Giáo Trình Vi Điều Khiển Nghề Điện Công Nghiệp Cao Đẳng

Giáo trình vi điều khiển nghề điện công nghiệp cao đẳng cung cấp kiến thức chuyên sâu, giúp sinh viên nắm vững kỹ năng cần thiết trong ngành.

• Tác giả: Hồ Văn Tịnh
• Trường học: Trường Cao Đẳng Cơ Giới Quảng Ngãi
• Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp
• Đề tài: Giáo Trình Vi Điều Khiển Nghề Điện Công Nghiệp Cao Đẳng
• Loại tài liệu: giáo trình
• Địa điểm: Quảng Ngãi

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. BÀI 1: SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN
• 2. BÀI 2: CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN 8051
• 3. BÀI 3: TẬP LỆNH VI ĐIỀU KHIỂN 8051
• 4. BÀI 4: BỘ ĐỊNH THỜI (TIMER)
• 5. BÀI 5: CỔNG NỐI TIẾP

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Vi Điều Khiển Nghề Điện Công Nghiệp

Giáo trình Vi Điều Khiển Nghề Điện Công Nghiệp Cao Đẳng là tài liệu quan trọng, cung cấp kiến thức cơ bản và chuyên sâu về vi điều khiển. Tài liệu này không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn trang bị kỹ năng thực hành cần thiết cho nghề nghiệp trong ngành điện công nghiệp. Việc hiểu rõ nội dung giáo trình sẽ giúp sinh viên tự tin hơn trong quá trình học tập và ứng dụng thực tiễn.

1.1. Nội dung chính của giáo trình vi điều khiển

Giáo trình bao gồm các phần như lịch sử phát triển, cấu trúc vi điều khiển, và các ứng dụng thực tiễn. Mỗi phần đều được thiết kế để sinh viên có thể dễ dàng tiếp cận và hiểu rõ hơn về vi điều khiển.

1.2. Mục tiêu đào tạo của giáo trình

Mục tiêu chính của giáo trình là cung cấp cho sinh viên kiến thức vững chắc về vi điều khiển, từ đó giúp họ có thể áp dụng vào thực tiễn trong ngành điện công nghiệp.

II. Vấn đề và Thách thức trong Giảng Dạy Vi Điều Khiển

Giảng dạy vi điều khiển trong ngành điện công nghiệp gặp nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ. Giáo viên cần cập nhật kiến thức mới để truyền đạt cho sinh viên. Ngoài ra, việc kết hợp lý thuyết và thực hành cũng là một thách thức lớn.

2.1. Khó khăn trong việc cập nhật công nghệ mới

Công nghệ vi điều khiển phát triển nhanh chóng, đòi hỏi giáo viên phải thường xuyên cập nhật kiến thức mới để giảng dạy hiệu quả.

2.2. Thực hành và lý thuyết cần được kết hợp

Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực hành là rất quan trọng, giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan và thực tế hơn về vi điều khiển.

III. Phương Pháp Giảng Dạy Hiệu Quả về Vi Điều Khiển

Để giảng dạy vi điều khiển hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực. Việc sử dụng mô hình thực hành, thảo luận nhóm và các công cụ hỗ trợ học tập sẽ giúp sinh viên tiếp thu kiến thức tốt hơn.

3.1. Sử dụng mô hình thực hành trong giảng dạy

Mô hình thực hành giúp sinh viên có cơ hội trải nghiệm thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng lắp ráp và lập trình vi điều khiển.

3.2. Thảo luận nhóm để tăng cường hiểu biết

Thảo luận nhóm giúp sinh viên trao đổi ý kiến, từ đó nâng cao khả năng tư duy và giải quyết vấn đề trong lĩnh vực vi điều khiển.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Vi Điều Khiển trong Ngành Điện Công Nghiệp

Vi điều khiển được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện công nghiệp, từ các thiết bị gia dụng đến các hệ thống tự động hóa trong sản xuất. Việc hiểu rõ ứng dụng thực tiễn sẽ giúp sinh viên có cái nhìn rõ hơn về nghề nghiệp tương lai.

4.1. Ứng dụng trong thiết bị gia dụng

Vi điều khiển được sử dụng trong nhiều thiết bị gia dụng như máy giặt, tủ lạnh, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm năng lượng.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống tự động hóa

Trong sản xuất, vi điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các dây chuyền sản xuất tự động, giúp tăng năng suất và giảm chi phí.

V. Kết Luận và Tương Lai của Vi Điều Khiển trong Ngành Điện Công Nghiệp

Vi điều khiển sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong ngành điện công nghiệp. Tương lai của vi điều khiển hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến và ứng dụng mới, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

5.1. Xu hướng phát triển của công nghệ vi điều khiển

Công nghệ vi điều khiển đang phát triển theo hướng tích hợp nhiều tính năng hơn, giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.2. Tầm quan trọng của việc đào tạo chuyên sâu

Đào tạo chuyên sâu về vi điều khiển sẽ giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết, từ đó đáp ứng tốt hơn yêu cầu của ngành điện công nghiệp.

Nội dung chính

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN (MÃ MÔ ĐUN: MĐ 24)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Lập trình vi điều khiển (mã số MĐ 24) được biên soạn bởi tác giả Hồ Văn Tịnh (Chủ biên) và ban hành lưu hành nội bộ theo quyết định của Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi, trực thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. Đây là tài liệu giảng dạy chuyên môn bắt buộc thuộc khối các môn học, mô đun chuyên môn nghề (mục II.2) trong chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng và Trung cấp (với tổng khối lượng toàn khóa gồm 114 tín chỉ, 2800 giờ).

Mô đun MĐ 24 có thời lượng 4 tín chỉ, tương đương 90 giờ đào tạo (bao gồm 32 giờ lý thuyết, 53 giờ thực hành/thí nghiệm và 5 giờ kiểm tra). Trong sơ đồ đào tạo nghề Điện công nghiệp, mô đun này được bố trí học sau các môn học cơ sở như Kỹ thuật điện tử (MĐ 12), Kỹ thuật xung – số, Kỹ thuật số (MĐ 19), và đóng vai trò kiến thức nền để học tiếp các mô đun chuyên sâu gồm Trang bị điện (MĐ 18), PLC (MĐ 21) cùng Kỹ thuật lập trình.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình được xác định cụ thể theo các chuẩn đầu ra:

• Về kiến thức: Trang bị kiến thức cơ bản về cấu trúc vi điều khiển họ 8051 (chuẩn A1) và giải thích nguyên lý hoạt động của các hệ thống điều khiển sử dụng vi điều khiển (chuẩn A2).
• Về kỹ năng: Đọc hiểu, kiểm tra, viết chương trình ứng dụng cho vi điều khiển (chuẩn B1) và vận hành các thiết bị, dây chuyền sản xuất có tích hợp vi điều khiển (chuẩn B2).
• Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện ý thức học tập, tính kỷ luật, giữ gìn vệ sinh công nghiệp và tuân thủ an toàn cho người lẫn thiết bị (chuẩn C1, C2).

Cấu trúc tài liệu được thiết kế theo hướng tích hợp lý thuyết và thực hành công nghiệp. Điểm đặc trưng của giáo trình là tiếp cận từ kiến trúc phần cứng cơ bản của vi điều khiển 8-bit họ MCS-51, phân tích chi tiết tổ chức bộ nhớ, tập lệnh hợp ngữ đến các khối chức năng ngoại vi như bộ định thời (Timer), cổng nối tiếp (UART) và hệ thống ngắt.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Chương trình giáo trình gồm 7 bài học được sắp xếp theo logic từ lý thuyết kiến trúc đến ứng dụng lập trình và phần mềm:

