Giáo trình Vi điều khiển: Tự động hóa Công nghiệp - Trường TCN KTCN Hùng Vương

Giáo trình Vi điều khiển nghề Tự động hóa công nghiệp Trường TCN Hùng Vương. Tài liệu học tập chi tiết, đầy đủ cho sinh viên ngành kỹ thuật.

• Tác giả: Đội Ngũ Giáo Viên Trường Tcn Ktcn Hùng Vương
• Trường học: Trường Tcn Kỹ Thuật Công Nghệ Hùng Vương
• Chuyên ngành: Tự động hóa công nghiệp
• Đề tài: Vi điều khiển
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Quận 5

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• Chương 0: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 89V51
• 0.1. Khái quát các tính năng
• 0.2. Sơ đồ chân và tính năng
• 0.3. Tổ chức bộ nhớ
• 1. Chương 1: HỆ TỐI THIỂU CỦA MÁY TÍNH
• 1.1. Đại số biến logic
• 1.1.1. Biến và hàm
• 1.1.2. Biến logic
• 1.1.3. Biểu diễn giá trị của biến logic bằng mức điện áp
• 1.2. Hệ thống số và mã (Number system and codes)
• 1.2.1. Mã thập phân (Decimal number system)
• 1.2.2. Mã nhị phân (Binary number system)
• 1.2.3. Mã thập lục phân (Hexadecimal number system)
• 1.2.3.1. Đổi từ thập phân sang Hex
• 1.2.3.2. Đổi từ Hex sang nhị phân
• 1.2.3.3. Đổi từ nhị phân sang Hex
• 1.2.3.4. Đếm trong hệ Hex
• 1.2.4. Mã BCD (Binary Coded Decimal)
• 1.3. Hệ tối thiểu máy tính
• 1.3.1. Cấu trúc
• 1.3.2. Cách định địa chỉ
• 1.4. Các hàm logic cơ bản
• 1.4.1. Hàm AND
• 1.4.2. Hàm OR
• 1.4.3. Hàm NOT
• 1.5. Cấu trúc chương trình C
• 1.6. Các bài tập
• 1.6.1. Bài tập 1
• 1.6.2. Bài tập 2
• 1.6.3. Bài tập 3
• 1.6.4. Bài tập 4
• 1.6.5. Bài tập 5
• 1.6.6. Bài tập 6
• 1.7. Các hàm thao tác bit
• 1.7.1. Hàm xoay tròn
• 1.7.1.1. Hàm xoay tròn phải
• 1.7.1.2. Hàm xoay tròn trái
• 1.7.2. Hàm ghi chuyển
• 1.7.2.1. Shift phải
• 1.7.2.2. Shift trái
• 2. Chương 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA NGÔN NGỮ C
• 2.1. Cấu trúc chương trình C
• 2.2. Các phép toán của C
• 2.2.1. Phép toán số học hai ngôi
• 2.2.2. Phép toán quan hệ
• 2.2.3. Phép toán quan logic
• 2.2.4. Phép toán thao tác bit
• 2.3. Các kiểu dữ liệu
• 2.3.1. Hàm xuất nhập có khuôn (Dùng để truyền thông)
• 2.3.2. Kiểu bit
• 2.3.3. signed char

Tóm tắt

I. Tổng quan giáo trình vi điều khiển tự động hóa công nghiệp

Giáo trình Vi điều khiển là nền tảng cốt lõi trong ngành Tự động hóa Công nghiệp và cơ điện tử. Nội dung của giáo trình này không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn trang bị các kỹ năng thực hành thiết yếu. Mục tiêu chính là giúp người học có khả năng lắp ráp, vận hành, và khắc phục sự cố trên các hệ thống nhúng sử dụng vi điều khiển. Theo tài liệu của Trường TCN Kỹ thuật Công nghệ Hùng Vương, một giáo trình vi điều khiển chuẩn cần bao quát từ kiến trúc phần cứng, tập lệnh, đến phương pháp lập trình. Đặc biệt, các dòng vi điều khiển 8051, vi điều khiển PIC, và vi điều khiển AVR là những kiến thức cơ bản mà bất kỳ kỹ sư tự động hóa nào cũng cần nắm vững. Việc hiểu rõ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của vi điều khiển là bước đệm quan trọng để tiếp cận các công nghệ phức tạp hơn như PLC và vi điều khiển hay các hệ thống điều khiển thời gian thực. Các tài liệu vi điều khiển thường bắt đầu với các khái niệm về hệ thống số, đại số Boole, sau đó đi sâu vào kiến trúc của một dòng vi điều khiển cụ thể, ví dụ như P89V51RD2. Tài liệu này nhấn mạnh P89V51RD2 là một vi điều khiển 80C51 với 64kB Flash và 1024 bytes RAM, hoạt động ở 5VDC, tích hợp các giao thức như SPI, và có nhiều tính năng tối ưu cho điều khiển tự động. Việc biên soạn một đề cương môn học vi điều khiển chất lượng đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết từ các nhà giáo dục và phản hồi thực tiễn từ doanh nghiệp, đảm bảo kiến thức cung cấp vừa hàn lâm vừa có tính ứng dụng cao, đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp hiện đại.

1.1. Tầm quan trọng của vi điều khiển trong ngành tự động hóa

Vi điều khiển (microcontroller) là bộ não của hầu hết các thiết bị thông minh và hệ thống tự động. Trong điều khiển tự động công nghiệp, chúng đóng vai trò trung tâm trong việc xử lý tín hiệu từ cảm biến, thực thi các thuật toán điều khiển và ra lệnh cho cơ cấu chấp hành như động cơ, van, relay. Sự phát triển của lập trình nhúng đã cho phép tạo ra các sản phẩm nhỏ gọn, tiêu thụ ít năng lượng nhưng có hiệu suất cao. Kiến thức về vi điều khiển giúp kỹ sư thiết kế và xây dựng các mạch ứng dụng vi điều khiển chuyên biệt, từ các hệ thống cảnh báo đơn giản đến các dây chuyền sản xuất phức tạp, là kỹ năng không thể thiếu trong lĩnh vực cơ điện tử.

1.2. Mục tiêu cốt lõi của đề cương môn học vi điều khiển

Một đề cương môn học vi điều khiển hiệu quả phải đặt ra các mục tiêu rõ ràng. Thứ nhất, cung cấp kiến thức nền tảng về kiến trúc vi điều khiển, bao gồm CPU, bộ nhớ, các cổng I/O và các ngoại vi tích hợp. Thứ hai, trang bị kỹ năng lập trình C cho vi điều khiển và ngôn ngữ Assembly, hai ngôn ngữ phổ biến nhất trong thế giới nhúng. Thứ ba, hướng dẫn sử dụng các công cụ phần cứng và phần mềm như mạch nạp, phần mềm Keil C để biên dịch và gỡ lỗi, cùng phần mềm mô phỏng Proteus để kiểm tra chương trình. Cuối cùng, thúc đẩy khả năng giải quyết vấn đề thông qua các bài tập và dự án thực tế.

II. Thách thức khi tiếp cận tài liệu vi điều khiển cho người mới

Việc tự học qua các tài liệu vi điều khiển hoặc ebook vi điều khiển pdf đặt ra nhiều thách thức không nhỏ. Thách thức lớn nhất đến từ sự phức tạp của cả phần cứng và phần mềm. Về phần cứng, người học phải hiểu rõ về sơ đồ chân, chức năng của từng port, và cách kết nối với các linh kiện ngoại vi. Tài liệu gốc đã chỉ ra sự phức tạp trong việc sử dụng các port của vi điều khiển 89V51, ví dụ Port 0 vừa là cổng I/O vừa ghép kênh địa chỉ và dữ liệu. Về phần mềm, lập trình nhúng đòi hỏi tư duy logic chặt chẽ và sự hiểu biết sâu sắc về cách phần cứng hoạt động. Không giống như lập trình ứng dụng trên máy tính, lập trình cho hệ thống nhúng phải quan tâm đến từng bit, từng byte, tối ưu hóa bộ nhớ và tốc độ xử lý. Một thách thức khác là sự đa dạng của các họ vi điều khiển. Mỗi họ như vi điều khiển 8051, vi điều khiển PIC, vi điều khiển AVR, hay vi điều khiển ARM lại có kiến trúc và tập lệnh riêng. Việc lựa chọn một nền tảng phù hợp để bắt đầu và tìm kiếm tài liệu đáng tin cậy là một rào cản lớn. Nhiều microcontroller tutorial trên mạng thường thiếu tính hệ thống hoặc chỉ tập trung vào các ứng dụng đơn lẻ, không cung cấp cái nhìn tổng quan cần thiết cho kỹ sư điều khiển tự động.

2.1. Rào cản về kiến trúc vi điều khiển và phần cứng phức tạp

Hiểu được kiến trúc vi điều khiển là yêu cầu tiên quyết. Người mới bắt đầu thường gặp khó khăn trong việc phân biệt giữa vi xử lý (microprocessor) và vi điều khiển (microcontroller). Họ phải làm quen với các khái niệm như không gian bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFRs), và các bộ định thời/đếm (Timers/Counters). Việc đọc datasheet của một con chip dài hàng trăm trang để hiểu chức năng từng chân và cách cấu hình các ngoại vi như UART, SPI, I2C là một công việc đòi hỏi sự kiên nhẫn và kiến thức nền tảng về điện tử số.

2.2. Khó khăn trong việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp

Lựa chọn giữa ngôn ngữ Assembly và lập trình C cho vi điều khiển cũng là một quyết định khó khăn. Assembly cho phép kiểm soát phần cứng ở mức độ thấp nhất, tối ưu hóa tốc độ và dung lượng mã nguồn, nhưng lại rất khó học và khó port sang các dòng chip khác. Ngược lại, ngôn ngữ C dễ đọc, dễ viết và có tính di động cao hơn, nhưng đòi hỏi trình biên dịch (compiler) hiệu quả và có thể tạo ra mã máy lớn hơn. Một giáo trình vi điều khiển tốt cần phải giới thiệu cả hai phương pháp, giúp người học hiểu được ưu nhược điểm của từng loại để áp dụng vào từng bài toán cụ thể.

III. Hướng dẫn nền tảng vi xử lý và hệ thống số cần nắm vững

Để xây dựng một giáo trình vi điều khiển hoàn chỉnh, việc bắt đầu từ các kiến thức nền tảng về hệ thống số và vi xử lý là bắt buộc. Đây là những viên gạch đầu tiên tạo nên nền móng vững chắc trước khi đi sâu vào lập trình và thiết kế mạch. Theo tài liệu tham khảo, Chương 1: “Hệ tối thiểu của máy tính” đã trình bày rất rõ các khái niệm này. Bất kỳ hệ thống số nào cũng hoạt động dựa trên logic nhị phân (0 và 1). Do đó, việc thành thạo các hệ đếm như nhị phân (binary), thập lục phân (hexadecimal) và mã BCD là kỹ năng cơ bản. Kỹ sư cần biết cách chuyển đổi qua lại giữa các hệ đếm này vì chúng được sử dụng liên tục trong lập trình và gỡ lỗi. Ví dụ, việc gán giá trị cho một port 8-bit thường được thực hiện bằng mã hex (ví dụ P2 = 0x80;) vì nó ngắn gọn hơn so với mã nhị phân. Bên cạnh đó, đại số Boole và các hàm logic cơ bản như AND, OR, NOT là công cụ toán học để phân tích và thiết kế các mạch logic số. Hiểu rõ các hàm này giúp xây dựng các phương trình điều khiển logic, là trái tim của nhiều ứng dụng điều khiển tự động. Các tài liệu vi điều khiển uy tín luôn dành một chương riêng để nói về các cổng logic và cách chúng được hiện thực hóa trong phần cứng cũng như trong các phép toán thao tác bit của ngôn ngữ lập trình.

3.1. Nắm vững các hệ đếm và mã hóa thông tin Binary Hex

Trong thế giới của vi điều khiển, mọi dữ liệu đều được biểu diễn dưới dạng nhị phân. Mã nhị phân (cơ số 2) sử dụng hai chữ số 0 và 1. Tuy nhiên, làm việc với chuỗi nhị phân dài rất dễ gây nhầm lẫn. Vì vậy, mã thập lục phân (Hex, cơ số 16) được sử dụng rộng rãi để biểu diễn các giá trị nhị phân một cách cô đọng. Mỗi ký tự Hex tương ứng với một nhóm 4 bit nhị phân (nibble). Việc thành thạo chuyển đổi giữa thập phân, nhị phân và Hex là kỹ năng không thể thiếu khi làm việc với các thanh ghi, địa chỉ bộ nhớ hay khi sử dụng các công cụ gỡ lỗi.

3.2. Tìm hiểu các hàm logic cơ bản và đại số Boole ứng dụng

Đại số Boole là nền tảng toán học của điện tử số và khoa học máy tính. Các phép toán logic cơ bản gồm AND (phép nhân logic), OR (phép cộng logic), và NOT (phép đảo) là cơ sở để xây dựng mọi mạch số phức tạp. Trong lập trình nhúng, các phép toán này được thể hiện qua các toán tử thao tác bit như & (AND), | (OR), và ~ (NOT). Chúng được dùng để kiểm tra, thiết lập hoặc xóa một bit cụ thể trong một thanh ghi điều khiển, một kỹ thuật cực kỳ phổ biến trong việc cấu hình và điều khiển các ngoại vi của vi điều khiển.

IV. Phương pháp lập trình C cho vi điều khiển 8051 hiệu quả

Ngôn ngữ C là lựa chọn hàng đầu cho lập trình nhúng và phát triển các ứng dụng trên vi điều khiển 8051. So với ngôn ngữ Assembly, C cung cấp một cấu trúc rõ ràng, dễ đọc, dễ bảo trì và tăng tốc độ phát triển sản phẩm. Một chương trình C điển hình cho vi điều khiển, như được minh họa trong tài liệu gốc, bao gồm bốn phần chính: khai báo thư viện (ví dụ #include<reg52.h>), khai báo I/O và biến, chương trình con (hàm), và hàm main(). Để lập trình C cho vi điều khiển hiệu quả, người học cần nắm vững các kiểu dữ liệu đặc thù như bit, sbit để truy cập trực tiếp đến từng bit của thanh ghi. Các phép toán thao tác bit (&, |, ^, ~, <<, >>) là công cụ mạnh mẽ để điều khiển phần cứng ở mức độ thấp. Ví dụ, để bật bit thứ 3 của Port 1, có thể dùng lệnh P1 = P1 | 0x08;. Bên cạnh đó, việc sử dụng các cấu trúc điều khiển như if-else, switch, for, while cho phép xây dựng các luồng chương trình phức tạp, từ việc đọc giá trị cảm biến đến điều khiển động cơ theo một chu trình định sẵn. Việc sử dụng các công cụ hỗ trợ như phần mềm Keil C và mô phỏng Proteus giúp quá trình viết mã, biên dịch và kiểm thử trở nên nhanh chóng và chính xác hơn, giảm thiểu thời gian gỡ lỗi trên phần cứng thật.

4.1. Cấu trúc chương trình C và các kiểu dữ liệu đặc thù

Cấu trúc một chương trình C cho hệ thống nhúng bắt đầu bằng việc khai báo thư viện định nghĩa các thanh ghi của chip (reg52.h cho 8051). Sau đó là các định nghĩa I/O, ví dụ sbit start = P1^0; để gán tên start cho bit 0 của Port 1. Việc hiểu rõ phạm vi của các biến (toàn cục, cục bộ) và các kiểu dữ liệu (từ char, int đến float) là rất quan trọng để quản lý bộ nhớ RAM vốn rất hạn hẹp của vi điều khiển. Kiểu bit là một kiểu dữ liệu đặc biệt trong C cho 8051, chỉ tốn 1 bit bộ nhớ, rất hiệu quả để lưu trữ các biến trạng thái.

4.2. Vận dụng các toán tử điều khiển và vòng lặp trong C

Các toán tử điều khiển như if, switch và các vòng lặp for, while là xương sống của mọi thuật toán. Trong giáo trình vi điều khiển, chúng được dùng để tạo ra logic hoạt động cho hệ thống. Ví dụ, một vòng lặp while(1) vô tận trong hàm main() đảm bảo chương trình vi điều khiển chạy liên tục. Bên trong vòng lặp đó, câu lệnh if được dùng để kiểm tra trạng thái nút nhấn hoặc cảm biến, từ đó quyết định hành động tiếp theo, chẳng hạn như bật/tắt đèn hoặc thay đổi tốc độ động cơ. Việc kết hợp khéo léo các cấu trúc này cho phép tạo ra các hệ thống điều khiển tự động thông minh và linh hoạt.

4.3. Sử dụng công cụ Keil C và Proteus để phát triển dự án

Bộ đôi phần mềm Keil C và mô phỏng Proteus là combo không thể thiếu cho người phát triển hệ thống dựa trên vi điều khiển 8051. Keil C là một Môi trường Phát triển Tích hợp (IDE) mạnh mẽ, cung cấp trình soạn thảo mã, trình biên dịch C51, và công cụ gỡ lỗi (debugger). Sau khi viết và biên dịch chương trình trong Keil C để tạo ra file .HEX, Proteus sẽ được sử dụng để mô phỏng. Proteus cho phép vẽ sơ đồ mạch nguyên lý, nạp file .HEX vào mô hình vi điều khiển, và chạy mô phỏng để quan sát hoạt động của toàn bộ mạch ứng dụng vi điều khiển ngay trên máy tính.

V. Top ứng dụng thực tiễn từ giáo trình vi điều khiển cơ bản

Kiến thức từ một giáo trình vi điều khiển không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà phải được áp dụng để tạo ra các sản phẩm thực tế. Các bài tập trong tài liệu gốc của Trường TCN Kỹ thuật Công nghệ Hùng Vương là minh chứng rõ ràng cho tính ứng dụng cao của môn học. Các mạch ứng dụng vi điều khiển rất đa dạng, từ các thiết bị dân dụng đến các hệ thống công nghiệp phức tạp. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất là hệ thống điều khiển tự động. Ví dụ, bài tập về hệ thống bơm nước tự động sử dụng các cảm biến mức cao (LSH) và mức thấp (LSL) để điều khiển van A và van B. Đây là mô hình kinh điển của một hệ thống điều khiển tự động theo chu trình. Một ứng dụng khác là các hệ thống cảnh báo, như hệ thống cảnh báo trên ô tô, nơi vi điều khiển đọc trạng thái của cửa, đèn pha, công tắc khởi động để kích hoạt đèn báo khi cần thiết. Trong công nghiệp, vi điều khiển được dùng để điều khiển máy móc như máy bào, máy ép ván, điều khiển robot, và giám sát các thông số quy trình. Các hệ thống nhúng này thường yêu cầu giao tiếp ngoại vi SPI I2C UART để kết nối với các module khác như màn hình LCD, cảm biến nhiệt độ, hoặc các vi điều khiển khác, tạo thành một mạng lưới điều khiển phân tán.

5.1. Xây dựng các hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp

Trong công nghiệp, vi điều khiển là giải pháp hiệu quả về chi phí cho các bài toán điều khiển chuyên dụng, là sự bổ sung hoặc thay thế cho PLC trong một số trường hợp. Các ứng dụng như điều khiển băng tải, máy CNC mini, hệ thống tưới tiêu tự động, lò sấy... đều có thể được xây dựng dựa trên các dòng vi điều khiển phổ thông như vi điều khiển 8051 hay vi điều khiển PIC. Khả năng lập trình linh hoạt cho phép kỹ sư tùy biến thuật toán điều khiển chính xác theo yêu cầu của từng hệ thống cụ thể.

5.2. Thiết kế mạch ứng dụng vi điều khiển trong đời sống

Vi điều khiển có mặt ở khắp mọi nơi trong các thiết bị điện tử tiêu dùng. Từ lò vi sóng, máy giặt, điều khiển TV, đến các thiết bị nhà thông minh (smart home) như công tắc cảm ứng, hệ thống chiếu sáng thông minh, khóa cửa điện tử. Việc học vi điều khiển mở ra cánh cửa để sinh viên và kỹ sư có thể tự tay thiết kế và chế tạo các sản phẩm điện tử hữu ích, biến những ý tưởng sáng tạo thành hiện thực. Đây chính là bản chất của ngành cơ điện tử và lập trình nhúng.

