LỜI MỞ ĐẦU
I.ĐẶT VẦN ĐỀ
Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử , kĩ thuật số, các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hoá với những kỹ thuật tiên tiến như Vi Xử Lý, Vi Mạch Số….. được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển , thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ với tốc độ xử lý chậm, ít chính xác sẽ được thay thế bằng các chương trình điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được con người chúng ta thiết lập trước .
Chính vì yêu cầu ngày càng cao của cả nhân loại, chúng em cũng muốn thử sức mình vào việc thi công thử một trong những đề tài về Vi Điều Khiển trong lĩnh vực thông tin liên lạc. Đó chính là Mạng Điện Thoại Nội Bộ 4 Máy .
II . GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Để đáp ứng cho nhu cầu ngày càng cao của con người, những thành tựu khoa học kĩ thuật tiên tiến không ngừng ra đời và phát triển. Trong đó kĩ thuật Vi Điều Khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kĩ thuật và trong dân dụng. các dây chuyền sản xuất lớn đến các thiết bị gia dụng, chúng ta đều thấy sự hiện diện của vi điều khiển. Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, gọn nhẹ và sử dụng một cách dễ dàng.
Vi Điều Khiển không những góp phần vào kĩ thuật điều khiển mà còn góp phần to lớn vào việc phát triển thông tin. Đó chính là sự ra đời của hàng loạt thiết bị tối tân trong ngành viễn thông, truyền hình, đặc biệt là sự ra đời của mạng Internet… đã góp phần đưa con người đến đỉnh cao của nền văn minh nhân loại.
Do nhu cầu phát triển kinh tế xã hội ngày một tăng cao ,nhu cầu thông tin liên lạc cũng phát triển để phục vụ hỗ trợ trong việc trao đổi thông tin trong kinh doanh vv…Tuy nhiên hệ thống liên lạc của nước ta còn hạn chế về dường dây thuê bao cố định .Đồng thời giá thuê bao và lắp đặt một đường dây còn cao tuy đã có giảm.Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên ,mạng điện thoại nội bộ được thiết kế nhằm phục vụ cho các toà nhà cao tầng ,các cơ quan ,khách sạn,các căn hộ ,khu chung cư ít người..lắp đặt ở 4 nơi khác nhau.
Mạng điện thoại nội bộ này có dung lượng tối đa là 4 thuê bao .Dùng phương thức chuyển mạch không gian bằng vi mạch chuyển mạch CD4051.Được điều khiển bằng vi điều khiển AT89C51 kết hợp với vi mạch chốt SN74LS373
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Mục đích đầu tiên của chúng em làm đề tài này là hoàn tất chương trình học tại trường, đủ điều kiện để tốt nghiệp ra trường.Bên cạnh đó chúng em muốn tìm hiểu thêm về chức năng của vi điều khiển và về lĩnh vực thông tin liên lạc.
Cụ thể là chúng em muốn phát huy những thành quả ứng dụng của Vi Điều Khiển nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn và đạt hiệu quả cao hơn. Đồng thời nếu được nghiên cứu sâu hơn và sự giúp đỡ của quý thầy cô, nhất định chúng em sẽ thực hiện đề tài này tốt hơn đáp ứng đầy đủ các chức năng yêu cầu của một mạng điện thoại nội bộ.
Mặt khác, đề tài này cũng làm tài liệu tham khảo cho những khóa sau, giúp họ hiểu rõ hơn những ứng dụng của Vi Điều Khiển.
Ngoài ra đây cũng là dịp thuận lợi cho chúng em tự kiểm tra lại những kiến thức cơ bản quan trọng cần phải nắm bắt, ứng dụng.. …Trong đó cần phải tư duy, suy nghĩ giải quyết những vấn đề khó khăn hơn nhiều.
III. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Vì trình độ của chúng em về vi điều khiển và lĩnh vực thông tin liên lạc còn hạn hẹp và thời gian gấp rút nên chúng em chỉ có thể thực hiên đề tài này với các chức năng chưa thật sự tối ưu mà chỉ trong phạm vi nhỏ hẹp với những giới hạn như sau:
Ø Một máy có thể kết nối với 1 trong 3 máy còn lại.
Ø Máy 1 hoặc máy 2 có thể kết nối đồng thời với 3 máy còn lại.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI MỞ ĐẦU
PHẦN I: LÝ THUYẾT CƠ SỞ Trang 1
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI 1
I.Tổng Đài 1
II.Máy Điện Thoại 2
III.Các Loại Âm Hiệu 4
CHƯƠNG II :GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 5
I.Cấu Tạo Vi Điều Khiển 8051 5
II.Cấu Trúc Vi Điều Khiển 8051 Và Chức Năng Từng Chân 5
III. Tổ chức bộ nhớ 7 IV. Bộ nhớ ngoài 11
V.Sơ Đồ Khối Của AT89C51 14
CHƯƠNG III : GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN KHÁC 15
I.Vi Mạch MT8870 15
II.Vi Mạch Chuyển Mạch CD4051BC 18
III.Vi Mạch Chốt 74LS373 19
IV. Vi Mạch LM339 19
V. Vi Mạch LM555 20
VI. Vi Mạch CD4081 21
PHẦN II. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 22
CHƯƠNG I :THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 22
I. Sơ Đồ Nguyên Lý 22
II.Sơ Đồ Khối 23
CHƯƠNG II:LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 29
I.Lưu Đồ Giải Thuật 29
II.Lưu Đồ Giải Thuật Thuê Bao 1 30
III.Lưu Đồ Giải Thuật Thuê Bao 2 34
IV.Lưu Đồ Giải Thuật Thuê Bao 3 38
V.Lưu Đồ Giải Thuật Thuê Bao 4 42
VI.Chương Trình 46
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN I: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI
--------------- ( ----------------
I.Tổng Đài:
1.Định nghĩa :Tổng đài điện thoại là một hệ thống trong đó có nhiều thiết bị linh kiện có các chức năng chuyển mạch,kết nối các cuộc thoại giữa các thiết bị đầu cuối của người gọi và người được gọi.
