Bài giảng Thiết kế giao tiếp ngoại vi Giáo trình vi xử lý

t ấn, 4 tín hiệu vào dạng xung từ bên ngoài như các bộ encoder, ngoài ra còn có 6 đầu ra Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 3 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn xung, có đệm tầng khuyếch đại để điều khiển động cơ bước và động cơ 1 chiều. Ngoài ra người sử dụng có thể sử lựa chọn loại điện 5V hoặc 12V tùy theo loại động cơ bằng công tắc thay đổi nguồn cấp cho động cơ trên mạch. - LED 7 thanh : Là khối hiển thị LED 7 thanh, có thể dùng để hiển thị các giá trị theo chương trình của người sử dụng. - Khối LED Matrix (8x8) : Là một ma trận đèn LED gồm 8 hàng x 8 cột, tại mỗi điểm của ma trận LED có 2 đèn với 2 màu xanh và đỏ, nếu điều khiển cho sáng cùng lúc cả 2 đèn thì ta sẽ được màu cam. 4.2. THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 4.2.1. Chọn dung lượng bộ nhớ và thiết bị ngoại vi: Ta chọn các thành phần của bộ nhớ trên KIT bao gồm: - 8K-byte parallel (song song) EEPROM – chip sử dụng AT28C64. - 32K-byte RAM ngoài – chip sử dụng HM62256. - 5 chip 8255 mở rộng I/O để giao tiếp với các thiết bị sau: LCD – 24x8 ký tự Bàn phím 5x4 8 LED đơn 4 LED 7 đoạn LED ma trận 2 màu 8x8 Các bộ chuyển đổi ADC, DAC Vào ra xung số, các tầng khuyếch đại đệm để điều khiển động cơ bước, động cơ 1 chiều. 4.2.2. Giải mã địa chỉ: Ta sắp xếp bộ nhớ và địa chỉ của các thiết bị ngoại vi giao tiếp với KIT trong bảng 4.1 như sau: Bảng 4.1 Giải mã địa chỉ của các thiết bị ngoại vi Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 4 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Dựa vào bảng 4.1 trên ta có sơ đồ bộ nhớ cụ thể như bảng 4.2 sau: Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 5 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Nhìn vào các cột có màu xám trong bảng 4.2 trên ta có được cách phân công giải mã như sau: Ta sử dụng 3 chip giải mã chuyên dụng là vi mạch 74HC138 để phục vụ việc giải mã địa chỉ cho các chip nhớ cũng như các chip mở rộng I/O là 8255, đầu vào và ra của các chip giải mã được trình bày trong bảng sau: Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 6 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Đầu vào chọn chip CS (Chip Select) của các chip EEPROM, RAM, và 8255 như bảng sau: (*) Do yêu cầu thiết kế của bộ KIT, các chip nhớ RAM và EEPROM vừa phải có khả năng làm bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình nên các chân OE (Output Enable) của các chip nhớ này có logic như sau /OE = /PSEN * /RD. Để rõ hơn ta tìm hiểu kỹ về chức năng của chân /PSEN và EA trong ứng dụng mở rộng bộ nhớ ngoài của họ 8051. PSEN (Program Store Enable) có nghĩa là cho phép cất chương trình. Đây là tín hiệu ra và được nối với chân OE của bộ nhớ chương trình ngoài. Khi chân EA được nối đất thì 8031/51 nạp mM lệnh từ bộ nhớ ngoài thông qua chân PSEN, ở đây bộ nhớ ngoài đóng vai trò là bộ nhớ chương trình. Ngoài ra khi bộ nhớ ngoài làm chức năng là bộ nhớ dữ liệu thì tín hiệu RD được sử dụng để truy cập không gian dữ liệu ngoài (dùng lệnh MOVX), nên RD được nối đến OE của chip nhớ. Trong thiết kế phần mềm của KIT đòi hỏi cả 2 chức năng này của bộ nhớ, vừa là bộ nhớ chương trình, vừa là bộ nhớ dữ liệu do đó các chân OE của các chip nhớ phải có mức logic như trên /OE = /PSEN * /RD. 4.3. GIỚI THIỆU VỀ CÁC THÀNH PHẦN TRÊN CPU 4.3.1. IC AT89C52 Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 7 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Hình 4.2: Sơ đồ chức năng CPU Đây là phần điều khiển trung tâm của bộ KIT, là bộ phận quan trọng nhất. Khối CPU gồm có chip vi điều khiển chính AT89C52, EEPROM, RAM, mạch chốt, giải mã địa chỉ... Sơ đồ nguyên lý của khối CPU như hình . Các linh kiện chính có trong khối : - Vi điều khiển AT89C52 Với thực tế thị trường của nước ta nói chung ta chọn AT89C52 là chip dễ dàng mua được, bộ nhớ 8Kbyte vừa đủ cho chương trình MONITOR điều hành KIT. AT89C52 có 8K Flash ROM làm bộ nhớ chương trình, 256 byte RAM, 32 đường xuất nhập, 3 bộ định thời, một cấu trúc ngắt 2 mức ưu tiên và 8 nguồn ngắt, một port nối tiếp song công (full duplex). Timer T2 của 89C52 có thể làm việc như Timer T0, T1 trong chế độ Reload ngay cả ở lúc làm Timer 16 bit. Vùng nhớ Flash ROM có thể nạp và xóa khoảng 1000 lần. Vi điều khiển AT89C52 hỗ trợ tần số làm việc đến 24 MHz. Có chế độ Power Down để tiết kiệm điện năng của hệ thống tuy nhiên vẫn duy trì nội dung RAM nhưng không cho mạch dao động cấp xung clock nhằm vô hiệu hóa các hoạt động khác cho chip cho đến khi có reset cứng tiếp theo. Chế độ Idle hay còn gọi là chế độ nghỉ dừng CPU Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 8 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời/ đếm, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động. 4.3.2. Mạch chốt tín hiệu/ giải mã Chốt 74HC573 là mạch chốt tín hiệu tốc độ cao được chế tạo theo công nghệ CMOS. Các đặc điểm của vi mạch : Tốc độ truyền tín hiệu từ đầu vào sang đầu ra chỉ có 18 ns. Phạm vi điện áp hoạt động : 2 – 6 V. Dòng điện đầu v_o : lớn nhất 1 A. Hình 4.3: Sơ đồ lắp ráp Chốt 74HC573 và giải mã 74HC138 Hoạt động : Khi chân /LE ở mức cao, đầu ra Q phụ thuộc v_o đầu v_o D. Khi chân /LE ở mức thấp, tín hiệu đầu vào D được giữ lại ở đầu ra cho đến khi nào chân /LE trở lại mức cao. Khi chân /OE ở mức cao, tất cả các đầu ra Q đều ở mức cao. Mạch giải mã địa chỉ 74HC138. Đây là vi mạch được chế tạo theo công nghệ CMOS. Vi mạch này được dùng để giải mã địa chỉ khi hệ thống có nhiều linh kiện cần định địa chỉ ghép nối. Nó là một trong những vi mạch phổ biến nhất trong các mạch vi điều khiển. Các chân đầu ra đảo Yk phụ thuộc vào các chân tín hiệu đầu vào A, B, C. Tuy nhiên các tín hiệu địa chỉ chỉ được giải mã khi chân G1(E3) ở mức High, còn các chân /G2A(/E1), /G2B(/E2) ở mức Low. Bảng 4.4.chức năng của vi mạch như sau: Giải mã địa chỉ 74138: Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 9 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Do 8051 thiết kế cần quản lý nhiều thiết bị ngoại vi, nhiều ô nhớ, muốn làm được việc này người ta phải cung cấp cho mỗi ô nhớ và thiết bị ngoại vi tầm địa chỉ cho thiết bị đó. Vì vậy cần có mạch giải mã địa chỉ trong mạch điện. Người ta thường dùng IC giải mã 74HC138 với các ngõ ra được nối tới các ngõ vào chọn chip (CS\) trên các IC nhớ. Sau đây là sơ đồ chân, bảng sự thật và đặc điểm của 74138: INPUTS ENABLE SELECT OUTPUTS G1 G2 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 x H x x x H H H H H H H H L x x x x H H H H H H H H H L L L L L H H H H H H H H L L L H H L H H H H H H H L L H L H H L H H H H H H L L H H H H H L H H H H H L H L L H H H H L H H H H L H L H H H H H H L H H H L H H L H H H H H H L H H L H H H H H H H H H H L sơ lược về các chân: - Ngõ vào A,B,C là các chân ngõ vào số nhị phân 3 bit. C là bit có trọng số lớn nhất, A là bit có trọng số nhỏ nhất - Các chân ngõ ra: Yo → Y7, tích cực mức thấp. - Các chân điều khiển: G1,G2A, G2B. IC chỉ hoạt động giải mã khi các chân điều khiển đồng thời tích cực. G1 tích cực ở mức cao; G2A\ và G2B\ tích cực ở mức thấp Khi một trong 3 chân này không tích cực các ngõ ra từ Yo → Y7 ở mức cao. Giải đa hợp các đường dữ liệu và đường địa chỉ 74HC373: Khi dùng bộ nhớ ngoài, port 0 không còn là port IO thuần túy. Nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu nên dùng tín hiệu ALE và IC chốt để chốt byte thấp của bus địa chỉ khi bắt đầu mỗi chu kỳ bộ nhớ. Port2 cho byte cao của bus địa chỉ. Ơ đây chúng em dùng IC chốt 74373. Sơ đồ chân, đặc điểm và bảng trạng thái của 74373 Hình 4.4: Sơ đồ giải đa hợp của 74HC373 Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 10 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Bảng trạng thái: Output Control (OC) Enable G D OUTPUT L H H H L H L L L L x Q0 H x x HI-Z Đặc điểm _ 74LS373 gồm 8 D-FF có ngõ ra 3 trạng thái được điều khiển chốt và xuất dữ liệu bằng chân G và OC. Trong ứng dụng này chân G được nối với chân ALE của 8051, chân OC nối mass. _ là IC chốt 8 bit _ Các bộ đệm ngõ ra 3 trạng thái _ Tín hiệu điều khiển ngõ ra 3 trạng thái chung. Xếp chồng các vùng nhớ chương trình và dữ liệu bên ngoài: Vì bộ nhớ chương trình là Rom nên xảy ra vấn đề bất tiện khi phát triển phần mềm cho 8051 là tổ chức bộ nhớ như thế nào để có thể sửa đổi chương trình và có thể ghi trở lại khi nó được chứa trong bộ nhớ Rom. Cách giải quyết là xếp chồng các vùng dữ liệu và chương trình. Một bộ nhớ Ram có thể chứa cả chương trình và dữ liệu bằng cách nối đường OE\ của Ram đến ngõ ra cổng AND có 2 ngõ vào là PSEN\ và RD\. Sơ đồ mạch như hình sau cho phép bộ nhớ Ram có 2 chức năng vừa là bộ nhớ chương trình vừa là bộ nhớ dữ liệu. Vậy 1 chương trình có thể được tải vào Ram (bằng cách ghi nó như bộ nhớ dữ liệu) và thi hành chương trình (bằng cách truy xuất nó như bộ nhớ chương trình) 4.3.3. Bộ nhớ RAM 32K 62256 4.3.3.1. Vi mạch 62256 được dùng làm bộ nhớ dữ liệu ngoài cho các vi điều khiển. - A0 A14 : l_ 15 bit dùng để xác định địa chỉ của các vùng nhớ trong RAM. - /OE : Output Enable, cho phép đọc dữ liệu từ RAM ra Data Bus. - /WE : Write Enable, cho phép ghi dữ liệu vào RAM. - CS1, CS2 : Dùng để chọn chip. - D0 D7 : l_ các chân nối v_o Data Bus của hệ thống. Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 11 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Hình 4.5: Sơ đồ chân AT89C2051/ RAM 62256 4.3.3.2. SRAM 6264: là bộ nhớ được chế tạo theo công nghệ CMOS, có dung lượng 65536 bit được tổ chức thành 8192x8 bit (8KByte), điện áp cung cấp là +5V, thời gian truy cập khoảng 150ns. Ngõ vào/ra dữ liệu được dùng chung, các ngõ vào/ra này tương thích TTL. Công suất tiêu tán ở trạng thái chờ rất thấp chỉ khoảng 0,1mW so với khi hoạt động bình thường là 200mW. Hình 4.6: Sơ đồ chân SRAM 6264 Sơ đồ chân và sơ đồ logic của 6264: Mode \ Pin WE\ CE1\ CE2 OE\ Output x H x x Not Select x x L x Hi-Z Output Disable H L H H Hi-Z Read H L H L Dout Write L L H H Din Từ sơ đồ chân cho ta thấy cá chân được chia thành 4 nhóm: + Vcc, GND : chân nguồn Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 12 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn + Do đến D7 : chân dữ liệu + Ao đến A12 : chân địa chỉ + 4.3.4. Bộ nhớ EEPROM 4.3.4.1. EEPROM 8K 28C64: Đây là bộ nhớ không bay hơi có thể đọc và ghi được bằng chương trình như bộ RAM mà không cần sử dụng những mạch nạp chuyên dụng, nhưng có khả năng bảo vệ dữ liệu khi mất nguồn. - A0 A12 : là 12 bit dùng để xác định địa chỉ của các vùng nhớ trongEEPROM. - /OE : Output Enable, cho phép đọc dữ liệu từ EEPROM ra Data Bus. - /WR : Write Enable, cho phép ghi dữ liệu vào EEPROM. - /CE : Dùng để chọn chip. - D0 D7 : là các chân nối vào Data Bus của hệ thống. Ngoài các linh kiện chính đ3 kể ra ở trên, khối CPU còn có rất nhiều thành phần khác như mạch Reset của CPU, thạch anh 11.0592 MHz để tạo dao động cho vi điều khiển 89C52... Trong khối CPU có công tắc 3 trạng thái SW2 - Select cho phép người sử dụng thay đổi mức điện áp đặt lên chân EA của vi điều khiển chính để chọn thực hiện chương trình lưu ở bộ nhớ trong hay bộ nhớ ngoài. Một điều cần lưu ý trên mạch CPU là đầu ra P0 của vi điều khiển cần treo trở vì cổng P0 của vi điều khiển không được thiết kế có trở kháng trong. Nếu không treo trở thì khi nuôi tải lớn sẽ làm sụt áp trên các chân tín hiệu dẫn đến sự sai lệch tín hiệu, làm hệ thống mất chính xác. 4.3.4.2. EPROM 2764: là bộ nhớ chỉ đọc được chế tạo theo công nghệ NMOS, dùng một nguồn đơn +5V, dung lượng bộ nhớ là 65536 bit, được tổ chức thành 8192x8 bit (8KByte). 2764 là loại EPROM có thể xóa bằng tia cực tím và có thể ghi lại được nhiều lần. Có hai kiểu họat động: bình thường và chờ. Ở trạng thái chờ, công suất tiêu thụ là 132mW so với 525mW khi ở trạng thái đọc dữ liệu, thời gian truy xuất là 200ns. Sơ đồ chân và sơ đồ logic của 2764 như sau: WE, OE, CS1, CS2 : chân điều khiển Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 13 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Hình 4.7: Sơ đồ chân EPROM 2764 Mode (chế độ) CE\ OE\ PGM\ VPP Ra (Output) Đọc L L H Vcc Dout Chờ H x x Vcc Hi-Z Lập trình L x L Vpp Din Kiểm tra L L H Vpp Do ut Cấm lập trình H x x Vpp Hi-Z - EPROM có thể được lập bởi người lập trình sử dụng và nó cũng có thể xóa để lập trình lại khi nào muốn. -EPROM dùng trong mạch được chứa sẵn chương trình điều khiển, tức là chỉ xuất Data mỗi khi CPU tham khảo đến, do đó ta chỉ quan tâm đến chế độ đọc và chờ. Dựa vào các Mode hoạt động trên thì EPROM được điều khiển các chân sau: - PGM = 5 Volt (Vcc ) - OE\ nối chân PSEN của CPU - CE\ nối xuống CSO + Chế độ đọc (Read Mode ): Chế độ này được thiết lập khi CE\ và OE\ ở mức thấp, PGM ở mức cao. Có hai ngõ vào điều khiển dùng để truy xuất Data từ ROM là CE\ và OE\ dùng để kiểm soát ngõ ra Data, đưa Data lên Data bus. + Chế độ chờ (Stanby Mode ): Chế độ này làm giảm công suất tiêu thụ được thiết lập khi CE\ ở mức cao, ở chế độ này Data ở trạng thái trở kháng cao độc lập. 4.4. GIAO TIẾP XUẤT /NHẬP 4.4.1. Màn tinh thể lỏng LCD 2408 Để có thể hiển thị một cách thuận tiện, linh hoạt các thông số của hệ thống đồng thời đảm bảo được tính mỹ thuật, ta chọn màn hình tinh thể lỏng LCD 2408. Đây là loại màn Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 14 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn tinh thể lỏng gồm có 8 dòng, mỗi dòng có thể hiển thị 24 ký tự, rất tiện cho người sử dụng trong khi làm việc với KIT ở chế độ monitor. LCD 2408 có 4 chân điều khiển và 8 chân dữ liệu, 4 chân điều khiển là RS, R/W, E1, E2. Chân E1, E2: được gọi là chân “Enable”. Chân này cho phép gửi dữ liệu vào LCD hay không. E1 dùng chọn làm việc với 4 dòng trên của màn hình. E2 làm việc với 4 dòng dưới. Để có thể gửi dữ liệu vào LCD, đầu tiên chân này phải được set lên “1”. Sau khi thực hiện xong các lệnh, chân này phải set xuống “0” để báo cho biết rằng LCD đ3 thực hiện lệnh và đang chờ lệnh tiếp theo. Chân RS: “Register Select”. Khi chân này ở mức “0”, LCD sẽ biết rằng các dữ liệu truyền đến nó dùng để điều khiển như các lệnh xóa màn hình, đặt vị trí con trỏ, .... Nếu RS ở mức “1” các dữ liệu truyền đến LCD được nó hiểu là các dữ liệu dạng ký tự cần hiển thị. Chân R/W: l_ chân “Read/Write”. Để có thể ghi dữ liệu lên LCD, chân này phải ở mức “0”. Còn để đọc dữ liệu từ LCD thì chân này phải ở mức “1”. Tuy nhiên trong LCD chỉ có một lệnh đọc dữ liệu từ LCD, đó chính là lệnh lấy trạng thái của LCD để báo cho biết nó đang bận hay không. Chính vì vậy chân này hầu như chỉ ở mức tín hiệu “0”. DB0 - DB7: 8 chân dữ liệu của LCD. Mỗi lần thực hiện một lệnh, LCD phải mất một khoảng thời gian để hoàn tất việc này. Chính vì vậy khi ra lệnh thực hiện cho LCD, ta phải trễ một khoảng thời gian. Sau đó mới được thực hiện lệnh tiếp theo. Tuy nhiên phương pháp trễ không được ổn dịnh và chính xác khi tần số thạch anh thay đổi, còn một phương pháp nữa là phương pháp kiểm tra LCD đ3 sẵn sàng nhận dữ liệu hay chưa bằng cách kiểm tra bit có trọng số cao nhất - D7 - của thanh ghi lệnh (lưu ý là thanh ghi lệnh, tức khi RS = 0), khi bit này xuống 0 báo hiệu LCD đ3 sẵn sàng nhận lệnh tiếp theo. Phương pháp này có ưu điểm là làm việc ổn định, đồng bộ và không phải mất thời gian trễ dư ra không cần thiết. Để cho LCD có thể hoạt động, đầu tiên ta phải khởi tạo LCD, báo cho nó biết số hàng, số ký tự hiển thị trên một hàng. Các dữ liệu điều khiển lần lượt được chuyển vào Data Bus của LCD là 38H, 0EH, và 06H. Sau các lệnh khởi tạo LCD này ta mới có thể hiển thị ký tự lên trên màn hình LCD. Việc xóa màn hình, đưa con trỏ về góc trên bên trái có thể thực hiện được bằng các chuyển dữ liệu điều khiển 01H vào Data Bus của LCD. Các thao tác lập trình với LCD sẽ được bàn kỹ trong phần xây dựng các bài thí nghiệm cho KIT. Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 15 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Hình 4.8: Sơ đồ cấu trúc LCD Sau đây là bảng mã lệnh của LCD: Mã (Hexa) Lệnh đến thanh ghi của LCD 1 Xóa màn hình hiển thị 2 Trở về đầu dòng 4 Dịch con trỏ sang trái 5 Dịch con trỏ sang phải 6 Dịch hiển thị sang phải 7 Dịch hiển thị sang trái 8 Tắt con trỏ, tắt hiển thị A Tắt hiển thị, bật con trỏ C Bật hiển thị, tắt con trỏ E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ F Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ 10 Dịch vị trí con trỏ sang trái 14 Dịch vị trí con trỏ sang phải 18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái 1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải 80 Đưa con trỏ về đầu dòng thứ nhất (*) C0 Đưa con trỏ về đầu dòng thứ hai (*) 38 Hai dòng và ma trận 5x7 (*) Địa chỉ của các dòng cụ thể của LCD 2408 như sau Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 16 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Dòng 1 0080H Dòng 2 0098H Dòng 3 00B8H Dòng 4 00D8H LCD 2408 được phân làm 2 nửa màn hình và chân E1, E2 được dùng để chọn làm việc với các màn hình theo thứ tự 1, 2, mức tích cực của các chân này là mức "1". Cụ thể, ví dụ ta muốn in kí tự 'A' lên dòng 2 của nửa màn hình 2 (dưới) của LCD, ta thực hiện: - Đặt E1 =0, E2 = 1 - Chuyển sang thanh ghi lệnh: đặt RS=0 - Gửi m3 lệnh ra LCD: mov LCD_DATA_PORT, #DONG2 - Chuyển sang thanh ghi dữ liệu: đặt RS =1 - In kí tự 'A': mov LCD_DATA_PORT , #'A' Ví dụ : Hiện thị chữ chạy trên LCD ORG 0000h MOV A,#38H ; ACALL CSTROBE MOV A,#0EH ACALL CSTROBE MOV A,#01H ;clear LCD ACALL CSTROBE MOV A,#06H ACALL CSTROBE MOV A,#80H ACALL CSTROBE MOV DPTR,#MYDATA DONG1: CLR A MOVC A,@A+DPTR JZ THOAT ACALL DSTROBE INC DPTR SJMP DONG1 THOAT: MOV A,#18H ACALL CSTROBE ACALL DELAY100MS SJMP THOAT HERE: SJMP HERE CSTROBE: ACALL READY MOV P1,A CLR P3.0 ;RS=0: le^.nh CLR P3.1 SETB P3.2 CLR P3.2 DSTROBE: ;data strobe ACALL READY ; MOV P1,A ; SETB P3.0 CLR P3.1 SETB P3.2 ; CLR P3.2 ;E=0, cho^'t RET READY: SETB P1.7 CLR P3.0 ; SETB P3.1 BACK: CLR P3.2 SETB P3.2 ;E=1 JB P1.7,BACK ;cho RET DELAY100ms: MOV R2,#100 DL5: MOV R1,#250 DL4: NOP NOP DJNZ R1,DL4 DJNZ R2,DL5 RET ORG 250H MYDATA: DB "DAI HOC BACH KHOA HA NOI", 0 END Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 17 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Hình 4.9: Sơ đồ ghép nối LCD với 8051 4.4.2. Bàn phím Giao tiếp bàn phím cho phép người sử dụng có thể nhập dữ liệu và thông qua các phím chức năng điều khiển hoạt động của bộ KIT. Với yêu cầu của KIT, ta sử dụng bàn phím dạng ma trận để nhập dữ liệu. Để quản lý được các phím của bàn phím mà không làm ảnh hưởng nhiều tới quá trình thực hiện tính toán của vi điều khiển chính, ta sử dụng riêng một vi điều khiển loại nhỏ để quản lý bàn phím. Bàn phím được xây dựng theo kiểu ma trận, gồm 4 hàng x 5 cột. + 4 hàng được lấy từ các chân P1.0 - P1.3 của vi điều khiển + 5 cột được lấy từ các chân P1.4 P1.7 của vi điều khiển và cột cuối cùng nối đất. Tổ chức các phím gồm các phím từ 0 -9 từ A- F làm thành phần nhập dữ liệu. Các phím chức năng F1, F2 là phím lựa chọn các lệnh trên menu, phím BACK SPACE là phím xóa, giúp chỉnh sửa khi nhập liệu nhầm. Phím ENTER để kích hoạt lệnh hiện hành, tùy theo ngữ cảnh, được hiển thị trên LCD. Trên bộ KIT, bàn phím được dặt tách rời so với các phần Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 18 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn khác ở góc để thuận tiện cho việc thao táo vói bàn phím. Sơ đồ nguyên lý của bàn phím như hình 4.10: Hình 4.10: Sơ đồ ghép nối LCD với 8051 Ví dụ : Kiểm tra phím 4x4 TESTPHIM: KT_4PHIM_COT1: MOV A,#0FFH MOV P1,A CLR P1.4 ; noi dat cot 1 MOV A,P1 ANL A,#0FH ; kiem tra phim nhan CJNE A,#0FH,CO_PHIM_NHAN KT_4PHIM_COT2: MOV A,#0FFH MOV P1,A CLR P1.5 ; noi dat cot 2 MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,CO_PHIM_NHAN KT_4PHIM_COT3: MOV A,#0FFH MOV P1,A CLR P1.6 ; noi dat cot 3 MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,CO_PHIM_NHAN KT_4PHIM_COT4: MOV A,#0FFH MOV P1,A CLR P1.7 ; noi dat cot 4 MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,CO_PHIM_NHAN LJMP KET_THUC ; khong co phim nao CO_PHIM_NHAN: MOV A,P1 P0_C1: ; hang 1 cot 1 CJNE A,#11101110B,P1_C1 ; MOV A,#0 ;co phim C nhan MOV 50H,A ; LJMP KET_THUC P1_C1: ;hang 2 cot 1 CJNE A,#11101101B,P2_C1 ; MOV A,#1 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P2_C1: ;hang 3 cot 1 CJNE A,#11101011B,P3_C1 ; MOV A,#2 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P3_C1: ;hang 4 cot 1 CJNE A,#11100111B,P0_C2 ; MOV A,#3 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P0_C2: ;hang 1 cot 2 CJNE A,#11011110B,P1_C2 MOV A,#4 MOV 50H,A Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 19 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn LJMP KET_THUC P1_C2: ;hang 2 cot 2 CJNE A,#11011101B,P2_C2 ; MOV A,#5 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P2_C2: ;hang 3 cot 2 CJNE A,#11011011B,P3_C2 ; MOV A,#6 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P3_C2: ;hang 4 cot 2 CJNE A,#11010111B,P0_C3 MOV A,#7 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P0_C3: ;hang 1 cot 3 CJNE A,#10111110B,P1_C3 MOV A,#8 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P1_C3: ;hang 2 cot 3 CJNE A,#10111101B,P2_C3 MOV A,#9 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P2_C3: ;hang 3 cot 3 CJNE A,#10111011B,P3_C3 MOV A,#10 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P3_C3: ;hang 4 cot 3 CJNE A,#10110111B,P0_C4 ; MOV A,#11 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P0_C4: ;hang 1 cot 4 CJNE A,#01111110B,P1_C4 MOV A,#12 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P1_C4: ;hang 2 cot 4 CJNE A,#01111101B,P2_C4 MOV A,#13 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P2_C4: ;hang 3 cot 4 CJNE A,#01111011B,P3_C4 ; MOV A,#14 MOV 50H,A LJMP KET_THUC P3_C4: ;hang 4 cot 4 CJNE A,#01110111B,KET_THUC MOV A,#15 MOV 50H,A LJMP KET_THUC KET_THUC: RET 4.4.3. Vi mạch mở rộng cổng giao tiếp có thể lập trình 8255 Do 89C52 chỉ có 32 đường xuất nhập nên ta sử dụng 8255 - một vi mạch chuyên dụng của hãng Intel để mở rộng I/O của 89C52. Sau đây ta tìm hiểu kỹ về vi mạch này. Đây là vi mạch của hãng Intel dùng để mở rộng thêm các cổng giao tiếp cho các vi điều khiển cũng như các vi điều khiển. Nó được sử dụng rất rộng rãi trong các ứng dụng điều khiển bởi tính linh hoạt và độ ổn định hoạt động. Chip có 3 cổng A, B, C được truy cập riêng biệt. Các cổng này đều có khả năng lập trình làm cổng vào hoặc ra độc lập. Ngoài ra các cổng của 8255 còn có khả năng bắt tay, do vậy, cho phép giao diện với các thiết bị khác cũng có tín hiệu bắt tay, ví dụ như máy in. Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 20 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Hình 4.11: Sơ đồ chân 8255 - PA0 - PA7, PB0-PB7: Cả 8 bit của cổng A, B có thể được lập trình thành 8 bit vào, 8 bit ra, hoặc cả 8 bit 2 chiều vào/ra. - PC0 - PC7: Tất cả các bit của cổng C đều có thể được lập trình thành các bit vào hoặc các bit ra. 8 bit này cũng có thể được chia làm 2 phần: Phần cao (PC4- PC7) là CU (Uppers bits) và phần thấp (PC0 - PC3) là CL (Lower Bits). Mỗi phần có thể được sử dụng độc lập làm đầu vào hoặc ra. Ngoài ra, từng bit của cổng C từ PC0 - PC7 cũng có thể được lập trình riêng rẽ. - D0 D7: các chân dữ liệu D0-D7 của 8255 được nối tới các chân dữ liệu của bộ vi điều khiển để cho phép trao đổi dữ liệu giữa chúng. - RD, WR: Là hai tín hiệu điều khiển tích cực mức thấp và là các chân vào của 8255. Các chân tín hiệu của /RD /WR của 8031/51 được nối đến các chân này. - RESET: Là tín hiệu vào tích cực mức cao được dùng để xóa thanh ghi điều khiển. Khi chân RESET được kích hoạt thì tất cả các cổng được khởi động lại làm các cổng vào. Trong nhiều thiết kế thì chân này được nối tới đầu ra RESET của bus hệ thống hoặc được nối đất để không bị kích hoạt. Cũng như tất cả các chân vào của IC, chân này cũng có thể để hở. - A0, A1, /CS: /CS là chân chọn chip, còn A0, A1 cho phép chọn cổng. Các chân này được dùng để truy cập các cổng A, B, C hoặc thanh ghi điều khiển như trình bày ở bảng sau: Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 21 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Các chế độ l6m việc của 8255 Các cổng A, B, C của 8255 được dùng để nhập xuất dữ liệu, còn thanh ghi điều khiển thì được lập trình để chọn chế độ làm việc cho các cổng này. Các cổng của 8255 được lập trình theo các chế độ sau: - Chế độ 0 (Mode 0): Đây là chế độ vào/ra đơn giản. ở chế độ này, các cổng A, B, CL, CU có thể được lập trình làm đầu vào hoặc đầu ra. Nên nhấn mạnh rằng, ở chế độ 0 thì tất cả các bit hoặc làm đầu vào, hoặc làm đầu ra mà không thể điều khiển riêng rẽ từng bit như các cổng P0- P3 của 8051. Vì các ứng dụng liên quan đến 8255 chủ yếu sử dụng chế độ này và KIT cũng chỉ sử dụng chế độ này nên chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn. - Chế độ 1 (Mode 1): ở chế độ này, cổng A ,B có thể dùng làm cổng vào/ ra hai chiều với khả năng bắt tay. Tín hiệu bắt tay được cấp bởi các bit của cổng C. - Chế độ 2 (Mode 2): ở chế độ này, cổng A có thể được dùng làm cổng vào/ra hai chiều với khả năng bắt tay, tín hiệu bắt tay được cấp bởi các bit cổng C. Cổng B có thể được dùng như ở chế độ vào/ ra đơn giản hoặc ở chế độ bắt tay Mode 1. - Chế độ BSR: Đây là chế độ thiết lập / xóa bit (Bit Set/Reset). ở chế độ này chỉ có những bit riêng rẽ của cổng C có thể lập trình được. Lập trình chế độ vào ra đơn giản Hãng Intel gọi chế độ 0 là chế độ vào / ra cơ sở. Một thuật ngữ khác được sử dụng hổ biến đó là vào ra đơn giản. ở chế độ này thì bất kì công A, B, hay C để thể được lập trình làm cổng vào hoặc ra riêng rẽ. Tuy nhiên một cổng không thể đồng thời vừa là đầu vào lại vừa là đầu ra. Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 22 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Ví dụ: để đọc port A vào thanh chứa : MOV DPTR, #0102H ; DPTR trỏ đến port A của 8255 MOVX A, @DPTR ; đọc port A vào ACC Ví dụ: để cấu hình port B xuất còn các port A và C vẫn lầm nhiệm vụ nhập: MOV DPTR, 0100H ; thanh ghi lệnh điều khiển của 8255 MOV A, #00000010B ; port B xuất MOVX @DPTR, A ; khởi động 8255 Vì dòng ra các port của 8255 rất nhỏ (lớn nhất là port A khoảng 5mA) nên cần có IC đệm dòng để nâng dòng lên đủ kéo cho led sáng. Chọn IC đệm 74245, sau đây là sơ đồ chân, bảng trạng thái của 74245. Sơ đồ chân và sơ đồ logic của 74245 như sau: Ví dụ : giao tiếp với 8255: INCLUDE 89C51.MC ORG 0000H MOV DPTR,#0F300H MOV A,#89H MOVX @DPTR,A MOV R0,#00H OUT_LED: MOV A,#0FFH MOV DPTR,#0F000H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#0F100H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#TABLE MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0F000H MOVX @DPTR,A INC R0 MOV DPTR,#TABLE MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0F100H MOVX @DPTR,A LCALL DELAY INC R0 CJNE R0,#10,OUT_LED MOV R0,#00H SJMP OUT_LED DELAY: MOV R7,#50 Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 23 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn LOOP1: MOV R6,#30 LOOP2: DJNZ R6,LOOP2 DJNZ R7,LOOP1 RET TABLE: DB 07FH,01H,49H,02hH,49H,04H,49H,08 H,36H,10H END Hình 4.12: Sơ đồ chân IC đệm 74245 Tuy nhiên dòng ra lớn nên phải dùng thêm điện trở hạn dòng từ mỗi ngõ ra (B1 _ B8) của 74245 4.4.4 Khối v+o/ra ADC, DAC Hình 4.13: Sơ đồ ghép nối ADC/DAC Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 24 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn ADC0809 Hình 4.14: Sơ đồ chân ADC 0809 ADC0809 là vi mạch chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số 8 bit. Vi mạch này được chế tạo theo công nghệ CMOS. Bộ chuyển đổi tương tự số này sử dụng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ. Sai số của phép chuyển đổi là 1 bit. Tuy nhiên do yêu cầu về độ chính xác của tín hiệu trong bộ KIT không quá cao nên sai số như trên là chấp nhận được. Sau đây là một vài đặc điểm của vi mạch ADC0809 : - Nguồn nuôi 5 V. Dải tín hiệu lối vào tương tự 5V khi nguồn nuôi là +5V. Có thể mở rộng thang đo bằng các giải pháp kỹ thuật cho từng mạch cụ thể. - Dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển vì đầu ra có bộ đệm 3 trạng thái nên có thể ghép trực tiếp vào kênh dữ liệu của hệ vi điều khiển. - Tổng sai số chưa chỉnh 1/2 LSB. - Thời gian chuyển đổi 100 s . - Tần số xung clock 10kHz – 1028 kHz. - Đảm bảo sai số tuyến tính trong dải nhiệt độ từ –400C 850C. Chức năng của các chân của ADC0809 : - IN0 – IN7 : 8 chân đầu vào tương tự. - A, B, C : các chân tín hiệu chọn kênh. - Các chân D0 D7 : là các đầu ra số. Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 25 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn - ALE : chân tín hiệu cho phép chốt số liệu đầu vào. - Start : xung cho phép bắt đầu chuyển đổi. - Clk : đầu vào cung cấp xung clock cho ADC - Ref(+) : điện áp vào chuẩn +5v - Ref(-) : điện áp vào chuẩn 0 - OE : Chân cho phép xuất dữ liệu đ3 chuyển đổi ra DataBus. - EOC : Cho biết quá trình chuyển đổi đ3 kết thúc. - Vcc: nguồn cung cấp Hoạt động của ADC0809 : Đầu tiên ta phát tín hiệu vào 3 chân A, B, C để chọn cổng vào tương tự. Để bắt đầu cho ADC0809 hoạt động, ta phát xung vào chân Start. Tiếp tục phát xung ALE để chốt dữ liệu tương tự đầu vào. Sau khi quá trình chuyển đổi tương tự – số đã diễn ra xong. ADC0809 sẽ tự phát ra một xung trên chân EOC để báo cho biết đã kết thúc quá trình chuyển đổi. Để dữ liệu được đưa ra các chân D0 D7, ta phát một xung vào chân OE của ADC0809. Bây giờ có thể đọc dữ liệu được. Trong mạch nguyên lý của khối vào/ra ADC-DAC, ADC0809 được điều khiển bởi 2 cổng của 8255. Cổng PA của 8255 được nối với các chân ra số của ADC, còn việc phát xung điều khiển ADC được thực hiện bởi 4 bit thấp của cổng PC. Ví dụ: sử dụng ADC 0809 in_port equ 30h count equ 31h Out_enable bit P3.7 Start bit P3.6 ORG 0000h ; LJMP MAIN ORG 0030H ; MAIN: ; Khoi tao cac gia tri ban dau MOV P1,#0FFH ; MOV P3,#0FFH MOV DPTR,#LED7SEG SETB P0.0 SETB P0.1 SETB P0.2 SETB P0.3 CLR Start CLR Out_enable MOV 40H,#C6H MOV 41H,#9CH ; Ky tu do mov R6,#0 mov count,#10 acall send_start acall read_0809 BACK: acall send_start acall read_0809 next: ; LCALL DISPLAY ; SJMP BACK ; read_0809: setb out_enable mov A,P1 LCALL BIN2BCD clr out_enable ret Read_ADC0809: nop HERE: JB P3.2, HERE setb out_enable ; nop nop MOV A,P1 ; Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 26 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn LCALL BIN2BCD clr out_enable ret LM555: Đây là vi mạch dùng để tạo xung clock cho ADC0809. Vi mạch này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cần tạo ra xung vuông có tần số thay đổi. Dưới đây là sơ đồ khối và cách làm việc của IC này. Hình 4.15: Sơ đồ cấu trúc LM555 Trong phần chuyển đổi ADC, DAC ngoài đầu vào tín hiệu tương tự bằng các biến trở vi chỉnh, trên KIT còn trang bị một cảm biến nhiệt độ, họ LM35. Đây là họ cảm biến nhiệt, mạch tích hợp, chính xác cao, có điện áp đầu ra tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ C. Họ cảm biến này không yêu cầu căn chỉnh ngoài vì vốn nó đã được căn chỉnh. Họ này cho điện áp ra 10mV ứng với thay đổi nhiệt độ là 10C. DAC0808 : là vi mạch chuyển đổi tín hiệu từ số sang tương tự có độ chính xác 8 bit. Tín hiệu tương tự là dòng (Iout) và nếu nối điện trở tới chân Iout thì kết quả sẽ được chuyển thành điện áp. Dòng tổng được cấp bởi chân Iout là một hàm số nhị phân của các đầu vào D0 – D7 của DAC0808 và được tính theo Iref như sau: Dòng đầu vào IREF phải được áp vào chân 14. Dòng IREF thường đạt giá trị 2mA. Nếu IREF = 2mA, còn tất cả đầu vào nối với mức cao thì dòng điện cực đại ở đầu ra là 1.99mA. Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 27 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Chuyển IOUT sang điện áp ở DAC0808. Nếu nối điện trở tới chân IOUT thì dòng được chuyển thành điện áp và có thể kiểm tra đầu ra bằng máy hiện sóng. Tuy nhiên, như vậy sẽ làm giảm độ chính xác do bị thay đổi trở kháng vào của tải. Vì vậy dòng IREF cần được cách ly bằng cách dùng khuyếch đại thuật toán, ví dụ như HA17741 với điện trở hồi tiếp Rf = 5 K. Chức năng các chân : - A1 A8 : Các đầu vào số - VR+ : Điện áp chuẩn dương - VR- : Điện áp chuẩn âm - V- (VEE) : Điện áp so sánh hiệu chỉnh - V+ : Điện áp nguồn cung cấp - COMP : Chân tín hiệu so sánh - IOUT : Dòng ra dương - /IOUT : Dòng ra âm Sau đây là mạch ứng dụng phổ biến nhất của ADC0808 : Hình 4.16: Sơ đồ chuyển đổi ADC 4.4.5 Khối vào/ra xung số, điều khiển động cơ bước Động cơ bước: Thực hiện việc chuyển các xung điện thành các bước quay mịn của motor. Do có sự tương ứng 1-1 giữa xung điện điều khiển và bước quay của motor nên động cơ bước có độ chính xác dịch chuyển cao. Vì vậy động cơ bước thường được sử dụng trong các thiết bị toạ độ chính xác như cánh tay robot, máy in, máy vẽ, thiết bị khoa học... Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của động cơ bước được trình bày như sau : Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 28 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Như hình vẽ trên là loại động cơ bước loại nam châm vĩnh cửu. Roto làm bằng nam châm vĩnh cửu còn các cuộn dây được quấn trên stato. Bước góc của rôto là 900. Động cơ có 4 cực được đặt ở vị trí đối diện nhau từng cặp một, gồm X, X và Y ,Y . Tuỳ thuộc vào chiều dòng điện chạy qua các cuộn dây mà từ trường của stato sẽ có một hướng nhất định. Do đó roto sẽ được định vị chính xác. Việc thay đổi thứ tự chiều dòng điện chạy qua các cuộn dây theo một trình tự nhất định sẽ điều khiển được động cơ chạy thuận hay chạy ngược như mong muốn. Và tốc độ của động cơ có thể được điều chỉnh bằng khoảng thời gian trễ giữa hai lần thay đổi thứ tự chiều dòng điện. Hình 4.17: Sơ đồ nguyên lý động cơ bước Trong mạch nguyên lý ở hình 4.17 có một header 6 đầu ra để điều khiển động cơ bước (Stepper motor). Loại động cơ bước được lắp đặt trên bộ KIT là động cơ bước có điện áp nguồn cấp là 5V và độ phân giải là 200, tức là với mỗi nhịp điều khiển, motor bước sẽ quay một góc = 3600/200 = 1,80. 4.4.6. Led Matran LED matrix 8x8 : là một bảng 64 điểm LED bố trí theo kiểu ma trận 8 hàng x 8 cột, tại mỗi điểm 2 LED xanh và đỏ đấu chung Anôt, mỗi hàng gồm 8 điểm cũng đấu chung Anôt với nhau. Như vậy ma trận LED có 24 chân : 8 chân Anôt chung, 8 chân điều khiển đèn xanh và 8 chân điều khiển đèn đỏ. Địa chỉ các cổng và thanh ghi điều khiển của 8255 điều khiển LED matrix như sau : PA5 : 800Ch PB5 : 800Dh PC5 : 800Eh CW5 : 800Fh Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 29 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Hình 4.18: Sơ đồ của khối LED đơn, LED 7 đoạn, LED ma trận ULN2803: IC àm nhiệm vụ đệm dòng cho LED ma trận và động cơ bước cũng như động cơ 1 chiều. IC này gồm 8 bộ tranzitor NPN mắc Darlington, chịu được điện áp đầu vào đến 30V, đầu ra đến 50V, dòng IC cực đại có thể chịu được là 500mA, đủ để đệm dòng cho ma trận LED. Ngoài ra nó còn tích hợp các transistor để chống quá áp khi đóng ngắt các tải cảm (các cuộn dây của động cơ). Nguyên lý hoạt động: Khi đầu vào tương ứng ở mức cao thì đầu ra tương ứng ở mức thấp. Hình 4.19: Sơ đồ chân của UNL2803 Ví dụ sử dụng LED Matran chớp tắt ký tự A: Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 30 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn ORG 0500H DATAHT: DB 0E0H, 0DBH, 0BBH, 0DBH, 0E0H ORG 0000H MOV DPTR, #0500H MAIN: MOV R2, #250 MAINB: MOV R1, #00 MOV R3. #00000010B MAINC: MOV A, R1 MOVC A,@A+DPTR MOV P3, A MOV P2, R3 LCALL DELAY MOV P2, #00H INC R1 MOV A, R3 MOV R1, A MOV R3, A CJNE R1, #5, MAINC DJNZ R2, MAINB LCALL DELAY1S SJMP MAIN DELAY: MOV R5, #1 DE: MOV R6, #50 DJNZ R6, $ DJNZ R5, DE RET DELAY1S: MOV R5, #0 PDE: MOV R6, #0 DJNZ R6, $ DJNZ R5, PDE MOV P2, #00H MOV P3, #0BBH MOV P2, #00000100B LCALL DELAY MOV P2, #00H MOV P3, #0DBH MOV P2, #00001000B LCALL DELAY MOV P2, #00H MOV P3, #0E0H MOV P2, #00010000B LCALL DELAY MOV P2, #00H SJMP MAIN END 4.4.7 Khối hiển thị LED 7 đoạn và LED đơn Hình 4.20: Sơ đồ nối led 7 đoạn Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 31 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Hình 4.21: Sơ đồ nối led đơn Ví dụ LED 7 đoạn: 2 số đếm lùi ORG 00H MOV 70H,#11000000B ;0 MOV 71H,#11111001B ;1 MOV 72H,#10100100B ;2 MOV 73H,#10110000B ;3 MOV 74H,#10011001B ;4 MOV 75H,#10010010B ;5 MOV 76H,#10000010B ;6 MOV 77H,#11111000B ;7 MOV 78H,#10000000B ;8 MOV 79H,#10011000B ;9 MOV 60H,#11111110B MOV 61H,#11111101B MOV 20H, #0 MOV 21H, #0 MOV TMOD, #00010001B B23: MOV 16H,#2 B22: MOV 17H,#9 B21: CALL GMA CALL DELAY DEC 17H MOV A,17H ; CJNE A,#-1, B21 DEC 16H MOV A, 16H CJNE A, #-1, B22 SJMP B23 GMA: MOV A, 17H MOV R0,#70H ADD A, R0 ; MOV R1, A ; MOV 20H,@R1 ; MOV A, 16H MOV R0,#70H ADD A, R0 MOV R1, A MOV 21H,@R1 RET DELAY: MOV R5, #100 DEL2: CLR TR0 CLR TF0 MOV TH0, #HIGH(-10000) MOV TL0, #LOW(-10000) SETB TR0 DEL1: CALL HTHI JNB TF0, DEL1 DJNZ R5, DEL2 ; RET HTHI: MOV R0, #20H MOV R1, #60H HT1: MOV P2, @R0 ; MOV P0, @R1 ; MOV P0, #0FFH CALL DELAY1 INC R0 INC R1 CJNE R1, #62H, HT1; DELAY1: MOV R7, #10 DJNZ R7, $ RET END Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 32 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Mạch giải mã cho đèn LED 7 thanh DM7447A Để có thể hiển thị được các số liệu lên LED 7 thanh, ta cần vi mạch giải mã 7447. Vi mạch này có nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu đầu vào từ các chân D0 D3 thành các tín hiệu đưa đến các thanh của LED. Sau đây là bảng giải mã tín hiệu của vi mạch 7447 : Đèn LED 7 thanh Dòng tiêu thụ của đèn khá lớn, mỗi đèn có dòng khoảng 100mA. Chính vì vậy ta cần có điện trở giới hạn dòng giữa vi mạch giải mã 7447 và LED. Trong đồ án này, ta sử dụng loại đèn có Anốt chung, màu hiển thị là màu đỏ. 4.4.8. Tạo nguồn áp chuẩn: 7805 Đây là IC tự chỉnh định để tạo ra nguồn áp chuẩn dương +5V cung cấp cho mạch vi iều khiển. Sau đây là sơ đồ IC 7805.Chân 1 nối mass, chân 2 là ng vo của p nguồn, chn 3 l ng ra +5V để cấp điện cho vi điều khiển và các linh kiện điện tử khác. 7905 Đây là IC có chức năng giống như IC 7805 nhưng nó tạo ra áp chuẩn âm -5V nhằm cung cấp áp cho các linh kiện hay các module cần sử dụng nguồn áp âm hay nguồn áp lưỡng cực. Sau đây là 3 dạng chân cấu tạo và chức năng từng chân của IC 7905 ngoài thị trường. Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 33 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Hình 4.22: Sơ đồ chân 7805 và nối nguồn chuẩn 5 V Đây là mạch dùng để tạo ra nguồn áp chuẩn 5V . Ta sử dụng IC 7805 để tạo ra p chuẩn +5V v IC 7905 để tạo áp chuẩn -5V. 4.4.9. Hoạt động Reset 8951 có ngõ vào reset RST tác động ở mức cao trong khoảng thời gian 2 chu kỳ xung máy, sau đó xuống mức thấp để 8951 bắt đầu làm việc. RST có thể kích tay bằng một phím nhấn thường hở, sơ đồ mạch reset như sau: Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 34 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn Hình 4.23: Reset bằng (tay Manual Reset) Trạng thái của tất cả các thanh ghi trong 8951 sau khi reset hê thống được tóm tắt như sau: Thanh ghi Nội dung Đếm chương trình PC Thanh ghi tích lũyA Thanh ghi B Thanh ghi thái PSW SP DPRT Port 0 đến port 3 IP IE Các thanh ghi định thời SCON SBUF PCON (HMOS) PCON (CMOS) 0000H 00H 00H 00H 07H 0000H FFH XXX0 0000 B 0X0X 0000 B 00H 00H 00H 0XXX XXXXH 0XXX 0000 B Thanh ghi quan trọng nhất là thanh ghi bộ đếm chương trình PC được reset tại địa chỉ 0000H. Khi ngõ vào RST xuống mức thấp, chương trình luôn bắt đầu tại địa chỉ 0000H của bộ nhớ chương trình. Nội dung của RAM trên chip không bị thay đổi bởi tác động của ngõ vào reset. Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 35 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn 4.5. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 4.5.1 Chương trình MONITOR cho KIT Do chương trình MONITOR của hệ thống phức tạp và khá lớn nên ta sẽ tổ chức thành nhiều module nhỏ ghép lại với nhau. Mỗi module thực hiện mỗi chức năng riêng, các module trong chương trình: + Module thực hiện việc hiển thị LCD. + Module quản lý bàn phím. + Module quản lý việc đọc/ghi dữ liệu trong EEPROM và RAM. + Module tạo thời gian trễ. + Chương trình chính (Main). + Module điều khiển truy cập các thanh ghi đặc biệt và các ô nhớ bên trong chip vi điều khiển chính. + Module truyền thông giao tiếp với máy tính PC. Mã nguồn của chương trình hệ điều hành được giới thiệu ở phần phụ lục. Sau đây là lưu đồ thuật toán của chương trình MONITOR : Lưu đồ thuật toán của module Main: khởi tạo các thiết đặt ban đầu cho KIT và các thiết bị ngoại vi, hiển thị màn hình. 4.5.2. Chương trình quản lí thiết bị 4.5.2.1. Chương trình quét bàn phím Như đã trình bày ở chương 2, bàn phím sử dụng trong bộ KIT này gồm có 20 phím, 16 phím đầu tiên được sắp xếp theo kiểu ma trận và 4 phím cuối cùng được xếp theo một cột nối đất chung. Trên bàn phím của bộ KIT, 4 phím trên một cột nối đất chung là các phím chức năng : F1, F2, BACK SPACE và ENTER. Các phím từ 0-9 và A-F dùng để nhập liệu, các phím chức năng có tác dụng khác nhau tùy theo ngữ cảnh của màn hình, gợi ý tác dụng của các phím bấm hiển thị trên màn hình, điều này giúp việc làm quen và thí nghiệm trên KIT rất thuận tiện và dễ dàng cho người học, nhất là khi thí nghiệm ở chế độ debug. 3.5.2.2 Chương trình điều khiển hiển thị LCD Để cho LCD có thể hoạt động, đầu tiên ta phải khởi tạo LCD, báo cho nó biết số hãng, số ký tự hiển thị trên một hàng. Các dữ liệu điều khiển lần lượt được chuyển vào Data Bus của LCD là 38H, 0EH, và 06H. Sau các lệnh khởi tạo LCD này ta mới có thể hiển thị ký tự lên trên màn hình LCD. Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 36 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn PHỤ LỤC A. Nội dung chương trình kit porta1 equ 8000h ;quan li dia chi thap a7-a0 portb1 equ 8001h ;quan li dia chi cao a11-a8 portc1 equ 8002h cw1 equ 8003h porta2 equ 0a000h portb2 equ 0a001h portc2 equ 0a002h cw2 equ 0a003h ht equ 0c000h dk equ 0c001h ;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx ;chuong trinh kiem tra - hien thi org 5200h mov dptr,#cw1 ; khoi tao 8255 mov a,#80h movx @dptr,a mov dptr,#cw2 mov a,#90h movx @dptr,a mov dptr,#portc2 ;pc0=prog\=H mov a,#03h ;pc1=Vpp=H movx @dptr,a mov dptr,#portc1 ;P2.6=PC0=L; P2.7=PC1=L; P3.6= PC2=H mov a,#0ch ;P3.7=PC3=H movx @dptr,a ;chuyen dia chi bat dau doc va dia chi ket thuc vao cac o nho ben trong mov dptr,#4f00h ;nap dia chi luu Begin_Addr can doc movx a,@dptr mov 10h,a ;cat tam byte B_A_L vao o nho 10h inc dptr movx a,@dptr mov 11h,a ;cat tam byte B_A_H vao o nho 11h inc dptr movx a,@dptr mov 12h,a ;cat tam byte E_A_L vao o nho 12h inc dptr movx a,@dptr mov 13h,a ;cat tam byte E_A_H vao o nho 13h ;goi dia chi can doc ra 8255 de dieu khien Addr cua EPROM