Bài giảng - Các bộ vi điều khiển 8051

- Ch ươ ng I.
- Các b vi đi u khi n 8051 ộ ề ể 1.1 các b vi đi u khi n và các b x lý nhúng.
- Trong m c này chúng ta bàn v nhu c u đ i v i các b vi đi u khi n (VĐK) và so sánh ụ ề ầ ố ớ ộ ề ể chúng v i các b vi x lý cùng d ng chung nh Pentium và các b vi x lý ớ ộ ử ạ ư ộ ử × 86 khác.
- Chúng ta cùng xem xét vai trò c a các b vi đi u khi n trong th tr ủ ộ ề ể ị ườ ng các s n ph m nhúng.
- Ngoài ra, chúng ta ả ẩ cung c p m t s tiêu chu n v cách l a ch n m t b vi đi u khi n nh th nào.
- 1.1.1 B vi đi u khi n so v i b vi x lý cùng dùng chung ộ ề ể ớ ộ ử.
- S khác nhau gi a m t b vi đi u khi n và m t b vi x lý là gì? B vi x lý đây là các b ự ữ ộ ộ ề ể ộ ộ ử ộ ử ở ộ vi x lý công dung chung nh h Intell ử ư ọ và Pentium) ho c h ặ ọ Motorola v.v.
- Nh ng b VXL này không có RAM, ữ ộ ROM và không có các c ng vào ra trên chíp.
- V i lý do đó mà chúng đ ổ ớ ượ c g i chung là các b vi x ọ ộ ử lý công d ng chung.
- Hình 1.1: H th ng vi x lý đ ệ ố ử ượ c so sánh v i h th ng vi đi u khi n.
- ớ ệ ố ề ể a) H th ng vi x lý công d ng chung ệ ố ử ụ.
- b) H th ng vi đi u khi n ệ ố ề ể.
- M c dù vi c b xung RAM, ROM và các c ng vào ra bên ngoài làm ặ ệ ổ ổ cho h th ng c ng c nh và đ t h n, nh ng chúng có u đi m là linh ho t ch ng h n nh ng ệ ố ồ ề ắ ơ ư ư ể ạ ẳ ạ ư ườ i thi t k có th quy t đ nh v s l ế ế ể ế ị ề ố ượ ng RAM, ROM và các c ng vào ra c n thi t phù h p v i bài ổ ầ ế ợ ớ toán trong t m tay c a mình.
- Đi u này không th có đ ề ể ượ c đ i v i các b vi đi u khi n.
- M t b vi đi u khi n có m t ố ớ ộ ề ể ộ ộ ề ể ộ CPU (m t b vi x lý) cùng v i m t l ộ ộ ử ớ ộ ượ ng c đ nh RAM, ROM, các c ng vào ra và m t b đ nh ố ị ổ ộ ộ ị th i t t c trên cùng m t chíp.
- S l ộ ớ ổ ặ ộ ị ờ ố ượ ng c đ nh c a RAM, ROM trên chíp và ố ị ủ s các c ng vào - ra trong các b vi đi u khi n làm cho chúng tr nên lý t ố ổ ộ ề ể ở ưở ng đ i v i nhi u ng ố ớ ề ứ d ng mà trong đó giá thành và không gian l i h n ch .
- Trong nhi u ng d ng, ví d m t đi u khi n ụ ạ ạ ế ề ứ ụ ụ ộ ề ể TV t xa thì không c n công su t tính toán c a b vi s lý 486 ho c th m chí nh 8086.
- Trong r t ừ ầ ấ ủ ộ ử ặ ậ ư ấ nhi u ng d ng thì không gian nó chi m, công su t nó tiêu t n và giá thành trên m t đ n v là nh ng ề ứ ụ ế ấ ố ộ ơ ị ữ cân nh c nghiêm ng t h n nhi u so v i công su t tính toán.
- Nh ng ng d ng th ắ ặ ơ ề ớ ấ ữ ứ ụ ườ ng yêu c u m t ầ ộ s thao tác vào - ra đ đ c các tín hi u và t t - m nh ng bit nh t đ nh.
- Com đ bi t v nh ng trao đ i tuy t v i v các b vi đi u khi n).
- Đi u thú v là m t s nhà s n xu t các b vi đi u khi n đã đi xa h n là tích h p c m t b ề ị ộ ố ả ấ ộ ề ể ơ ợ ả ộ ộ chuy n đ i ADC và các ngo i vi khác vào trong b vi đi u khi n.
- B ng 1.1: ả M t s s n ph m đ ộ ố ả ẩ ượ c nhúng s d ng các b vi đi u khi n ử ụ ộ ề ể Thi t b n i th t gia đình ế ị ộ ấ Văn phòng ô tô.
- Máy tính hành trình Đi u khi n đ ng c ề ể ộ ơ Túi đ m khí ệ.
- H th ng b o m t ệ ố ả ậ.
- Máy quy camera Đi u khi n t xa ề ể ừ Trò ch i đi n t ơ ệ ử Đi n tho i t ong ệ ạ ổ Các nh c c đi n t ạ ụ ệ ử Máy khâu.
- Đi u khi n ánh sáng ề ể Máy nh n tin ắ.
- 1.1.2 Các b VĐK cho các h th ng nhúng.
- Trong tài li u v các b vi x lý ta th ệ ề ộ ử ườ ng th y khái ni m h th ng nhúng (Embeded ấ ệ ệ ố system).
- Các b vi x lý và các b vi đi u khi n đ ộ ử ộ ề ể ượ c s d ng r ng rãi trong các s n ph m h ử ụ ộ ả ẩ ệ th ng nhúng.
- M t s n ph m nhúng s d ng m t b vi x lý (ho c m t b vi đi u khi n đ th c ố ộ ả ẩ ử ụ ộ ộ ử ặ ộ ộ ề ể ể ự hi n m t nhi m v và ch m t mà thôi.
- Ph n m m cho các ng d ng khác nhau ử ạ ị ụ ạ ặ ạ ầ ố ạ ầ ề ứ ụ có th đ ể ượ c n p và ch y.
- M t máy tính PC ộ × 86 ch a ho c đ ứ ặ ượ c n i t i các s n ph m nhúng khác nhau ch ng ố ớ ả ẩ ẳ h n nh bàn phím, máyin, Modem, b đi u khi n đĩa, Card âm thanh, b đi u khi n CD = ROM.
- M t n i ngo i vi này có m t b vi đi u khi n bên trong nó đ th c hi n ch m t công ộ ộ ộ ạ ộ ộ ề ể ể ự ệ ỉ ộ vi c, ví d bên trong m i con chu t có m t b vi đi u khi n đ th c thi công vi c tìm v trí chu t ệ ụ ỗ ộ ộ ộ ề ể ể ự ệ ị ộ và g i nó đ n PC B ng 1.1 li t kê m t s s n ph m nhúng.
- M c dù các b vi đi u khi n là s l a ch n a chu ng đ i v i nhi u h th ng nhúng nh ng ặ ộ ề ể ự ự ọ ư ộ ố ớ ề ệ ố ư có nhi u khi m t b vi đi u khi n không đ cho công vi c.
- Vì lý do đó mà nh ng năm g n đây ề ộ ộ ề ể ủ ệ ữ ầ nhí u nhà s n xu t các b vi s lý công d ng chung ch ng h n nh Intel, Motorla, AMD (Advanced ề ả ấ ộ ử ụ ẳ ạ ư Micro Devices, Inc.
- Trong nh ng ữ ữ năm đ u th p k 90 c a th k 20 máy tính Apple b t đ u s d ng các b vi x lý Power PC (nh ầ ậ ỷ ủ ế ỷ ắ ầ ử ụ ộ ử ư v.v.
- C n ph i l u ý r ng khi m t công ty h ầ ả ư ằ ộ ướ ng m t b vi x lý công d ng ộ ộ ử ụ chung cho th tr ị ườ ng nhúng nó t i u hoá b x lý đ ố ư ộ ử ượ ử ụ c s d ng cho các h th ng nhúng.
- đó mà các b vi x lý này th ộ ử ườ ng đ ượ c g i là các b x lý nhúng hi u su t cao.
- Do v y các khái ọ ộ ử ệ ấ ậ ni m các b vi đi u khi n và b x lý nhúng th ệ ộ ề ể ộ ử ườ ng đ ượ c s d ng thay đ i nhau.
- M t trong nh ng nhu c u kh t khe nh t c a h th ng nhúng là gi m công su t tiêu th và ộ ữ ầ ắ ấ ủ ệ ố ả ấ ụ không gian..
- Trong các b x lý nhúng hi u su t cao có xu h ộ ử ệ ấ ướ ng tích h p nhi u và nhi u ch c năng h n ợ ề ề ứ ơ n a trên chíp CPU và cho phép ng ữ ườ i thi t k quy t đ nh nh ng đ c tính nào h mu n s d ng.
- Bình th ế ế ế ệ ố ườ ng khi thi t k bo m ch ch c a ế ế ạ ủ ủ PC (Motherboard) ta c n m t CPU c ng m t chíp - set có ch a các c ng vào - ra, m t b đi u ầ ộ ộ ộ ứ ố ộ ộ ề khi n cache, m t b nh Flash ROM có ch a BIOS và cu i cùng là b nh cache th c p.
- Nh ng ể ộ ộ ớ ứ ố ộ ớ ứ ấ ữ thi t k m i đang kh n tr ế ế ớ ẩ ươ ng đi vào công nghi p s n xu t hàng lo t.
- Trong nhi u tr ề ườ ng h p vi c s d ng các máy tính PC ợ ệ ử ụ × 86 cho các ng d ng ứ ụ nhúng hi u su t cao là không ti t ki m ti n b c, nh ng nó làm rút ng n th i gian phát tri n vì có ệ ấ ế ệ ề ạ ư ắ ờ ể m t th vi n ph n m m bao la đã đ ộ ư ệ ầ ề ượ c vi t cho n n DOS và Windows.
- 1.1.4 L a ch n m t b vi đi u khi n.
- Có 4 b vi đi u khi n 8 bit chính.
- Cũng có nh ng b vi đi u khi n 16 bit ẫ ữ ộ ề ể và 32 bit đ ượ ả c s n xu t b i các hãng s n xu t chíp khác nhau.
- V i t t c nh ng b vi đi u khi n ấ ở ả ấ ớ ấ ả ữ ộ ề ể khác nhau nh th này thì l y gì làm tiêu chu n l a ch n mà các nhà thi t k ph i cân nh c? Có ba ư ế ấ ẩ ự ọ ế ế ả ắ tiêu chu n đ l a ch n các b vi đi u khi n là: ẩ ể ự ọ ộ ề ể.
- 3) Ngu n các b vi đi u khi n có s n nhi u và tin c y.
- ồ ộ ề ể ẵ ề ậ 1.1.5 Các tíêu chu n l a ch n m t b vi đi u khi n.
- Tiêu chu n đ u tiênvà tr ẩ ầ ướ c h t trongl a ch n m t b vi đi u khi n là nó ph i đáp ng nhu c u ế ự ọ ộ ộ ề ể ả ứ ầ bài toán v m t m t công su t tính toán và giá thành hi u qu .
- Trong khi phân tích các nhu c u c a ề ộ ặ ấ ệ ả ầ ủ m t d án d a trên b vi đi u khi n chúng ta tr ộ ự ự ộ ề ể ướ c h t ph i bi t là b vi đi u khi n nào 8 bit, 16 ế ả ế ộ ề ể bit hay 32 bit có th đáp ng t t nh t nhu c u tính toán c a bài toán m tcách hi u qu nh t? Nh ng ể ứ ố ấ ầ ủ ộ ệ ả ấ ữ tiêu chu n đ ẩ ượ c đ a ra đ cân nh c là: ư ể ắ.
- a) T c đ : T c đ l n nh t mà b vi đi u khi n h tr là bao nhiêu.
