điều khiển 16 và 32 bít vì làm tăng tốc độ làm việc. Nếu chỉ có một hệ thống bus như thường thấy ở vi điều khiển 8 bít thì việc truy xuất bộ nhớ dữ liệu hoặc bộ nhớ chương trình sẽ được thực hiện thông qua các tín hiệu điều khiển, nếu không có yêu cầu ghi vào bộ nhớ chương trình thì cấu trúc này còn cho phép tăng tính an toàn của chương trình. Cấu trúc Harvard 3.
Lĩnh vực ứng dụng Mục tiêu: - Biết được lĩnh vực ứng dụng của vi điều khiển Vi điều khiển hiện nay được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: TV, thiết bị HiFi, máy giặt, điện thoại và trong ôtô. góp phần làm đơn giản hóa quá trình sử dụng với nhiều tính năng và độ an toàn cao hơn. Ngoài ra vi điều khiển còn được áp dụng trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật như: các thiết bị phân tích và đo lường, trong công nghiệp như các dây chuyền sản xuất tự động, trong lĩnh vực máy công cụ như CNC và điều khiển chất lượng sản phẩm. Lĩnh vực ứng dụng 4.
Hướng phát triển Mục tiêu: Nắm được hướng phát triển của vi điều khiển trong tương lai Yêu cầu đặt ra cho vi điều khiển hiện nay là tăng lĩnh ứng dụng với tốc độ xử lý ngày càng nhanh và kích thước nhỏ gọn, công suất tiêu thụ thấp. Vấn đề đặt ra là liệu với vi điều khiển 8 bít có còn phù hợp hay không? hoặc trong tương lai phải thay bằng các vi điều khiển 16/32 bít. Khác với vi xử lý việc phát triển luôn kèm theo việc nâng cao khả năng tính toán bằng cách mở rộng hệ thống bus. Đối với vi điều khiển không nhất thiết phải như thế, một vi điều khiển 8 bít cũng đủ cho rất nhiều ứng dụng và vi điều khiển 16 bít là hoàn toàn quá dư thừa, trong trường hợp cần giảm giá thành, kích thước và công suất tiêu thụ thì vi điều khiển 4 bít là giải pháp tối ưu.
Một vài ứng dụng cần vi điều khiển có nhiều khối ngoại vi, có ứng dụng lại cần ngoại vi tốc độ cao, hướng phát triển tương lai là tăng khả năng của CPU và khối ngoại vi. Một hướng đơn giản là tăng tần số xung đồng hồ để rút ngắn thời gian thực hiện chương trình, giảm thời gian biến đổi A/D và tăng tần số giới hạn của timer. Tuy nhiên các linh kiện bên ngoài cũng phải có khả năng làm việc ở tần số cao, khi tăng tần số đồng cũng làm tăng công suất tiêu thụ của vi điều khiển. Việc tối 20 ưu hóa cấu trúc chương trình và bộ nhớ cũng góp phần nâng cao khả năng hệ thống.
Trong các ứng dụng đa nhiệm, phương pháp phân đoạn và phân dãy hóa có một ý nghĩa rất lớn. Với công nghệ sản xuất mới có thể đồng thời tăng tần số làm việc và giảm công suất tiêu thụ và cả điện áp nuôi điều này sẽ mở ra các lĩnh vực ứng dụng mới trong đó mạch điện rất đơn giản và năng lượng tiêu thụ rất thấp, bằng cách thay đổi cú pháp tập lệnh thích hợp cho phép biên dịch dễ dàng từ các ngôn ngữ cấp cao như “C” hoặc “FORTH” sang mã lệnh của vi điều khiển. 21 Câu hỏi ôn tập: Câu 1: Trình bày nguyên lý cấu tạo và cấu trúc của bộ nhớ Vi điều khiển. Câu 2: Nêu các lĩnh vực ứng dụng của vi điều khiển 22 BÀI 2 : CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN 8051 Mã bài: MĐ 11-02 Giới thiệu: Vi điều khiển 8051 là một trong những họ vi điều khiển khá cơ bản và thông dụng.
Việc nắm bắt cấu trúc phần cứng và các đặc điểm riêng của vi điều khiển loại này là tiền đề để người học hiểu rõ và thực hành tốt các kỹ năng lập trình ở các nội dung tiếp theo. Mục tiêu: - Hiểu được cấu trúc phần cứng vi điều khiển 8051. - Hiểu được cấu trúc bộ nhớ, biết được cách truy xuất bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. - Hiểu được đặc tính của các thanh ghi đặc biệt.
- Biết cách mở rộng thêm bộ nhớ ngoài. - Hiểu nguyên lý hoạt động của mạch reset. Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị của các đại lượng. - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung: Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: 23 + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập.
- Phương pháp: Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có Kiểm tra định kỳ thực hành: không có Nội dung chính: 1. Cấu trúc phần cứng vi điều khiển 8051 Mục tiêu: - Hiểu được đặc điểm chung của vi điều khiển - Hiểu được sơ đồ khối của vi điều khiển - Biết được chức năng các chân tín hiệu của vi điều khiển 1. Đặc điểm chung Vi mạch tổng quát chung của họ MCS-51 là chip 8051, linh kiện đầu tiên của họ này được đưa ra thị trường. Chip 8051 có các đặc điểm như sau: 4 KB FLASH ROM, 128 Byte RAM nội.
4 Port xuất /nhập (8 bit.) 2 bộ định thời 16 bit. Mạch giao tiếp nối tiếp. Không gian nhớ chương trình ngoài 64KB. Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64KB.
Bộ xử lý bit. 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit. 24 Các thành viên khác của họ MCS-51 có các tổ hợp ROM, RAM trên chip khác nhau hoặc có thêm bộ định thời thứ ba 1. Sơ đồ khối Hình 32-02-1 Sơ đồ khối 8051 1.
Sơ đồ chân 25 Hình 32-02-2 Sơ đồ chân 8051 * Port 0 Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 – 39 của 8051. Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO. Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, P0 là port đa hợp địa chỉ và dữ liệu. * Port 1 Port 1 là port IO trên các chân 1-8.
Các chân được ký hiệu P1. Port 1 được dùng cho giao tiếp và điều khiển với các thiết bị bên ngoài. * Port 2 Port 2 là port có tác dụng kép trên các chân 21 - 28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với thiết kế lớn có mở rộng port và bộ nhơ mở rộng. * Port 3 Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10 - 17.
Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của 8051 như ở bảng sau: 26 Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RXT Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.1 TXD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp.2 INT0\ Ngõ vào ngắt cứng thứ 0.3 INT1\ Ngõ vào ngắt cứng thứ 1.4 T0 Ngõ vào của timer/counter thứ 0.5 T1 Ngõ vào của timer/counter thứ 1.6 WR\ Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài.7 RD\ Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài. * Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable) PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được nói đến chân 0E\ (output enable) của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 8051 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 8051 để giải mã lệnh.
Khi 8951 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1. * Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable ) Khi 8051 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ.