Hình 2.3: Sơ đồ Khối Bộ Vi Xử Lý 8051 - Tài Liệu Text - 123doc

1. Trang chủ >
2. Công Nghệ Thông Tin >
3. An ninh - Bảo mật >

Hình 2.3: Sơ đồ khối bộ vi xử lý 8051

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.14 MB, 69 trang )

Chức năng các khối như sau:* Khối xử lý trung tâm:Đây là phần chính của bộ vi xử lý là khối xử lý trung tâm CPU(CentralProcessing Unit), đây là trái tim của hệ thống nó quản lí tất cả các hoạt động củahệ thống và thực hiện tất cả các thao tác trên dữ liệu. Hầu hết các CPU chỉ baogồm một tập các mạch logic thực hiện liên tục hai thao tác là: tìm nạp lệnh vàthực thi lệnh. CPU có khả năng hiểu và thực thi các lệnh dựa trên một tập các mãnhị phân, mỗi một mã nhị phân biểu thị một thao tác đơn giản. Các lệnh nàythường là các lệnh số học, lệnh logic, các lệnh di chuyển dữ liệu hoặc các lệnh rẽnhánh được biểu thị bởi một tập các mã nhị phân và được gọi là tập lệnh. Khốinày có chứa các thành phần chính sau:- Thanh ghi tích lũy (ký hiệu là A).- Thanh ghi tích lũy phụ(ký hiệu là B) thường được dùng cho phép nhânvà phép chia.- Khối logic số học ALU(Arithmetic Logical Unit).- Từ trạng thái chương trình PSW(Program Status Word).- Bốn băng thanh ghi.- Con trỏ ngăn xếp SP(Stack Point) cũng như con trỏ dữ liệu để định địachỉ cho bộ nhớ dữ liệu ở bên ngoài.Ngoài ra khối xử lý trung tâm còn chứa: Thanh ghi đếm chương trình PC,bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic. Các thanh ghi bên trong CPUcó vai trò hết sức quan trọng. Nhiệm vụ của nó là lưu trữ tạm thời các thông tin,một đơn vị số học ALU có nhiệm vụ thực hiện các thao tác trên thông tin này,một đơn vị giải mã lệnh và điều khiển có nhiệm vụ xác định thao tác cần thựchiện và thiết lập các hoạt động cần thiết để thực hiện thao tác.Việc tìm nạp một lệnh từ RAM hệ thống là một trong các thao tác cơ bảnnhất mà CPU thực hiện. Việc tìm nạp lệnh được thực hiện theo các bước sau:- Nội dung của PC được đặt lên bus địa chỉ- Tín hiệu điều khiển READ được xác lập (chuyển sang trạng thái tích cực).- Dữ liệu (opcode của lệnh) được đọc từ RAM và đưa lên bus dữ liệu.- Opcode được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong CPU.13- PC được tăng để chuẩn bị tìm nạp lệnh kế từ bộ nhớ.Giai đoạn thực thi lệnh bao gồm việc giải mã opcode và tạo ra các tín hiệuđiều khiển, các tín hiệu này điều khiển việc xuất nhập giữa các thanh ghi nội vớiALU và thông báo để ALU thực hiện thao tác đã được xác định. Do các thao táccó tầm thay đổi rộng, phạm vi cho các giải thích vừa nêu trên có phần bị giới hạnvà chỉ được áp dụng cho các thao tác đơn giản.Một chuỗi các lệnh được kết hợp để thực hiện một công việc có ý nghĩa đượcgọi là một chương trình hay phần mềm. Mức độ mà những công việc được thựchiện đúng và có hiệu quả phần lớn được xác định bởi chất lượng của phần mềm,không phải bởi sự phức tạp của CPU. Vậy thì các chương trình điều khiển CPUtrong khi làm việc đôi khi dẫn đến sai lầm, chính là do nhược điểm của ngườiviết chương trình.Sau khi được reset thì CPU bắt đầu làm việc ở địa chỉ 0000h, là địa chỉ đầuđược ghi trong thanh ghi chứa chương trình PC và sau đó thanh ghi này tăng lên1 đơn vị và chỉ đến các lệnh tiếp theo của chương trình.* Bộ tạo dao động:Khối xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung nhịp từ bộ tạo dao động được lắpthêm vào, linh kiện phụ trợ có thể là một khung dao động làm bằng tụ gốm hoặcthạch anh. Ngoài ra còn có thể đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài vào. Khisử dụng thạch anh thì tần số tối đa của thạch anh mà chúng ta phải chú ý đến là24MHz, thông thường chúng ta dùng thạch anh có tần số 11,0592MHz để làmgiảm thiểu tới mức tối đa những lỗi nhỏ nhất trong quá trình làm việc của nó.* Khối điều khiển ngắt:Chương trình đang chạy có thể dừng lại nhờ một khối logic ngắt ở bên trong.Các nguồn ngắt có thể là do các biến cố bên ngoài, sự tràn của bộ định thời / bộđếm, hay cũng có thể là giao diện nối tiếp. Các ngắt đóng một vai trò quan trọngtrong việc thiết kế và thực hiện các ứng dụng của bộ vi điều khiển. Các ngắt chophép hệ thống đáp ứng các sự kiện theo cách không đồng bộ. Tất cả các ngắt đềucó thể được thiết lập chế độ làm việc thông qua các hai thanh ghi sau:IE – Interupt EnableIP – Interupt Priority14Chương trình xử lý một ngắt được gọi là trình phục vụ ngắt ISR hay quản lýngắt. ISR được thực thi nhằm đáp ứng một ngắt và trong trường hợp tổng quátthực hiện việc xuất nhập đối với một thiết bị. Khi một ngắt xuất hiện việc thựcthi chương trình chính tạm thời bị dừng và CPU sẽ thực hiện rẽ nhánh đến trìnhphục vụ ngắt ISR. CPU sẽ thực thi ISR để thực hiện một công việc và kết thúcviệc thực thi này khi gặp lệnh “quay về từ một trình phục vụ ngắt”, chương trìnhchính lại tiếp tục tại nơi bị tạm dừng. Ta có thể nói chương trình chính được thựcthi ở phần nền, mức nền còn ISR được thực thi ở mức ngắt.Có 5 nguyên nhân tạo ra ngắt (gọi tắt là nguyên nhân ngắt) đối với 8051: haingắt do bên ngoài, hai ngắt do bộ định thời và một ngắt do port nối tiếp. 8052 cóthêm nguyên nhân ngắt thứ 6 do bộ định thời được thêm vào, bộ định thời thứba. khi ta thiết lập trạng thái ban đầu cho hệ thống, tất cả các ngắt đều bị vô hiệuhóa và sau đó chúng được cho phép riêng rẽ bằng phần mềm.Khi xảy ra hai hay nhiều ngắt đồng thời hoặc xảy ra một ngắt trong khi mộtngắt khác đang được phục vụ, ta có 2 sơ đồ xử lý các ngắt: sơ đồ chuỗi vòng vàsơ đồ hai mức ưu tiên.