- c) Công su t tiêu th : Đi u này đ c bi t kh t khe đ i v i nh ng s n ph m dùng pin, c quy.
- ấ ụ ề ặ ệ ắ ố ớ ữ ả ẩ ắ d) Dung l ượ ng b nh RAM và ROM trên chíp.
- e) S chân vào - ra và b đ nh th i trên chíp ố ộ ị ờ.
- g) Giá thành cho m t đ n v : Đi u này quan tr ng quy t đ nh giá thành cu i cùng c a s n ph m mà ộ ơ ị ề ọ ế ị ố ủ ả ẩ m t b vi đi u khi n đ ộ ộ ề ể ượ ử ụ c s d ng.
- Ví d có các b vi đi u khi n giá 50 cent trên đ n v khi đ ụ ộ ề ể ơ ị ượ c mua 100.000 b m t lúc.
- 2) Tiêu chu n th hai trong l a ch n m t b vi đi u khi n là kh năng phát tri n các s n ph m ẩ ứ ự ọ ộ ộ ề ể ả ể ả ẩ xung quanh nó d dàng nh th nào? Các cân nh c ch y u bao g m kh năng có s n trình l ễ ư ế ắ ủ ế ồ ả ẵ ượ ng ng , g r i, trình biên d ch ngôn ng C hi u qu v mã ngu n, trình mô ph ng h tr k thu t và ữ ỡ ố ị ữ ệ ả ề ồ ỏ ỗ ợ ỹ ậ kh năng s d ng trong nhà và ngoài môi tr ả ử ụ ườ ng.
- 3) Tiêu chu n th ba trong l a ch n m t b vi đi u khi n là kh năng s n sàng đáp ng v s ẩ ứ ự ọ ộ ộ ề ể ả ẵ ứ ề ố l ượ ng trong hi n t i và t ệ ạ ươ ng lai.
- Hi n nay, các b vi đi u khi n 8 bit d u đ u, h 8051 là có s ơ ả ẩ ầ ệ ộ ề ể ấ ầ ọ ố l ươ ng l n nh t các nhà cung c p đa d ng (nhi u ngu n).
- Nhà cung c p có nghĩa là nhà s n xu t bên ớ ấ ấ ạ ề ồ ấ ả ấ c nh nhà sáng ch c a b vi đi u khi n.
- Trong tr ạ ế ủ ộ ề ể ườ ng h p 8051 thì nhà sáng ch c a nó là Intel, ợ ế ủ nh ng hi n nay có r t nhi u hãng s n xu t nó (cũng nh tr ư ệ ấ ề ả ấ ư ướ c kia đã s n xu t).
- B ng 1.2: ả Đ a ch c a m t s hãng s n xu t các thành viên c a h 8051.
- Trong ả ẩ ủ ọ ả ấ ổ ị ệ ở ồ nh ng năm g n đây h cũng đã b t đ u bán t bào th vi n Asic c a b vi đi u khi n.
- Tr ong m c này chúng ta xem xét m t s thành viên khác nhau c a h b vi đi u khi n 8051 ụ ộ ố ủ ọ ộ ề ể và các đ c đi m bên trong c a chúng.
- Hãng Intel gi i thi u m t s b vi đi u khi n đ ớ ệ ộ ố ộ ề ể ượ c g i là 8051.
- B vi đi u ọ ộ ề khi n này có 128 byte RAM, 4K byte ROM trên chíp, hai b đ nh th i, m t c ng n i ti p và 4 c ng ể ộ ị ờ ộ ổ ố ế ổ (đ u r ng 8 bit) vào ra t t c đ ề ộ ấ ả ượ c đ t trên m t chíp.
- Lúc y nó đ ặ ộ ấ ượ c coi là m t “h th ng trên ộ ệ ố chíp”.
- M c dù 8051 có th có m t ROM trên chíp c c đ i ỗ ổ ộ ặ ể ộ ự ạ là 64 K byte, nh ng các nhà s n xu t lúc đó đã cho xu t x ư ả ấ ấ ưở ng ch v i 4K byte ROM trên chíp.