1. Bài 1: Sơ lược về lịch sử và hướng phát triển của vi điều khiển (2 giờ lý thuyết): Khái quát tiến trình từ transistor (1948), máy tính ENIAC (1946), vi mạch đầu tiên của Jack Kilby (1958) đến chip vi xử lý Intel (1974). Trình bày nguyên lý cấu tạo, sơ đồ khối vi điều khiển, phân biệt kiến trúc Von Neumann (dùng chung bus và không gian bộ nhớ cho dữ liệu/chương trình) với kiến trúc Harvard (tách biệt không gian nhớ và bus cho dữ liệu/chương trình), các lĩnh vực ứng dụng (dân dụng, công nghiệp, máy CNC) cùng xu hướng phát triển cấu trúc vi điều khiển 4-bit, 8-bit, 16/32-bit.
2. Bài 2: Cấu trúc vi điều khiển 8051 (13 giờ: 5 LT, 8 TH): Phân tích phần cứng chip 8051 với 4KB Flash ROM, 128 Byte RAM nội, 4 cổng I/O 8-bit (P0, P1, P2, P3), 2 bộ định thời 16-bit, giao tiếp nối tiếp và khả năng mở rộng không gian nhớ ngoài lên đến 64KB ROM / 64KB RAM. Phân tích chi tiết chức năng 40 chân IC: Port 0 (chân 32–39, đa hợp bus địa chỉ/dữ liệu A0–A7/D0–D7), Port 1 (chân 1–8), Port 2 (chân 21–28, byte cao địa chỉ A8–A15), Port 3 (chân 10–17, tích hợp các chân RXD, TXD, INT0, INT1, T0, T1, WR, RD). Giới thiệu các chân điều khiển PSEN (chân 29), ALE (chân 30), EA (chân 31), RST (chân 9), ngõ vào dao động XTAL1, XTAL2. Tổ chức RAM nội 128 byte (00H–7FH) gồm 4 bank thanh ghi R0–R7 (00H–1FH), vùng RAM định địa chỉ bit (20H–2FH gồm 128 bit), vùng RAM đa dụng (30H–7FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR (PSW, SP, DPTR, TMOD, TCON, SBUF, SCON, IE, IP, PCON). Phân tích mạch reset tự động RC và cơ chế giao tiếp bộ nhớ ngoài qua vi mạch chốt 74373.
3. Bài 3: Tập lệnh vi điều khiển 8051 (20 giờ: 7 LT, 12 TH, 1 KT): Giới thiệu 8 chế độ định địa chỉ: Định địa chỉ thanh ghi (Rn), Định địa chỉ trực tiếp (direct), Định địa chỉ gián tiếp qua con trỏ (@Ri), Định địa chỉ tức thời (#data), Định địa chỉ tương đối (offset 8-bit có dấu từ -128 đến +127 byte), Định địa chỉ tuyệt đối (lệnh 2 byte trong trang 2KB), Định địa chỉ dài (lệnh 3 byte trong không gian 64KB), Định địa chỉ chỉ số (@A+DPTR, @A+PC). Phân loại 5 nhóm lệnh hợp ngữ:
   • Nhóm lệnh số học: ADD, ADDC, SUBB, INC, DEC, MUL AB, DIV AB.
   • Nhóm lệnh logic: ANL, ORL, XRL, CLR, CPL, RR, RRC, RL, RLC.
   • Nhóm lệnh di chuyển dữ liệu: MOV, MOVX (truy xuất RAM ngoài), MOVC (truy xuất ROM ngoài), PUSH, POP, XCH, XCHD.
   • Nhóm lệnh xử lý bit: CLR, SETB, CPL, ANL, ORL, MOV tác động trực tiếp trên bit cờ Carry (C) và các bit từ 00H–7FH, 80H–FFH.
   • Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình: Lệnh nhảy không điều kiện (LJMP, AJMP, SJMP), lệnh nhảy có điều kiện (JZ, JNZ, CJNE, DJNZ), lệnh gọi chương trình con (LCALL, ACALL) và lệnh trở về (RET, RETI).
4. Bài 4: Bộ định thời (TIMER) (20 giờ: 7 LT, 12 TH, 1 KT): Nguyên lý hoạt động của Timer 0 và Timer 1 (16-bit). Các thanh ghi điều khiển TMOD (89H), TCON (88H), thanh ghi chứa giá trị đếm TH0, TL0 (8CH, 8AH), TH1, TL1 (8DH, 8BH). Bốn chế độ hoạt động: Chế độ 0 (định thời 13-bit), Chế độ 1 (định thời 16-bit), Chế độ 2 (tự động nạp lại 8-bit), Chế độ 3 (chia sẻ/tách bộ định thời). Đề cập Timer 2 của vi điều khiển 8052.