2.Phân loại tổng đài :
Tổng đài điện thoại hiện nay được phân thành 5 cấp tổng đài
_ Cấp cao nhất gọi là tổng đài cấp 1 hay còn gọi là cấp trung tâm miền(Regional Center)
_ Cấp thứ hai là cấp trung tâm vùng (sectional Center)
_ Cấp thứ ba là cấp trung tâm cấp một
_ Cấp thứ tư là cấp đường dài (toll center)
_ Cấp thấp nhất là tổng đài nội hạt(cấp 5)
_ cuối cùng là các thiết bị đầu cuối,tổng đài nội bộ hay tổng đài rẽ nhánh
Tổng đài cấp 5 là tổng đài được kết nối với thuê bao và có thể thiết kế được 10.000 đường dây thuê bao
Một vùng nếu có 10.000 đường dây thuê bao trở lên thì các số điện thoại được phân biệt như sau :
_Phân biệt mã vùng
_ Phân biệt đài cuối
_ Phân biệt thuê bao
Hai đường dây nối thuê bao với tổng đài cuối gọi là “vùng nội bộ” trở kháng khoảng 600 W.
Tổng đài cuối sẽ được cung cấp cho thuê bao một điện áp 48VDC.
Hai dây dẫn được nối với jack cắm
_ lõi giữa gọi là TIP (+)
_ lõi bọc gọi là RING(-)
_ vỏ ngoài gọi là Sleeve
Khi thuê bao nhấc máy tổ hợp ,khi đó các tiếp điểm sẽ đóng tạo ra dòng điện trong thuê bao là 20mADC và áp rơi trên TIP và RING còn +4VDC
Tổng đài được chia làm 3 loại :
_Tổng đài nhân công:Là loại tổng đài trong mạng điện nguyên thủy mọi thao tác trong tổng đài đều sử dụng bằng sức người các kết nối được thực hiện thông qua một hệ thống chuyển mạch rất đơn giản,bằng cách dùng các dây có phích cắm để kết nối trực tiếp hai thuê bao cần liên lạc với nhau.Hệ thống náy dùng nguồn điện DC riêng biệt cho từng thuê bao và tổng đài.Vì dùng hoàn toàn bằng nhân
công nên tổng đài loại này có rất nhiều nhược điểm như :
+Thời gian kết nối chậm
+ Dễ nhầm lẫn
+ Khó mở rộng dung lượng
+Tốn nhiều nhân công
_Tổng đài công điện :Được cải tiến từ tổng đài nhân công,lúc này nguồn DC chung được cấp từ tổng đài. Do đó máy phát điện tại thuê bao được loại bỏ,tổng đài nhận biết thuê bao bằng sự thay đổi dòng điện.Hệ thống thuê bao này vẫn còn nhiều khuyết điểm như tổng đài nhân công
_Tổng đài tự động:Được phân làm 2 loại chính:
a. Tổng đài cơ điện:Dùng các bộ chuyển mạch cơ khí,được điều khiển bằng các mạch điện tử bao gồm:
+Chuyển mạch quay tròn
+Chuyển mạch từng nấc
+Chuyển mạch ngang dọc
Trong tổng đài cơ điện ,mọi nhiệm vụ đã được tự động hóa hoàn toàn,do đó nó có nhiều ưu điểm như :
+Thời gian kết nối nhanh chóng và chính xác
+Dung lượng truyền đi lớn
+Giảm bớt công việc của điện thoại viên
Tuy nhiên loại này vẫn còn vài khuyết điểm như:
+Thiết bị cồng kềnh
+Tiêu hao năng lượng lớn
+Điều khiển kết nối phức tạp
b.Tổng đài điện tử:Dùng các bộ chuyển mạch điện tử,có thể kết nối với máy tínhlàm cho cơ cấu nhẹ gọn,thời gian kết nối nhanh hơn tiêu tán công suất lớn hơn,dung lượng có thể tăng nhiều hơn.
II.Máy Điện Thoại:
Là công cụ thực hiện đồng thời 2 chức năng :biến tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện truyền đi và ngược lại ,biến tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh ở ống nghe.Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của mạng điện thoại
1.Những yêu cầu của máy điện thoại:
_Khi phát tín hiệu chuông thì bộ phận đàm thoại phải được tách rời đường điện,trên đường dây chỉ có tín hiệu chuông.
_ Khi đàm thoại,bộ phận phát và nhận tín hiệu chuông phải được tách ra khỏi đường điện,trên đường dây chỉ có dòng điện dành cho điện thoại
_ Máy phải phát được mã số thuê bao đến tổng đài và nhận được tín hiệu chuông từ tổng đài đưa đến
_ Ở trạng thái nghỉ (gác máy),máy phải thường trực đóng nhận tín hiệu chuông từ tổng đài
_ Ngoài ra máy còn phải đáp ứng nhu cầu gọn nhẹ,đơn giản ,bền đẹp,tiện lợi với người sử dụng
2.Các chức năng cơ bản của máy điện thoại:
_Chức năng báo hiệu:Thông báo cho người sử dụng biết tổng đài đã sẵn sàng tiếp nhận hay chưa tiếp nhận cuộc gọi thông qua các âm hiệu như Dial Tone hay Busy Tone.