- Đi u này quan tr ng là m c dù ở ơ ử ả ấ ề ọ ặ có nhi u bi n th khác nhau c a 8051 v t c đ và dung l ề ế ể ủ ề ố ộ ươ ng nh ROM trên chíp, nh ng t t c ớ ư ấ ả chúng đ u t ề ươ ng thích v i 8051 ban đ u v các l nh.
- B ng 1.3: ả Các đ c tính c a 8051 đ u tiên.
- ROM trên chíp RAM.
- 1.2.2 B ví đi u khi n 8051 ộ ề ể.
- B vi đi u khi n 8051 là thành viên đ u tiên c a h 8051.
- B ng 3.1 trình bày các đ c tính c a 8051.
- Có hai b vi đi u khi n thành viên khác c a h 8051 là 8052 và 8031.
- ộ ề ể ủ ọ a- B vi đi u khi n 8052: ộ ề ể.
- B vi đi u khi n 8052 là m t thành viên khác c a h có t t c các đ c tính ộ ề ể ộ ủ ọ ấ ả ặ chu n c a 8051 ngoài ra nó có thêm 128 byte RAM và m t b đ nh th i n a.
- ROM trên chíp 4K byte 8K byte OK.
- Nh nhìn th y t b ng 1.4 thì 8051 là t p con c a 8052.
- Do v y t t c m i ch ư ấ ừ ả ậ ủ ậ ấ ả ọ ươ ng trình vi t cho 8051 đ u ch y trên 8052 nh ng đi u ng ế ề ạ ư ề ượ ạ c l i là không đúng..
- b- B vi đi u khi n 8031: ộ ề ể.
- Các b vi đi u khi n 8051 t các hãng khác nhau.
- M c dù 8051 là thành viên ph i bi n nh t c a h 8051 nh ng chúng ta s th y nó trong kho ặ ổ ế ấ ủ ọ ư ẽ ấ linh ki n.
- a- B vi đi u khi n 8751: ộ ề ể.
- b- B vi đi u khi n AT8951 t Atmel Corporation.
- Chíp 8051 ph bi n này có ROM trên chíp d ng b nh Flash.
- Đi u này là lý t ổ ế ở ạ ộ ớ ề ưở ng đ i ố v i nh ng phát tri n nhanh vì b nh Flash có th đ ớ ữ ể ộ ớ ể ượ c xoá trong vài giây trong t ươ ng quan so v i ớ 20 phút ho c h n mà 8751 yêu c u.
- Vì lý do này mà AT89C51 đ phát tri n m t h th ng d a trên ặ ơ ầ ể ể ộ ệ ố ự b vi đi u khi n yêu c u m t b đ t ROM mà có h tr b nh Flash.
- B ng 1.5: ả Các phiên b n c a 8051 t Atmel (Flash ROM).
- Cũng có nh ng phiên b n đóng v và t c đ khác nhau c a nh ng s n ph m trên đây.
- B ng 1.6: ả Các phiên b n 8051 v i t c đ khác nhau c a Atmel.
- c- B vi đi u khi n DS5000 t hãng Dallas Semiconductor.
- B ộ ả ổ ế ữ ủ ủ ộ nh ROM trên chíp c a DS5000 d ớ ủ ở ướ ạ i d ng NV-RAM.
- Kh năng đ c/ ghi c a nó cho phép ch ả ọ ủ ươ ng trình đ ượ c n p vào ROM trên chíp trong khi nó v n trong h th ng (không c n ph i l y ra).
- B ng 1.7: ả Các phiên b n 8051 t hãng Dallas Semiconductor.
- Còn có nhi u phiên b n DS5000 v i nh ng t c đ và ki u đóng gói khác nhau.( Xem b ng ề ả ớ ữ ố ộ ể ả 1.8).
- B ng 1.8: ả Các phiên b n c a DS5000 v i các t c đ khác nhau ả ủ ớ ố ộ.
- Th t v y, hãng này có ộ ả ấ ủ ọ ữ ậ ậ m t d i l a ch n r ng l n cho các b vi đi u khi n h 8051

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt