Ch­¬ng I

C¸c bé vi ®iÒu khiÓn 8051

1.1 c¸c bé vi ®iÒu khiÓn vµ c¸c bé xö lý nhóng.

Trong môc nµy chóng ta bµn vÒ nhu cÇu ®èi víi c¸c bé vi ®iÒu khiÓn (V§K) vµ so s¸nh chóng víi c¸c bé vi xö lý cïng d¹ng chung nh­ Pentium vµ c¸c bé vi xö lý ( 86 kh¸c. Chóng ta cïng xem xÐt vai trß cña c¸c bé vi ®iÒu khiÓn trong thÞ tr­êng c¸c s¶n phÈm nhóng. Ngoµi ra, chóng ta cung cÊp mét sè tiªu chuÈn vÒ c¸ch lùa chän mét bé vi ®iÒu khiÓn nh­ thÕ nµo.

1.1.1 Bé vi ®iÒu khiÓn so víi bé vi xö lý cïng dïng chung

Sù kh¸c nhau gi÷a mét bé vi ®iÒu khiÓn vµ mét bé vi xö lý lµ g×? Bé vi xö lý ë ®©y lµ c¸c bé vi xö lý c«ng dung chung nh­ hä Intell ( 86 (8086, 80286, 80386, 80486 vµ Pentium) hoÆc hä Motorola 680 ( 0(68000, 68010, 68020, 68030, 68040 v.v...). Nh÷ng bé VXL nµy kh«ng cã RAM, ROM vµ kh«ng cã c¸c cæng vµo ra trªn chÝp. Víi lý do ®ã mµ chóng ®­îc gäi chung lµ c¸c bé vi xö lý c«ng dông chung.

H×nh 1.1: HÖ thèng vi xö lý ®­îc so s¸nh víi hÖ thèng vi ®iÒu khiÓn.

a) HÖ thèng vi xö lý c«ng dông chung

b) HÖ thèng vi ®iÒu khiÓn

Mét nhµ thiÕt kÕ hÖ thèng sö dông mét bé vi xö lý c«ng dông chung ch¼ng h¹n nh­ Pentium hay 68040 ph¶i bæ xung thªm RAM , ROM, c¸c cæng vµo ra vµ c¸c bé ®Þnh thêi ngoµi ®Ó lµm cho chóng ho¹t ®éng ®­îc. MÆc dï viÖc bæ xung RAM, ROM vµ c¸c cæng vµo ra bªn ngoµi lµm cho hÖ thèng cång cÒnh vµ ®¾t h¬n, nh­ng chóng cã ­u ®iÓm lµ linh ho¹t ch¼ng h¹n nh­ ng­êi thiÕt kÕ cã thÓ quyÕt ®Þnh vÒ sè l­îng RAM, ROM vµ c¸c cæng vµo ra cÇn thiÕt phï hîp víi bµi to¸n trong tÇm tay cña m×nh.

§iÒu nµy kh«ng thÓ cã ®­îc ®èi víi c¸c bé vi ®iÒu khiÓn. Mét bé vi ®iÒu khiÓn cã mét CPU (mét bé vi xö lý) cïng víi mét l­îng cè ®Þnh RAM, ROM, c¸c cæng vµo ra vµ mét bé ®Þnh thêi tÊt c¶ trªn cïng mét chÝp. Hay nãi c¸ch kh¸c lµ bé xö lý, RAM, ROM c¸c cæng vµo ra vµ bé ®Þnh thêi ®Òu ®­îc nhóng víi nhau trªn mét chÝp; do vËy ng­êi thiÕt kÕ kh«ng thÓ bæ xung thªm bé nhí ngoµi, cæng vµo ra hoÆc bé ®Þnh thêi cho nã. Sè l­îng cè ®Þnh cña RAM, ROM trªn chÝp vµ sè c¸c cæng vµo - ra trong c¸c bé vi ®iÒu khiÓn lµm cho chóng trë nªn lý t­ëng ®èi víi nhiÒu øng dông mµ trong ®ã gi¸ thµnh vµ kh«ng gian l¹i h¹n chÕ. Trong nhiÒu øng dông, vÝ dô mét ®iÒu khiÓn TV tõ xa th× kh«ng cÇn c«ng suÊt tÝnh to¸n cña bé vi sö lý 486 hoÆc thËm chÝ nh­ 8086. Trong rÊt nhiÒu øng dông th× kh«ng gian nã chiÕm, c«ng suÊt nã tiªu tèn vµ gi¸ thµnh trªn mét ®¬n vÞ lµ nh÷ng c©n nh¾c nghiªm ngÆt h¬n nhiÒu so víi c«ng suÊt tÝnh to¸n. Nh÷ng øng dông th­êng yªu cÇu mét sè thao t¸c vµo - ra ®Ó ®äc c¸c tÝn hiÖu vµ t¾t - më nh÷ng bit nhÊt ®Þnh. V× lý do nµy mµ mét sè ng­êi gäi c¸c bé xö lý nµy lµ IBP ("Itty-Bitty-Processor"), (tham kh¶o cuèn "Good things in small packages are Generating Big product opportunities" do Rick Grehan viÕt trªn t¹p BYTE th¸ng 9.1994; WWW. Byte. Com ®Ó biÕt vÒ nh÷ng trao ®æi tuyÖt vêi vÒ c¸c bé vi ®iÒu khiÓn).

§iÒu thó vÞ lµ mét sè nhµ s¶n xuÊt c¸c bé vi ®iÒu khiÓn ®· ®i xa h¬n lµ tÝch hîp c¶ mét bé chuyÓn ®æi ADC vµ c¸c ngo¹i vi kh¸c vµo trong bé vi ®iÒu khiÓn.

B¶ng 1.1: Mét sè s¶n phÈm ®­îc nhóng sö dông c¸c bé vi ®iÒu khiÓn

ThiÕt bÞ néi thÊt gia ®×nh V¨n phßng « t« §å ®iÖn trong nhµ

M¸y ®µm tho¹i

M¸y ®iÖn tho¹i

C¸c hÖ thèng an toµn

C¸c bé më cöa ga-ra xe

M¸y tr¶ lêi

M¸y Fax

M¸y tÝnh gia ®×nh

Tivi

TruyÒn h×nh c¸p

VCR

M¸y quy camera

§iÒu khiÓn tõ xa

Trß ch¬i ®iÖn tö

§iÖn tho¹i tæ ong

C¸c nh¹c cô ®iÖn tö

M¸y kh©u

§iÒu khiÓn ¸nh s¸ng

M¸y nh¾n tin

M¸y ch¬i Pootball

§å ch¬i

C¸c dông cô tËp thÓ h×nh §iÖn tho¹i

M¸y tÝnh

C¸c hÖ thèng an toµn

M¸y Fax

Lß vi sãng

M¸y sao chôp

M¸y in lazer

M¸y in mµu

M¸y nh¾n tin M¸y tÝnh hµnh tr×nh

§iÒu khiÓn ®éng c¬

Tói ®Öm khÝ

ThiÕt bÞ ABS

§o l­êng

HÖ thèng b¶o mËt

§Ýòu khiÓn truyÒn tin

Gi¶i trÝ

§iÒu hoµ nhiÖt ®é

§iÖn tho¹i tæ ong

Më cöa kh«ng cÇn ch×a kho¸

1.1.2 C¸c bé V§K cho c¸c hÖ thèng nhóng.

Trong tµi liÖu vÒ c¸c bé vi xö lý ta th­êng thÊy kh¸i niÖm hÖ thèng nhóng (Embeded system). C¸c bé vi xö lý vµ c¸c bé vi ®iÒu khiÓn ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c s¶n phÈm hÖ thèng nhóng. Mét s¶n phÈm nhóng sö dông mét bé vi xö lý (hoÆc mét bé vi ®iÒu khiÓn ®Ó thùc hiÖn mét nhiÖm vô vµ chØ mét mµ th«i. Mét m¸y in lµ mét vÝ dô vÒ mét viÖc nhóng v× bé xö lý bªn trong nã chØ lµm mét viÖc ®ã lµ nhËn d÷ liÖu vµ in nã ra. §iÒu nµy kh¸c víi mét m¸y t×nh PC dùa trªn bé xö lý Pentium (hoÆc mét PC t­¬ng thÝch víi IBM ( 86 bÊt kú). Mét PC cã thÓ ®­îc sö dông cho mét sè bÊt kú c¸c tr¹m dÞch vô in, bé ®Çu cuèi kiÓm kª nhµ b¨ng, m¸y ch¬i trß ch¬i ®iÖn tö, tr¹m dÞch vô m¹ng hoÆc tr¹m ®Çu cuèi m¹ng Internet. PhÇn mÒm cho c¸c øng dông kh¸c nhau cã thÓ ®­îc n¹p vµ ch¹y. TÊt nhiªn lµ lý do hiÓn nhiªn ®Ó mét PC thùc hiÖn hµng lo¹t c¸c c«ng viÖc lµ nã cã bé nhí RAM vµ mét hÖ ®iÒu hµnh n¹p phÇn mÒm øng dông th­êng ®­îc ®èt vµo trong ROM. Mét m¸y tÝnh PC ( 86 chøa hoÆc ®­îc nèi tíi c¸c s¶n phÈm nhóng kh¸c nhau ch¼ng h¹n nh­ bµn phÝm, m¸yin, Modem, bé ®iÒu khiÓn ®Üa, Card ©m thanh, bé ®iÒu khiÓn CD = ROM. Chuét v.v... Mét néi ngo¹i vi nµy cã mét bé vi ®iÒu khiÓn bªn trong nã ®Ó thùc hiÖn chØ mét c«ng viÖc, vÝ dô bªn trong mçi con chuét cã mét bé vi ®iÒu khiÓn ®Ó thùc thi c«ng viÖc t×m vÞ trÝ chuét vµ göi nã ®Õn PC B¶ng 1.1 liÖt kª mét sè s¶n phÈm nhóng.

4.1.3 C¸c øng dông nhóng cña PC ( 86.

MÆc dï c¸c bé vi ®iÒu khiÓn lµ sù lùa chän ­a chuéng ®èi víi nhiÒu hÖ thèng nhóng nh­ng cã nhiÒu khi mét bé vi ®iÒu khiÓn kh«ng ®ñ cho c«ng viÖc. V× lý do ®ã mµ nh÷ng n¨m gÇn ®©y nhÝÒu nhµ s¶n xuÊt c¸c bé vi sö lý c«ng dông chung ch¼ng h¹n nh­ Intel, Motorla, AMD (Advanced Micro Devices, Inc...). Vµ Cyric (mµ b©y giê lµ mét bé phËn cña National Senicon ductir, Inc) ®· h­íng tíi bé vi xö lý cho hiÖu suÊt cao cña thÞ tr­êng nhóng. Trong khi Intel, AMD vµ Cyrix ®Èy c¸c bé xö lý ( 86 cña hä vµo cho c¶ thÞ tr­êng nhóng vµ thÞ tr­êng m¸y tÝnh PC ®Ó b¸n th× Motorola vÉn kiªn ®Þnh gi÷ hä vi xö lý 68000 l¹i chñ yÕu h­íng nã cho c¸c hÖ thèng nhóng hiÖu suÊt cao vµ b©y giê Apple kh«ng cßn dïng 680 ( trong c¸c m¸y tÝnh Macintosh n÷a. Trong nh÷ng n¨m ®Çu thËp kû 90 cña thÕ kû 20 m¸y tÝnh Apple b¾t ®Çu sö dông c¸c bé vi xö lý Power PC (nh­ 603, 604, 620 v.v...) thay cho 680 (0 ®èi víi Macintosh. Bévi xö lý Power PC lµ kÕt qu¶ liªn doanh ®Çu t­ cña IBM vµ Motorola vµ nã ®­îc h­íng cho thÞ tr­íng nhóng hiÖu suÊt cao còng nh­ cho c¶ thÞ tr­êng m¸y tÝnh PC. CÇn ph¶i l­u ý r»ng khi mét c«ng ty h­íng mét bé vi xö lý c«ng dông chung cho thÞ tr­êng nhóng nã tèi ­u ho¸ bé xö lý ®­îc sö dông cho c¸c hÖ thèng nhóng. V× lý do ®ã mµ c¸c bé vi xö lý nµy th­êng ®­îc gäi lµ c¸c bé xö lý nhóng hiÖu suÊt cao. Do vËy c¸c kh¸i niÖm c¸c bé vi ®iÒu khiÓn vµ bé xö lý nhóng th­êng ®­îc sö dông thay ®æi nhau.

Mét trong nh÷ng nhu cÇu kh¾t khe nhÊt cña hÖ thèng nhóng lµ gi¶m c«ng suÊt tiªu thô vµ kh«ng gian.

§iÒu nµy cã thÓ ®¹t ®­îc b»ng c¸ch tÝch hîp nhiÒu chøc n¨ng vµo trong chÝp CPU. TÊt c¶ mäi bé xö lý nhóng dùa trªn ( 86 vµ 680 ( 0 ®Òu cã c«ng suÊt tiªu thu thÊp ngoµi ra ®­îc bæ xung mét sè d¹ng cæng vµo - ra, cæng COM vµ bé nhí ROM trªn mét chÝp.

Trong c¸c bé xö lý nhóng hiÖu suÊt cao cã xu h­íng tÝch hîp nhiÒu vµ nhiÒu chøc n¨ng h¬n n÷a trªn chÝp CPU vµ cho phÐp ng­êi thiÕt kÕ quyÕt ®Þnh nh÷ng ®Æc tÝnh nµo hä muèn sö dông. Xu h­íng nµy còng ®ang chiÕm lÜnh thiÕt kÕ hÖ thèng PC. B×nh th­êng khi thiÕt kÕ bo m¹ch chñ cña PC (Motherboard) ta cÇn mét CPU céng mét chÝp - set cã chøa c¸c cèng vµo - ra, mét bé ®iÒu khiÓn cache, mét bé nhí Flash ROM cã chøa BIOS vµ cuèi cïng lµ bé nhí cache thø cÊp. Nh÷ng thiÕt kÕ míi ®ang khÈn tr­¬ng ®i vµo c«ng nghiÖp s¶n xuÊt hµng lo¹t. VÝ dô Cyrix ®· tuyªn bè r»ng hä ®ang lµm viÖc trªn mét chÝp cã chøa toµn bé mét m¸y tÝnh PC ngo¹i trõ DRAM. Hay nãi c¸ch kh¸c lµ chóng ta s¾p nh×n thÊy mét m¸y tÝnh PC trªn mét chÝp.

HiÖn nay do chuÈn ho¸ MS - DOS vµ Windows nªn c¸c hÖ thèng nhóng ®ang sö dông c¸c m¸y t×nh PC ( 86 . Trong nhiÒu tr­êng hîp viÖc sö dông c¸c m¸y tÝnh PC ( 86 cho c¸c øng dông nhóng hiÖu suÊt cao lµ kh«ng tiÕt kiÖm tiÒn b¹c, nh­ng nã lµm rót ng¾n thêi gian ph¸t triÓn v× cã mét th­ viÖn phÇn mÒm bao la ®· ®­îc viÕt cho nÒn DOS vµ Windows. Thùc tÕ lµ Windows lµ mét nÒn ®­îc sö dông réng r·i vµ dÔ hiÓu cã nghÜa lµ viÖc ph¸t triÓn mét s¶n phÈm nhóng dùa trªn Windows lµm gi¶m gi¸ thµnh vµ rót ng¾n thêi gian ph¸t triÓn ®¸ng kÓ.