_Phát mã số của thuê bao bị gọi vào tổng đài bằng cách ấn số hay quay số.
_Thông báo cho người sử dụng biết tình trạng diễn biến kết nối mạch bằng các âm hiệu chuông
_Biến âm thanh thành tín hiệu điện phát đi và ngược lại biến tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh
_Báo hiệu cuộc gọi đã kết thúc hay gác máy
_Khử trắc âm và chống dội
_Tự động điều chỉnh âm lượng và phối hợp trở kháng với đường dây
_Ngoài ra máy điện thoại còn có thể sử dụng với nhiều chức năng khác nhờ vào hệ thống vi xử lý do nguời điều khiển lập trình như:
+Nhớ số thuê bao đặc biệt
+ Ghi âm lại tín hiệu thoại
+ Chuyển tín hiệu cước đến tổng đài
3.Các kiểu quay số:
Được chia làm 2 kiểu chính
_Quay số bằng xung thập phân(pulse)
_Đây là kiểu quay số dành cho các điện thoại trước đây,số được quay bằng đĩa quay,mạch vòng được đóng hay mở bằng các chuyển mạch,được nối với đĩa quay số.Các chuỗi xung được tạo ra tương ứng với các số quay như sau:
|
Số 0:10xung |
|
Số 5:5 xung |
|
Số 9:9 xung |
|
Số 4:4 xung |
|
Số 8:8 xung |
|
Số 3:3 xung |
|
Số 7:7 xung |
|
Số 2:2 xung |
|
Số 6:6 xung |
|
Số 1:1 xung |
Mỗi chu kỳ xung là 100ms,trong đó có 33 % xung hoạt động và 67 %xung nghỉ,khoảng cách giữa 2 chuỗi xung lớn hơn 500ms.
_Quay số bằng tín hiệu đa tần DTMF (Dual Tone Multiple Frequency)
+Quay số bằng tín hiệu đa tần DTMF là một hình thức quay số bằng cách nhấn các nút số trên ma trận bàn phím (Keypad),mỗi số ở đây tương ứng một cặp tần số được quy ước được trình bày dưới đây:
Phím 1 : 679 Hz-1209 Hz
Phím 2 : 679 Hz-1336 Hz
Phím 3 : 697 Hz-1477 Hz
Phím 4 : 770 Hz-1209 Hz
Phím 5: 770 Hz-1336 Hz
Phím 6 : 770 Hz-1477 Hz
Phím 7 : 852 Hz-1209 Hz
Phím 8 : 852 Hz-1336 Hz
Phím 9 : 852 Hz-1477 Hz
Phím * : 942 Hz-1209 Hz
Phím 0 : 942 Hz-1336 Hz
Phím # : 942 Hz-1477 Hz
+Trong đó mỗi cặp tần số xuất hiện tối thiểu là 40ms, thời gian tối thiểu giữa 2 tần số là 60ms
+ Số quay bằng DTMF(Dual Tone Multiple Frequency) nhanh hơn nhiều so với quay số bằng xung thập phân.
III.Các Loại Âm Hiệu :
1Âm hiệu mời quay số (Dial Tone):Báo cho thuê bao biết tổng đài đã sẵn sàng nhận số từ thuê bao.Tín hiệu có biên độ điện áp khoảng 3V,dạng hình Sin có tần số f=425 +/-25hz,và nhịp liên tục.
2.Âm hiệu báo bận(Busy Tone):Báo cho thuê bao biết thuê bao bị gọi đang bận hay hết thời gian quay số.Busy Tone là tín hiệu hình Sin, biên độ điện áp khoảng 3V,tần sốf=425 +/-25hz.Cả hai nhịp có và không đều ở khoảng 0.5s.
3.Âm hiệu chuông(ringing):Âm hiệu chuông được cấp từ tổng đài dùng để báo hiệu cho thuê bao bị gọi.Ringing là tín hiệu hình sin,có biên độ từ 90V-95V,có tần sốf trong khoảng từ 20hz-25hz,với nhịp có là 3s,nhịp không là 4s.
4.Âm hiệu hồi âm chuông(Ringback Tone):Báo cho thuê bao chủ gọi biết là đang rung chuông của thuê bao bị gọi.Ringback Tone là tín hiệu hình Sin,biên độ khoảng 3V,tần số khoảngf=425+/-25hz,nhịp có 3s, nhịp không 4s.
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051
………………………………(………………………………
I. Cấu Tạo Vi Điều Khiển 8051 :
1) Tóm tắt phần cứng họ MCS-51 (8051)
MCS-51 là họ IC vi điều khiển do hãng Intel sản xuất. Các IC tiêu biểu cho họ là 8031, 8051, 8951... Những đặc điểm chính và nguyên tắc hoạt động của các bộ vi điều khiển này khác nhau không nhiều. Khi đã sử dụng thành thạo một loại vi điều khiển thì ta có thể nhanh chóng vận dụng kinh nghiệm để làm quen và làm chủ các ứng dụng của một bộ vi điều khiển khác. Vì vậy để có những hiểu biết cụ thể về các bộ vi điều khiển cũng như để phục vụ cho đề tài tốt nghiệp này ta bắt đầu tìm hiểu một bộ vi điều khiển thông dụng nhất, đó là họ MCS-51 và nếu như họ MCS-51 là họ điển hình thì 8051 lại chính là đại diện tiêu biểu.
2)Các đặc điểm của 8051 được tóm tắt như sau :
_4 KB ROM 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 động trên bit đơn).
_210 vị trí nhớ có thể định vị bit.
_4 ms cho hoạt động nhân hoặc chia.
Bảng mô tả sự khác nhau của các IC trong họ MSC-51 :
|
Loại |
Bộ Nhớ Mã Trên CHIP |
Bộ Nhớ Dữ Liệu Trên CHIP |
Số Timer |
|
8051 |
4K ROM |
128 Byte |
2 |
|
8031 |
0K ROM |
128 Byte |
2 |
|
8751 |
4K ROM |
128 Byte |
2 |
|
8052 |
8 K ROM |
256Byte |
2 |
II. Cấu Trúc Vi Điều Khiển 8051 Và Chức Năng Từng Chân :
A– Cấu trúc của 8051:
Trung tâm của 8051 vẫn là vi xử lý trung tâm (CPU). Để kích thích cho toàn bộ hệ thống hoạt động, 8051 có bộ tạo dao động nội với thạch anh được ghép bên ngoài với tần số khoảng từ vài Mhz đến 12 Mhz. Liên kết các phần tử với nhau là hệ thống BUS nội, gồm có BUS dữ liệu, BUS địa chỉ và BUS điều khiển. 8051 có
4K ROM, 128 bytes RAM và một số thanh ghi bộ nhớ … Nó giao tiếp với bên ngoài qua 3 cổng song song và một cổng nối tiếp có thể thu, phát dữ liệu nối tiếp với tốc độ lập trình được. Hai bộ định thời 16 bit của 8051 còn có 2 ngắt ngoài cho phép nó đáp ứng và xử lý điều kiện bên ngoài theo cách ngắt quãng, rất hiệu quả trong các ứng dụng điều khiển. Thông qua các chân điều khiển và các cổng song song 8051 có thể mở rộng bộ nhớ ngoài lên đến 64Kb dữ liệu.
B-Chức năng hoạt động của từng chân được tóm tắt như sau :
_Từ chân 1¸ 8 Port 1 (P1.0, . . ., P1.7) dùng làm Port xuất nhập I/O để giao tiếp bên ngoài.
_Chân 9 (RST) là chân để RESET cho 8051.
_Từ chân 10¸17 là Port3 (P3.0, P3.1, . . ., P3.7) dùng vào hai mục đích : dùng là Port xuất / nhập I/O hoặc mỗi chân giữ một chức năng cá biệt được tóm tắt sơ bộ như sau :
_P3.0 (RXD) : Nhận dữ liệu từ Port nối tiếp.
_P3.1 (TXD) : Phát dữ liệu từ Port nối tiếp.
_P3.2 (INT0) : Ngắt 0 bên ngoài.
_P3.3 (INT1) : Ngắt 1 từ bên ngoài.
_P3.4 (T0) : Timer/Counter 0 nhập từ bên ngoài.
_P3.5 (T1) : Timer/Counter 1 nhập từ bên ngoài.
_P3.6 (WR) : Tín hiệu Strobe ghi dữ liệu lên bộ nhớ bên ngoài.
_P3.7 (RD) : Tín hiệu Strobe đọc dữ liệu lên bộ nhớ bên ngoài.
_Các chân 18,19 (XTAL2 và XTAL1) được nối với bộ dao động thạch anh 12 MHz để tạo dao động trên CHIP. Hai tụ 30 pF được thêm vào để ổn định dao động.
_Chân 20 (Vss) nối đất (Vss = 0).
_Từ chân 21¸28 là Port 2 (P2.0, P2.1, . . ., P2.7) dùng vào hai mục đích: làm Port xuất/nhập I/O hoặc dùng làm byte cao của bus địa chỉ thì nó không còn tác dụng I/O nữa. Bởi vì ta muốn dùng EPROM và RAM ngoài nên phải sử dụng Port 2 làm byte cao bus địa chỉ.
_Chân 29 (PSEN) là tín hiệu điều khiển xuất ra của 8051, nó cho phép chọn bộ nhớ ngoài và được nối chung với chân của OE (Out Enable) của EPROM ngoài để cho phép đọc các byte của chương trình. Các xung tín hiệu PSEN hạ thấp trong suốt thời gian thi hành lệnh. Những mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM đi qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051 bởi mã lệnh.
_Chân 30 (ALE : Adress Latch Enable) là tín hiệu điều khiển xuất ra của 8051, nó cho phép phân kênh bus địa chỉ và bus dữ liệu của Port 0.
_Chân 31 (EA : Eternal Acess) được đưa xuống thấp cho phép chọn bộ nhớ mã ngoài đối với 8031.
Đối với 8051 thì :
+EA = 5V : Chọn ROM nội.
+EA = 0V : Chọn ROM ngoại
+EA = 21V : Lập trình EPROM nội.
+Các chân từ 32¸39 là Port 0 (P0.0, P0.1, . . . , P0.7) dùng cả hai mục đích : Vừa làm byte thấp cho bus địa chỉ, vừa làm bus dữ liệu, nếu vậy Port 0 không còn chức năng xuất nhập I/O nữa.
_Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V.