5. Bài 5: Cổng nối tiếp (10 giờ: 4 LT, 6 TH): Khối truyền thông nối tiếp dị bộ UART. Cấu tạo thanh ghi đệm SBUF (99H), thanh ghi điều khiển SCON (98H), bit nhân đôi tốc độ baud SMOD trong PCON (87H). Bốn chế độ hoạt động: Chế độ 0 (thanh ghi dịch 8-bit tốc độ cố định), Chế độ 1 (UART 8-bit tốc độ baud thay đổi qua Timer 1), Chế độ 2 (UART 9-bit tốc độ baud cố định), Chế độ 3 (UART 9-bit tốc độ baud thay đổi).
6. Bài 6: Ngắt (10 giờ: 3 LT, 7 TH): Hệ thống 5 nguồn ngắt của 8051 gồm 2 ngắt ngoài (INT0, INT1), 2 ngắt timer (Timer 0, Timer 1) và 1 ngắt cổng nối tiếp (RI/TI). Cơ chế quản lý qua thanh ghi cho phép ngắt IE (A8H), thanh ghi xác định mức ưu tiên ngắt IP (B8H) với 2 mức ưu tiên.
7. Bài 7: Phần mềm hợp ngữ (15 giờ: 4 LT, 8 TH, 3 KT): Kỹ thuật tổ chức chương trình, sử dụng các chỉ dẫn hợp ngữ (ORG, END, EQU, DB, DW), biên dịch và gỡ lỗi chương trình điều khiển hệ thống.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết cấu trúc máy tính & vi điều khiển: Nắm vững cấu trúc phần cứng hệ vi xử lý theo kiến trúc Harvard; phân biệt đường truyền dữ liệu và lệnh điều khiển; cơ chế chu kỳ máy (12 chu kỳ dao động thạch anh tương đương 1 chu kỳ máy = 1µs ở tần số 12MHz).
• Nguyên lý tổ chức bộ nhớ & đa hợp bus: Hiểu rõ cơ chế dồn kênh địa chỉ/dữ liệu trên Port 0 kết hợp vi mạch chốt ngoài 74373 thông qua tín hiệu điều khiển chốt ALE; phân vùng không gian bộ nhớ nội (RAM 128 byte, SFR) và mở rộng không gian nhớ ngoài lên đến 64KB.
• Mô hình thanh ghi và xử lý bit Boolean: Vận hành hệ thống thanh ghi đa năng R0–R7 thông qua 4 bank nhớ độc lập được điều khiển bởi bit RS1, RS0 trong thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW (D0H); nguyên lý hoạt động của bộ tích lũy A, thanh ghi toán học B, con trỏ ngăn xếp SP, con trỏ dữ liệu 16-bit DPTR.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận diện sơ đồ chân, kết nối phần cứng vi điều khiển họ MCS-51 với thạch anh dao động, mạch reset RC, bộ nhớ ngoài EPROM/RAM và các linh kiện ngoại vi; đo kiểm và phân tích tín hiệu trên các chân điều khiển PSEN, ALE, EA.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích thời gian thực thi của tập lệnh hợp ngữ (1 chu kỳ máy hoặc 2 chu kỳ máy); tính toán giá trị nạp cho các thanh ghi TH/TL để định thời chính xác hoặc tạo tốc độ baud chuẩn cho cổng nối tiếp; xác định thuật toán quét phím, hiển thị LED và điều khiển rẽ nhánh.
• Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Soạn thảo, biên dịch chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ Assembly; nạp mã máy vào ROM; kiểm tra và sửa lỗi mạch vi điều khiển trên các mô hình dạy nghề và hệ thống thiết bị máy công nghiệp.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định cụ thể phương pháp tổ chức dạy và học theo hướng tích hợp giữa lý thuyết và thực hành:

Phương pháp sư phạm đối với người dạy

• Giảng dạy lý thuyết: Sử dụng phương pháp dạy học tích cực gồm trình chiếu projector, thuyết trình ngắn, giảng dạy nêu vấn đề, hướng dẫn học viên đọc tài liệu kỹ thuật và đưa ra các bài tập phân tích cụ thể.
• Hướng dẫn thực hành: Giáo viên thực hiện phân chia nhóm nhỏ học viên; trực tiếp thao tác mẫu, hướng dẫn kỹ thuật và sửa sai tại chỗ cho người học trong quá trình lắp ráp mạch và viết code.
• Sử dụng học cụ: Ứng dụng các mô hình thực hành nghề điện - điện tử, mô hình mô phỏng hệ truyền động điện và các thiết bị điều khiển công nghiệp để minh họa bài học.

Hướng dẫn đối với người học

• Nhiệm vụ chuẩn bị: Người học phải nghiên cứu kỹ bài học và tài liệu tham khảo trước khi đến lớp; chuẩn bị đầy đủ dụng cụ học tập nghề điện.
• Tổ chức học nhóm: Thực hiện phương pháp tự học kết hợp thảo luận nhóm từ 2–3 người. Trưởng nhóm phân công nhiệm vụ nghiên cứu, các thành viên thảo luận, ghi chép và nộp báo cáo kết quả thực hành.
• Quy định chuyên cần: Học viên phải tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng mô đun (tối thiểu 63/90 giờ). Học viên vắng quá 30% số giờ tích hợp buộc phải học lại mô đun.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, cụ thể tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau:

• Điểm đánh giá quá trình (Trọng số 40%):
  • Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1): Hình thức viết, trắc nghiệm, hỏi miệng hoặc báo cáo (đánh giá các chuẩn A1, C1, C2), thực hiện sau 10 giờ học đầu tiên.
  • Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2): Gồm 3 bài kiểm tra viết hoặc thực hành (đánh giá chuẩn A2, B1, C1, C2), tổ chức sau 35 giờ học.
• Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%):
  • Tổ chức thi sau 90 giờ học; hình thức kết hợp vấn đáp và thực hành thao tác trực tiếp trên mô hình thiết bị (đánh giá toàn diện chuẩn A1, A2, B1, B2, C1, C2).
• Thang điểm: Tất cả điểm thành phần và điểm tổng kết mô đun được chấm theo thang điểm 10, tính toán theo trọng số và làm tròn đến một chữ số thập phân.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các nguyên lý kỹ thuật cốt lõi của họ vi điều khiển MCS-51 kết hợp với thực tiễn sản xuất công nghiệp:

• Cơ sở khoa học về công nghệ chế tạo bán dẫn: Phân tích sự tiến hóa từ công nghệ lưỡng cực (bipolar) sang công nghệ MOS mật độ tích hợp cao, và công nghệ CMOS với 2 transistor trường bổ túc giúp tối ưu hóa công suất tiêu thụ điện tĩnh.
• Làm rõ chi tiết giải pháp đa hợp bus: Trình bày giải pháp ghép nối phần cứng sử dụng tín hiệu chốt ALE (tần số bằng 1/6 tần số dao động thạch anh) phối hợp IC chốt 74373 để tách bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu trên 8 chân của Port 0, giúp tiết kiệm chân và đóng gói chip trong vỏ chuẩn 40 chân DIP.
• Khai thác bộ xử lý bit đơn độc lập: Làm nổi bật ưu thế xử lý logic Boolean của 8051 thông qua 128 bit định địa chỉ trực tiếp trong RAM nội (từ địa chỉ byte 20H đến 2FH) cùng các bit trong thanh ghi chức năng đặc biệt SFR, cho phép thực hiện trực tiếp các lệnh SETB, CLR, CPL, ANL, ORL, MOV trên từng bit mà không cần chuỗi lệnh "đọc – sửa – ghi" phức tạp.
• Gắn kết trực tiếp với thiết bị công nghiệp: Kiến thức lập trình ghép nối được thiết kế để phục vụ trực tiếp cho việc vận hành, sửa chữa bo mạch điều khiển khả trình, mạch điện tử công suất, hệ truyền động điện và dây chuyền tự động hóa trong các nhà máy, xí nghiệp.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Cấp độ đào tạo: Học viên, sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề ngành Điện công nghiệp.
• Điều kiện tiên quyết: Người học cần hoàn thành các môn học nền tảng gồm Linh kiện điện tử, Điện tử cơ bản, Kỹ thuật Điện tử (MĐ 12) và Kỹ thuật số (MĐ 19) để có kiến thức về logic số, cổng logic, mạch tích hợp và giản đồ xung.
• Ứng dụng đối với giảng viên: Sử dụng làm giáo trình chính khóa để biên soạn giáo án, phân bổ bài giảng lý thuyết (32 giờ), tổ chức hướng dẫn 53 giờ thực hành xưởng và xây dựng ngân hàng đề thi kiểm tra theo chuẩn đầu ra.
• Ứng dụng tự học và tham khảo: Làm tài liệu tham khảo cho các khóa bồi dưỡng ngắn hạn nghề điện, kỹ thuật viên bảo trì, công nhân kỹ thuật cần bổ túc kỹ năng lập trình, chẩn đoán và sửa chữa các khối điều khiển vi mạch trong thiết bị công nghiệp.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Điện công nghiệp, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho công nhân, kỹ thuật viên đang làm việc trong các nhà máy, xí nghiệp có sử dụng thiết bị điều khiển tự động.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học bắt buộc phải hoàn thành các mô đun kỹ thuật cơ sở trước đó gồm: Linh kiện điện tử, Mạch điện tử, Kỹ thuật điện tử (MĐ 12) và Kỹ thuật số/Kỹ thuật xung – số (MĐ 19) để nắm vững các hệ đếm nhị phân/hexadecimal, cổng logic và phần tử nhớ Flip-Flop.

