Đang tải... (xem toàn văn)
Mục lục LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 2 1.1: Giới thiệu chung về vi xử lý và vi điều khiển 2 1.1.1: Tổng quan 2 1.1.2: Lịch sử và sự phát triển của bộ vi xử lý 3 1.1.3: Vi xử lý và vi điều khiển 5 1.1.4: Ứng dụng của vi xử lý – vi điều khiển 7 1.2: Vi điều khiển 9 1.2.1: Ứng dụng của vi điều khiển 9 1.2.2: Phân loại 9 1.2.3: Hoạt đông của vi điều khiển 10 1.2.4: Cấu trúc chung của vi điều khiển 11 CHƯƠNG 2 VI ĐIỀU KHIỂN 89S52 17 2.1: Giới thiệu chung về vi điều khiển 8051 17 2.2: Giới thiệu sơ lược vi điều khiển 89S52 18 2.2.1: Tổng quan 89S52 18 2.2.2: Cấu trúc IC 89S52 19 2.2.3: Tổ chức bộ nhớ của vi điều khiển 25 2.2.4: Hoạt động định thời 27 2.2.5: Cổng nối tiếp 34 2.2.6: Tổ chức ngắt 37 2.3: Giới thiệu một số linh kiện khác 40 2.3.1: Giới thiệu 74HC595 40 2.3.2: Giới thiệu transistor TIP41C 41 2.3.3: IC 74HC245 41 2.4: Giới thiệu khối led 3D cube 43 2.4.1: Giới thiệu 43 2.4.2: Nguyên lý hoạt động 43 CHƯƠNG 3 45 NỘI DUNG THIẾT KẾ MẠCH 45 3.1: Sơ đồ thiết kế 45 3.1.1: Khối vi điều khiển 89S52 46 3.1.2: Khối ghi dịch 46 3.1.3: Khối nguồn 47 3.2: Các bước làm mạch 48 3.3: Thuật toán 49 Tài liệu tham khảo : 51 PHỤ LỤC 1 CODE LẬP TRÌNH 52
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: ĐIỆN TỬ *** BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển led 3D Giáo viên hướng dẫn : Vũ Thị Hoàng Yến Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Hồng Phượng MSV : 0741050295 Lớp : ĐH CNKT Điện Tử – K7 Mục lục Mục lục LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN .2 1.1: Giới thiệu chung vi xử lý vi điều khiển 1.1.1: Tổng quan 1.1.2: Lịch sử phát triển vi xử lý 1.1.3: Vi xử lý vi điều khiển 1.1.4: Ứng dụng vi xử lý – vi điều khiển 1.2: Vi điều khiển 1.2.1: Ứng dụng vi điều khiển 1.2.2: Phân loại 1.2.3: Hoạt đông vi điều khiển 10 1.2.4: Cấu trúc chung vi điều khiển 11 CHƯƠNG VI ĐIỀU KHIỂN 89S52 17 2.1: Giới thiệu chung vi điều khiển 8051 .17 2.2: Giới thiệu sơ lược vi điều khiển 89S52 .18 2.2.1: Tổng quan 89S52 18 2.2.2: Cấu trúc IC 89S52 19 2.2.3: Tổ chức nhớ vi điều khiển 25 2.2.4: Hoạt động định thời 27 2.2.5: Cổng nối tiếp 34 2.2.6: Tổ chức ngắt 37 2.3: Giới thiệu số linh kiện khác 40 2.3.1: Giới thiệu 74HC595 40 2.3.2: Giới thiệu transistor TIP41C 41 2.4: Giới thiệu khối led 3D cube 43 2.4.1: Giới thiệu 43 2.4.2: Nguyên lý hoạt động .43 CHƯƠNG 45 NỘI DUNG THIẾT KẾ MẠCH 45 3.1: Sơ đồ thiết kế .45 3.1.1: Khối vi điều khiển 89S52 46 3.1.2: Khối ghi dịch 46 3.1.3: Khối nguồn 47 3.2: Các bước làm mạch .48 3.3: Thuật toán 49 Tài liệu tham khảo : 51 PHỤ LỤC CODE LẬP TRÌNH 52 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Ý nghĩa AC Auxiliary Carry Flag Cờ nhớ phụ A/D ALE CLK Analog/Digital Address Latch Enable Clock Tương tự/Số Tín hiệu điều khiển chốt địa Xung đồng CP/RL2 CPU CS Capture/Reload Select Central Processing Unit Chip Select Chế độ thu nhận Đơn vị xử lý trung tâm Chọn chíp CTS C/T Clear to send Timer/Couter Xóa để gửi Bộ định thời /đếm DCD DCE Data Carrier Detect Data Comnication Equipment Tách tín hiệu mang liệu Thiết bị tiếp nhận DPTR DTR DSR DTE EA EN Data Poiner Data Terminal Realy Data Set Realy Data Terminal Equipment External Access Enable Con trỏ ngăn xếp Đầu cuối liệu Dữ liệu sẵn có Thiết bị đầu cuối Thiết bị cho phép chọn nhớ Chân cho phép GND I2C IE I/O INT IP ISR Ground Intergrated Circuit Interupt Enable Input/Output Interrupt Interrupt Priority Interrupt Service Routine Đất Chuẩn giao tiếp I2C Thanh ghi cho phép ngắt Vào/Ra Ngắt Thanh