1.1.4 Lùa chän mét bé vi ®iÒu khiÓn.

Cã 4 bé vi ®iÒu khiÓn 8 bit chÝnh. §ã lµ 6811 cña Motorola, 8051 cña Intel z8 cña Xilog vµ Pic 16 ( cña Microchip Technology. Mçi mét kiÓu lo¹i trªn ®©y ®Òu cã mét tËp lÖnh vµ thanh ghi riªng duy nhÊt, nÕu chóng ®Òu kh«ng t­¬ng thÝch lÉn nhau. Còng cã nh÷ng bé vi ®iÒu khiÓn 16 bit vµ 32 bit ®­îc s¶n xuÊt bëi c¸c h·ng s¶n xuÊt chÝp kh¸c nhau. Víi tÊt c¶ nh÷ng bé vi ®iÒu khiÓn kh¸c nhau nh­ thÕ nµy th× lÊy g× lµm tiªu chuÈn lùa chän mµ c¸c nhµ thiÕt kÕ ph¶i c©n nh¾c? Cã ba tiªu chuÈn ®Ó lùa chän c¸c bé vi ®iÒu khiÓn lµ:

1) §¸p øng nhu cÇu tÝnh to¸n cña bµi to¸n mét c¸ch hiÖu qu¶ vÒ mÆt gi¸ thµnh vµ ®Çy ®ñ chøc n¨ng cã thÓ nh×n thÊy ®­îc (kh¶ dÜ).

2) Cã s½n c¸c c«ng cô ph¸t triÓn phÇn mÒm ch¼ng h¹n nh­ c¸c tr×nh biªn dÞch, tr×nh hîp ng÷ vµ gì rèi.

3) Nguån c¸c bé vi ®iÒu khiÓn cã s½n nhiÒu vµ tin cËy.

1.1.5 C¸c tݪu chuÈn lùa chän mét bé vi ®iÒu khiÓn.

1. Tiªu chuÈn ®Çu tiªnvµ tr­íc hÕt tronglùa chän mét bé vi ®iÒu khiÓn lµ nã ph¶i ®¸p øng nhu cÇu bµi to¸n vÒ mét mÆt c«ng suÊt tÝnh to¸n vµ gi¸ thµnh hiÖu qu¶. Trong khi ph©n tÝch c¸c nhu cÇu cña mét dù ¸n dùa trªn bé vi ®iÒu khiÓn chóng ta tr­íc hÕt ph¶i biÕt lµ bé vi ®iÒu khiÓn nµo 8 bit, 16 bit hay 32 bit cã thÓ ®¸p øng tèt nhÊt nhu cÇu tÝnh to¸n cña bµi to¸n mé tc¸ch hiÖu qu¶ nhÊt? Nh÷ng tiªu chuÈn ®­îc ®­a ra ®Ó c©n nh¾c lµ:

a) Tèc ®é: Tèc ®é lín nhÊt mµ bé vi ®iÒu khiÓn hç trî lµ bao nhiªu.

b) KiÓu ®ãng vá: §ã lµ kÝÓu 40 ch©n DIP hay QFP hay lµ kiÓu ®ãng vá kh¸c (DIP -®ãng vá theo 2 hµng ch©n. QFP lµ ®ãng vá vu«ng dÑt)? §©y lµ ®iÒu quan träng ®èi víi yªu cÇu vÒ kh«ng gian, kiÓu l¾p r¸p vµ t¹o mÉu thö cho s¶n phÈm cuèi cïng.

c) C«ng suÊt tiªu thô: §iÒu nµy ®Æc biÖt kh¾t khe ®èi víi nh÷ng s¶n phÈm dïng pin, ¾c quy.

d) Dung l­îng bé nhí RAM vµ ROM trªn chÝp.

e) Sè ch©n vµo - ra vµ bé ®Þnh thêi trªn chÝp

f) Kh¶ n¨ng dÔ dµng n©ng cÊp cho hiÖu suÊt cao hoÆc gi¶m c«ng suÊt tiªu thô.

g) Gi¸ thµnh cho mét ®¬n vÞ: §iÒu nµy quan träng quyÕt ®Þnh gi¸ thµnh cuèi cïng cña s¶n phÈm mµ mét bé vi ®iÒu khiÓn ®­îc sö dông. VÝ dô cã c¸c bé vi ®iÒu khiÓn gi¸ 50 cent trªn ®¬n vÞ khi ®­îc mua 100.000 bé mét lóc.

2) Tiªu chuÈn thø hai trong lùa chän mét bé vi ®iÒu khiÓn lµ kh¶ n¨ng ph¸t triÓn c¸c s¶n phÈm xung quanh nã dÔ dµng nh­ thÕ nµo? C¸c c©n nh¾c chñ yÕu bao gåm kh¶ n¨ng cã s½n tr×nh l­îng ng÷, gì rèi, tr×nh biªn dÞch ng«n ng÷ C hiÖu qu¶ vÒ m· nguån, tr×nh m« pháng hç trî kü thuËt vµ kh¶ n¨ng sö dông trong nhµ vµ ngoµi m«i tr­êng. Trong nhiÒu tr­êng hîp sù hç trî nhµ cung cÊp thø ba (nghÜa lµ nhµ cung cÊp kh¸c kh«ng ph¶i lµ h·ng s¶n xuÊt chÝp) cho chÝp còng tèt nh­, nÕu kh«ng ®­îc tèt h¬n, sù hç trî tõ nhµ s¶n xuÊt chÝp.