VI. Xu hướng tương lai và sự phát triển của vi điều khiển ARM

Ngành công nghiệp vi điều khiển đang phát triển không ngừng, và việc cập nhật các xu hướng mới là điều cần thiết cho bất kỳ ai theo đuổi lĩnh vực lập trình nhúng và điều khiển tự động. Mặc dù các giáo trình vi điều khiển truyền thống thường tập trung vào các kiến trúc 8-bit như vi điều khiển 8051, vi điều khiển PIC và vi điều khiển AVR vì tính đơn giản và giá thành rẻ, xu hướng toàn cầu đang dịch chuyển mạnh mẽ sang các kiến trúc 32-bit, mà nổi bật nhất là vi điều khiển ARM. Vi điều khiển dựa trên kiến trúc ARM (ví dụ dòng STM32) mang lại hiệu năng xử lý vượt trội, bộ nhớ lớn hơn, và tích hợp nhiều ngoại vi phức tạp hơn. Chúng là nền tảng cho sự bùng nổ của các thiết bị Internet of Things (IoT), hệ thống xử lý tín hiệu số (DSP), và các ứng dụng đòi hỏi khả năng tính toán cao. Do đó, một giáo trình vi điều khiển hiện đại cần có lộ trình để chuyển tiếp kiến thức từ các dòng 8-bit cơ bản sang kiến trúc ARM. Các khái niệm cốt lõi về I/O, timer, giao tiếp ngoại vi học được từ 8051 vẫn hoàn toàn có giá trị, nhưng người học cần được trang bị thêm kiến thức về các công cụ lập trình mới, hệ điều hành thời gian thực (RTOS), và các giao thức mạng để làm chủ công nghệ mới.

6.1. So sánh kiến trúc 8 bit PIC AVR và 32 bit ARM

Vi điều khiển 8-bit như vi điều khiển PIC và vi điều khiển AVR rất mạnh trong các ứng dụng điều khiển đơn giản, tiết kiệm năng lượng và chi phí thấp. Tuy nhiên, chúng có tốc độ xử lý và dung lượng bộ nhớ hạn chế. Ngược lại, vi điều khiển ARM 32-bit cung cấp tốc độ xử lý cao hơn hàng chục đến hàng trăm lần, không gian địa chỉ lớn, và tập lệnh phong phú, phù hợp cho các tác vụ phức tạp như xử lý hình ảnh, giao tiếp mạng, hay chạy các thuật toán trí tuệ nhân tạo ở biên (Edge AI).

6.2. Vai trò của vi điều khiển trong cuộc cách mạng IoT và AI

Internet of Things (IoT) kết nối hàng tỷ thiết bị thông minh với nhau, và mỗi thiết bị đó đều chứa một hệ thống nhúng với trái tim là vi điều khiển. Vi điều khiển hiện đại không chỉ thu thập dữ liệu từ cảm biến mà còn có khả năng tiền xử lý dữ liệu và kết nối Internet qua Wi-Fi, Bluetooth, LoRa. Sự phát triển của vi điều khiển ARM với hiệu năng cao cũng đang thúc đẩy xu hướng Trí tuệ nhân tạo (AI) tại biên, cho phép các thiết bị thực hiện các tác vụ suy luận thông minh ngay tại chỗ mà không cần gửi dữ liệu lên đám mây.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Vi điều khiển được biên soạn bởi tập thể giảng viên Khoa Cơ Điện tử thuộc Trường Trung cấp Nghề Kỹ thuật Công nghệ Hùng Vương (ban hành năm 2018). Tài liệu được xây dựng nhằm phục vụ trực tiếp cho chương trình đào tạo nghề "Tự động hóa công nghiệp", đóng vai trò là học liệu cơ sở chuyên ngành kết nối giữa lý thuyết mạch điện tử số và kỹ thuật lập trình điều khiển nhúng.

Về mục tiêu học tập (learning outcomes), giáo trình hướng đến việc trang bị cho người học 3 nhóm năng lực chuyên môn:

1. Lắp ráp, kết nối phần cứng và vận hành các thiết bị vi điều khiển trong hệ thống cơ điện tử.
2. Phát hiện, phân tích và khắc phục các lỗi kỹ thuật thuộc phần tử cơ khí, mạch điện tử và phần mềm điều khiển.
3. Tổ chức nơi làm việc kỹ thuật khoa học, ngăn nắp và tuân thủ các quy tắc an toàn lao động trong môi trường công nghiệp.

Cấu trúc tài liệu được thiết kế theo phương pháp tiếp cận từ phần cứng đến giải thuật phần mềm: bắt đầu từ khảo sát kiến trúc vi điều khiển họ 80C51 (trọng tâm là vi điều khiển P89V51RD2), nguyên lý hệ tối thiểu và đại số logic, tiếp nối bằng cú pháp ngôn ngữ C chuyên dụng cho vi điều khiển (Keil C/C51), và kết thúc ở các cấu trúc điều khiển rẽ nhánh, lặp toán tử ứng dụng.

Điểm đặc sắc của giáo trình nằm ở tính thực tiễn kỹ thuật. Nội dung kết hợp giữa việc mô tả chân tín hiệu, cấu trúc bộ nhớ với phương pháp thiết lập phương trình logic điều khiển cho các quy trình công nghệ thực tế. Toàn bộ nội dung giáo trình được biên soạn với sự tham gia đóng góp ý kiến và phản biện chuyên môn từ các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực tự động hóa.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình được bố cục thành 4 chương kiến thức nền tảng và ứng dụng:

• Chương 0: Giới thiệu sơ lược về vi điều khiển 89V51: Giới thiệu cấu trúc phần cứng vi điều khiển P89V51RD2 (dựa trên CPU 80C51). Các thông số kỹ thuật chính bao gồm: 64 kB bộ nhớ chương trình Flash (hỗ trợ lập trình song song và ISP/IAP do Philips cung cấp), 1024 bytes (1 kB) RAM dữ liệu (gồm RAM nội và 768 bytes RAM mở rộng định địa chỉ gián tiếp), chế độ hoạt động Mode x2 (1 chu kỳ máy = 6 chu kỳ xung nhịp giúp tăng gấp đôi tốc độ xử lý), dải tần số dao động lên đến 40 MHz ở điện áp 5 VDC. Chương này chi tiết hóa sơ đồ 40 chân với 4 cổng xuất nhập (Port 0 cực thu hở dùng ghép bus địa chỉ/dữ liệu; Port 1 tích hợp Capture/Compare; Port 2 xuất nhập dữ liệu qua IC đệm 74LS245; Port 3 tích hợp các chức năng RXD, TXD, ngõ vào đếm Timer 0, Timer 1, chân điều khiển đọc RD và ghi WR). Ngoài ra, chương 0 mô tả 5 khối PCA (PWM/capture/compare 16-bit), 3 bộ Timer/Counter 16-bit, Watchdog Timer, và cơ chế quản lý nguồn (Brownout Detect, Low-power, Power down, Idle).
• Chương 1: Hệ tối thiểu của máy tính: Trình bày đại số biến logic, định nghĩa hàm, bảng trạng thái, quy ước mức điện áp logic theo chuẩn TTL và CMOS. Phân tích các hệ thống số và mã: hệ thập phân (Decimal, MSD, LSD), hệ nhị phân (Binary, MSB, LSB, quy cách phân chia bit, nibble, byte, word), hệ thập lục phân (Hexadecimal cơ số 16) và mã BCD (Binary Coded Decimal). Khái quát 4 khối cơ bản của hệ tối thiểu (Input Area, Output Area, CPU, Memory) kết nối các thiết bị ngoại vi vào (nút nhấn, công tắc, cảm biến, encoder) và ngoại vi ra (động cơ, relay, đèn). Chương 1 hướng dẫn cú pháp định địa chỉ bit <Tiền tố><Địa chỉ Port>^<Địa chỉ bit>, nguyên lý mạch điện và cú pháp C của các cổng logic AND (&), OR (|), NOT (!), cùng cấu trúc chương trình C 4 phần. Nội dung đi kèm 6 bài toán điều khiển công nghiệp và hướng dẫn sử dụng thư viện <intrins.h> cho các hàm quay bit (_cror_, _crol_) và dịch bit (_iror_, _irol_).
• Chương 2: Các thành phần cơ bản của ngôn ngữ C: Khảo sát hệ thống toán tử số học (+, -, *, /, %), toán tử gán phức hợp (+=, -=, *=, /=, %=, >>=, <<=, &=, ^=, |=), tăng giảm (++, --), toán tử quan hệ (==, !=, >, <, >=, <=), toán tử logic (!, &&, ||), và toán tử thao tác bit (&, |, ^, ~, <<, >>). Bảng phân cấp độ ưu tiên toán tử gồm 14 mức. Khảo sát các kiểu dữ liệu: bit, signed char, unsigned char (phân loại mã ASCII thành 3 nhóm: điều khiển, in được, ký tự mở rộng), int, unsigned int, long, float, double, chuỗi ký tự, hằng số (#define), mảng 1 chiều, 2 chiều, biến cấu trúc struct. Kỹ thuật ép kiểu, định dạng xuất nhập qua cổng nối tiếp với thư viện <stdio.h> (printf, sprintf), hàm toán học <math.h> (pow, sqrt), phạm vi sử dụng của biến (cục bộ, toàn cục, tĩnh static) và 4 dạng cấu trúc hàm trong C.
• Chương 3: Các toán tử điều khiển: Phân tích cơ chế chuyển dịch dòng thực thi lệnh trong vi điều khiển thông qua 3 nhóm cấu trúc: Rẽ nhánh (if, if - else, if lồng nhau, switch - case - default), Nhảy không điều kiện (goto và nhãn), và Tổ chức chu trình lặp (for, while, do - while, break, continue). Chương 3 cung cấp các chương trình mẫu hoàn chỉnh như: thuật toán tìm số lớn nhất/nhỏ nhất có giao tiếp UART (SCON = 0x50, TMOD |= 0x20, TH1 = 0xFD tốc độ baud 9600), chương trình đọc trạng thái cổng P1 để xuất dữ liệu ra Port 2 qua switch-case, kỹ thuật đảo trạng thái ngõ ra với goto, và tạo chuỗi dịch bit LED trên Port 2 bằng vòng lặp for.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết cơ sở (Fundamental theories): Nguyên lý đại số Boole, quy luật biến logic nhị phân, phân loại mức điện áp logic chuẩn công nghiệp (TTL và CMOS), nguyên lý chuyển đổi giữa các hệ thống số thập phân, nhị phân, thập lục phân và mã hóa BCD.
• Nguyên lý cốt lõi (Core principles): Kiến trúc phần cứng vi điều khiển dòng 80C51; cấu trúc không gian bộ nhớ phân tách giữa Flash chương trình và RAM dữ liệu; nguyên lý ghép nối I/O qua mạch đệm transistor, cực thu hở và vi mạch đệm 74LS245 có chân cho phép OE (điều khiển bởi chân P3^7).
• Khung kiến trúc hệ thống (Essential frameworks): Mô hình hệ tối thiểu 4 khối (Input Area, Output Area, CPU, Memory); cấu trúc một chương trình C51 chuẩn 4 phần (khai báo thư viện #include <reg52.h>, khai báo định danh chân I/O sbit, xây dựng hàm chức năng/chương trình con, và hàm thực thi chính void main(void) với vòng lặp vô tận while(1)).

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Khả năng tra cứu và cấu hình sơ đồ chân P89V51RD2; kỹ thuật lập trình nạp ISP; khai báo và cấu hình thanh ghi chức năng đặc biệt; lập trình thao tác trực tiếp trên từng bit (sbit, toán tử dịch/xoay bit trong <intrins.h>).
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Kỹ năng phân tích yêu cầu công nghệ của một hệ thống cơ điện tử; nhận diện số lượng biến ngõ vào/ngõ ra; thiết lập bảng trạng thái và rút gọn phương trình đại số logic để xây dựng phương trình điều khiển cho từng ngõ ra.
• Năng lực thực tiễn (Practical competencies): Chuyển đổi trực tiếp phương trình toán học logic thành mã nguồn C; cấu hình cổng UART truyền nhận chuỗi ký tự và số liệu; chẩn đoán sai lệch giải thuật điều khiển và kiểm tra vận hành hệ thống chấp hành trên mạch thực nghiệm.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp sư phạm định hướng thực hành (practice-oriented approach), gắn liền kiến thức lý thuyết vi điều khiển với việc giải quyết các bài toán kỹ thuật cụ thể trong xưởng sản xuất. Quy trình tiếp cận được chuẩn hóa theo từng bước: Khảo sát nguyên lý hoạt động của đối tượng công nghệ $\rightarrow$ Thiết lập phương trình logic ngõ ra $\rightarrow$ Chuyển đổi thành mã lập trình C $\rightarrow$ Nạp và kiểm tra trên phần cứng kit vi điều khiển.

Tài liệu cung cấp hệ thống 6 bài tập tình huống công nghiệp (case studies) với đầy đủ sơ đồ nguyên lý phần cứng, phân tích giải thuật và mã nguồn C hoàn chỉnh:

1. Hệ thống bơm nước tự động đảo trạng thái: Điều khiển van nạp A và van xả B dựa trên tín hiệu từ nút nhấn start/stop và hai cảm biến báo mức đầy LSH, mức cạn LSL, sử dụng biến trung gian Relay để duy trì trạng thái.
2. Hệ thống cảnh báo trên xe ô tô: Điều khiển đèn báo Lamp phát sáng theo phương trình logic $Lamp = C \cdot K + D \cdot \bar{K}$, kết hợp trạng thái cảm biến cửa xe ($C$), công tắc khóa khởi động ($K$) và công tắc đèn pha ($D$).
3. Hệ thống điều khiển cửa đóng/mở từ xa: Vận hành động cơ mở cửa MOpen và động cơ đóng cửa MClose có khóa chéo liên động an toàn và giới hạn hành trình bởi công tắc LSH, LSL.
4. Hệ thống chuông bấm thi đấu hai đội: Xây dựng mạch khóa chéo logic giữa hai đội thi đấu dưới sự cho phép của trọng tài/giáo viên ($T$), đảm bảo khi chuông của một đội đã reo thì chuông đội kia bị vô hiệu hóa.
5. Hệ thống máy bào công nghiệp: Điều khiển chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy bằng hai động cơ motor phải (MR) và motor trái (ML), đảo chiều tự động nhờ các cữ hành trình LSL, LSR.
6. Hệ thống máy ép ván tự động: Phối hợp hoạt động tuần tự giữa động cơ băng tải đưa phôi, cảm biến quang nhận diện vị trí ván gỗ, van ép thủy lực/khí nén và hệ thống cữ chặn hành trình ép.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập căn cứ trên mức độ chuẩn xác của phương trình logic, tính tối ưu của cấu trúc mã C và khả năng vận hành trơn tru của mạch phần cứng. Sinh viên tự học theo lộ trình: đọc hiểu phần cứng $\rightarrow$ giải bài tập logic $\rightarrow$ biên dịch mã C trên phần mềm $\rightarrow$ kiểm tra chẩn đoán lỗi phần cứng/phần mềm.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

So với các tài liệu giảng dạy vi điều khiển 8051 truyền thống (như AT89C51), giáo trình Vi điều khiển của Khoa Cơ Điện tử - Trường TCN KTCN Hùng Vương đưa vào dòng vi điều khiển P89V51RD2 với các đặc tính kỹ thuật nâng cao:

• Bộ nhớ Flash và công nghệ nạp ISP/IAP: Vi điều khiển P89V51RD2 tích hợp 64 kB bộ nhớ Flash hỗ trợ chế độ In-System Programming (ISP) do Philips phát triển, cho phép nạp chương trình trực tiếp qua cổng giao tiếp nối tiếp mà không cần tháo chip khỏi mạch để đưa vào bộ nạp song song chuyên dụng.
• Mở rộng bộ nhớ RAM: Dung lượng RAM được nâng cấp lên 1024 bytes (1 kB), bao gồm 256 bytes RAM nội và 768 bytes RAM mở rộng hướng ngoại (định địa chỉ từ 00H đến 2FFH), đáp ứng yêu cầu lưu trữ các mảng dữ liệu và chuỗi ký tự lớn trong truyền thông nối tiếp.
• Chế độ hoạt động Mode x2: Cho phép CPU hoạt động với tốc độ gấp đôi ở cùng một tần số thạch anh (1 chu kỳ máy chỉ tiêu tốn 6 chu kỳ xung nhịp thay vì 12 chu kỳ như kiến trúc 8051 chuẩn), giúp nâng cao hiệu năng xử lý thời gian thực.
• Tích hợp khối chức năng mở rộng: Bổ sung mảng đếm khả trình 5 kênh PCA (Programmable Counter Array) hỗ trợ phát xung PWM, chụp (capture) và so sánh (compare) 16-bit; tích hợp mạch giám sát sụt áp nguồn (Brownout Detect) và Watchdog Timer khả trình.

Về phương diện phần mềm, giáo trình chuyển dịch hoàn toàn từ lập trình hợp ngữ (Assembly) sang ngôn ngữ C cho vi điều khiển. Việc sử dụng các thư viện chuẩn như <reg52.h>, <intrins.h>, <stdio.h>, <math.h> giúp giảm thời gian viết mã, tối ưu hóa các phép toán số học dấu phẩy động và xử lý chuỗi phục vụ kết nối thiết bị.

---

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 chuyên ngành: Học sinh, sinh viên theo học trình độ Trung cấp, Cao đẳng và Đại học thuộc các ngành Kỹ thuật Cơ Điện tử, Tự động hóa công nghiệp, Kỹ thuật Điện - Điện tử, và Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển. Giáo trình phù hợp cho học phần Vi điều khiển, Lập trình nhúng cơ bản hoặc Thực hành Vi điều khiển ở năm thứ hai hoặc năm thứ ba.
• Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần Mạch điện tử cơ bản, Kỹ thuật số (hiểu rõ cổng logic, bảng chân lý, các hệ thống số nhị phân, thập lục phân) và Kiến thức nhập môn lập trình thuật toán.
• Giảng viên chuyên ngành: Tài liệu đóng vai trò là đề cương chuẩn để xây dựng bài giảng lý thuyết, giáo án thực hành xưởng và ngân hàng câu hỏi kiểm tra, đánh giá kỹ năng lập trình hệ thống nhúng.
• Kỹ thuật viên và người tự học: Là tài liệu tra cứu kỹ thuật cho các kỹ thuật viên vận hành bảo trì dây chuyền tự động, người làm dự án phần cứng cần tra cứu nhanh sơ đồ chân P89V51RD2, bảng mã ASCII, thứ tự ưu tiên toán tử C và giải thuật điều khiển I/O cơ bản.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được thiết kế cho sinh viên, học viên nghề và kỹ thuật viên thuộc các nhóm ngành Tự động hóa công nghiệp, Cơ Điện tử và Kỹ thuật Điện tử có nhu cầu học tập nguyên lý phần cứng và kỹ thuật lập trình vi điều khiển họ 8051/89V51 bằng ngôn ngữ C.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần nắm vững kiến thức cơ sở về điện tử số (cổng logic, mức điện áp TTL/CMOS, chuyển đổi hệ đếm Decimal, Binary, Hex, BCD), nguyên lý mạch điện tử cơ bản và tư duy giải thuật điều khiển cơ bản.

3. Điểm khác biệt so với các giáo trình vi điều khiển khác?

Giáo trình sử dụng vi điều khiển P89V51RD2 với chế độ Mode x2 và nạp ISP qua cổng nối tiếp. Toàn bộ bài tập ứng dụng không dùng ví dụ trừu tượng mà tập trung vào 6 mô hình công nghiệp thực tế (máy ép ván, máy bào, bơm nước, cửa tự động) với phương pháp tiếp cận từ phương trình logic sang code C.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học nên tuân thủ quy trình 3 bước:

1. Đọc hiểu cấu trúc phần cứng vi điều khiển P89V51RD2 và bảng tổ chức bộ nhớ ở Chương 0.
2. Tự viết phương trình đại số logic cho các bài toán công nghệ ở Chương 1 trên giấy trước khi đối chiếu với mã C mẫu.
3. Thực hành viết mã, biên dịch bằng phần mềm Keil C và nạp thử nghiệm lên kit vi điều khiển thực tế.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình cung cấp chi tiết sơ đồ nguyên lý mạch kết nối cổng Port qua vi mạch đệm 74LS245, cú pháp các thư viện chuẩn C51 (<reg52.h>, <intrins.h>, <stdio.h>, <math.h>) cùng mã nguồn mẫu hoàn chỉnh cho từng bài tập ứng dụng.

---

Kết luận

Giáo trình Vi điều khiển của Khoa Cơ Điện tử - Trường Trung cấp Nghề Kỹ thuật Công nghệ Hùng Vương là tài liệu học thuật hoàn chỉnh về cấu trúc phần cứng vi điều khiển P89V51RD2 và kỹ thuật lập trình C51 ứng dụng trong hệ thống tự động hóa.

Lộ trình học tập khuyến nghị xuyên suốt tài liệu gồm 4 giai đoạn: Nắm bắt kiến trúc phần cứng $\rightarrow$ Nắm vững đại số logic và biểu diễn dữ liệu $\rightarrow$ Sử dụng thành thạo cú pháp ngôn ngữ C và các thư viện chuyên dụng $\rightarrow$ Thiết kế giải thuật và lập trình điều khiển cho các quy trình công nghiệp. Người học có thể khai thác mở rộng tài liệu kết hợp cùng datasheet kỹ thuật của P89V51RD2 (Philips/NXP) và các công cụ biên dịch mô phỏng vi điều khiển để củng cố năng lực chuyên môn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 : HỆ TỐI THIỂU CỦA MÁY TÍNH I- Đại số biến logic: 1- Biến và hàm: Hàm là một quy luật mà qua đó ta xác định được biến thứ hai y từ biến x thứ nhất. Nếu giá trị của x không nhiều thì có thể biểu diễn bởi một bảng sau: Thí dụ: Hàm y  5 x 2  4 , với x = 0, 1, 2, 3, 4 thì Khái niệm này được mở rộng cho các biến không phải là số. Thí dụ: Gọi x là 3 màu của một đèn giao thông, và y là đáp ứng của người lái xe, ta có: 2- Biến logic: Một biến logic thỏa hai tính chất sau: - Chỉ có thể nhận được 1 trong 2 giá trị có thế có. - Hai giá trị nhận được phải mang tính loại trừ nhau.

6 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ Thí dụ: Nếu chỉ xét đèn xanh và đó, thì ta có: 3- Biểu diễn giá trị của biến logic bằng mức điện áp: Trong điện tử người ta thường biểu diễn giá trị của biến logic bằng các mức điện áp như sau: + Mức logic cho họ TTL: + Mức logic cho họ CMOS: 7 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ II- Hệ thống số và mã: (Number system and codes) 1- Mã thập phân: (Decimal number system) Trong hệ thập phân dùng 10 chữ số(digit) từ 0 đền 9 để diễn tả số lượng từ 0 đến 9, nếu số lượng lớn hơn 9 ta phải dùng số có nhiều con số nhưng phải theo quy ước về giá trị hang. Thí dụ: Còn gọi là hệ có cơ số 10, trong đó số mũ sẽ giảm dần về 0. - MSD: Most significant digit : Là số cao nhất. - LSD: Least significant digit : Là số thấp nhất.

Nếu có N số thập phân thì có 10 N số khác nhau để diễn tả con số từ 0 -> 10 N - 1 - N=2 thì có 10 2  100 số khác nhau từ 0 đến 99. - N=3 thì có 10 3  1000 số khác nhau từ 0 đến 999. 2- Mã nhị phân: (Binary number system) Là mã có cơ số 2, chỉ dùng hai con số 0 và 1 để diễn tả. Nếu diễn tả con số lớn hơn 1 người ta phải dùng nhiều con số nhưng phải theo quy ước về giá trị hang.

Thí dụ: - MSB: Most significant bit: bit cao nhất. - LSB: least significant bit: bit thấp nhất. - Một con số trong số nhị phân được gọi là 1 bit. 8 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - Số nhị phân 4 bit được gọi là 1 nipple (1001).

- Số nhị phân 8 bit được gọi là 1 byte (10011101). - Số nhị phân 16 bit (2 bytes) được gọi là 1 từ (word). Một số nhị phân n bit thì diễn tả được 2 n trạng thái từ (000…0) -> (111…1) - Số nhị phân 2 bit thì có 2 2  4 số khác nhau từ (00 ) 2 đến (11) 2 tương ứng từ 0 đến 3 thập phân. - Số nhị phân 4 bit thì có 2 4  16 số khác nhau từ (0000 ) 2 đến (1111 ) 2 tương ứng từ 0 đến 15 thập phân.

- Nếu muốn diễn tả số thập phân > 15 thì số nhị phân tương ứng phải có n>4 bit. + Đổi từ thập phân sang nhị phân: Bằng cách chia 2 liên tiếp và lấy phần dư: 3- Mã thập lục phân: (Hexadecimal number system) Còn gọi là mã Hex hay mã có cơ số 16, dùng 16 chữ số 0,1,2,…, 9, A, B, C, D, E, F để diễn tả. Thí dụ: 9 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ a- Đổi từ thập phân sang Hex: Chia 16 liên tiếp và lấy phần dư: b- Đổi từ Hex sang nhị phân: Dùng nhóm 4 bit để diễn tả: c- Đổi từ nhị phân sang Hex: Dùng nhóm 4 bit để diễn tả, nếu không đủ thì them 0 vào : d- Đếm trong hệ Hex: Sử dụng 16 chữ số từ 0 đến F và mỗi lần tăng 1: + 38, 39, 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 40, 41, 32. + 6F8, 6F9, 6FA, 6FB, 6FC, 6FD, 6FE, 6FF, 700.

4- Mã BCD: (Binary Coded Decimal) Là mã thập phân được mã hóa theo nhị phân, mã BCD dùng nhóm 4 bit để biểu diễn số thập phân từ 0 đến 9. + Đổi thập phân sang BCD: + Đổi BCD sang thập phân: 10 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ + Lưu ý: (01101100) không phải mã BCD do (1100) >9 BẢNG SO SÁNH CÁC MÃ III- Hệ tối thiểu máy tính: 1- Cấu trúc: Hệ tối thiểu máy tính gồm 4 phần chính sau : + Input Area: Các tín hiệu được nhận từ bên ngoài sẽ được lưu vào vùng này. + Output Area: Để lưu tạm các lệnh điều khiển ở đầu ra trước khi đưa đến các thiết bị ngoại vi. + CPU: Là đơn vị xử lý trung tâm, nơi sẽ xứ lý và thực thi chương trình.

+ memory: Là nơi lưu giữ chương trình điều khiển và các trạng thái nhớ trung gian trong quá trình thực thi chương trình. + Input Device: Là nút nhấn, công tắc, các loại cảm biến, Encoder,… + Output Device: Là Motor, Relay, Đèn… 11 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ + Các thiết bị là hệ tối thiểu như : uP, AVR, PIC, PLC, RTU, PC, IPC,DSP,PCI. 2- Cách định địa chỉ: Cấu trúc địa chỉ trong hệ tối thiểu: <Tiền tố><Địa chỉ Port>^<Địa chỉ bit> Đối với uP 8051 thì tiền tố luôn là chữ P, có 4 port thứ tự là P0 đến P1, mỗi port có 8 bit. Thí dụ : P0 = 0 ; Nghĩa là 8 bit của port 0 (từ 0 đến 7) đều bằng 0.

P1^3 = 0 ; Nghĩa là chỉ có bit 3 của port 1 bằng 0. IV- Các hàm logic cơ bản: 1- Hàm AND: + Phương trình điều khiển: y = AB + Ký hiệu: + Diển tả bằng mạch điện: Hai công tắc A và B nối tiếp nhau 12 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ + Diển tả bằng mạch điện tử: Hai diod và điện trở kéo lên R + Bảng sự thật: +Phát biểu: Hàm AND có ngỏ ra bằng 0 khi chỉ cần 1 ngỏ vào bằng 0 bất chấp ngỏ còn lại. Phát biểu này đúng cho trường hợp cổng AND có n ngỏ vào. +Công dụng : Hàm AND dùng để duy trì cho ngỏ ra bằng 0 bằng cách làm mất tác dụng ngỏ vào.

+ Chương trình C : y = (unsigned)A*(unsigned)B; hay y = A&B; 13 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ 2- Hàm OR: + Phương trình điều khiển: y = A+B + Ký hiệu: + Diển tả bằng mạch điện: Hai công tắc A và B song song nhau + Diển tả bằng mạch điện tử: Hai diod và điện trở kéo xuống R + Bảng sự thật: +Phát biểu: Hàm OR có ngỏ ra bằng 1 khi chỉ cần 1 ngỏ vào bằng 1 bất chấp ngỏ còn lại. Phát biểu này đúng cho trường hợp cổng OR có n ngỏ vào. 14 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ +Công dụng : Hàm OR dùng để duy trì cho ngỏ ra bằng 1 bằng cách làm mất tác dụng ngỏ vào. + Chương trình C : y = (unsigned)A+(unsigned)B; hay y = A|B; 3- Hàm NOT: + Phương trình điều khiển: y  A + Ký hiệu: + Diển tả bằng mạch điện: + Diển tả bằng mạch điện tử: + Bảng sự thật: 15 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ + Chương trình C : y = !A; V- Cấu trúc chương trình C: Cấu trúc chương trình C bao gồm 4 phần cơ bản: 1- Khai báo hàm thư viện.

2- Khai báo I/O, relay trung gian và các chân điều khiển. 3- Chương trình con (nếu cần). Thí dụ: Viết chương trình điều khiển một hệ thống có phương trình sau : Lamp = (start + Lamp)*(!stop) //Khai báo hàm thư viện.h> //Khai báo ngỏ vào. sbit start = P1^0; sbit stop = P1^1; //Khai báo ngỏ ra.

sbit Lamp = P2^0; //Khai báo ngỏ vào. sbit EN = P3^7; //Hàm main void main(void) { P2 = 0; //Gán trị đầu cho biến EN = 0; //Cho phép xuất ngỏ ra. while(1) { //Phương trình điều khiển Lamp = (start|Lamp)&(!stop); }} 16 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ VI- Các bài tập: + Sơ đồ phần cứng: - Port 1 có điện trở nối thấp để bình thường là 0 và tác động ở mức cao. - Port 2 được đệm qua 74LS245 và có chân cho phép OE.

+ Cách xây dựng phương trình điều khiển: - Xác định số ngỏ vào và ra của hệ thống, có bao nhiêu ngỏ ra thì có bấy nhiêu phương trình điều khiển cần tìm. - Liệt kê tất cả các điều kiện làm phương trình =1. - Liệt kê tất cả các điều kiện làm phương trình =0. - Xét các ngỏ ra cần duy trì nếu có.

Bài tập 1: Cho hệ thống bơm nước như hình vẽ, với nguyên tắc hoạt động như sau: - Bình thường van A đóng, van B mở. - Khi nhấn start van A = ON, van B = OFF. - Khi mực nước đầy (LSH = ON) thì hệ thống đảo trạng thái nghĩa là van A = OFF, van B = ON. - Khi mực nước thấp (LSL = ON) thì thì hệ thống trở về trạng thái ban đầu, nghĩa là van A = ON, van B = OFF.

- Quá trình cứ tuần tự tiếp diễn. 17 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ a- Xây dựng phương trình điều khiển. b- Viết chương trình C. + Giải: a-Phương trình điều khiển có dạng: den_do = (start + den_do)*(!stop); van_A = den_do*(!LSH * !Relay); // den_do là điều kiện van_A = ON van_B = (!van_A)*den_do; Relay = (LSH + Relay)*(!LSL); b-Chương trình C: #include<reg52.h> sbit start = P1^0; sbit stop = P1^1; sbit LSH = P1^2; sbit LSL = P1^3; sbit den_do = P2^0; sbit van_A = P2^1; sbit van_B = P2^2; sbit EN = P3^7; bit Relay ; 18 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ void main(void) { P2 = 0;P1 = 0; EN = 0; while(1) { den_do = (start | den_do)&(!stop); van_A = den_do&(!LSH & !Relay); van_B = (!van_A)&den_do; Relay = (LSH | Relay)&(!LSL); } } Bài tập 2: Cho hệ thống cảnh báo trong xe ô tô như hình vẽ.

Đèn báo sẽ sang khi: - Cửa ở vị trí ON trong khi công tắc khởi động ở vị trí ON. - Đèn pha ở vị trí ON trong khi công tắc khởi động ở vị trí OFF. a- Xây dựng phương trình điều khiển. b- Viết chương trình C.

19 TRƯỜNG TCN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÙNG VƯƠNG KHOA CƠ ĐIỆN TỬ + Giải: a- Phương trình điều khiển có dạng: Lamp = CK + Đ(!K) b-Chương trình C: #include<reg52.