Đồ án Mạch đếm sản phẩm sử dụng họ 8051

Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- …………ngày ……..tháng ……..năm 2011 Giáo viên hướng dẫn Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 2 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐIỂM --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- --- ----------------------------------------------------------------------------------------- …………ngày ……..tháng ……..năm 2011 Giáo viên phản biện Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 3 Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số ñã trở thành quen thuộc với nhiều người, bởi vì sự phát triển của ngành kỹ thuật số này ñã có ảnh hưởng rất lớn ñến ngành kinh tế toàn cầu. Có người ñã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời ñại chúng ta là “ nền kinh tế kỹ thuật số “, “số hóa” ñã gần như vượt khỏi ranh giới của một thuật ngữ kỹ thuật . Nhờ có ưu ñiểm của xử lý số như ñộ tin cậy trong truyền dẫn, tính ña thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong ñiều khiển và khai thác mạng. Số hóa ñang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều lĩnh vực kỹ thuật và kinh tế khác nhau. Không chỉ trong lĩnh vục thông tin liên lạc và tin học. Ngày nay, kỹ thật số ñã và ñang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật ñiện tử, Điều khiển tự ñộng, phát thanh truyền hình, y tế, nông nghiệp…và ngay cả trong các dụng cụ sinh hoạt gia ñình. Ngay từ những ngày ñầu khai sinh, kỹ thuật số nói riêng và ngành ñiện tử nói chung ñã tạo ra nhiều bước ñột phá mới mẽ cho các ngàng kinh tế khác và còn ñảm bảo ñược yêu cầu của người dùng cả về chất lượng và dịch vụ. Đồng thời kiến thức về kỹ thuật số là không thể thiếu ñối với mỗi sinh viên, nhất là sinh viên ñiện tử. Công nghệ kĩ thuật số có nhiều ứng dụng rộng rãi trong thực tế, với nhiều những ứng dụng rất tiện ích sử dụng trong kĩ thuật, trong ñời sống, trong công nghiệp ở các nhà máy và xí nghiệp sản xuất… và cả những tiện nghi trong ngôi nhà của chúng ta. Một trong những ứng dụng tiện ích của kĩ thuật số ñó là chức năng ñếm với các mạch ñếm như ñếm sản phẩm, ñếm số người vào phòng, thang máy hay ñếm xe ra vào cổng… ñó ñều là những ứng dụng rất thực tế. Và trong bài ñồ án này em ñã ñược nghiên cứu về mạch ñếm sản phẩm. Bài báo cáo này ñuợc tìm kiếm từ nhiều nguồn khác nhau như: sách báo ,internet… Và do kiến thức còn hạn hẹp, nên trong quá trình thực hiện ñồ án em không thể tránh khỏi sai sót và ñề tài chưa ñựơc phát triển một cách hoàn hảo, mong quý thầy cô trong hội ñồng khảo thí bỏ qua và có hướng giúp ñỡ ñể em có thể hoàn chỉnh kiến thức của mình . Em xin chân thành cảm ơn..! Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 4 CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ I.1 Lí do chọn ñề tài: Ngày nay việc nghiên cứu ứng dụng vi ñiều khiển vào các lĩnh vực cuộc sống khá phổ biến,ñiển hình là các loại vi ñiều khiển họ 8051.Ở trong công nghiệp cũng như trong các lĩnh vực liên quan ñếm sản phẩm thì ñã phát huy ñược lợi thế khi sử dụng vi ñiều khiển,việc ñếm sản phẩm ñã trở nên ñơn giản hơn, giảm bớt ñược nhiều sức lao ñộng và thời gian.Được sự gợi ý của giáo viên hướng dẫn NGUYỄN MINH QUÂN và qua sự tìm hiểu của các thành viên trong nhóm,nên chúng em ñã chọn ñề tài nghiên cứu và thiết kế mạch ñếm sản phẩm với ứng dụng của họ vi ñiều khiển 8051.Đây cũng là một cơ hội tốt ñể ứng dụng những kiến thức của môn VI XỬ LÝ ñã học vào thực tế. I.2 Mục tiêu của ñề tài Đề tài nhằm mục ñích thiết kế và chế tạo thành công mạch ñếm sản phẩm sử dụng họ vi ñiều khiển 8051,số lượng sản phẩm ñếm ñược nhập từ bàn phím,hiện thị kết quả ñếm ñược bằng hệ thống LED 7 thanh và báo hiệu bằng tín hiệu ñèn LED. I.3 Vấn ñề cần giải quyết +Tìm hiểu các tài liệu liên quan ñến các ñề tài nghiên cứu, ñưa ra các giải pháp tối ưu cho việc thiết kế chế tạo sản phẩm thực tế. +Thiết kế và chế tạo 1 board mạch gồm các khối: khối xử lí trung tâm dùng họ vi ñiều khiển 8051,khối cảm biến,khối hiện thị,bàn phím. +Tiến hành viết chương trình phần mềm phối hợp hoạt ñộng các khối dưới sự ñiều khiển của khối mạch chính chứa IC AT89S52 Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 5 CHƯƠNG II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.1.Cơ sở lý thuyết: II.1.1 Tổng quan về họ vi ñiều khiển 8051 1. Giới thiệu chung về cấu trúc phần cứng 8051là IC vi ñiều khiển ,là vi mạch tổng quát của họ MCS-51, linh kiện ñầu tiên của họ này ñược hãng sản xuất Intel ñưa ra thị trường . IC 8051 có các ñặc trưng ñược tóm tắt như sau: • 4 KB EPROM bên trong. • 128 Byte RAM nội. • 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit. • Giao tiếp nối tiếp. • 64 KB vùng nhớ mã ngoài • 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại. • Xử lý Boolean (hoạt ñộng trên bit ñơn). • 210 vị trí nhớ có thể ñịnh vị bit. • 4µs cho hoạt ñộng nhân hoặc chia. Hình : Sơ ñồ chân của vi ñiều khiển 8051 Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 6 Port 0 : Port0 (P0.0-P0.7) có số chân từ 32-39 . Port 0 có 2 chức năng: -Port xuất nhập dữ liệu (P0.0-P0.7) → không sử dụng bộ nhớ ngoài và bus ñịa chỉ byte thấp và bus dữ liệu ña hợp (AD0-AD7) → có sử dụng bộ nhớ ngoài. -Port0 ñóng vai trò xuất nhập dữ liệu thì phải sử dụng các ñiện trở kéo bên ngoài. Port1: Port1(P1.0-P1.7) có số chân từ 1 -8. Port có chức năng xuất nhập dữ liệu (P1.0-P1.7) →sử dụng hoặc không sử dụng bộ nhớ ngoài Port 2: Port(P2.0-P2.7) có số chân từ 21-28.Port có 2 chức năng :port xuất nhập dữ liệu(p2.0-P2.7) không sử dụng bộ nhớ ngoài và bus ñịa chỉ cao(A8-A5) có sử dụng bộ nhớ ngoài Port 3: Port 3( P3.0-P3.7) có số chân từ 10-17.Có 2 chức năng: Khi không hoạt ñộng xuất / nhập,các chân của port3 có nhiều chức năng riêng (mỗi chân có chức năng riêng liên quan ñến ñặc trưng cụ thể của 8051) *Bảng chức năng của port3 và 2 chân của P1.0 , P1.1 của port. Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của bit nối tiếp P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp P3.2 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ ñịnh thời /ñiểm 0 P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ ñịnh thời /ñiểm1 P3.6 B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu P3.7 B7H Điều khiển ñọc bộ nhớ dữ liệu P1.0 T2 90H Ngõ vào của bộ ñịnh thời /ñiểm 2 P1.1 T2EX 91H Nạp lại /thu nhận của bộ ñịnh thời 2 * Chân PSEN: - PSEN cho phép bộ nhớ chương trình,chân số 29 - là tín hiệu cho phép truy xuất (ñọc) bộ nhớ chương trinh (ROM) ngoài - Là mức xuất tích cực ở mức thấp PSEN =0 → trong thời gian CPU tìm - nạp lệnh từ ROM ngoài ,PSEN =1 → CPU sử dụng ROM trong. * Chân ALE : - ALE cho phép chốt ñịa chỉ,chân số 30 -Là tín hiệu cho phép chốt ñịa chỉ ñể thực hiện việc giải ña hợp cho bus ñịa chỉ byte thấp và byte dữ liệu ña hợp (AD0-AD7). Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 7 * Chân EA: Là chân truy xuất ngoài - Là tín hiệu cho phép truy xuất ngoài (sử dụng )bộ nhớ chương trình ROM ngoài. - Là tín hiệu nhập tích cực ở mức thấp EA =0 sử dụng chương trình ROM ngoài,AE=1 sử dụng chương trình ROM trong. *Chân XTAL1,XTAL2: tinh thể thạch anh chân số 18,19 -Dùng ñể nối thạch anh với mạch dao ñộng tạo xung clock bên ngoài cung cấp xung clock cho chíp hoạt ñộng . - XTAL1 Ngõ vào mạch tạo xung clock trong chíp - XTAL2 Ngõ ra mạch tạo xung clock trong chip f =12MHz f tần số danh ñịnh Chân RST: thiết lập lại là chân số 9 - Là tín hiệu cho phép thiết lập lại trạng thái ban ñầu cho hệ thống - Là tín hiệu nhập tích cực mức cao RST=0 chip 8051 hoạt ñộng bình thường, RTS=1 chip 8051 ñược thiết lập lại trạng thái ban ñầu Chân Vcc, GND: Nguồn cung cấp ñiện chân số 40-20 -Cung câp nguồn ñiện cho chip hoạt ñộng - Vcc =+5V±10% và GND=0V 2.Giới thiệu chung về cấu trúc bên trong *Sơ ñồ khối bên trong 8051 Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 8 Hình : sơ ñồ cấu trúc bên trong của 8051 *Tổ chức bộ nhớ của 8051 Bộ nhớ bên trong 8051 bao gồm RAM và ROM.RAM bao gồm nhiều thành phần: lưu trữ ña dụng,phần lưu trữ ñịa chỉ hoá từng bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng ñặc biệt. 8051 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu.Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 8051 nhưng 8051 vẫn có thể kết nối 64k byte bộ nhớ chương trình và 64k byte bộ nhớ dữ liệu mở rộng. RAM trong 8051 ñược phân chia như sau: - các bank thanh ghi có ñịa chỉ từ 00H ñến 1FH. - RAM ñịa chỉ hoá từng bít có ñịa chỉ từ 20H ñến 2FH. - RAM ña dụng từ 30H ñến 7FH. - Các thanh ghi chức năng ñặc biệt từ 80H ñến FFH. Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 9 - Hình : Tổ chức bộ nhớ của 8051 Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 10 II.1.2 Tìm hiểu IC AT89S52 1.Cấu trúc phần cứng a.Sơ ñồ chânAT89S52 Hình 1: Sơ ñồ chân của IC AT89S52 *Sơ ñồ khối của AT89S52 Hình 2:Sơ ñồ khối AT89S52 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 RESET XTAL1 XTAL2 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD GND VCC PSEN ALE/P EA/VP Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 11 b. Chức năng các chân của AT89S52 AT89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các ñường xuất nhập. Trong ñó có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa là 1 chân có 2 chức năng), mỗi ñường có thể hoạt ñộng như ñường xuất nhập hoặc như ñường ñiều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus ñịa chỉ. #Các cổng xuất nhập - Port 0: Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 - 39 của 8951. Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các ñường I/O. Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó ñược kết hợp giữa bus ñịa chỉ và bus dữ liệu. - Port 1: Port 1 là port I/O trên các chân 1-8. Các chân ñược ký hiệu P1.0, P1.1, p1.2, ... p1.7 có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ ñược dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài. - Port 2: Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21- 28 ñược dùng như các ñường xuất nhập hoặc là byte cao của bus ñịa chỉ ñối với các thiết bị dùng bộ nhớ 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 ñổi có liên hệ với các ñặc tính ñặc biệt của 8951 như ở bảng sau: Bảng 1: Chức năng của các chân của Port 3 # Các ngõ tín hiệu ñiều khiển - Ngõ tín hiệu PSEN (Program Store Enable): PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép ñọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường ñược nối ñến chân OE\ (Output Enable) của EPROM Bit Tên Chức năng chuyển ñổi P3.0 RXT Ngõ vào dữ liệu nối tiếp. P3.1 TXD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp. P3.2 INT0\ Ngõ vào ngắt cứng thứ 0 P3.3 INT1\ Ngõ vào ngắt cứng thứ 1 P3.4 T0 Ngõ vào củaTIMER/COUNTER thứ 0 P3.5 T1 Ngõ vào củaTIMER/COUNTER thứ 1 P3.6 WR\ Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài P3.7 RD\ Tín hiệu ñọc bộ nhớ dữ liệu ngoài Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 12 cho phép ñọc các byte mã lệnh. PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 8951 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình ñược ñọc từ EPROM qua bus dữ liệu và ñược chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 8951 ñể giải mã lệnh. Khi 8951 thi hành chương trình trong EPROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1. - Ngõ tín hiệu ñiều khiển ALE (Address Latch Enable): Khi 8951 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus ñịa chỉ và bus dữ liệu do ñó phải tách các ñường dữ liệu và ñịa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu ñiều khiển ñể giải ña hợp các ñường ñịa 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 ñóng vai trò là ñịa chỉ thấp nên chốt ñịa chỉ hoàn toàn tự ñộng. Các xung tín hiệu ALE có tốc ñộ bằng 1/6 lần tần số dao ñộng trên chip và có thể ñược dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Chân ALE ñược dùng làm ngõ vào xung lập trình cho EPROM trong 8951. - Ngõ tín hiệu EA\(External Access): Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường ñược mắc lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở mức 1, 8951 thi hành chương trình từ EPROM nội trong khoảng ñịa chỉ thấp 4 Kbyte. Nếu ở mức 0, 8951 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân EA\ ñược lấy làm chân cấp nguồn 12V khi lập trình cho EPROM trong 8951. - Ngõ tín hiệu RST (Reset): Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 8951. Khi ngõ vào tín hiệu này ñưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong ñược nạp những giá trị thích hợp ñể khởi ñộng hệ thống. Khi cấp ñiện mạch tự ñộng Reset. R ESET V C C 10K R 2 100 R 1 1 3 2 4 P 104 C 6 + 10uF C 3 Hình 3: Mạch Reset hệ thống Trạng thái của tất cả các thanh ghi của 8051 sau khi reset hệ thống ñược tóm tắt trong bảng sau: Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 13 Bảng 2: Trạng thái các thanh ghi sau khi Reset Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên là thanh ghi ñếm chương trình, nó ñược ñặt lại 0000H. Khi RST trở lại mức thấp, việc thi hành chương trình luôn bắt ñầu ở ñịa chỉ ñầu tiên trong bộ nhớ trong chương trình: ñịa chỉ 0000H. Nội dung của RAM trên chip không bị thay ñổi bởi lệnh reset. Các ngõ vào bộ dao ñộng X1,X2: Bộ dao ñộng ñược ñược tích hợp bên trong 8951, khi sử dụng 8951 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ. Tần số thạch anh thường sử dụng cho 8951 là 12Mhz. Chân 40 (Vcc) ñược nối lên nguồn 5V. 2.Cấu trúc bên trong a. Tổ chức bộ nhớ (Organizational memory) Bộ nhớ trong 8951 bao gồm EPROM và RAM. RAM trong 8951 bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ ña dụng, phần lưu trữ ñịa chỉ hóa từng bit, các bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng ñặc biệt. Họ 8951 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu. Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 8951 nhưng 8951 vẫn có thể kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ liệu. * Bản ñồ bộ nhớ Data trên chip như sau: Thanh ghi Nội dung Thanh ghi Nội dung Đếm chương trình 0000H IP XXX00000B Tích lũy 00H IE 0XX00000B B 00H Các thanh ghi ñịnh thời 00H PSW 00H SCON 00H SP 07H SBUF 00H DPTR 0000H PCON(HMOS) 0XXXXXXXB Port 0-3 FFH PCON(CMOS) 0XXX0000B Đồ án vi xử lý GVHD:Nguyễn Minh Quân Nhóm 05:lớp ĐTVTA_K3 _______________ Trang 14 Hình 5:Bản ñồ bộ nhớ Data trên chip AT89S52 Hai