ghi ưu tiên ngắt Chương trình phục vụ ngắt LCHLCK Latch Clock Xung clock chốt liệu Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa điện tử LỜI NÓI ĐẦU Trong sống người ngày nay, điện tử đóng vai trò quan trọng, có mặt nhiều lĩnh vực khác Với phát triển mạnh mẽ khoa học, đặc biệt ngành điện tử việc ứng dụng vi điều khiển,vi xử lí trở nên quan trọng Ở vi điều khiển máy tính hoàn chỉnh có kích thước nhỏ hệ thống độc lập với thiết bị ngoại vi Trong vi điều khiển tập lệnh xử lý kiểu liệu nhỏ Nó ứng dụng vào lĩnh vực kỹ thuật đại mà áp dụng phổ biến, rộng rãi vật dụng thường ngày đời sống xã hội Các ứng dụng ngày không đơn giản có điều khiển đèn nhấp nháy hay đồng hồ điện tử đơn giản,…mà ngày trở nên phức tạp, chế tạo vi mạch nhỏ tạo linh kiện điện tử với vi điều khiển có cấu trúc chức linh hoạt đa dạng hơn, giá thành thấp quan trọng độ xác cao Trong ứng dụng 3D ngày phát triển rộng rãi, nhà khoa học ngày sâu tìm hiểu công nghệ 3D với chất lượng sản phẩm 3D cao nhằm đáp ứng nhu cầu người Vì việc nghiên cứu tìm hiểu khối led 3D giúp hiểu công nghệ 3D Trong báo cáo em nói rõ khối led 3D với đề tài: “Thiết kế mạch điều khiển led 3D” Tuy nhiên trình thiết kế ứng dụng thiếu sót hay có nhiều vấn đề không mong muốn Em mong nhận ý kiến, nhận xét bảo thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn !!! Giáo viên hướng dẫn : Vũ Thị Hoàng Yến Sinh viên thực tập : Nguyễn Thị Hồng Phượng Sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Phượng Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa điện tử CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 1.1: Giới thiệu chung vi xử lý vi điều khiển 1.1.1: Tổng quan Vi xử lý (hay viết µP hay uP), gọi vi xử lý, linh kiện điện tử tạo từ tranzitor nhỏ tích hợp vi mạch tích hợp Khối xử lý trung tâm (hay CPU) vi xử lý nhiều người biết đến Không nhiều thành phần khác máy tính có vi xử lý riêng nó, ví dụ card hình (video card) có vi xử lý Trước xuất vi xử lý, CPU cấu tạo từ mạch tích hợp nhỏ riêng biệt, mạch tích hợp tối đa chứa khoảng vào chục tranzitor Do đó, CPU bảng mạch gồm hàng ngàn hay hàng triệu vi mạch tích hợp Ngày nay, công nghệ tích hợp ngày phát triển, CPU tích hợp lên vài vi mạch tích hợp lớn, vi mạch tích hợp lớn chứa hàng ngàn hàng triệu tranzitor Nhờ công suất tiêu thụ giá thành vi xử lý giảm đáng kể Vi điều khiển máy tính tích hợp chíp, thường dụng để điều khiển thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất hệ thống gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng giá thành thấp (khác với vi xử lý đa dùng máy tính) kết hợp với khối ngoại vi nhớ, mô đun vào/ra, mô đun biến đổi số sang tương tự tương tự Sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Phượng Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa điện tử sang số, Ở máy tính mô đun thường xây dựng chíp mạch Hầu hết vi điều khiển xây dựng theo kiến trúc Harvard, kiến trúc định nghĩa bốn thành phần cần thiết hệ thống nhúng Những thành phần bao gồm khối xử lý CPU, nhớ chương trình (thông thường ROM nhớ Flash), nhớ liệu (RAM), vài định thời cổng vào/ra để giao tiếp với thiết bị ngoại vi môi trường bên - tất khối thiết kế vi mạch tích hợp Vi điều khiển khác với vi xử lý đa chỗ hoạt động với số vi mạch hỗ trợ bên 1.1.2: Lịch sử phát triển vi xử lý Hình 1.1: Lịch sử phát triển vi xử lý - Thế hệ (1971 - 1973): vi xử lý bit, đại diện 4004, 4040, 8080 (Intel) hay IPM-16 (National Semiconductor) + Độ dài word thường bit (có thể lớn hơn) + Tốc độ 10 - 60 μs/ lệnh với tần số xung nhịp 0.1 - 