Đồ án Thiết kế mạch giao tiếp với LCD và bàn phím HEX sử dụng họ 8051

ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ Giáo viên hướng dẫn Trần Thu Trà Lời nói đầu Ngày nay khoa học kỹ thuật đang phát triển hết sức mạnh mẽ, đặc biệt là lĩnh vực điều khiển và tự động hoá.Để tăng tính năng điều khiển, các bộ vi điều khiển đã không ngừng được cải tiến và nâng cấp. Và một trong những họ vi điều khiển đang được ửng dụng rộng rãi ngày nay là họ vi điều khiển 8051. Các bộ vi điều khiển thuộc họ 8051 đầu tiên ra đời vào năm 1981.Các bộ vi điều khiển này mới chỉ có 128 byte Ram, 4kb Rom, 2 bộ định thời, một cổng nổi tiếp và 4 cổng vào ra.Tất cả được đặt trên cùng một chíp. Và sau này đã có nhiều bộ vi điều khiển thuộc họ 8051 ra đời với những sự cải tiến đặc biệt của nhiều hãng sản xuất như vi điều khiển 8052, AT89S52..... Họ vi điều khiển 8051 được ửng dụng trong thực tế rất phổ biến như ứng dụng để điều khiển động cơ, điều khiển led, điều khiển đèn giao thông, làm bộ đếm sản phẩm..... Trong nhiều ứng dụng đó nhóm sinh viên chúng em gồm: 1. Thái Nam Thuật 2. Phan Văn Sâm 3. Phan Văn Thọ 4. Hà Văn Thực Tham gia vào thực hiện đề tài " Thiết kế mạch giao tiếp với LCD và bàn phím HEX sử dụng họ 8051 ". Dưới sự hướng dẫn của cô giáo Trần Thu Trà.Chúng em mong rằng sự nhiệt tình của cô giáo sẽ giúp chúng em thực hiện đề tài thành công . MỤC LỤC 24 Lưu đồ thuật toán …………………………………………….24 2. Chương trình điều khiển………………………………………25 Chương I : TỔNG QUAN VỀ 8051 1.1. Cấu trúc vi điều khiển 8051 Cấu trúc vi điều khiển 8051 1.2. Tổ chức bộ nhớ vi điều khiển 8051 Các thanh ghi nằm giữa các thanh ghi 80H và FFh.Các địa chỉ này nằm trên thanh 80H,vì các địa chỉ từ 00H đến 7FH là địa chỉ của bộ nhớ RAM bên trong 8051.Không phải tất cả mọi địa chỉ từ 80H đến FFH đều do FSR sử dụng,nhưng vị trí ngăn nhớ từ 80H đến FFH chưa dùng là để dự trữ và lập trình viên 8051cungx không được sử dụng Bảng : Chức năng của các thanh ghi đặc biệt SFR SFR định địa chỉ từng bít(những thanh ghi cần nhớ đối với khi lập trình C) CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ LCD VÀ BÀN PHÍM HEX I. Tìm hiểu về màn hình LCD Phân loại LCD Có thể chia các module LCD làm hai loại chính : - Loại hiển thị ký tự (character LCD ) gồm có các kích cỡ 16x1(16 ký tự 1 dòng),16x2 ( 16 ký tự x 2 dòng) ; 16x 4(16 ký tự x 4 dòng); 20x 1(20 ký tự x1 dòng) v.v.. - Loại hiển thị đồ họa (graphic LCD ) đen trắng hoặc màu ,gồm các kích cỡ 1,47 inch (128 x128 điểm ảnh) ;1,8 inch( 128 x 160 điểm ảnh ); 2,4 inch( 240x 320 điểm ảnh ) ..v.v… Mô tả về các chân của Màn hình LCD 16x2 Chân Ký hiệu I/O Mô tả 1 VSS - Đất 2 VCC - Nguồn +5V 3 VEE - Cấp nguồn điều khiển phản 4 RS I RS=0 chọn thanh ghi lệnh RS=1 chọn thanh dữ liệu 5 R/W I R/W=1 đọc dữ liệu.R/W =0 ghi dữ liệu 6 E I/O Cho phép 7 DB0 I/O Các bít dữ liệu 8 DB1 I/O Các bít dữ liệu 9 DB2 I/O Các bít dữ liệu 10 DB3 I/O Các bít dữ liệu 11 DB4 I/O Các bít dữ liệu 12 DB5 I/O Các bít dữ liệu 13 DB6 I/O Các bít dữ liệu 14 DB7 I/O Các bít dữ liệu Chức năng của các chân : - Chân Vcc :cấp nguồn dương - Chân Vss : cấp nguồn âm - Chân V EE : điều khiển độ tương phản của LCD - Chân chọn thanh ghi RS :có hai thanh ghi rất quan trọng trong LCD, chân RS (register select) được dùng để chọn thanh ghi như sau : Nếu RS=1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiể thị về LCD; Nếu RS=0 thì thanh ghi mà lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi một lệnh chẳng hạn như lệnh xóa màn hình ,đưa con trỏ về đầu dòng… - Chân đọc/ghi (R/W) :đầu vào đọc/ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCD khi R/W =0 hoặc đọc thông tin từ nó khi R/W=1 - Chân cho phép E(Enable) :Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt dữ liệu của nó .Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liệu .Xung này phải rộng tối thiểu 450 ns . - Chân D0à D7 : Đây là 8 chân dữ liệu 8 bit ,được dùng để gửi thông điệp lên LCD hoặc đọc nội dung các thanh ghi trong LCD .Để hiển thị các chữ cái và các con số ,chúng ta gửi mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z ,a đến z và các con số từ 0 đến 9 đến các chân này khi bật RS =1.Cũng có các mã lệnh có thể được gửi đến LCD để xóa màn hình hoặc dưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ - Chú ý :Chúng ta cũng được sử dụng RS=0 để kiểm tra bí cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhận thông tin.Cờ bận là bit D7 và có thể được đọc khi R/W=1 và RS=0 như sau: Nếu R/W =1 ,RS=0 khi D7=1 (cờ bận 1)thì LCD bận bởi các công viêc bên trong và sẽ không nhận bất cứ thông tin mới nào.Khi D7=0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới.Lưu ý chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu nào lên LCD. Chân 15 và 16 :ghi là A và K .Nó là a nốt và ca tốt của một đèn LED dùng để chiếu sáng LCD trong bóng tối.Chúng ta không sử dụng.Nếu muốn dùng thì nối chân A qua một điện trở từ 1k đến 5k lên dương 5V ,chân K xuống đất đèn sẽ sáng. Bảng mã lệnh của LCD Mã lệnh(hex) Lệnh đến thanh ghi của LCD 1 Xóa màn hình hiển thị 2 Trở về đầu dòng 4 Giảm con trỏ (dịch con trỏ sang trái) 6 Tăng con trỏ (dịch con trỏ sang phải) 5 Dịch hiển thị sang phải 7 Dịch hiển thị sang trái 8 Tắt con trỏ,tắt hiển thị A Tắt hiển thi ,bật con trỏ C Tắt con trỏ,bật hiển thị E Bật hiển thị ,nhấp nháy con trỏ F Tắt hiển thị,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 Ép con trỏ về đầu dòng thứ nhất C0 Ép con trỏ về đầu dòng thứ hai 38 Hai dòng và ma trận 5x7 1.2. Nguyên tắc hiển thị ký tự trên màn hình LCD Một chương trình hiển thị ký tự trên LCD sẽ đi theo 4 bước sau : Xóa toàn bộ màn hình Đặt chế độ hiển thị Đặt vị trí con trỏ (Nơi bắt đầu của ký tự hiển thị ) Hiển thị ký tự Chú ý : + Các bước 3,4 có thể lặp đi lặp lại nhiều lần nếu hiển thị nhiều ký tự + Chế độ hiển thị mặc định sẽ là hiển thị dịch ,vị trí con trỏ mặc định sẽ là dòng thứ nhất Để điều khiển hoạt động của LCD nên sử dụng port 2 hoặc port 1 cho việc xuất nhập dữ liệu ,các chân tạo tín hiệu điều khiển RS,RW,EN_LCD có thể chọn tùy ý trong các chân của các Port còn lại. Hình vẽ dưới là ví dụ về mạch ghép nối giữa vi điều khiển 8051 với module LCD 16x2.Port 2 của vi điều khiển được nối tới buz dữ liệu của LCD ,các chân P1.0,P1.1, và P1.2 của port 1 dùn để tạo các tín hiệu điều khiển LCD. Sơ đồ giao tiếp với màn hình tinh thể lỏng LCD 16x2 II. Giới thiệu về bàn phím HEX Bàn phím trên khối PM 303 cũng được xây dựng theo cấu trúc ma trận gồm 16 phím (từ 0-9 và từ A-F) bố trí thành 4 hàng ,4 cột ,gọi là bàn phím HEX.