* Khối điều khiển và quản lý BUS:Các khối trong vi điều khiển liên lạc với nhau thông qua hệ thống bus nội bộvà được điều khiển bởi khối điều khiển và quản lý bus.Một bus là một tập các dây mang thông tin có cùng một mục đích. Việc truyxuất tới một mạch xung quanh CPU sử dụng 3 bus: Bus địa chỉ, bus dữ liệu vàbus điều khiển. Với mỗi thao tác đọc hoặc ghi CPU xác định rõ vị trí của dữ liệu(hoặc lệnh) bằng cách đặt một địa chỉ lên bus địa chỉ, sau đó tích cực một tínhiệu lên bus điều khiển để chỉ ra thao tác là đọc hay ghi. Thao tác đọc lấy mộtbyte dữ liệu từ bộ nhớ ở vị trí đã xác định và đặt byte này lên bus dữ liệu. CPUsẽ đọc dữ liệu và đặt dữ liệu vào một trong các thanh ghi nội của CPU. Với thaotác ghi , CPU xuất dữ liệu lên bus dữ liệu nhờ vào tín hiệu điều khiển bộ nhớnhận biết đây là thao tác ghi và lưu dữ liệu vào vị trí đã được xác định.Bus dữ liệu mang thông tin giữa CPU và bộ nhớ cũng như giữa CPU và cácthiết bị xuất nhập. Việc cố gắng nghiên cứu bao quát phần lớn được dùng vàoviệc xác định loại hoạt động làm mất nhiều thời gian thực thi đáng giá của máy15tính. Hiển nhiên là máy tính sử dụng đến 2/3 thời gian vào việc di chuyển dữliệu. Vì đa số các thao tác di chuyển dữ liệu xảy ra giữa một thanh ghi của CPUvới RAM và ROM ngoài, số đường (hay độ rộng) của bus dữ liệu rất quan trọngđối với hiệu suất tổng thể của máy tính. Giới hạn bởi độ rộng này có dạng cổchai: có thể có một lượng rất lớn bộ nhớ trong hệ thống và CPU có thể có khảnăng tính toán rất lớn nhưng việc truy xuất dữ liệu-di chuyển dữ liệu giữa bộnhớ và CPU thông qua bus dữ liệu thường bi nghẽn như cổ chai vì độ rộng củabus dữ liệu. Bus dữ liệu là bus hai chiều còn bus địa chỉ là bus một chiều. Cácthông tin địa chỉ luôn luôn được cung cấp bởi CPU trong khi dữ liệu di chuyểntheo cả hai hướng tùy thuộc vào thao tác được dự định là đọc hay ghi.Bus điều khiển là một hỗn hợp các tín hiệu, mỗi tín hiệu có một vai trò riêngtrong việc điều khiển có trật tự hoạt động của hệ thống. Theo lệ thường các tínhiệu điều khiển là các tín hiệu định thời được cung cấp bởi CPU để đồng bộ việcdi chuyển thông tin trên các bus địa chỉ và dữ liệu, mặc dù thường có ba tín hiệunhư là clock, read và write đối với việc di chuyển dữ liệu cơ bản giữa CPU vàbộ nhớ. Tên và hoạt động của các tín hiệu điều khiển phụ thuộc nhiều vào CPUcụ thể.* Các bộ đếm / bộ định thời (Timer/Counter):Một bộ định thời thường được sử dụng trong các bộ vi xử lý nói chung và bộvi điều khiển nói riêng là một chuỗi các flipflop với mỗi flipflop là một mạchchia hai, chuỗi này nhận một tín hiệu ngõ vào làm nguồn xung clock. Xungclock đặt vào flipflop thứ nhất, flipflop này chia đôi tần số xung clock. Ngõ racủa flipflop thứ nhất này sẽ trở thành nguồn xung clock cho flipflop thứ hai, vàcứ như thế…Vi điều khiển 8051 có chứa 2 bộ đếm /bộ định thời. Chúng có thể được dùngđếm thời gian tiến đến 16 bit hoặc dùng để định thời gian trong điều khiển, cóthể dùng để tạo bộ phát tốc độ Baud cho giao diện nối tiếp. Hai bộ định thờiTimer 0 và Timer 1 là các bộ định thời 16 bit nhưng do 8051 có cấu trúc 8 bitnên mỗi bộ định thời được truy cập dưới dạng 2 thanh ghi độc lập là byte cao vàbyte thấp. Tương ứng với mỗi bộ định thời đó là thanh ghi TH0, TL0, TH1, TL1.16Với 8051 nếu chúng ta muốn sử dụng bộ định thời chúng ta cần phải lập trìnhlên một thanh ghi được gọi là thanh ghi chế độ định thời TMOD, từ thanh ghinày chúng ta sẽ chọn sử dụng bộ định thời nào: Timer1 hay là Timer2. Thanhghi này được nạp một lần bởi phần mềm ở thời điểm bắt đầu của một chươngtrình để khởi động chế độ hoạt động của bộ định thời. Thanh ghi TCON là thanhghi điều khiển định thời nó được dùng bất hoặc tắt bộ định thời.Sau đây là hai hoạt động chính của bộ định thời trong 8051 được sử dụng, vàtất cả các họ 8051 đều sử dụng hai hoạt động này:+ Định thời một khoảng thời gian:Với hoạt động định thời thì nguồn xung clock của bộ định thời do mạch daođộng bên trong chip tạo ra. Một mạch chia 12 tầng được thêm vào để giảm tầnsố xung clock đến một giá trị xác định thích hợp với hầu hết các ứng dụng. Lúcnày bộ định thời được dùng để định thời trong một khoảng thời gian. Các thanhghi định thời TLx, THx đếm lên với tần số xung clock bằng 1/12 tần số củamạch dao động trên chip. Bộ định thời sẽ tràn sau một số xung clock cố định phụthuộc vào giá trị ban đầu nạp cho các thanh ghi định thời.+ Đếm sự kiện:Lúc này bộ định thời được cung cấp xung clock từ một nguồn tạo xung bênngoài. Trong đa số các ứng dụng, nguồn xung clock này cung cấp cho bộ địnhthời một xung dựa trên việc xảy ra một sự kiện-bộ định thời bấy giờ đếm sựkiện. Số các sự kiện được xác định trong phần mềm bằng cách đọc thanh ghiđịnh thời, giá trị 16 bit trong các thanh ghi này tăng theo mỗi sự kiện. Hai châncủa port 3 là P3.4 và P3.5 bây giờ trở thành ngõ vào xung clock cho các bộ địnhthời. Chân P3.4 là ngõ vào xung clock cho bộ định thời 0, còn chân P3.5 là ngõvào xung clock của bộ định thời 1.Trong các ứng dụng đếm sự kiện các thanh ghi định thời tăng mỗi khi xảy rachuyển trạng thái từ 1 xuống 0 ở ngõ vào T0 hoặc T1 (Tx). Ngõ vào Tx nàyđược lấy mẫu trong suốt thời gian S5P2 của mỗi một chu kỳ máy, vậy thì ngõvào sẽ ở mức cao trong một chu kỳ và mức thấp trong chu kỳ kế tiếp, số đếmđược tăng. Giá trị mới xuất hiện trong các thanh ghi định thời trong suốt thờigian S3P1 của chu kỳ tiếp theo chu kỳ phát hiện sự chuyển trạng thái. Từ đó ta17thấy phải mất 2 chu kỳ máy để nhận biết sự chuyển trạng thái từ 1 xuống 0, tầnsố cực đại của nguồn xung clock bên ngoài là 500KHz.Thạch anhOn chipOscillator÷12Chân T0hoặc chânT1TimerClock0= Up1= DownC/THình 2.4: Nguồn xung clock* Các cổng vào ra I/O:Vi điều khiển 8051 có bốn cổng vào/ra từ port 0 đến port 3, mỗi cổng chứa 8bit, độc lập với nhau. Các cổng này có thể được sử dụng cho những mục đíchđiều khiển rất đa dạng. Ngoài chức năng chung một số cổng còn đảm nhận thêmmột số chức năng đặc biệt khác.* Giao diện nối tiếp:Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ làmviệc độc lập với nhau. Bằng cách đấu nối các bộ đệm thích hợp, ta có thể hìnhthành một cổng nối tiếp RS-232 đơn giản. Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp cóthể đặt trong một vùng rộng phụ thuộc vào một bộ định thời và tần số dao độngriêng của thạch anh.18Bên trong chip 8051 có một port nối tiếp hoạt động ở một vài chế độ trênmột tầm tần số rộng. Chức năng cơ bản của port nối tiếp là thực hiện việcchuyển đổi dữ liệu song song thành nối tiếp khi phát và chuyển đổi dữ liệu từnối tiếp thành song song khi thu. Đặc trưng của port nối tiếp là hoạt động songcông nghĩa là có khả năng thu và phát đồng thời. Ngoài ra port nối tiếp còn cómột đặc trưng khác, việc đệm dữ liệu khi thu của port này cho phép một ký tựđược nhận và lưu trong bộ đệm thu trong khi ký tự tiếp theo được nhận vào. NếuCPU đọc ký tự thứ nhất trước khi ký tự thứ hai được nhận đầy đủ, dữ liệu sẽkhông bị mất.Hoạt động nối tiếp sử dụng đến hai thanh ghi chức năng đặc biệt SBUF vàSCON để truy xuất port nối tiếp. Bộ đệm của port nối tiếp SBUF có địa chỉ bytelà 99h, trên thực tế bao gồm hai bộ đệm. Việc ghi lên SBUF sẽ nạp dữ liệu đểphát và việc đọc SBUF sẽ truy xuất dữ liệu đã nhận được. Điều náy có nghĩa làta có hai thanh ghi riêng rẽ và phân biệt. Thanh ghi điều khiển port nối tiếpSCON có địa chỉ byte là 98h, là thanh ghi được định địa chỉ từng bit, nó có chứacác bit trạng thái và các bit điều khiển. Các bit điều khiển sẽ thiết lập chế độ hoạtđộng cho port nối tiếp còn các bit trạng thái chỉ ra sự kết thúc việc thu hoặc phátmột ký tự. Các bit trạng thái được kiểm tra bởi phần mềm hoặc được lập trình đểtạo ra ngắt.* Bộ nhớ chương trình:Bộ nhớ chương trình thường là ROM, bộ nhớ chương trình được sử dụng đểcất giữ chương trình điều khiển hoạt động của vi điều khiển. Bộ nhớ ROM cómột đặc trưng là không bị mất đi khi bị mất điện. Chương trình được ghi vàotrên ROM là do người sản xuất ghi vào chúng ta không thể can thiệp được vào.* Bộ nhớ số liệu:Bộ nhớ số liệu thường là bộ nhớ RAM, bộ nhớ số liệu dùng để cất giữ cácthông tin tạm thời trong quá trình vi điều khiển làm việc. Đây là bộ nhớ truyxuất ngẫu nhiên dung để lưu trữ chương trình trong quá trình làm việc. Nó sẽ bịmất dữ liệu khi mất điện.2.2.2. Tổ chức bộ nhớ của 8051.19

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• Sử dụng vi điều khiển 8051 để xây dựng mạch đo và điều khiển nhiệt độ của thiết bịi
  • 69
  • 1,073
  • 2
• Tài liệu Mì Viên Sốt Tương pptx
  • 3
  • 259
  • 0
• Tài liệu Mì Thập Cẩm docx
  • 3
  • 391
  • 1
• Tài liệu Chả giò sốt mayonnaise pptx
  • 3
  • 685
  • 0
• Tài liệu Chả Giò Phô Mai Hải Sản ppt
  • 3
  • 833
  • 2
• Tài liệu Chả giò bí đỏ pdf
  • 6
  • 387
  • 0
• Tài liệu Canh Tương Hạt pptx
  • 3
  • 261
  • 0
• Tài liệu Canh chua cá hú ppt
  • 3
  • 479
  • 0
• Tài liệu Canh bí đỏ bò viên docx
  • 3
  • 312
  • 0

Tải bản đầy đủ (.doc) (69 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(13.26 MB) - Sử dụng vi điều khiển 8051 để xây dựng mạch đo và điều khiển nhiệt độ của thiết bịi -69 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×