0.8 MHz + Tập lệnh đơn giản phải cần nhiều vi mạch phụ trợ Sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Phượng Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa điện tử - Thế hệ (1974 - 1977): vi xử lý bit, đại diện 8080, 8085 (Intel) hay Z80 + Tập lệnh phong phú + Địa đến 64 KB Một số vi xử lý phân biệt 256 địa cho thiết bị ngoại vi + Sử dụng công nghệ NMOS hay CMOS + Tốc độ - μs / lệnh với tần số xung nhịp - MHz - Thế hệ (1978 - 1982): vi xử lý 16 bit, đại diện 68000/68010 (Motorola) hay 8086/ 80286/ 80386 (Intel) + Tập lệnh đa dạng với lệnh nhân, chia xử lý chuỗi + Địa nhớ từ - 16 MB phân biệt tới 64KB địa cho ngoại vi + Sử dụng công nghệ HMOS + Tốc độ 0.1 - μs / lệnh với tần số xung nhịp - 10 MHz - Thế hệ 4: vi xử lý 32 bit 68020/ 68030/ 68040/ 68060 (Motorola) hay 80386/ 80486 (Intel) vi xử lý 32 bit Pentium (Intel) + Bus địa 32 bit, phân biệt GB nhớ + Có thể dùng thêm đồng xử lý (coprocessor) + Có khả làm việc với nhớ ảo + Có chế pipeline, nhớ cache + Sử dụng công nghệ HCMOS - Thế hệ 5: vi xử lý 64 bit Sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Phượng Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa điện tử 1.1.3: Vi xử lý vi điều khiển Về hai định nghĩa không khác nhiều, “vi xử lý” thuật ngữ chung dùng để đề nói kỹ thuật ứng dụng công nghệ vi điện tử, công nghệ tích hợp khả xử lý theo chương trình với lĩnh vực khác Vào giai đoạn đầu trình phát triển công nghệ vi xử lý, chip (hay vi xử lý) tạo tích hợp phần cứng thiết yếu CPU mạch giao tiếp CPU phần cứng khác Trong giai đoạn này, phần cứng khác (kể nhớ) không tích hợp chip mà phải ghép nối thêm bên Các phần cứng gọi ngoại vi (Peripherals) Về sau, nhờ phát triển vượt bậc công nghệ tích hợp, ngoại vi tích hợp vào bên IC người ta gọi vi xử lý tích hợp thêm ngoại vi “vi điều khiển” Vi xử lý có chức cần thiết để lấy liệu, xử lý liệu xuất liệu sau xử lý Và chức Vi xử lý xử lý liệu, chẳng hạn cộng, trừ, nhân, chia, so sánh.v.v Vi xử lý khả giao tiếp trực tiếp với thiết bị ngoại vi, có khả nhận xử lý liệu Để vi xử lý hoạt động cần có chương trình kèm theo, chương trình điều khiển mạch logic sau vi xử lý xử lý liệu cần theo yêu cầu Chương trình tập hợp lệnh để xử lý liệu thực lệnh lưu trữ nhớ, công việc thực hành lệnh bao gồm bước: nhận lệnh từ nhớ, giải mã lệnh thực lệnh sau giải mã Để thực công việc với thiết bị cuối cùng, chẳng hạn điều khiển động cơ, hiển thị kí tự hình yêu cầu phải kết hợp vi xử lý với mạch điện giao tiếp bên gọi thiết bị I/O (nhập/xuất) hay thiết bị ngoại vi Bản thân vi xử lý đứng nhiều hiệu sử dụng, phần máy tính, hiệu ứng dụng Sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Phượng Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 80 Khoa điện tử case 4: tt(e); tt(e-1); tt(e-4); tt(e-5); break; case 3: for(z=0; z[...]... trong thiết kế các loại máy tính nhúng Máy tính nhúng có trong hầu hết các thiết bị tự động, thông minh ngày nay Chúng ta có thể dùng vi điều khiển để thiết kế bộ điều khiển cho các sản phẩm như: Trong các sản phẩm dân dụng: Sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Phượng Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 8 Khoa điện tử o Nhà thông minh: Cửa tự động Khóa số Tự động điều tiết ánh sáng thông minh Điều khiển các thiết. .. vi điều khiển Sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Phượng Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 17 Khoa điện tử CHƯƠNG 2 VI ĐIỀU KHIỂN 89S52 2.1: Giới thiệu chung về vi điều khiển 8051 Họ vi điều khiển MCS-51 do Intel sản xuất