3) Tiªu chuÈn thø ba trong lùa chän mét bé vi ®iÒu khiÓn lµ kh¶ n¨ng s½n sµng ®¸p øng vÒ sè l­îng trong hiÖn t¹i vµ t­¬ng lai. §èi víi mét sè nhµ thiÕt kÕ ®iÒu nµy thËm chÝ cßn quan trong h¬n c¶ hai tiªu chuÈn ®Çu tiªn. HiÖn nay, c¸c bé vi ®iÒu khiÓn 8 bit dÊu ®Çu, hä 8051 lµ cã sè l­¬ng lín nhÊt c¸c nhµ cung cÊp ®a d¹ng (nhiÒu nguån). Nhµ cung cÊp cã nghÜa lµ nhµ s¶n xuÊt bªn c¹nh nhµ s¸ng chÕ cña bé vi ®iÒu khiÓn. Trong tr­êng hîp 8051 th× nhµ s¸ng chÕ cña nã lµ Intel, nh­ng hiÖn nay cã rÊt nhiÒu h·ng s¶n xuÊt nã (còng nh­ tr­íc kia ®· s¶n xuÊt).

C¸c h·ng nµy bao gåm: Intel, Atmel, Philips/signe-tics, AMD, Siemens, Matra vµ Dallas, Semicndictior.

B¶ng 1.2: §Þa chØ cña mét sè h·ng s¶n xuÊt c¸c thµnh viªn cña hä 8051.

H·ng §Þa chØ Website Intel

Antel

Plips/ Signetis

Siemens

Dallas Semiconductor www.intel.com/design/mcs51

www.atmel.com

www.semiconductors.philips.com

www.sci.siemens.com

www.dalsemi.com

Còng nªn l­u ý r»ng Motorola, Zilog vµ Mierochip Technology ®· dµnh mét l­îng tµi nguyªn lín ®Ó ®¶m b¶o kh¶ n¨ng s½n sµng vÒ mét thêi gian vµ ph¹m vi réng cho c¸c s¶n phÈm cña hä tõ khi c¸c s¶n phÈm cña hä ®i vµo s¶n xuÊt æn ®Þnh, hoµn thiÖn vµ trë thµnh nguån chÝnh. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y hä còng ®· b¾t ®Çu b¸n tÕ bµo th­ viÖn Asic cña bé vi ®iÒu khiÓn.

1.2 Tæng quan vÒ hä 8051.

Tr ong môc nµy chóng ta xem xÐt mét sè thµnh viªn kh¸c nhau cña hä bé vi ®iÒu khiÓn 8051 vµ c¸c ®Æc ®iÓm bªn trong cña chóng. §ång thêi ta ®iÓm qua mét sè nhµ s¶n xuÊt kh¸c nhau vµ c¸c s¶n phÈm cña hä cã trªn thÞ tr­êng.

1.2.1 Tãm t¾t vÒ lÞch sö cña 8051.

Vµo n¨m 1981. H·ng Intel giíi thiÖu mét sè bé vi ®iÒu khiÓn ®­îc gäi lµ 8051. Bé vi ®iÒu khiÓn nµy cã 128 byte RAM, 4K byte ROM trªn chÝp, hai bé ®Þnh thêi, mét cæng nèi tiÕp vµ 4 cæng (®Òu réng 8 bit) vµo ra tÊt c¶ ®­îc ®Æt trªn mét chÝp. Lóc Êy nã ®­îc coi lµ mét "hÖ thèng trªn chÝp". 8051 lµ mét bé xö lý 8 bit cã nghÜa lµ CPU chØ cã thÓ lµm viÖc víi 8 bit d÷ liÖu t¹i mét thêi ®iÓm. D÷ liÖu lín h¬n 8 bit ®­îc chia ra thµnh c¸c d÷ liÖu 8 bit ®Ó cho xö lý. 8051 cã tÊt c¶ 4 cæng vµo - ra I/O mçi cæng réng 8 bit (xem h×nh 1.2). MÆc dï 8051 cã thÓ cã mét ROM trªn chÝp cùc ®¹i lµ 64 K byte, nh­ng c¸c nhµ s¶n xuÊt lóc ®ã ®· cho xuÊt x­ëng chØ víi 4K byte ROM trªn chÝp. §iÒu nµy sÏ ®­îc bµn chi tiÕt h¬n sau nµy.

8051 ®· trë nªn phæ biÕn sau khi Intel cho phÐp c¸c nhµ s¶n xuÊt kh¸c s¶n xuÊt vµ b¸n bÊt kú d¹ng biÕn thÕ nµo cña 8051 mµ hä thÝch víi ®iÒu kiÖn hä ph¶i ®Ó m· l¹i t­¬ng thÝch víi 8051. §iÒu nµy dÉn ®Õn sù ra ®êi nhiÒu phiªn b¶n cña 8051 víi c¸c tèc ®é kh¸c nhau vµ dung l­îng ROM trªn chÝp kh¸c nhau ®­îc b¸n bëi h¬n nöa c¸c nhµ s¶n xuÊt. §iÒu nµy quan träng lµ mÆc dï cã nhiÒu biÕn thÓ kh¸c nhau cña 8051 vÒ tèc ®é vµ dung l­¬ng nhí ROM trªn chÝp, nh­ng tÊt c¶ chóng ®Òu t­¬ng thÝch víi 8051 ban ®Çu vÒ c¸c lÖnh. §iÒu nµy cã nghÜa lµ nÕu ta viÕt ch­¬ng tr×nh cña m×nh cho mét phiªn b¶n nµo ®ã th× nã còng sÏ ch¹y víi mäi phiªn b¶n bÊt kú kh¸c mµ kh«ng ph©n biÖt nã tõ h·ng s¶n xuÊt nµo.

B¶ng 1.3: C¸c ®Æc tÝnh cña 8051 ®Çu tiªn.

§Æc tÝnh Sè l­îng ROM trªn chÝp

RAM

Bé ®Þnh thêi

C¸c ch©n vµo - ra

Cæng nèi tiÕp

Nguån ng¾t 4K byte

128 byte

2

32

1

6

1.2.2 Bé vÝ ®iÒu khiÓn 8051

Bé vi ®iÒu khiÓn 8051 lµ thµnh viªn ®Çu tiªn cña hä 8051. H·ng Intel ký hiÖu nã nh­ lµ MCS51. B¶ng 3.1 tr×nh bµy c¸c ®Æc tÝnh cña 8051.

H×nh 1.2: Bè trÝ bªn trong cña s¬ ®å khèi 8051.

1.2.3 c¸c thµnh viªn kh¸c cña hä 8051

Cã hai bé vi ®iÒu khiÓn thµnh viªn kh¸c cña hä 8051 lµ 8052 vµ 8031.

a- Bé vi ®iÒu khiÓn 8052:

Bé vi ®iÒu khiÓn 8052 lµ mét thµnh viªn kh¸c cña hä 8051, 8052 cã tÊt c¶ c¸c ®Æc tÝnh chuÈn cña 8051 ngoµi ra nã cã thªm 128 byte RAM vµ mét bé ®Þnh thêi n÷a. Hay nãi c¸ch kh¸c lµ 8052 cã 256 byte RAM vµ 3 bé ®Þnh thêi. Nã còng cã 8K byte ROM. Trªn chÝp thay v× 4K byte nh­ 8051. Xem b¶ng 1.4.

B¶ng1.4: so s¸nh c¸c ®Æc tÝnh cña c¸c thµnh viªn hä 8051.

§Æc tÝnh 8051 8052 8031 ROM trªn chÝp 4K byte 8K byte OK RAM 128 byte 256 byte 128 byte Bé ®Þnh thêi 2 3 2 Ch©n vµo - ra 32 32 32 Cæng nèi tiÕp 1 1 1 Nguån ng¾t 6 8 6

Nh­ nh×n thÊy tõ b¶ng 1.4 th× 8051 lµ tËp con cña 8052. Do vËy tÊt c¶ mäi ch­¬ng tr×nh viÕt cho 8051 ®Òu ch¹y trªn 8052 nh­ng ®iÒu ng­îc l¹i lµ kh«ng ®óng.

b- Bé vi ®iÒu khiÓn 8031:

Mét thµnh viªn kh¸c n÷a cña 8051 lµ chÝp 8031. ChÝp nµy th­êng ®­îc coi nh­ lµ 8051 kh«ng cã ROM trªn chÝp v× nã cã OK byte ROM trªn chÝp. §Ó sö dông chÝp nµy ta ph¶i bæ xung ROM ngoµi cho nã. ROM ngoµi ph¶i chøa ch­¬ng tr×nh mµ 8031 sÏ n¹p vµ thùc hiÖn. So víi 8051 mµ ch­¬ng tr×nh ®­îc chøa trong ROM trªn chÝp bÞ giíi h¹n bëi 4K byte, cßn ROM ngoµi chøa ch­¬ng trinh ®­îc g¾n vµo 8031 th× cã thÓ lín ®Õn 64K byte. Khi bæ xung cæng, nh­ vËy chØ cßn l¹i 2 cæng ®Ó thao t¸c. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy ta cã thÓ bæ xung cæng vµo - ra cho 8031. Phèi phÐp 8031 víi bé nhí vµ cæng vµo - ra ch¼ng h¹n víi chÝp 8255 ®­îc tr×nh bµy ë ch­¬ng 14. Ngoµi ra cßn cã c¸c phiªn b¶n kh¸c nhau vÒ tèc ®é cña 8031 tõ c¸c h·ng s¶n xuÊt kh¸c nhau.

1.2.4. C¸c bé vi ®iÒu khiÓn 8051 tõ c¸c h·ng kh¸c nhau.

MÆc dï 8051 lµ thµnh viªn phæi biÕn nhÊt cña hä 8051 nh­ng chóng ta sÏ thÊy nã trong kho linh kiÖn. §ã lµ do 8051 cã d­íi nhiÒu d¹ng kiÓu bé nhí kh¸c nhau nh­ UV - PROM, Flash vµ NV - RAM mµ chóng ®Òu cã sè ®¨ng ký linh kiÖn kh¸c nhau. ViÖc bµn luËn vÒ c¸c kiÓu d¹ng bé nhí ROM kh¸c nhau sÏ ®­îc tr×nh bµy ë ch­¬ng 14. Phiªn b¶n UV-PROM cña 8051 lµ 8751. Phiªn b¶n Flash ROM ®­îc b¸n bëi nhiÒu h·ng kh¸c nhau ch¼ng h¹n cña Atmel corp víi tªn gäi lµ AT89C51 cßn phiªn b¶n NV-RAM cña 8051 do Dalas Semi Conductor cung cÊp th× ®­îc gäi lµ DS5000. Ngoµi ra cßn cã phiªn b¶n OTP (kh¶ tr×nh mét lÇn) cña 8051 ®­îc s¶n xuÊt bëi rÊt nhiÒu h·ng.

a- Bé vi ®iÒu khiÓn 8751:

ChÝp 8751 chØ cã 4K byte bé nhí UV-EPROM trªn chÝp. §Ó sö dông chÝp nµy ®Ó ph¸t triÓn yªu cÇu truy cËp ®Õn mét bé ®èt PROM còng nh­ bé xo¸ UV- EPROM ®Ó xo¸ néi dung cña bé nhí UV-EPROM bªn trong 8751 tr­íc khi ta cã thÓ lËp tr×nh l¹i nã. Do mét thùc tÕ lµ ROM trªn chÝp ®èi víi 8751 lµ UV-EPROM nªn cÇn ph¶i mÊt 20 phót ®Ó xo¸ 8751 tr­íc khi nã cã thÓ ®­îc lËp tr×nh trë l¹i. §iÒu nµy ®· dÉn ®Õn nhiÒu nhµ s¶n xuÊt giíi thiÖu c¸c phiªn b¶n Flash Rom vµ UV-RAM cña 8051. Ngoµi ra cßn cã nhiÒu phiªn b¶n víi c¸c tèc ®é kh¸c nhau cña 8751 tõ nhiÒu h·ng kh¸c nhau.

b- Bé vi ®iÒu khiÓn AT8951 tõ Atmel Corporation.

ChÝp 8051 phæ biÕn nµy cã ROM trªn chÝp ë d¹ng bé nhí Flash. §iÒu nµy lµ lý t­ëng ®èi víi nh÷ng ph¸t triÓn nhanh v× bé nhí Flash cã thÓ ®­îc xo¸ trong vµi gi©y trong t­¬ng quan so víi 20 phót hoÆc h¬n mµ 8751 yªu cÇu. V× lý do nµy mµ AT89C51 ®Ó ph¸t triÓn mét hÖ thèng dùa trªn bé vi ®iÒu khiÓn yªu cÇu mét bé ®èt ROM mµ cã hç trî bé nhí Flash. Tuy nhiªn l¹i kh«ng yªu cÇu bé xo¸ ROM. L­u ý r»ng trong bé nhí Flash ta ph¶i xo¸ toµn bé néi dung cña ROM nh»m ®Ó lËp tr×nh l¹i cho nã. ViÖc xo¸ bé nhí Flash ®­îc thùc hiÖn bëi chÝnh bé ®èt PROM vµ ®©y chÝnh lµ lý do t¹i sao l¹i kh«ng cÇn ®Õn bé xo¸. §Ó lo¹i trõ nhu cÇu ®èi víi mét bé ®èt PROM h·ng Atmel ®ang nghiªn cøu mét phiªn b¶n cña AT 89C51 cã thÓ ®­îc lËp tr×nh qua cæng truyÒn th«ng COM cña m¸y tÝnh IBM PC .

B¶ng 1.5: C¸c phiªn b¶n cña 8051 tõ Atmel (Flash ROM).

Sè linh kiÖn ROM RAM Ch©n I/O Timer Ng¾t Vcc §ãng vá AT89C51 4K 128 32 2 6 5V 40 AT89LV51 4K 128 32 2 6 3V 40 AT89C1051 1K 64 15 1 3 3V 20 AT89C2051 2K 128 15 2 6 3V 20 AT89C52 8K 128 32 3 8 5V 40 AT89LV52 8K 128 32 3 8 3V 40

Ch÷ C trong ký hiÖu AT89C51 lµ CMOS.

Còng cã nh÷ng phiªn b¶n ®ãng vá vµ tèc ®é kh¸c nhau cña nh÷ng s¶n phÈm trªn ®©y. Xem b¶ng 1.6. VÝ dô ®Ó ý r»ng ch÷ "C" ®øng tr­íc sè 51 trong AT 89C51 -12PC lµ ký hiÖu cho CMOS "12" ký hiÖu cho 12 MHZ vµ "P" lµ kiÓu ®ãng vá DIP vµ ch÷ "C" cuèi cïng lµ ký hiÖu cho th­¬ng m¹i (ng­îc víi ch÷ "M" lµ qu©n sù ). Th«ng th­êng AT89C51 - 12PC r¸t lý t­ëng cho c¸c dù ¸n cña häc sinh, sinh viªn.

B¶ng 1.6: C¸c phiªn b¶n 8051 víi tèc ®é kh¸c nhau cña Atmel.

M· linh kiÖn Tèc ®é Sè ch©n §ãng vá Môc ®Ých AT89C51-12PC

42MHZ 40 DTP Th­¬ng m¹i

c- Bé vi ®iÒu khiÓn DS5000 tõ h·ng Dallas Semiconductor.