III. Tổ Chức Bộ Nhớ :
Bản đồ bộ nhớ data trên Chip như sau :
 |
 |
|
|
|
|
FF |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
F0 |
F7 |
F6 |
F5 |
F4 |
F3 |
F2 |
F1 |
F0 |
B |
|||||||||||
|
|
RAM đa dụng |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
E0 |
E7 |
E6 |
E5 |
E4 |
E3 |
E2 |
E1 |
E0 |
ACC |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
D0 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
PSW |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
30 |
|
|
B8 |
- |
- |
- |
BC |
BB |
BA |
B9 |
B8 |
IP |
|||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
2F |
7F |
7E |
7D |
7C |
7B |
7A |
79 |
78 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
2E |
77 |
76 |
75 |
74 |
73 |
72 |
71 |
70 |
|
B0 |
B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
P.3 |
||||
|
2D |
6F |
6E |
6D |
6C |
6B |
6A |
69 |
68 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
2C |
67 |
66 |
65 |
64 |
63 |
62 |
61 |
60 |
|
A8 |
AF |
|
|
AC |
AB |
AA |
A9 |
A8 |
IE |
||||
|
2B |
5F |
5E |
5D |
5C |
5B |
5A |
59 |
58 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
2A |
57 |
56 |
55 |
54 |
53 |
52 |
51 |
50 |
|
A0 |
A7 |
A6 |
A5 |
A4 |
A3 |
A2 |
A1 |
A0 |
P2 |
||||
|
29 |
4F |
4E |
4D |
4C |
4B |
4A |
49 |
48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
28 |
47 |
46 |
45 |
44 |
43 |
42 |
41 |
40 |
|
99 |
không được địa chỉ hoá bit |
SBUF |
|||||||||||
|
27 |
3F |
3E |
3D |
3C |
3B |
3A |
39 |
38 |
|
98 |
9F |
9E |
9D |
9C |
9B |
9A |
99 |
98 |
SCON |
||||
|
26 |
37 |
36 |
35 |
34 |
33 |
32 |
31 |
30 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
25 |
2F |
2E |
2D |
2C |
2B |
2A |
29 |
28 |
|
90 |
97 |
96 |
95 |
94 |
93 |
92 |
91 |
90 |
P1 |
||||
|
24 |
27 |
26 |
25 |
24 |
23 |
22 |
21 |
20 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
23 |
1F |
1E |
1D |
1C |
1B |
1A |
19 |
18 |
|
8D |
không được địa chỉ hoá bit |
TH1 |
|||||||||||
|
22 |
17 |
16 |
15 |
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
|
8C |
không được địa chỉ hoá bit |
TH0 |
|||||||||||
|
21 |
0F |
0E |
0D |
0C |
0B |
0A |
09 |
08 |
|
8B |
không được địa chỉ hoá bit |
TL1 |
|||||||||||
|
20 |
07 |
06 |
05 |
04 |
03 |
02 |
01 |
00 |
|
8A |
không được địa chỉ hoá bit |
TL0 |
|||||||||||
|
1F |
Bank 3 |
|
89 |
không được địa chỉ hoá bit |
TMOD |
||||||||||||||||||
|
18 |
|
|
88 |
8F |
8E |
8D |
8C |
8B |
8A |
89 |
88 |
TCON |
|||||||||||
|
17 |
Bank 2 |
|
87 |
không được địa chỉ hoá bit |
PCON |
||||||||||||||||||
|
10 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
0F |
Bank 1 |
|
83 |
không được địa chỉ hoá bit |
DPH |
||||||||||||||||||
|
08 |
|
|
82 |
không được địa chỉ hoá bit |
DPL |
||||||||||||||||||
|
07 |
Bank thanh ghi 0 |
|
81 |
không được địa chỉ hoá bit |
SP |
||||||||||||||||||
|
00 |
(mặc định cho R0 -R7) |
|
88 |
87 |
86 |
85 |
84 |
83 |
82 |
81 |
80 |
P0 |
|||||||||||
RAM CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT
Tóm tắt bộ nhớ dữ liệu trên chip.
3.1) RAM mục đích chung :
Trong bản đồ bộ nhớ trên, 80 byte từ địa chỉ 30H¸7FH là RAM mục đích chung. Kể cả 32 byte phần dưới từ 00H¸2FH cũng có thể sử dụng giống như 80 byte ở trên, tuy nhiên 32 byte còn có mục đích khác sẽ đề cập sau.
Bất kỳ vị trí nào trong RAM mục đích chung cũng có thể được truy xuất tùy ý giống như việc sử dụng các mode để định địa chỉ trực tiếp hay gián tiếp. Ví dụ để đọc nội dung của RAM nội có địa chỉ 5FH vào thanh ghi tích lũy thì ta dùng lệnh : MOV A, 5FH.
RAM nội cũng được truy xuất bởi việc dùng địa chỉ gián tiếp qua R0 và R1. Hai lệnh sau đây sẽ tương đương lệnh trên :
MOV R0, #5FH
MOV A, @R0
Lệnh thứ nhất dùng sự định vị tức thời để đưa giá trị 5FH vào thanh ghi R0, lệnh thứ hai dùng sự định vị gián tiếp để đưa dữ liệu “đã được trỏ đến bởi R0” vào thanh ghi tích lũy A.
3.2) RAM định vị:
8051 chứa 210 vị trí có thể định vị bit, trong đó có 128 bit nằm ở các địa chỉ từ 20H¸2FH và phần còn lại là các thanh ghi chức năng đặc biệt.
3.3) Các băng thanh ghi (Register Banks):
32 vị trí nhớ cuối cùng của bộ nhớ từ địa chỉ byte 00H¸1FH tức các dãy thanh ghi. Tập hợp các lệnh của 8051 cung cấp 8 thanh ghi từ R0¸R7 ở địa chỉ 00H¸07H nếu máy tính mặc nhiên chọn để thực thi. Những lệnh tương đương dùng sự định vị trực tiếp. Những giá trị dữ liệu được dùng thường xuyên chắc chắn sẽ sử dụng một trong các thanh ghi này.
3.4) Các thanh ghi chức năng đặc biệt (Special Function Register):
Có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt SFR ở đỉnh của RAM nội từ địa chỉ các thanh ghi chức năng đặc biệt được định rõ, còn phần còn lại không định rõ.
Mặc dù thanh ghi A có thể truy xuất trực tiếp, nhưng hầu hết các thanh ghi chức năng đặc biệt được truy xuất bằng cách sử dụng sự định vị địa chỉ trực tiếp. Chú ý rằng vài thanh ghi SFR có cả bit định vị và byte định vị. Người thiết kế sẽ cẫn thận khi truy xuất bit mà không truy xuất byte.
3.5) Các thanh ghi Port (Port Register) :
Các Port 0, Port 1, Port 2, Port 3 có địa chỉ tương ứng 80H, 90H, A0H, B0H. Các P0, P1, P2, P3 không còn tác dụng xuất nhập nữa nếu bộ nhớ ngoài được dùng hoặc một vài cá tính đặc biệt của 8051 được dùng (như Interrupt, Port nối tiếp . . .). Do vậy chỉ còn có P1 có tác dụng xuất nhập I/O.
Tất cả các Port đều có bit địa chỉ, do đó nó có khả năng giao tiếp với bên ngoài mạnh mẽ.
3.6) Các thanh ghi Timer (Timer Register) :
8051 có 2 bộ : Một bộ Timer 16 bit và một bộ Counter 16 bit, hai bộ này dùng để định giờ lúc nghỉ của chương trình hoặc đếm các sự kiện quan trọng. Timer 0 có bit thấp TL0 ở địa chỉ 8AH và có bit cao TH0 ở địa chỉ 8CH. Timer 1 có bit thấp ở địa chỉ 8BH và bit cao TH1 ở địa chỉ 8DH. Hoạt động định thời được cho phép bởi thanh ghi mode định thời TMOD (Timer Mode Register). Ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển định thời TCON (Timer Control Register) ở địa chỉ 88H. Chỉ có TCON có bit định vị.
3.7) Các thanh ghi Port nối tiếp (Serial Port Register) :
8051 chứa một Port nối tiếp trên Chip cho việc truyền thông tin với những thiết bị nối tiếp như là những thiết bị đầu cuối, modem, hoặc để giao tiếp IC khác với những bộ biến đổi A/D, những thanh ghi di chuyển, RAM . . .). Thanh ghi đệm dữ liệu nối tiếp SBUF ở địa chỉ 99H giữ cả dữ liệu phát lẫn dữ liệu thu. Việc ghi lên SBUF để LOAD dữ liệu cho việc truyền và đọc SBUF để truy xuất dữ liệu cho việc nhận những mode hoạt động khác nhau được lập trình thông qua thanh ghi điều khiển Port nối tiếp SCON.
3.8) Các thanh ghi ngắt (Interrupt Register) :
8051 có hai cấu trúc ngắt ưu tiên,5 bộ nguồn. Những Interrupt bị mất tác dụng sau khi hệ thống reset (bị cấm) và sau đó được cho phép bởi việc cho phép ghi lên thanh ghi cho phép ngắt IE (Interrup Enable Register) ở địa chỉ A8H. Mức ưu tiên được đặt vào thanh ghi ưu tiên ngắt IP (Interrupt Priority Level) tại địa chỉ B8H. Cả 2 thanh ghi trên đều có bit địa chỉ.
3.9)Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power Control Register):
Thanh ghi PCON không có bit định vị. Nó ở địa chỉ 87H bao gồm các bit địa chỉ tổng hợp. Các bit PCON được tóm tắt như sau :
_Bit 7 (SMOD) : Bit có tốc độ Baud ở mode 1, 2,3 ở Port nối tiếp khi set. _Bit 6, 5, 4 : Không có địa chỉ.
_Bit 3 (GF1) : Bit 1 của cờ đa năng.
_Bit 2 (GF0) : Bit 2 của cờ đa năng.
_Bit 1 * (PD) : Set để khởi động mode Power Down và thoát để reset.
_Bit 0 * (IDL) : Set để khởi động mode Idle và thoát khi ngắt mạch hoặc reset.
Các bit điều khiển Power Down và Idle có tác dụng chính trong tất cả các IC họ MSC-51 nhưng chỉ được thi hành trong sự biên dịch của CMOS
Họ vi điều khiển Mcs – 51 ra đời từ năm 1980 bởi hãng Intel, với sản phẩm đầu tiên là 8051. Các IC này gọi là vi điều khiển vì chúng bao gồm cả ROM, RAM, timer, các cổng nối tiếp và song song. Đây là đặc
điểm chính để ta phân biệt giữa vi điều khiển và vi xử lý. 8051 không được sử dụng trong máy tính nhưng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong sản phẩm máy móc tiêu dùng.
Cùng họ với 8051 có một số vi điều khiển khác. Về cơ bản chúng đều giống nhau, chúng chỉ khác nhau ở vùng nhớ nội bao gồm vùng nhớ mã lệnh, vùng nhớ dữ liệu và số timer. Sự khác nhau đó được mô tả bằng bảng dưới đây.
|
Vi điều khiển |
Vùng mã lệnh nội |
Vùng dữ liệu nội |
Số timer |
|
8051 8031 8751 8052 8032 8732 |
4K ROM 0K 4K EPROM 8K ROM 0K 4K EPROM |
128 bytes 128 bytes 128 bytes 256 bytes 256 bytes 256 bytes
|
2 2 2 3 3 3 |
Bảng So sánh các IC của họ Msc-51TM
IV. Bộ Nhớ Ngoài :
8051 có khả năng mở rộng bộ nhớ nên 64 k bytes bộ nhớ chương trình và 64 k bytes bộ nhớ dữ liệu ngoài. Do đó có thể dùng thêm Ram và Eprom nếu cần. Khi dùng bộ nhớ ngoài, Port O không còn chức năng I/O nữa, nó được kết hợp giữa bus
địa chỉ (A0 – A7 ) và bus dữ liệu (D0 – D7 ) với tín hiệu ALE để chốt byte của bus địa chỉ chỉ khi bắt đầu mỗi chu kì bộ nhớ. Port 2 được cho là byte cao của bus địa chỉ.
1.Truy xuất bộ nhớ mã ngoài :
Bộ nhớ chương trình bên ngoài là bộ nhớ Eprom được cho phép bởi tín hiệu PSEN\. Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ Eprom như sau :
Trong một chu kì máy, tín hiệu ALE tích cực 2 lần . Lần đầu cho phép 74HC373 mở cổng chốt địa chỉ byte thấp, khi ALE xuống 0 thì byte thấp và byte cao của bộ đếm chương trình đều có nhưng Eprom chưa xuất vì PSEN\ chưa tích cực, khi tín hiệu lên 1 trở lại thì port 0 đã có dữ liệu là Opcode. ALE tích cực lần thứ 2 được giải thích tương tự và byte 2 được đọc từ bộ nhớ chương trình. Nếu lệnh đang hiện hành là lệnh 1 byte thì CPU chỉ đọc Opcode, còn byte thứ 2 bỏ đi.
2.Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài :
Bộ nhớ dữ liệu ngoài là bộ nhớ Ram được đọc hoặc ghi khi có tín hiệu RD\ và WR\. Hai tín hiệu này nằm ở ha chân p3.6 và p3.7. Lệnh MOVX dùng để truy xuất dữ liệu ngoài và dùng một bộ đệm dữ liệu 16 bit (DPTR), RO và R1 coi như là thanh ghi địa chỉ.
Các Ram có thể giao tiếp với 8051 tương tự cách thức như Eprom ngoại trừ chân RD\ của 8051 nối với chân OE\ của Ram và chân WR\ của 8051 nối với chân WE\ của Ram.
3.Sự giải mã địa chỉ :
Đó là một yêu cầu tất yếu để chọn Eprom, Ram, … Sự giải mã địa chỉ đối với 8051để chọn các vùng nhớ ngoài. Nếu các con Eprom hoặc Ram 8K được dùng thì các bus địa chỉ phải được giải mã để chọn các IC nhớ nằm trong phạm vi giới hạn 8K: 0000H – 1FFFH; 2000H – 3FFFH; … Cụ thể là Ic 74LS138 được dùng với những ngõ ra của nó nối với những ngõ vào chọn chip CS trên những IC nhớ Eprom, Ram…
4.Sự đè lên nhau của các vùng nhớ dữ liệu ngoài :
Vì bộ nhớ chương trình là Eprom nên nảy sinh một vấn đề bất tiện khi phát triển phần mềm cho vi điều khiển. Một nhược điểm chung của 8051 là các vùng nhớ dữ liệu ngoài nằm đè lên nhau, vì tín hiệu PSEn\ được dùng để đọc bộ nhớ mã ngoài và tín hiệu RD\ được dùng để đọc bộ nhớ dữ liệu , nên một bộ nhớ Ram có thể chứa cả chương trình và dữ liệu bằng cách nối đường OE\ của Ram nên ngõ ra một cổng And có hai ngõ vào là RD\ và PSEN\ .
5.Hoạt động Reset :
Ngõ vào RST là ngõ vào xóa chính (master reset) của 8051 dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống. Khi ngõ vào này được treo ở logic 1 tối thiểu 02 chu kì máy , các thanh ghi bên trong của 8051 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống.
V.Sơ Đồ Khối Của AT89C51
CHƯƠNG III. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN KHÁC
……………………………(……………………………..
I.Vi Mạch MT8870:
MT 8870B là một linh kiện ISO-CMOS bao gồm các mạch lọc và giải mã để ghi nhận một cặp tone cótần số chuẩn DTMF(Dual Tone Multiple Frequency) với đầu ra là mã nhị phân 4 bit.Nó thích hợp cho những ứng dụng ở các thiết bị điều khiển từ xa,hệ thống điện thoại nhận số,hệ thống thẻ tín dụng,máy tính cá nhân.
1.Mô tả các chân
-Chân 1(IN +): Non inverting opamp(ngõ vào)
-Chân 2 (IN-): Inverting opamp (ngõ vào)
-Chân 3 (GS): Gain select,giúp truy xuất ngõ vào của bộ khuyếch đại vi sai qua sự nối điện trở hồi tiếp ngõ về.
-Chân 4 (Vref) :Reference Voltage (ngõ ra)thông thường bằng Vdd/2
-Chân 5& 6(IC):Internal conection ,được nối với Vss.
-Chân 7& 8(OSC1 &OSC2):Clock ngõ vào,được nối với thạch anh 3.579MHz
-Chân 9 (Vss): điện áp cấp âm ,thông thường là 0v
-Chân 10 (TOE):Three state output enable(ngõ vào):ngõ ra Q1)Q4 hoạt động khi chân này ở mức cao
-Chân 11-14(Q1-Q4):Three state data (ngõ ra) khi TOE ở mức cao,các chân này cung cấp các mã tương ứng với các cặp tone đã dò tìm được (theo bảng mã chức năng ).Khi TOE ở mức thấp,dữ liệu ra ở trang thái trở kháng cao
-Chân 15(STD):Delayed steering (ngõ ra )ở mức cao khi cặp tần số thu được đã ghi nhận và ngõ ra chốt thích hợp ,trở về mức thấp khi điện áp trên chân ST/GT nhỏ hơn điện áp ngưỡng Vtst.
-Chân 16 (EST):Early steering (ngõ ra )ở mức cao ngay khi bộ thuật toán số đã dò tìm được cặp tone thích hợp(signal condition).sự mất signal condition tức thời làm cho EST trở về mức thấp
-Chân 17 (ST/GT):Steering input/ Guard tone output(ngõ ra ): khi điện áp ra Vcc lớn hơn Vtst thì ST điều khiển device để ghi nhận dò tìm cặp tone và điều khiển ngõ ra .Khi điện áp Vcc nhỏ hơn Vtst thì device tiếp nhận cặp tone mới .Ngõ ra GT sẽ xoá thời hằng RC bên ngoài
-Chân 18(Vdd)điện áp cung cấp dương ,thông thường là 5 v
2.Sơ đồ chân
3.Mô tả chức năng:
_ Filter section:
Tín hiệu analog được đưa qua bộ lọc để loại bỏ tone(350-400 Hz).Sau đó tín hiệu được chia thành 2 bank bởi 2 bộ lọc thông giải.Một từ 697Hz đến 941 Hz và một từ 1209Hz đến 1633 Hz.Hai tín hiệu này được biến thành xung vuông bởi bộ dò Zero-Crossing.
_ Decoder cricuit:
Dùng kỹ thuật đếm số để xác định tần số tone đến và kiểm tra chúng tương ứng với tần chuẩn DTMF(Dual Tone Multiple Frequency).Thuật toán trung bình phức hợp bảo vệ chống lại các tone đồng thời gây ra từ bên ngoài và làm cho sự sai lệch tần số nhỏ.Khi bộ dò công nhận hai tone thích hợp thì EST trở lại trạng thái chủ động.
_ Steering cricuit:
EST ở mức cao làm tăng sự phóng điện làm cho signal condition vẫn duy trì Khi Vcc đến ngưỡng Vtst thì cặp tone được ghi nhận và 4 bit dữ liệu tương ứng được đưa ra ngõ ra của bộ chốt.Lúc đó GT tiếp tục ở mức cao .Sau khoảng thời gian trễ ngắn để kết thúc chốt ngõ ra cho đến khi STD ở mức cao thì cặp tone đã được ghi nhận,khi TOE ở mức cao thì 4 bit dữ liệu được xuất ra ngoài từ Q1 đền Q4 theo bảng sau:
|
Digit |
TOE |
INH |
Est |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
|
Any |
L |
X |
H |
Z |
Z |
Z |
Z |
|
1 |
H |
X |
H |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
2 |
H |
X |
H |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
3 |
H |
X |
H |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
H |
X |
H |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
5 |
H |
X |
H |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
6 |
H |
X |
H |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
7 |
H |
X |
H |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
8 |
H |
X |
H |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
9 |
H |
X |
H |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
H |
X |
H |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
* |
H |
X |
H |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
# |
H |
X |
H |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
A |
H |
L |
H |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
B |
H |
L |
H |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
C |
H |
L |
H |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
D |
H |
L |
H |
0 |
0 |
0 |
0 |
H: mức cao
L: mức thấp
Z: tổng trở cao
X: bất kỳ
4.Sơ đồ các khối chức năng:
Bảng các cặp tần số DTMF:
|
Phím số |
Nhóm fthấp |
Nhóm fcao |
|
1 |
697Hz±1,5% |
1209Hz±1,5% |
|
2 |
697Hz±1,5% |
1336Hz±1,5% |
|
3 |
697Hz±1,5% |
1447Hz±1,5% |
|
4 |
770Hz±1,5% |
1209Hz±1,5% |
|
5 |
770Hz±1,5% |
1336Hz±1,5% |
|
6 |
770Hz±1,5% |
1447Hz±1,5% |
|
7 |
852Hz±1,5% |
1209Hz±1,5% |
|
8 |
852Hz±1,5% |
1336Hz±1,5% |
|
9 |
852Hz±1,5% |
1447Hz±1,5% |
|
* |
941Hz±1,5% |
1029Hz±1,5% |
|
0 |
941Hz±1,5% |
1336Hz±1,5% |
|
# |
941Hz±1,5% |
1447Hz±1,5% |
|
A |
697Hz±1,5% |
1336Hz±1,5% |
|
B |
770Hz±1,5% |
1663Hz±1,5% |
|
C |
852Hz±1,5% |
1663Hz±1,5% |
|
D |
941Hz±1,5% |
1663Hz±1,5% |
II.Vi Mạch Chuyển Mạch CD4051BC:
Vi mạch chuyển mạch CD4051BC là một bộ dồn kênh/phân kênh 1-8 kênh tương tự ,với 3 ngõ vào điều khiển C,B,A và 1 ngõ vào cho phép INH.1 trong 8 kênh bất kỳ có thể được chọn bằng cách cung cấp 3 tín hiệu dưới dạng mã nhị phân cho 3 ngõ vào điều khiển C,B,A và chân cho phép INH ở mức logic thấp .
Sơ đồ chân và chức năng:
-Chân 16 (VDD):điện áp cung cấp thông thường từ 5-15 VDC
-Chân 7 (VEE): điện áp cung cấp từ 0V đến –VDD
-Chân 8 (GND): chân nối mass (0V)
-Chân 6 (INH): là ngõ vào cho phép
-Chân9(C),10(B),11(A): là các ngõ vào điều khiển việc chọn lựa các kênh
-Dãy nhiệt độ hoạt động từ -400C đến +850C
