Tóm Tắt Phần Cứng Vi điều Khiển 8051 - 123doc

CHƯƠNG 2: TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN 2.2 Các chân •Port 1 chân từ 1 ñến 8: Chỉ có một công dụng là xuất/nhập, ñể giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.. CHƯƠNG 2: TÓM TẮT PHẦN CỨ

GV LÊ TIẾN DŨNG

Bộ môn Tự ñộng hóa – Khoa ðiện

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

2.6 Dao ñộng và hoạt ñộng reset.

2.7 Truy cập bộ nhớ ngoài

NỘI DUNG CHƯƠNG 2

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.1 Tổng quát.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.1 Tổng quát.

6 6

5 5

5 5

Nguồn ngắt.

1 1

1 1

1 1

Cổng nối tiếp.

32 32

32 32

32 32

Số chân vào/ra

3 3

2 2

2 2

Bộ ñịnh thời.

256 256

128 128

128

128 Bytes

Bộ nhớ dữ liệu trên chip.

4K EPROM

8K ROM

4K ROM

4K ROM

4K ROM 0K

Bộ nhớ chương trình

trên chip.

8752 8052

8951 8751

8051 8031

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.2 Các chân

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.2 Các chân

•Port 0 (chân 32 ñến 39): Có 2 công dụng

Trong các thiết kế có tối thiểu thành phần, Port 0 ñược sử dụng làm nhiệm vụ xuất/ nhập.

Trong các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, Port 0 trở thành bus dữ liệu và bus ñịa chỉ ña hợp (byte thấp của bus ñịa chỉ).

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.2 Các chân

•Port 1 (chân từ 1 ñến 8): Chỉ có một công dụng là

xuất/nhập, ñể giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.

•Port 2 (chân từ 21 ñến 28): Có 2 công dụng, hoặc

làm nhiệm vụ xuất/nhập hoặc là byte ñịa chỉ cao của bus ñịa chỉ 16-bits cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn

256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.2 Các chân

• Port 3 (chân từ 10 ñến 17 ): Port 3 có hai tác dụng Nó làm nhiệm

vụ như một cổng xuất nhập thông thường Khi không hoạt ñộng xuất nhập, mỗi chân của port 3 ñều có một chức năng riêng.

ðiều khiển ñọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.2 Các chân

* Chân cho phép bộ nhớ ngoài /PSEN (chân 29):

Chân này thường ñược nối với chân cho phép xuất /OE (Output Entable) của EPRROM (hoặc của ROM) ñể cho phép ñọc các byte lệnh Tín hiệu /PSEN ở lôgic 0 trong suốt thời gian tìm nạp lệnh Các mã nhị phân của chương trình (opcode) ñược ñọc từ EPROM, qua bus dữ liệu và ñược chốt vào thanh ghi lệnh IE của

8051 ñể ñược giải mã Khi thực thi một chương trình trong ROM nội, /PSEN ở lôgic 1 (logic không tích cực).

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.2 Các chân

* Chân cho phép chốt ñịa chỉ ALE (chân 30):

Là tín hiệu xuất ra ñể giải ña hợp bus ñịa chỉ và bus dữ liệu

Trong 1/2 chu kỳ ñầu bộ nhớ, chân ALE xuất tín hiệu ñể chốt ñịa chỉ (byte thấp của bus ñịa chỉ 16 bit) vào thanh ghi ngoài khi ta sử dụng port 0 làm byte thấp ñịa chỉ Trong 1/2 chu kỳ bộ nhớ còn lại port 0

sẽ xuất/nhập dữ liệu Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/2 tần số của mạch dao ñộng bên trong chip vi ñiều khiển và có thể làm xung clock cho các phần còn lại của hệ thống.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.2 Các chân

Chân này ñược nối lên 5V khi thực thi chương trình

chương trình bộ nhớ ngoài Chú ý ñối với các chip không

có ROM nội /EA phải ñược nối ñất Các chip họ 8051 có EPROM còn nhận chân /ALE làm chân nhận ñiện áp cấp ñiện 12V cho việc lập trình EPROM nội

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.2 Các chân

Dùng ñể thiết lập lại trạng thái ban ñầu của hệ thống

hay gọi tắt là reset hệ thống khi ñược treo ở mức logic 1 ít

nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi ñộng lại hệ thống.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.3 Cấu trúc của port xuất nhập.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.3 Cấu trúc của port xuất nhập.

Sơ ñồ mạch tổng quát bên trong cho các chân của port xuất/nhập ñược cho như hình

vẽ ở slide tiếp theo Việc ghi ñến 1 chân của port sẽ nạp dữ liệu vào bộ chốt của port, ngõ

ra Q của bộ chốt ñiều khiển một transistor trường và transistor này nối với chân của port.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.3 Cấu trúc của port xuất nhập.

Lưu ý là ñiện trở kéo lên (pull up) sẽ không

bus dữ ñịa chỉ/dữ liệu ña hợp), do vậy một ñiện

trở kéo lên ở bên ngoài sẽ phải ñược cần ñến.

Giá trị của ñiện trở này phụ thuộc vào ñặc tính ngõ vào của thành phần ghép nối với chân của port.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.3 Cấu trúc của port xuất nhập.

-Internal bus :

Bus nội, giao

tiếp với CPU.

- P1.x latch : D

Flip-Flop, lưu

giữ giá trị của

chân

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.3 Cấu trúc của port xuất nhập.

Ghi giá trị 1 ra chân P1

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.3 Cấu trúc của port xuất nhập.

Ghi giá trị 0 ra chân P1

MOV P1,A ; ðặt P1 làm cổng vào bằng cách

ghi "1" vào tất cả các bit của cổng

D0: LSB - Bit có trọng số thấp nhất.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.4 Tổ chức bộ nhớ.

8051 có không gian bộ nhớ riêng cho

chương trình và dữ liệu Cả 2 bộ nhớ chương trình và dữ liệu ñều ñặt bên trong chip Tuy nhiên ta có thể mở rộng bộ nhớ chương trình

và bộ nhớ dữ liệu bằng cách sử dụng các chip nhớ bên ngoài với dung lượng tối ña là 64K cho bộ nhớ chương trình và 64K cho bộ nhớ

dữ liệu.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

Code Memory Data

Memory

EXTERNAL MEMORY ON-CHIP MEMORY

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

Không gian bộ nhớ nội

RAM nội bao gồm:

- Các dãy (bank) thanh

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.4 Tổ chức bộ nhớ.

1 Các dãy thanh ghi

32 vị trí thấp nhất của bộ nhớ dữ liệu bên trong của chip 8051 chứa các bank thanh ghi Các lệnh của 8051 hỗ trợ 8 thanh ghi từ R0

ñến R7 thuộc bank 0 ðây là bank thanh ghi mặc ñịnh sau khi reset hệ thống Các thanh ghi của bank 0 có ñịa chỉ từ 00H ñến 07H.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.4 Tổ chức bộ nhớ.

1 Các dãy thanh ghi

Lệnh sau ñây ñọc nội dung tại ñịa chỉ 05H vào thanh ghi chứa A:

MOV A , R5

Lệnh này là lệnh 1-byte dùng kiểu ñịnh ñịa chỉ thanh ghi.

Thao tác tương tự có thể ñược thực hiện với 1 lệnh 2-byte bằng cách dùng cách ñịnh ñịa chỉ trực tiếp:

MOV A 05H

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.4 Tổ chức bộ nhớ.

2 Vùng RAM ñịnh ñịa chỉ bit

8051 chứa 210 vị trí bit ñược ñịnh ñịa chỉ Trong ñó 128

bit chứa trong các byte ở ñịa chỉ từ 20H ñến 2FH (16byte)

và phần còn lại chứa trong các thanh ghi chức năng ñặc biệt.

Các bit có thể ñược set, xóa, AND, OR,… bằng một

lệnh Ngoài ra 8051 còn có các port xuất/nhập có thể ñịnh ñịa chỉ từng bit, ñiều này làm ñơn giản việc giao tiếp bằng phần mềm với các thiết bị xuất/nhập ñơn bit.

MOV A,28H ; ðọc cả byte

ORL A,#10000000B ; set bit

MOV 28B,A ; Ghi trở lại cả byte.

Bất kỳ vị trí nhớ nào trong vùng RAM ña mục ñích ñều có thể ñược truy xuất tự do bằng cách sử dụng các kiểu ñịnh ñịa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

+ Các thanh ghi của CPU:

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

+ Các thanh ghi ñiều khiển ngắt:

- IE : Interrupt Enable (Cho phép ngắt).

- IP : Interrupt Priority.

+ Các cổng vào/ra:

- P0, P1, P2, P3.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

+ ðiều khiển bộ ñịnh thời:

- TMOD : Timer Mode (Chọn mode ñịnh thời).

- TCON : Timer Control (ðiều khiển ñịnh thời).

- TH0 : Timer 0 hight byte (Byte cao của bộ ñịnh thời 0).

- TL0 : Timer 0 low byte (Byte thấp của bộ ñịnh thời 0).

- TH1 : Timer 1 hight byte (Byte cao của bộ ñịnh thời 1).

- TL1 : Timer 1 low byte (Byte thấp của bộ ñịnh thời 1).

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

+ ðiều khiển các hoạt ñộng nối tiếp:

- SCON : Serial Port Control.

- SBUF : Serial Data Register.

+ Thanh ghi ñiều khiển nguồn:

- PCON : Power Control.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

Thanh ghi A (Acc) :

Còn ñược gọi là thanh ghi chứa, là một thanh ghi quan trọng dùng ñể lưu trữ các toán hạng hoặc kết quả của phép tính.

ðộ dài: 8bit.

ðịa chỉ: E0H.

Thanh ghi B ñược dùng với thanh ghi A

ñể thực hiện các phép toán số học Khi thực hiện lệnh chia với thanh ghi A, số dư ñược lưu trữ ở thanh ghi B Ngoài ra thanh ghi B còn ñược dùng như một thanh ghi ñệm có nhiều chức năng.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

Từ trạng thái chương trình PSW

Cờ nhớ C (carry flag) có 2 công dụng:

- Trong các phép toán số học, C ñược set bằng 1 (C=1)

nếu có số nhớ từ phép cộng bit 7 hoặc có số mượn mang ñến bit 7 Nếu không, thì C = 0.

Ví dụ : A ñang có nội dung là FFH, thì lệnh: ADD A,#1

Sẽ làm cho thanh chứa A có nội dung là 00H và cờ C = 1.

- Nếu kết quả 4 bit lớn hơn 09H thì AC=1

- Nếu kết quả 4 bit dưới 09H thì AC=0

- Z = 0 khi thanh ghi A có giá trị khác 0.

- Z = 1 khi thanh ghi A có giá trị bằng 0.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

Từ trạng thái chương trình PSW

4 Các bit chọn dãy thanh ghi RS0, RS1

Các bit RS0 và RS1 dùng ñể chọn dãy thanh ghi tích cực Các bit này ñược xóa sau khi có thao tác

reset hệ thống và thay ñổi mức logic bởi phần mềm khi cần.

ðược sử dụng trong các phép toán cộng với các

số có dấu, với các phép không dấu cờ tràn OV ñược bỏ qua, ta không cần quan tâm ñến OV

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

Từ trạng thái chương trình PSW

4 Cờ tràn OV

Khi các số có dấu ñược cộng hoặc trừ, phần mềm

có thể kiểm tra bit tràn OV ñể xác ñịnh xem kết quả có nằm trong tầm hay không.

- Phép cộng hai số có dấu lớn hơn +127 thì OV=1

- Hoặc phép trừ hai số có dấu nhỏ hơn -127 thì OV=1

- Các trường hợp còn lại OV=0

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

Từ trạng thái chương trình PSW

4 Cờ chẵn lẻ

Bit chẵn lẻ P tự ñộng ñược set bằng 1 hay xóa bằng 0 ở

mỗi chu kỳ máy ñể thiết lập kiểm tra chẳn lẻ cho thanh ghi chứa A.

Số các bit 1 trong thanh ghi chứa A cộng với bit P luôn luôn là một số chẵn

Bit P ñược sử dụng nhiều ñể kết hợp với các chương trình xuất/nhập nối tiếp trước khi truyền hoặc sau khi nhận dữ liệu.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

Con trỏ SP (stack pointer)

Con trỏ stack SP là một thanh ghi 8 bit ở

ñịa chỉ 81H SP chứa ñịa chỉ của dữ liệu

hiện ñang ở ñỉnh stack.

Lệnh cất dữ liệu vào stack làm tăng SP

trước khi ghi dữ liệu và lệnh lấy dữ liệu ra

khỏi stack làm giảm SP.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

Con trỏ SP (stack pointer)

Nếu ta không khởi ñộng SP, nội dung mặc ñịnh của thanh ghi này là 07H Kết quả là thao tác cất vào stack ñầu tiên sẽ lưu dữ liệu vào vị trí nhớ có ñịa chỉ là 08H.

Như vậy nếu phần mềm không khởi ñộng SP, bank thanh ghi 1 (và có thể là 2,3) sẽ không còn hợp lệ vì vùng này ñược sử dụng làm stack.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

Con trỏ SP (stack pointer)

Các lệnh PUSH, POP sẽ cất dữ liệu vào

stack và lấy dữ liệu ra từ stack.

Các lệnh gọi chương trình con (ACALL, LCALL) và lệnh trở về (RET, RETI) cũng cất và phục hồi nội dung của bộ ñếm chương

trình PC (program counter) từ stack.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

Các thanh ghi ñiều khiển ngắt

Chip 8051 có một cấu trúc ngắt với 2 mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt

Các ngắt bị vô hiệu hóa sau khi reset hệ thống và sau

ngắt IE (Interrupt Enable register).

Mức ưu tiên ngắt ñược thiết lập qua thanh ghi ưu tiên ngắt IP (Interrupt Priority).

Cả 2 thanh ghi này ñều ñược ñịnh ñịa chỉ từng bit.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

Các thanh ghi port: P0 , P1 , P2 , P3

Tất cả các port ñều ñược ñịnh ñịa chỉ từng bit nhằm cung cấp các khả năng giao tiếp mạnh.

Thí dụ ta có một ñộng cơ nối qua một cuộn dây và một tranzistor nối tới bit 7 của port 1, ñộng cơ có thể ngưng hay chạy chỉ nhờ vào một lệnh ñơn của 8051:

SETB P1.7 -> Làm ñộng cơ chạy

Và CLR P1.7 -> Làm ñộng cơ dừng

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

Các thanh ghi ñiều khiển ñịnh thời/ñếm

Hoạt ñộng của bộ ñịnh thời ñược thiết lập bởi thanh ghi

TMOD (Timer Mode register) và thanh ghi ñiều khiển ñịnh

TCON

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

Các thanh ghi ñiều khiển port nối tiếp

Bên trong 8051 có một port nối tiếp ñể truyền thông

với các thiết bị nối tiếp như các thiết bị ñầu cuối hoặc modem, hoặc ñể giao tiếp với các IC khác có mạch giao tiếp nối tiếp.

Bộ ñệm SBUF lưu giữ dữ liệu truyền ñi và nhận về Các chế ñộ hoạt ñộng khác nhau ñược lập trình thông qua thanh ghi ñiều khiển port nối tiếp SCON

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.5 Các thanh ghi chức năng ñặc biệt (SFR).

Các thanh ghi ñiều khiển nguồn

Thanh ghi ñiều khiển nguồn PCON ( P ower

CON trol register ) không ñịnh ñịa chỉ bit

Các bit ñiều khiển nguồn, nguồn giảm PD

và nghỉ IDL , hợp lệ trong tất cả các chip họ MCS-51, nhưng chỉ hiện thực trong các phiên bản CMOS của họ MCS-51.

có ñiện áp là 2V Cần phải giữ cho VCC không thấp hơn sau khi ñạt ñược chế ñộ nguồn giảm và cần phục hồi VCC = 5V tối thiểu 10 chu kỳ dao ñộng trước khi RST ñạt mức thấp lần nữa.

(1) Mạch dao ñộng trên chip ngừng hoạt ñộng.

(2) Mọi chức năng ngừng hoạt ñộng.

(3) Nội dung của RAM trên chip ñược duy trì.

(4) Các chân port duy trì mức logic của nó.

(5) ALE và /PSEN ñược giữ ở mức thấp Chỉ ra khỏi chế ñộ này bằng cách reset hệ thống.

Các chân port ñược duy trì các mức logic của chúng ALE và

/PSEN ñược giữ ở mức cao.

Chế ñộ nghỉ kết thúc bằng cách cho phép ngắt hoặc bằng cách reset hệ thống Cả 2 cách này ñều xóa bit IDL.

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.6 Dao ñộng và hoạt ñộng reset.

chip nhưng vẫn cần có một ñồng

hồ ở bên ngoài ñể kích hoạt

(No Connect)

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

Reset

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.6 Dao ñộng và hoạt ñộng reset.

ðể thực hiện một lệnh thì cần một số chu kỳ xung nhịp của ñồng hồ Ở họ 8051, các chu kỳ ñồng hồ này ñược gọi là các

8051 phụ thuộc vào tần số của bộ dao ñộng thạch anh nối với

hệ thống 8051 Bộ dao ñộng thạch anh cùng với ñồng hồ trên chip cung cấp xung ñồng hồ cho 8051 Tần số của dao ñộng thạch anh thường nằm trong khoảng 4MHz ñến 30MHz phụ thuộc vào tốc ñộ chip và nhà sản xuất Thường ñược sử dụng nhất là bộ dao ñộng thạch anh tần số 11,0592MHz nhằm tương thích với cổng nối tiếp của IBM PC

CHƯƠNG 2:

TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN

2.6 Dao ñộng và hoạt ñộng reset.

kỳ dao ñộng thạch anh , bằng 1µs nếu tần số dao ñộng là 12MHz.

Một chu kỳ máy bằng: 12 * T với T = 1/f

12 * 1/12MHz = 1µ µ µs Hoặc 12 * 1/11,0592MHz = 1,085 µ µ µs

Giản ñồ thời gian của chu kỳ máy như ở sile tiếp theo.