đầu tiên vào năm 1980 là các IC thiết kế cho các ứng dụng hướng điều khiển Các IC này chính là một hệ thống vi xử lý hoàn chỉnh bao gồm các các thành phần của hệ vi xử lý: CPU, bộ nhớ, các mạch. .. cho vi điều khiển gọn nhẹ hơn, giá thành nhẹ hơn 1.2.3: Hoạt đông của vi điều khiển Mặc dù đã có nhiều họ vi điều khiển được phát triển cũng như nhiều chương trình điều khiển tạo ra cho chúng, nhưng tất cả chúng vẫn có một số điểm chung cơ bản Do đó nếu ta hiểu cặn kẽ một họ thì việc tìm hiểu thêm một họ vi điều khiển mới là hoàn toàn đơn giản Một kịch bản chung cho hoạt động của một vi điều khiển như... rất nhiều họ vi điều khiển đã được phát triển và ứng dụng một cách thầm lặng nhưng mạnh mẽ vào mọi mặt của đời sống của con người Một số ứng dụng cơ bản của vi điều khiển có thể kể ra sau đây: - Những thành phần điện tử được nhúng vào vi điều khiển có thể trực tiếp hoặc qua các thiết bị vào ra (công tắc, nút bấm, cảm biến, LCD, rơ le, …) điều khiển rất nhiều thiết bị và hệ thống như thiết bị tự động... nghiệp, điều khiển nhiệt độ, dòng điện, động cơ, … - Giá thành rất thấp khiến cho chúng được nhúng vào rất nhiều thiết bị thông minh trong đời sống con người như ti vi, máy giặt, điều hòa nhiệt độ, máy nghe nhạc,… 1.2.2: Phân loại Theo độ dài thanh ghi Dựa vào độ dài của các thanh ghi và các lệnh của vi điều khiển mà người ta chia ra các loại vi điều khiển 8bit, 16bit, hay 32bit Các loại vi điều khiển. .. nhạc Máy chơi game Đầu kỹ thuật số,… Trong các thiết bị y tế: o Máy móc thiết bị hỗ trợ: máy đo nhịp tim, máy đo huyết áp, điện tim đồ, điện não đồ,… o Máy cắt/ mài kính o Máy chụp chiếu Các sản phẩm công nghiệp: o Điều khiển động cơ o Điều khiển số o Đo lường o Cân băng tải, cân toa xe,… o Máy cán thép: điều khiển máy quấn thép,… o Làm bộ điều khiển trung tâm của Robot o Ổn định tốc độ động cơ... Truyền thông nối tiếp Kết nối song song giữa vi điều khiển và thiết bị ngoại vi được thực hiện qua các cổng vào/ra là giải pháp lý tưởng với khoảng cách ngắn trong vài mét Tuy nhiên khi cần truyền thông giữa các thiết bị ở khoảng cách xa thì không thể dùng kết nối song song, vì vậy truyền thông nối tiếp là giải pháp tốt nhất Ngày nay, hầu hết các vi điều khiển có một số bộ điều khiển truyền thông nối... “vi điều khiển thực sự không cần phải phân biệt rõ ràng Tôi sẽ dùng thuật ngữ “vi xử lý” khi đề cập đến các khái niệm cơ bản của kỹ thuật vi xử lý nói chung và sẽ dùng thuật ngữ “vi điều khiển khi đi sâu nghiên cứu một họ chip cụ thể 1.1.4: Ứng dụng của vi xử lý – vi điều khiển Vi xử lý, chính là chip trong các loại máy tính ngày nay Ở đây, tôi chỉ nói đên ứng dụng của vi điều khiển Vi điều khiển. .. của hệ vi xử lý: CPU, bộ nhớ, các mạch giao tiếp, điều khiển ngắt MCS-51 là họ vi điều khiển sử dụng cơ chế CISC (Complex Instruction Set Computer), có độ dài và thời gian thực thi của các lệnh khác nhau Tập lệnh cung cấp cho MCS-51 có các lệnh dùng cho điều khiển xuất/nhập tác động đến từng bit MCS 51 bao gồm nhiều vi điều khiển khác nhau, bộ vi điều khiển đầu tiên là 8051 có 4KB ROM, 128 byte RAM và... phiên bản sau tăng thêm một số thanh ghi điều khiển hoạt động của MCS-51 Hình 2.1: Kiến trúc vi điều khiển 8051 Sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Phượng Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 18 Khoa điện tử 2.2: Giới thiệu sơ lược vi điều khiển 89S52 2.2.1: Tổng quan 89S52 Vi điều khiển 89S52 được sản xuất do hãng Atmel Các sản phẩm của 89S52 thích hợp cho các ứng dụng điều khiển Việc xử lý các byte và toán số học