trong 8951 rd2: mov dptr,#porta1 mov a,10h ;chuyen byte B_A_L vao dpl movx @dptr,a mov dptr,#portb1 Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 37 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn mov a,#11h ;chuyen byte B_A_H vao dph movx @dptr,a mov dptr,#porta2 movx a,@dptr ;xuat data ra thanh ghi a mov 14h,a ;cat byte data vua doc vao o nho 14h lcall decode ;goi chtr con giai ma hien thi lcall display ;goi chtr con hien thi rd5: lcall key ;goi chtr quet phim cho nhan phim de doc byte ke cjne a,#0ffh,rd4 sjmp rd5 ;quay lai cho rd4: mov a,11h ;chuyen dia chi byte H vao a de so sanh cjne a,13h,rd1 ;so sanh dia chi byte H neu chua bang thi tang len 1 mov a,10h ;chuyen dia chi byte L vao a de so sanh cjne a,12h,rd1 ;so sanh dia chi byte L neu chua bang thi tang len 1 ;hien thi chu END de bao ket thuc mov 25h,#79h ;ma chu E mov 26h,#37h ;ma chu N mov 27h,#5eh ;ma chu d lcall display sjmp $ ;ngung rd1: inc 10h ;tang B_A_L len 1 mov a,10h ;kiem tra xem co bang 0 hay khong cjne a,#00,rd2 ;nhay ve vi chua bang 0 inc 11h ;tang B_A_H len 1 sjmp rd2 ;chuong trinh con giai ma hien thi org 5280h decode: mov dptr,#0200h mov a,11h ;lay byte B_A_H de giai ma hien thi push 0e0h ;cat A swap a ;xu li so thu nhat anl a,#0fh mov dpl,a movx a,@dptr mov 20h,a pop 0e0h ;lay lai A anl a,#0fh ;xu li so thu 2 mov dpl,a movx a,@dptr mov 21h,a mov a,10h ;lay byte B_A_L de giai ma hien thi push 0e0h ;cat A Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 38 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn swap a ;xu li so thu nhat anl a,#0fh mov dpl,a movx a,@dptr mov 22h,a pop 0e0h ;lay lai A anl a,#0fh ;xu li so thu 2 mov dpl,a movx a,@dptr mov 23h,a mov a,14h ;lay byte DATA de giai ma hien thi push 0e0h ;cat A swap a ;xu li so thu nhat anl a,#0fh mov dpl,a movx a,@dptr mov 26h,a pop 0e0h ;lay lai A anl a,#0fh ;xu li so thu 2 mov dpl,a movx a,@dptr mov 27h,a mov 24h,#00 mov 25h,#00 ret org 52d5h display: mov r1,#80h ;tu dieu khien 8279 chong nhap nhay mov r0,#20h ;quan li dia chi ma hien thi dis1: mov dptr,#dk mov a,r1 movx @dptr,a mov dptr,#ht mov a,@r0 movx @dptr,a inc r1 inc r0 mov a,r0 cjne a,#28h,dis1 ret org 0223h key: ;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx ;chuong trinh nap EPROM trong 8951 co hien thi dia chi va du lieu org 5300h mov dptr,#cw1 ; khoi tao 8255 mov a,#80h Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 39 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn movx @dptr,a mov dptr,#cw2 mov a,#80h movx @dptr,a ;dieu khien Vpp = 5V mov dptr,#portc2 ;pc0=prog\=H mov a,#00000011b ;pc1=Vpp=H=5v movx @dptr,a ;chuyen dia chi bat dau Write cho EPROM vao cac o nho noi ;dia chi bat dau DATA va dia chi ket thuc DATA vao cac o nho ben trong mov dptr,#4f10h ;nap dia chi luu Begin_Addr can doc movx a,@dptr mov 16h,a ;cat tam byte B_A_E_L vao o nho 16h inc dptr movx a,@dptr mov 17h,a ;cat tam byte B_A_E_H vao o nho 17h inc dptr movx a,@dptr mov 18h,a ;cat tam byte B_D_L vao o nho 18h inc dptr movx a,@dptr mov 19h,a ;cat tam byte B_D_H vao o nho 19h inc dptr movx a,@dptr mov 1Ah,a ;cat tam byte E_A_H vao o nho 1Ah inc dptr movx a,@dptr mov 1Bh,a ;cat tam byte E_A_H vao o nho 1Bh ;goi ADDR can write ra 8255 de dieu khien Addr cua EPROM trong 8951 wr4: mov dptr,#porta1 mov a,16h ;chuyen byte B_A_E_L vao dpl movx @dptr,a mov dptr,#portb1 mov a,#17h ;chuyen byte B_A_E_H vao dph movx @dptr,a ;goi DATA ra data bus de nap cho EPROM mov dpl,18h ;lay Addr_L quan li vung data mov dph,19h ;lay Addr_H quan li vung data movx a,@dptr ;lay DATA can nap tu RAM ngoai mov dptr,#porta2 ;nap dia chi dieu khien DATA vao dptr movx @dptr,a ;xuat DATA ra bus data ;chuyen dia chi va data can nap de hien thi mov 10h,16h ;chuyen dia chi cua EPROM mov 11h,17h mov 14h,a ;cat tam vao o nho 14H de giai ma hien thi lcall decode ;goi chtr con giai ma lcall display ;goi chtr con hien thi ;tao xung Vpp va PROG\ Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 40 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn mov dptr,#portc1 ;P2.6=PC0=L; P2.7=PC1=H; P3.6= PC2=H mov a,#00001110b ;P3.7=PC3=H movx @dptr,a mov dptr,#portc2 ;pc0=prog\=H mov a,#01h ;pc1=Vpp=L tuong duong 12V movx @dptr,a ;pc0=prog\=L mov a,#00h ;pc1=Vpp=L movx @dptr,a mov 1fh,#10 ;delay wr1: djnz 1fh,wr1 mov a,#01h ;pc1=Vpp=L tuong duong 12V movx @dptr,a ;pc0=prog\=H mov a,#03h ;pc1=Vpp=H tuong duong 5V movx @dptr,a ;pc0=prog\=H ;ket thuc doan chtr tao xung nap cham dut qua trinh nap 1 BYTE inc 16h ;tang ADDR_L cua EPROM len 1 mov a,16h cjne a,#00h,wr2 inc 17h ;tang ADDR_H cua EPROM len 1 khi byte L ve 00h wr2: mov a,19h ;chuyen dia chi byte H vao a de so sanh cjne a,1bh,wr3 ;so sanh dia chi byte H neu chua bang thi tang len 1 mov a,18h ;chuyen dia chi byte L vao a de so sanh cjne a,1ah,wr3 ;so sanh dia chi byte L neu chua bang thi tang len 1 ;hien thi chu END de bao ket thuc mov 25h,#79h ;ma chu E mov 26h,#37h ;ma chu N mov 27h,#5eh ;ma chu d lcall display sjmp $ ;ngung wr3: inc 18h ;tang B_A_L len 1 mov a,18h ;kiem tra xem co bang 0 hay khong cjne a,#00,wr4 ;nhay ve vi chua bang 0 inc 19h ;tang B_A_H len 1 sjmp wr4 ;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx ;chuong trinh xoa eprom org 5400h ; dia chi xoa mov dptr ,# cw1 ; tu dieu khien 8255-1 mov a, #80h ; A,B,C: xuat movx @dptr,a Chương 4: Thiết kế giao tiếp ngoại vi 41 Giáo trình vi xử lý Canquynhon.blogtiengviet.net Đại học Quy Nhơn mov dptr, #cw2 ; tu dieu khien 8255-2 mov a ,#80h ; A,B,C:xuat movx @dptr ,a ;xuat cac tin hieu dieu khien xoa eprom mov dptr,#portc1 mov a,#01h ;p2.6=h , p2.7=p3.6=p3.7=l movx @dptr,a mov dptr,#portc2 ;tao xung prog\ =h movx @dptr ,a mov a,#00h ;tao xung prog\ =l movx @dptr ,a ;toa xung delay 10ms push #06h push #07h mov r6,#28h y2: mov r7,#FFh y1: djnz r7 ,y1 ;nhay neu r7 chua bang ffh djnz r6 ,y2 ;nhay neu r6 chua bang 28h pop #07h pop #06h mov a,#01h movx @dptr ,a ;ket thuc hien thi chu END mov 25h ,79h ;ma chu E mov 26h ,37h ;ma chu N mov 27h ,5eh ;ma chu D lcall display ; goi chuong trinh hien thi sjmp $ ; ngung end. B. Sơ đồ lắp ráp KIT