Để kiểm tra có phím nhấn hay không máy tính xuất ra cột thứ nhất ở mức 0 và đọc vào hàng,nếu hàng nào xuống 0 tức là phím nhấn trên hàng đó.Tín hiệu quét đọc từ máy tính cấp qua các chốt PC0-PC3 (port C) .Khi nhấn công tắc nào sẽ cho phép tín hiệu từ máy tính truyền qua công tắc nối tới hàng tương ứng.Máy tính sẽ so sánh đồng bộ với tín hiệu quét cột đã phát để xác định công tắc được nhấn.Ví dụ khi nhấn phím 9 tín hiệu quét từ ngõ PC2 sẽ qua tiếp điểm công tắc 9 truyền ra PC6 ,như vậy ngõ vào bàn phím sẽ là cột còn ngõ ra là hàng. Sơ đồ kết nối của bàn phím HEX Lưu ý rằng khi không nhấn phím thì hàng của bàn phím HEX nối với Vcc thông qua điện trở R nên có mức logic 1.Để phân biệt được trạng thái của phím nhấn thì mức logic khi nhấn phím phải là mức 0.Mà khi nhấn một phím nào đó thì tương ứng hàng và cột của bàn phím HEX sẽ kết nối với nhau.Do đó ,để thực hiện kiểm tra một phím thì ta phải cho trước cột chứa phím tương ứng ở mức logic 0,sau đó kiểm tra hàng của phím ,nếu hàng =0 thì có nhấn phím còn hàng bằng 1 thì không nhấn phím. Ví dụ như muốn kiểm tra phím 4 thì ta cho cột chứa phím 4 ở mức logic 0( chân 5 của J1,các cột khác =1 ,nghĩa là dữ liệu tại J1 là 1000xxxxb),sau đó thực hiện kiểm tra chân 2 của J1(hàng phím 4), nếu chân này =0 thì phím được bấm. CHƯƠNG III : GIỚI THIỆU VỀ IC89S52 1.1 Giới thiệu về IC89S52: Hiện nay có rất nhiều họ Vi điều khiển trên thị trường với nhiều ứng dụng khác nhau, trong đó họ Vi điều khiển họ MCS-51 được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới và ở Việt nam.Vào năm 1980 Intel công bố chíp 8051(80C51), bộ vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS-51. Nó bao gồm 4KB ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit. Tiếp theo sau đó là sự ra đời của chip 8052, 8053, 8055 với nhiều tính năng được cải tiến.Hiện nay Intel không còn cung cấp các loại Vi điều khiển họ MCS-51 nữa, thay vào đó các nhà sản xuất khác như Atmel, Philips/signetics, AMD, Siemens, Matra&Dallas, Semiconductors được cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các chip của họ MSC-51. Chip Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay là Vi điều khiển của hãng Atmel với nhiều chủng loại vi điều khiển khác nhau. Hãng Atmel có các chip Vi điều khiển có tính năng tương tự như chip Vi điều khiển MCS-51 của Intel, các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel sản xuất. Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel khi sản xuất ở Atmel mã số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính năng chương trình tương tự như nhau. Tương tự 8051,8053,8055 có mã số tương đương ở Atmel là 89C51,89C53,89C55. Vi điều khiển Atmel sau này ngày càng được cải tiến và được bổ sung thêm nhiều chức năng tiện lợi hơn cho người dùng. Bảng 1 Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp 89C51 128 byte 4 Kbyte song song 89C52 128 byte 8 Kbyte song song 89C53 128 byte 12 Kbyte song song 89C55 128 byte 20 Kbyte song song Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị trường dòng Vi điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt là có thêm khả năng nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện lợi cho người sử dụng. Bảng 2 Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp 89S51 128 byte 4 Kbyte nối tiếp 89S52 128 byte 8 Kbyte nối tiếp 89S53 128 byte 12 Kbyte nối tiếp 89S55 128 byte 20 Kbyte nối tiếp Tất cả các Vi điều khiển trên đều có đặc tính cơ bản giống nhau về phần mềm (các tập lệnh lập trình như nhau), còn phần cứng được bổ sung với chip có mã số ở hai số cuối cao hơn, các Vi điều khiển sau này có nhiều tính năng vượt trội hơn Vi điều khiển thế hệ trước. Các Vi điều khiển 89Cxx như trong bảng 1 có cấu tạoROM và RAM như 98Sxx trong bảng 2, tuy nhiên 98Sxx được bổ sung một số tính năng và có thêm chế độ nạp nối tiếp. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại sách hướng dẫn về Vi điều khiển với nhiều loại khác nhau như 8051, 89C51, 89S8252, 89S52 v.v... các sách này đều hướng dẫn cụ thể về phần cứng cũng như cách thức lập trình. Chương trình phần mềm dành cho các Vi điều khiển này là như nhau, vì vậy bạn có thể tham khảo thêm về Vi điều khiển ở các sách này. - VDK 89S tính năng hơn hẳn 89C , trong khi giá cả tương đương mà tính năng lại nhiều hơn so với 89C. Ví dòng MCU này dùng chế độ nạpISP (In System Programming) nên việc nạp cho nó rât đơn giản và rẻ tiền.89Sxx có chế độ nạp nối tiếp với mạch nạp đơn giản có khả năng nạp ngay trên bo mạch mà không cần tháo chip vi điều khiển sang mạch khác để nạp chương trình và nhiều tính năng cải tiến khác.89S52 có khả năng xóa và viết lại chương trình nhiều lần. Đối với 89C thì ta phải sử dụng thêm một con làm master. Còn với 89S52 thì không cần con master, ta nạp trực tiếp.Và giá thành cho một mạch là rất rẻ. Toàn bộ câu trúc phần cứng tương thích hoàn toàn, mọi chương trình viết cho 89C đều chạy tốt trên 89S52 - 89S52 có dung lượng RAM 128 byte,dung lượng ROM 8 Kyte,chế độ nạp nối trực tiếp. 1.2. Khảo sát sơ đồ chân IC 89S52 có 40 chân cho các chức năng khác nhau như: vào ra I/0, đọc , ghi , địa chỉ, dữ liệu và ngắt. Tuy nhiên, vì hầu hết các nhà phát triển chính dụng chíp đóng vỏ 40 chân với hai hàng chân DIP, nên chúng ta cùng khảo sát Vi điều khiển với 40 chân dạng DIP. Hình 1.1 1. Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển                 Nguồn điện cấp là +5V±0.5. 2. Chân GND: Chân số 20 nối GND(hay nối Mass). Khi thiết kế cần sử dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn giản là sử dụng IC ổn áp 7805. 3 .Port 0 (P0)     Port 0 gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng:  - Chức năng xuất/nhập : Các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài vào để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để điều khiển led đơn sáng tắt.- Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc Port 0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối với bộ nhớ ngoài), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài. 4. Port 1 (P1)     Port P1 gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân 8), chỉ có chức năng làm các đường xuất/nhập, không có chức năng khác. 5. Port 2 (P2)     Port 2 gồm 8 chân (từ chân 21 đến chân 28) có hai chức năng:  - Chức năng xuất/nhập  - Chức năng là bus địa chỉ cao (A8-A15): khi kết nối với bộ nhớ ngoài có dung lượng lớn,cần 2 byte để định địa chỉ của bộ nhớ, byte thấp do P0 đảm nhận, byte cao do P2 này đảm nhận. 6. Port 3 (P3)      Port 3 gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17):  - Chức năng xuất/nhập  - Với mỗi chân có một chức năng riêng thứ hai như trong bảng sau : Bit Tên Chức năng P3.0 RxD Ngõ vào nhận 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 của Timer/Counter thứ 0 P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 1 P3.6 WR Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài P3.7 RD Ngõ điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ bên ngoài P1.0 T2 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 2 P1.1 T2X Ngõ Nạp lại/thu nhận của Timer/Counter thứ 2 7. Chân RESET (RST)        Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển. Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy. 8. Chân XTAL1 và XTAL2          Hai chân này có vị trí chân là 18 và 19 được sử dụng để nhận nguồn xung clock từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép nối với thạch anh và các tụ để tạo nguồn xung clock ổn định. 9. Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN        PSEN ( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này thường được nối với chân OE (output enable) của ROM ngoài.        Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra tín hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máy       Khi thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic không tích cực (logic 1)       (Không cần kết nối chân này khi không sử dụng đến) 10. Chân ALE (chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30)       Khi Vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là bus địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt.      Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho các phần khác của hệ thống. - Ghi chú: khi không sử dụng có thể bỏ trống chân này 11. Chân EA         Chân EA dùng để xác định chương trình thực hiện được lấy từ ROM nội hay ROM ngoại.        Khi EA nối với logic 1(+5V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ bộ nhớ nội        Khi EA nối với logic 0(0V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ bộ nhớ ngoại . 1.3 Sơ đồ khối của IC89S52 CHƯƠNG IV : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN Sơ đồ nguyên lý: 1.1. Khối nguồn: 1.2 Khối điều khiển: 1.3. Khối bàn phím HEX 1.4. Khối hiển thị 2. Mạch nguyên lý: Nguyên lí hoạt động: Khi cấp nguồn Vcc thì mạch bắt đầu hoạt động. - Khi nhấn tổ hợp các phím thì ngay lập tức gửi một xung đến IC AT89S52. AT89S52 sẽ tiến hành mã hóa,giả mã và chuyển xung gửi đến thành dữ liệu và sau đó tín hiệu được xuất lên LCD để hiển thị (từ p.0.0 => p.0.7). Nhưng trước khi gửi dữ liệu lên LCD thì phải kiểm tra LCD. Nếu LCD rỗi thì dữ liệu sẽ được hiển thị và ngược lại nếu LCD bận thì dữ liệu chưa được hiển thị và gửi thông báo cho IC vi xử lí (AT89S52) qua chân RS và RW. Nguyên tắc kiểm tra bận như sau: Nếu RW=1;RS=0 khi D7=1 thì LCD bận bởi các công việc bên trong và sẽ không nhận bất cứ thông tin nào từ IC vi xử lí. Khi D7=0 thì LCD sẵn sang nhận thông tin từ IC vi xử lí. Ở đây: + RW là chân đọc/ghi,cho phép người dung ghi thông tin lên LCD. RW = 0 (ghi); RW = 1 ( đọc thông tin ). + RS chọn thanh ghi : RS = 0 thanh ghi lệnh được chọn để cho phép người dung gửi một lệnh lên LCD. RS = 1 thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị lên LCD - Khi không nhấn phím thì xung ở mức 0 3. Mạch in CHƯƠNG V: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Lưu đồ thuật toán Chương trình điều khiển