CHƯƠNG 5. GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51
5.3. SƠ ĐỒ CHÂN VÀ CHỨC NĂNG CÁC CHÂN CỦA CHÍP AT89C51
Hình 5.2. Sơ đồ chân và chức năng các chân của Chíp AT89C51
- PORT 0 : Nằm trên các chân từ 32 đến 39 có 2 công dụng. Trong các thiết kế có tối thiểu thành phần thì Port 0 được sử dụng làm nhiệm vụ xuất/nhập.
Trong các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, Port 0 trở thành Bus địa chỉ và Bus dữ liệu đa hợp..
- PORT 1 : Nằm trên các chân 1 đến 8, chỉ có một cộng dụng là để gao tiếp với thiết bị ngoài khi có yêu cầu.
- PORT 2 : Nằm trên các chân 21 đến 28 có 2 công dụng hoặc làm nhiệm vụ xuất/nhập hoặc là Byte địa chỉ cao của BUS địa chỉ 16 bit cho các thiết kế có nhiều hơn 256Byte bộ nhớ dữ liệu ngoài.
- PORT 3 : Nằm trên các chân 10 đến 17 có 2 công dụng. một là chức năng xuất/nhập bình thường còn khi không hoạt động xuất nhập các chân của
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
20 21
22 23 24 27 26 25 28 29 34
30 31 33 32 35 36 37 38 40 39 P 1.0
P 1.1 P 1.2 P 1.3 P 1.4 P 1.5 P 1.6 P 1.7 RST P 3.0 P 3.1 P 3.2 P 3.3 P 3.4 P 3.5 P 3.6 P 3.7 XTAL 2 XTAL 1 Vss
Vcc P 0.0 P 0.1 P 0.2 P 0.3 P 0.4 P 0.5 P 0.6 P 0.7 EA ALE PSEN P 2.7 P 2.6 P 2.5 P 2.4 P 2.3 P 2.2 P 2.1 P 2.0 RXD
TXD LNT 0 LNT 1
T 0 T 1 WR RD
INTEL 89C51
43
PORT 3 có nhiều chức năng riêng . Cụ thể các chức năng của các chân ở PORT 3 như sau :
Bảng 5.3. Các chức năng của PORT 3
Bit Tên Địa chỉ Bit Chức năng
P 3.0 RxD B0H Nhận dữ liệu của Port nối tiếp P 3.1 TxD B1H Phát dữ liệu của Port nối tiếp.
P3.2 INT 0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0 P 3.3 INT 1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1
P 3.4 T 0 B4H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 0.
P 3.5 T 1 B5H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 1 P 3.6 WR B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài.
P 3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.
- Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN
8051 Cung cấp cho ta 4 tín hiệu điều khiển BUS. Tín hiệu cho phép bộ nhớ chương trình PSEN (Program Store Enable) là tín hiệu xuất trên chân 29.
Đây là tín hiệu điều khiển cho phép ta truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài.
Chân này thường được nối với chân cho phép xuất OE ( Output Enable) của EPROM hoặc ROM để cho phép đọc các Byte lệnh.
Tín hiệu PSEN ở mức Logic 0 trong suất thời gian tìm nạp lệnh, các mã nhị phân của chương trình hay mã thao tác (Opcode) được đọc từ EPROM qua BUS dữ liệu và được chốt vào thanh ghi IR của 8051 để được giải mã.
44
Khi thực thi một chương trình chứa ở ROM nội PSEN được duy trì ở mức Logic tích cực 1.
- Chân cho phép chốt địa chỉ ALE
Chân này nằm trên chân 30 của 8051 là chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch Enable) để giải đa hợp. Bus dữ liệu và Bus địa chỉ. Khi Port 0 được sử dụng làm Bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp chân ALE xuất tín hiệu để chôt địa chỉ ( Byte thấp của địa chỉ 16bit) vào một thanh ghi ngoài trong suốt 1/2 đầu chu kỳ bộ nhớ. Sau khi điều này đã được thực hiện các chân của Port 0 sẽ xuất nhập dữ liệu hợp lệ trong suốt 1/2 thứ 2 của chu kỳ bộ nhớ.
Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong vi điều khiển và có thể được dùng làm xung Clock cho phần còn lại của hệ thống. Nếu mạch dao động có tần số 12MHz, tín hiệu ALE có tần số 2MHz.
Ngoại lệ duy nhất là trong thời gian thực thi lệnh MOVX, một xung ALE sẽ bị bỏ qua. Chân ALE còn được dùng để nhận xung ngõ vào lập trình cho EPROM trên CHIP đối với các phiên bản của 8051 có EPROM này.
- Chân truy xuất ngoài EA
Ngõ vào này ở chân 31 có thể được nối với nguồn +5V (Logic 1) hoặc GND (Logic 0). Nếu chân này nối lên 5V , 8051/8052 thực thi chương trình trong ROM nội( chương trình nhỏ hơn 4K/8K). Nếu chân này nối với GND( và chân PSEN cũng ở mức Logic 0), chương trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài. Đối với 8031/8032 chân EA phải ở mức Logic 0 vì chúng không có bộ nhớ chương trình trên CHIP. Nếu chân EA ở mức Logic 0 đối với 8051/8052, ROM nội bên trong CHIP được vô hiệu hoá và chương trình cần thực thi chứa ở EPROM bên ngoài.
45
Các phiên bản EPROM của 8051 còn sử dụng chân EA làm chân nhận điện áp cấp nguồn 21VPP cho việc lập trình EPROM nội ( Nạp EPROM).
- Chân RESET ( RST)
Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào xoá chính (Master reset) của 8051 dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay còn gọi tắt là Reset hệ thống. Khi ngõ vào này được treo ở mức Logic 1 tối thiểu hai chu kỳ máy , các thanh ghi bên trong của 8051 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống.
- Các chân thạch anh XTAL 1 và XTAL 2
Nằm trên chân 18 và 19 của CHIP, 2 chân này được dùng để nối với thạch anh ngoài nhằm tái tạo dao động và xác định tần số làm việc cho mạch dao động ở bên trong CHIP. Kết hợp với thạch anh có thêm 2 tụ gốm để ổn định tần số dao động. Tần số danh định của thạch anh là 12MHz cho hầu hết các CHIP của họ MCS - 51.
Oscillator
18 19
X1
12MHz C2
30pF C1
30pF
IC 1 8051
Hình 5.4. Mạch dao động Thạch Anh XTAL 1 và XTAL 2
Hoặc ta cũng có thể dùng một nguồn xung CLOCK TTL để tạo dao động cho 8051 như mạch sau :
46
IC 1 8051
19
TTL 18
Oscillator
74LS04
Oscillator
Hình 5.5. Mạch dao động 5.4. CẤU TRÖC CỦA PORT In/Out
- Sơ đồ cấu trúc bên trong của chân PORT xuất/nhập như sau :
VDD
D Q Write to Latch
Read latch
Read pin Interrnal
Pull-up
Port Latch
Porrt pin 8051 Internal bus
Hình 5.6. Cấu trúc của PORT In/Out
Việc ghi đến 1 chân của Port sẽ nạp dư liệu vào bộ chốt của Port, ngõ ra Q của bộ chốt điều khiển một Transistor trường và Transistor này nối với chân của Port. Khả năng phân chia đầu ra (Fan - out) của các Port 1, 2 và 3 là 4 tải vi mạch TTL loại Schottky công suất thấp (LS) còn của Port 0 là 8 tải loại LS.Lưu ý là điện trở kéo lên (Pull Up) không có ở Port 0 ( trừ khi port
47
này làm nhiệm vụ của Port địa chỉ dữ liệu đa hợp) Do vậy phải nối thêm một điện trở kéo lên bên ngoài cho Port 0.Giá trị điện trở này phụ thuộc vào đặc tính ngõ vào của thành phần ghép nối với chân của Port.
Ở đây ta thấy có 2 khả năng " Đọc bộ chốt" và "Đọc chân port". Các lệnh yêu cầu thao tác đọc - sửa - ghi, đọc bộ chốt để tránh nhầm mức điện áp do sự hiểu nhầm điện áp do sự kiện dòng tải tăng. Các lệnh nhập một Bit của Port, đọc chân port. Trong trường hợp này bộ chốt của port phải chứa 1 nếu không FET sẽ được kích bão hoà và điều này kéo ngõ ra xuống mức thấp.
Việc Reset hệ thống sẽ set tất cả các bộ chốt port. Do vậy các chân port có thể được dùng làm các ngõ nhập mà không cần phải SET các bộ chốt port một cách tường minh. Tuy nhiên nếu một bộ chốt port bị xoá (như CLR P1.5).
Chân Port không thể làm nhiệm vụ tiếp theo là ngõ nhập trừ khi trước tiên ta phải SET bộ chốt ( như SETB P1.5).
5.5. TỔ CHỨC BỘ NHỚ
Bộ nhớ bên trong 89C51 bao gồm ROM và RAM.
RAM bao gồm nhiều thành phần : Phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các thanh ghi (BANK) và các thanh ghi chức năng đặc biệt ( Special Funtion Registers).
AT89C50 có bộ nhớ theo cấu trúc : Có những vùng nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu. Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong AT89C51 nhưng AT89C51 vẫn có thể kết nối với 64K Byte bộ nhớ chương trình và 64KByte bộ nhớ dữ liệu mở rộng.
48
7F 77 6F 67 5F 56 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07
7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 16 0E 06
7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 3D 35 2D 25 1D 15 0D 05
7C 74 6C 64 5C 54 4C 44 3C 34 2C 24 1C 14 0C 04
7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 3B 33 2B 23 1B 13 0B 03
7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 12 0A 02
79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01
78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08 00 2F
2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1F 18 17 10 0F 08 07 00
BANK 3 BANK 2 BANK 1 Defauk register Bank for R0 - R7
30 7F
Vùng RAM đa dụng (General Purpose RAM)
RAM
(Cấu trúc RAM nội)
87 86 85 84 83 82 81 80 Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable
8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 97 96 95 94 83 92 91 90 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98
Not bit addressable
Thanh ghi chức năng đặc biệt
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 AF AE AD AC AB AA A9 A8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 BF BE BD BC BB BA B9 B8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 EF EE ED EC EB EA E9 E8
Not bit addressable
80 81 82 83 87 88 89 8A 8B 8C 8D 90 98 99 A0 A8 B0 B8 D0 E0 F0 FF
P0 SP DPL DPH PCON TCON TMOD TL0 TL1 TH0 TH1 P1 SCON
SBUF P2 IE P3 IP PSW ACC B
Địa chỉ Byte
Địa chỉ Bit ( Bit Address )
Địa chỉ Byte
Địa chỉ Bit ( Bit Address )
8
8
8
8
32 ByteBit addressable locations80 Byte
Hỡnh 5.7. Tổ chức bộ nhớ RAM RAM bờn trong AT89C51 đƣợc phõn chia nhƣ sau : - Cỏc thanh ghi cú địa chỉ từ 00H đến 1FH
- RAM địa chỉ húa từng bit cú địa chỉ từ 20H đến 2FH.
- RAM đa dụng từ 30H đến 7FH.
- Cỏc thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH.
- RAM đa dụng
Mọi địa chỉ trong vựng RAM đa dụng đều cú thể đƣợc truy xuất tự do dựng kiểu địa chỉ trực tiếp hay giỏn tiếp.
Hoặc truy xuất dựng cỏch địa chỉ giỏn tiếp qua R0 hay R1.
49
- RAM có thể truy xuất từng bit.
AT89C51 chứa 210 bit được địa chỉ hoá từng bit, trong đó 128 bit chứa ở các địa chỉ từ 20H đến 2FH, các bit còn lại chứa trong nhóm thanh ghi chức năng đặc biệt.
Ý tưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là một đặc tính mạnh của vi điều khiển nói chung. Các bit có thể được đặt, xoá, nhân, cộng... với 1 lệnh đơn. Ngoài ra các Port cũng có thể truy xuất được từng bit làm đơn giản phần mềm xuất nhập từng bit.