Mét phiªn b¶n phæ biÕn kh¸c n÷a cña 8051 lµ DS5000 cña h·ng Dallas Semiconductor. Bé nhí ROM trªn chÝp cña DS5000 ë d­íi d¹ng NV-RAM. Kh¶ n¨ng ®äc/ ghi cña nã cho phÐp ch­¬ng tr×nh ®­îc n¹p vµo ROM trªn chÝp trong khi nã vÉn ë trong hÖ thèng (kh«ng cÇn ph¶i lÊy ra). §iÒu nµy cßn cã thÓ ®­îc thùc hiÖn th«ng qua cæng nèi tiÕp cña m¸y tÝnh IBM PC. ViÖc n¹p ch­¬ng tr×nh trong hÖ thèng (in-system) cña DS5000 th«ng qua cæng nèi tiÕp cña PC lµm cho nã trë thµnh mét hÖ thèng ph¸t triÓn t¹i chç lý t­ëng. Mét ­u viÖt cña NV-RAM lµ kh¶ n¨ng thay ®æi néi dung cña ROM theo tõng byte t¹i mét thêi ®iÓm. §iÒu nµy t­¬ng ph¶n víi bé nhí Flash vµ EPROM mµ bé nhí cña chóng ph¶i ®­îc xo¸ s¹ch tr­íc khi lËp tr×nh l¹i cho chóng.

B¶ng 1.7: C¸c phiªn b¶n 8051 tõ h·ng Dallas Semiconductor.

M· linh kiÖn ROM RAM Ch©n I/O Timer Ng¾t Vcc §ãng vá DS5000-8

DS5000-32

DS5000T-8

DS5000T-8 8K

32K

8K

32K 128

128

128

128 32

32

32

32 2

2

2

2 6

6

6

6 5V

5V

5V

5V 40

40

40

40

Ch÷ "T" ®øng sau 5000 lµ cã ®ång hå thêi gian thùc.

L­u ý r»ng ®ång hå thêi gian thùc RTC lµ kh¸c víi bé ®Þnh thêi Timer. RTC t¹o vµ gi÷ thêi gian l phót giê, ngµy, th¸ng - n¨m kÓ c¶ khi t¾t nguån.

Cßn cã nhiÒu phiªn b¶n DS5000 víi nh÷ng tèc ®é vµ kiÓu ®ãng gãi kh¸c nhau.( Xem b¶ng 1.8). VÝ dô DS5000-8-8 cã 8K NV-RAM vµ tèc ®ä 8MHZ. Th«ng th­êng DS5000-8-12 hoÆc DS5000T-8-12 lµ lý t­ëng ®èi víi c¸c dù ¸n cña sinh viªn.

B¶ng 1.8:C¸c phiªn b¶n cña DS5000 víi c¸c tèc ®é kh¸c nhau

M· linh kiÖn NV- RAM Tèc ®é DS5000-8-8

DS5000-8-12

DS5000-32-8

DS5000T-32-12

DS5000-32-12

DS5000-8-12 8K

8K

32K

32K

32K

8K 8MHz

12MHz

8MHz

8MHz (with RTC)

12MHz

12MHz (with RTC)

d- Phiªn b¶n OTP cña 8051.

C¸c phiªn b¶n OTP cña 8051 lµ c¸c chÝp 8051 cã thÓ lËp tr×nh ®­îc mét lÇn vµ ®­îc cung cÊp tõ nhiÒu h·ng s¶n xuÊt kh¸c nhau. C¸c phiªn b¶n Flash vµ NV-RAM th­êng ®­îc dïng ®Ó ph¸t triÓn s¶n phÈm mÉu. Khi mét s¶n pohÈm ®­îc thiÕt kÕ vµ ®­îc hoµn thiÖn tuyÖt ®èi th× phiªn b¶n OTP cña 8051 ®­îc dïng ®Ó s¶n hµng lo¹t v× nã sÏ h¬n rÊt nhiÒu theo gi¸ thµnh mét ®¬n vÞ s¶n phÈm

e- Hä 8051 tõ H·ng Philips

Mét nhµ s¶n xuÊt chÝnh cña hä 8051 kh¸c n÷a lµ Philips Corporation. ThËt vËy, h·ng nµy cã mét d¶i lùa chän réng lín cho c¸c bé vi ®iÒu khiÓn hä 8051. NhiÒu s¶n phÈm cña h·ng ®· cã kÌm theo c¸c ®Æc tÝnh nh­ c¸c bé chuyÓn ®æi ADC, DAC, cæng I/0 më réng vµ c¶ c¸c phiªn b¶n OTP vµ Flash.

PAGE \# "'Page: '#'

'"

CPU

General-

Purpose

Micro-

processor

ROM

RAM

Timer

Serial

COM

Port

I/O

Port

CPU

RAM

ROM

I/O

Timer

Serial

COM

Port

Data bus

(a) General-Purpose Microcessor System

Address bus

(b) Microcontroller

COUNTER INPUTS

OSC

INTERRUPT

CONTROL

4 I/O

PORTS

BUS

CONTROL

SERIAL

PORT

EXTERNAL

INTERRUPTS

CPU

ON - CHIP

RAM

ETC

TIMER 0

TIMER 1

ADDRESS/DATA

TXD

RXD

P0

P1

P2

P3