3. Cấu trúc bộ nhớ của 8051 trong giáo trình có điểm gì đặc biệt?

Bộ nhớ của 8051 được xây dựng theo kiến trúc Harvard tách biệt giữa bộ nhớ chương trình (4KB Flash ROM nội, mở rộng tối đa 64KB ngoài qua tín hiệu PSEN) và bộ nhớ dữ liệu (128 byte RAM nội, mở rộng tối đa 64KB RAM ngoài qua tín hiệu RD/WR). RAM nội 128 byte được phân bổ khoa học thành 4 bank thanh ghi R0–R7 (00H–1FH), vùng định địa chỉ từng bit 128 bit (20H–2FH) và vùng RAM đa dụng (30H–7FH).

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Học viên cần tổ chức nhóm học tập từ 2–3 người; đọc kỹ lý thuyết kiến trúc phần cứng và tập lệnh trước buổi học; thực hành viết các đoạn mã ngắn cho 5 nhóm lệnh hợp ngữ; giải bài tập tính toán định thời Timer, thiết lập baud rate UART và làm quen với các sơ đồ ghép nối mạch ngoại vi.

5. Giáo trình sử dụng danh mục tài liệu tham khảo chính nào?

Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên các tài liệu chuyên khảo chuẩn mực trong nước, bao gồm:

1. Họ vi điều khiển 8051 – Tác giả Tống Văn On, Hoàng Đức Hải (NXB Lao động xã hội, 2005).
2. Lập trình bằng hợp ngữ – Tác giả Ngô Diên Tập (NXB Khoa học kỹ thuật, 1998).
3. Vi xử lý trong đo lường và điều khiển – Tác giả Ngô Diên Tập (NXB Khoa học kỹ thuật, 1999).
4. Kỹ thuật vi xử lý và máy tính – Tác giả Đỗ Xuân Thụ, Hồ Khánh Lâm (NXB Giáo dục, 2000).
5. Cấu trúc và lập trình vi điều khiển – Tác giả Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng (NXB Khoa học kỹ thuật, 2004).
6. Giáo trình vi xử lý và cấu trúc máy tính – Tác giả Ngô Diên Tập, Vũ Trung Kiên, Phạm Xuân Khánh, Kiều Xuân Thực (NXB Giáo dục, 2007).

---

Kết luận

Giáo trình Lập trình vi điều khiển (MĐ 24) do tác giả Hồ Văn Tịnh chủ biên tại Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi cung cấp cấu trúc kiến thức hoàn chỉnh về phần cứng họ vi điều khiển MCS-51 và kỹ thuật lập trình hợp ngữ phục vụ chuyên ngành Điện công nghiệp.

Tài liệu thiết lập lộ trình học tập logic qua 7 bài học tích hợp, kết nối chặt chẽ giữa phân tích kiến trúc vi mạch, tập lệnh 8051 với các bài thực hành thiết lập Timer, truyền thông nối tiếp và hệ thống ngắt. Hoàn thành mô đun này, người học được trang bị đầy đủ năng lực chuyên môn để tiếp tục các học phần nâng cao như Trang bị điện, Điều khiển lập trình PLC, Đồ án môn học và Thực tập tốt nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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: + 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. 20 - 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.

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 21 Hình 32-02-1 Sơ đồ khối 8051 1. Sơ đồ chân Hình 32-02-2 Sơ đồ chân 8051 * Port 0 22 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: 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 23 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.

Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt. Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động. Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong 8051.

* Ngõ tín hiệu EA\(External Access) Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 nối nguồn 5VDC (mức 1) hoặc nối GND (mức 0). Nếu ở mức 1, 8051 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 Kbyte. Nếu ở mức 0, 8051 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong 8051.

* Ngõ tín hiệu RST (Reset) Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 8051. Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện mạch tự động Reset. * Các ngõ vào bộ dao động X1, X2 Bộ dao động được tích hợp bên trong 8051, khi sử dụng 8051 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ.

Tần số thạch anh thường sử dụng cho 8051 là 12MHz. Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V. Cấu trúc bộ nhớ vi điều khiển 8051 24 Mục tiêu: - Biết được tổ chức các bộ nhớ trong vi điều khiển - Biết được địa chỉ của RAM đa dụng và các thanh ghi 2. Tổ chức bộ nhớ Hình 32-02-3 Tổ chức bộ nhớ 8051 Địa chỉ Địa chỉ Địa chỉ bit Địa chỉ bit Tên byte byte 7F FF.

D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW 30 B8 - - - BC BB BA B9 B8 IP 2F 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 2E 77 76 75 74 73 72 71 70 B0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P.3 2D 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 2C 67 66 65 64 63 62 61 60 A8 AF AC AB AA A9 A8 IE 2B 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 25 2A 57 56 55 54 53 52 51 50 A0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2 29 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 28 47 46 45 44 43 42 41 40 99 Không được địa chỉ hoá bit SBUF 27 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 98 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCO N 26 37 36 35 34 33 32 31 30 25 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 90 97 96 95 94 93 92 91 90 P1 24 27 26 25 24 23 22 21 20 23 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 8D không được địa chỉ hoá bit TH1 22 17 16 15 14 13 12 11 10 8C không được địa chỉ hoá bit TH0 21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 8B không được địa chỉ hoá bit TL1 20 07 06 05 04 03 02 01 00 8A không được địa chỉ hoá bit TL0 1F 89 không được địa chỉ hoá bit TMO D Bank 3 18 88 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCO N 17 87 không được địa chỉ hoá bit PCO Bank 2 N 10 0F 83 không được địa chỉ hoá bit DPH Bank 1 08 82 không được địa chỉ hoá bit DPL 07 81 không được địa chỉ hoá bit SP Bank thanh ghi 0 (R0.R7) 00 80 87 86 85 84 83 82 81 80 P0 Vùng Ram Thanh ghi đặc biệt Hình 32-02-4 Cấu trúc RAM nội của 8051 26 Bộ nhớ trong 8051 bao gồm Rom và Ram. Ram trong 8051 bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ định địa chỉ byte và bit, các băng thanh ghi và vùng các thanh ghi chức năng đặc biệt. 8051 có 4KByte bộ nhớ Rom nội. Với những thiết kế đòi hỏi dung lượng bộ nhớ, 8051 cho phép kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ liệu ngoài.

RAM đa dụng Trong vùng Ram từ địa chỉ 30 đến 7F đều có thể dùng chung mục đích sao chép và lưu trữ dữ liệu tạm thời. truy xuất dữ liệu tự do bằng các lệnh trực tiếp hoặc gián tiếp. RAM có thể truy xuất từng bit Vi điều khiển 8051 chứa 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó có 128 bit có chứa các byte có chứa các địa chỉ từ 20F đến 2FH và các bit còn lại chứa trong nhóm thanh ghi có chức năng đặc biệt. Ý tưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là các đặc tính mạnh của microcontroller xử lý chung.

Các bit có thể được đặt, xóa, AND, OR,. Đa số các microcontroller xử lý đòi hỏi một chuổi lệnh đọc – sửa - ghi để đạt được mục đích tương tự. Ngoài ra các port cũng có thể truy xuất được từng bit, 128 bit truy xuất từng bit này cũng có thể truy xuất như các byte hoặc như các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng. Các bank thanh ghi 32 byte thấp của bộ nhớ nội được dành cho các bank thanh ghi.

Bộ lệnh 8051 hổ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 đến R7 và theo mặc định sau khi reset hệ thống, các thanh ghi này có các địa chỉ từ 00H đến 07H. Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 sẽ ngắn hơn và nhanh hơn so với các lệnh có chức năng tương ứng dùng kiểu địa chỉ trực tiếp. Các dữ liệu được dùng thường xuyên nên dùng một trong các thanh ghi này. Có 4 bank thanh ghi có tên R0 đến R7 (khác nhau địa chỉ trực tiếp).

Để chuyển đổi việc truy xuất các bank thanh ghi ta phải thay đổi các bit chọn bank trong thanh ghi trạng thái. Các thanh ghi chức năng đặc biệt 27 Mục tiêu: - Biết được chức năng các thanh ghi đặc biệt - Biết được địa chỉ, ký hiệu các bit trong các thanh ghi đặc biệt 3.