zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Tự động hoá

Giáo trình Vi điều khiển, vi xử lý - GV. Trần Thái Anh Âu

Chia sẻ: Nguyễn Văn Quân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:131

Báo xấu

419
lượt xem 100
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Vi điều khiển, vi xử lý" có kết cấu nội dung gồm 7 chương, nội dung cuốn giáo trình giới thiệu đến các bạn những nội dung về vi điều khiển, vi xử lý, cấu trúc vi điều khiển Pic 16F, lập trình hợp ngữ, một số ứng dụng của vi điều khiển,...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vi điều khiển, vi xử lý - GV. Trần Thái Anh Âu

GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN- VI XỬ LÝ 1. Giới thiệu về vi điều khiển PIC 1.1 Giới thiệu về vi điều khiển Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller là mạch tích hợp trên một chip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống .Theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điêu khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó . Trong các thiết bị điện và điện tử, các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt động của ti vi, máy giặt, đầu đọc lase, lò vi ba, điện thoại …Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển sử dụng trong robot, các hệ thống đo lường giám sát .Các hệ thống càng thông minh thì vai trò của vi điều khiển ngày càng quan trọng. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như: 6811 của Motorola, 8051 của Intel, Z8 của Zilog, PIC của Microchip Technology . 1.2 Giới thiệu về vi điều khiển PIC PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” ( Máy tính khả trình thông minh) là sản phẩm của hãng General Instrument đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC 1650. Lúc này Pic dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy người ta gọi PIC với tên là “ Peripheral Interface Controller” ( bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) . Năm 1985 General Instrument bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới (Microchip Technology) huỷ bỏ hầu hết các dự án – lúc đó đã quá lỗi thời. Tuy nhiên PIC được bổ sung EEPROM để tạo thành một bộ điều khiển vào ra khả trình. Ngày nay có rất nhiều dòng PIC được sản xuất với hàng loạt các modul ngoại vi được tích hợp sẵn ( như :USART, PWM, ADC…) với bộ nhớ chương trình từ 512 word đến 32k word. PIC sử dụng tập lệnh RISC, với dòng PIC low-end (độ dài mã lệnh 12 Bit ví dụ PIC12Cxxx) và mid-range (độ dài mã lệnh 14 bit , ví dụ PIC16Fxxx), tập lệnh bao gồm khoảng 35 lệnh, và 70 lệnh đối với dòng PIC high-end( có độ dài mã lệnh 16bit NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU PIC18Fxxxx). Tập lệnh bao gồm các lệnh tính toán trên các thanh ghi, và các hằng số, hoặc các vị trí ô nhớ, cũng như có các lệnh điều kiện, nhảy/ gọi hàm, và các lệnh quay trở về, nó cũng có các chức năng phần cứng khác như ngắt hoặc sleep( chế độ hoạt động tiết kiệm điện ). Microchip cung cấp môi trường lập trình MPLAB0, nó bao gồm phần mềm mô phỏng và trình dịch ASM Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau :  8/16/24/32 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard  Flash và Rom có thể tuỳ chọn 256 byte đến 256 kbybe  Bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/ xoá lên tới hàng triệu lần  Các cổng xuất/nhập (mức lôgic thường từ 0v đến 5v, ứng với mức logic 0 và 1, dòng khoảng vài chục mA)  8/16 bit timer  Modun giao tiếp ngoại vi nối tiếp không đồng bộ: USART  Modun giao tiếp ngoại vi song song (kiểu máy in)  Bộ chuyển đổi ADC 10 bit nội gồm 8 kênh đầu vào  Module ngoại vi MSSP dùng cho các giao tiếp I2C, SPI  Modul CCP có chức năng o Comparator (so sánh) o Capture o PWM: dùng trong điều khiển động cơ Một số dòng vi điều khiển PIC hỗ trợ thêm:  Hỗ trợ điều khiển động cơ 3 pha, 1 pha  Hỗ trợ giao tiếp USB  Hỗ trợ điều khiển Ethernet  Hỗ trợ giao tiếp CAN  Hỗ trợ giao tiếp LIN  Hỗ trợ giao tiếp IRDA  DSP những tính năng xử lý tín hiệu số NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU 1.3 Các thành phần cơ bản của một mạch ứng dụng vi điều khiển PIC: 1.4 Các khái niệm cơ bản: Cổng xuất nhập I/O: Trong vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng:  Cổng A gồm 6 chân: RA0, RA1.. RA5  Cổng B gồm 8 chân: RB0, RB1,..RB7  Cổng C gồm 8 chân: RC0, RC1, ..RC7  Cổng D gồm 8 chân: RD0, RD1,..RD7  Cổng E gồm 3 chân: RE0, RE1, RE2 Mỗi cổng thực chất được quản lý bởi các thanh ghi PORTA, PORTB, PORTC, PORTD, PORTE nằm trong bộ nhớ RAM của vi điều khiển. Xem hình sau: NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU Bộ nhớ RAM của vi điều khiển PIC 16F877A gồm 4 bank nhớ. Nhìn vào các bank nhớ ta có thể thấy các thanh ghi được đặt tên và các thanh ghi đa mục đích (General Purpose Register).  Các thanh ghi được đặt tên là các thanh ghi đặc biệt dùng để điều khiển, quản lý hoặc thể hiện trạng thái của các khối chức năng trong vi điều khiển ví dụ PORTA NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU là đại diện cho các chân cổng A, PORTB là đại diện cho các chân cổng B v.v. Các thanh ghi này có địa chỉ xác định và không được dùng cho các mục đích khác  Các thanh ghi đa mục đích được dùng để đặt biến trong một chương trình ứng dụng của vi điều khiển. Nhìn vào bản đồ bộ nhớ RAM, ta thấy biến có thể đặt từ địa chỉ 20F đến 7Fh trong bank nhớ 0, A0h-EFh, 120h-16Fh, 1A0h-1EFh. Trở lại vấn đề về các cổng, tới đây ta có thể đưa ra nhận xét: Thanh ghi PORTA phản ánh trạng thái của các chân cổng A, nghĩa là muốn tín hiệu đầu ra của các chân cổng A như thế nào ta chỉ việc đưa giá trị vào các bit tương ứng trên thanh ghi PORTA. Cũng như khi đọc giá trị của thanh ghi PORTA ta sẽ biết được trạng thái của các chân cổng A. Ví dụ: Muốn RA0 ở mức logic 1 (mức 5V), RA1 ở mức logic 0 (mức 0V), RA2 ở mức logic 1, RA3 ở mức logic 0, RA4 ở mức logic 1, RA5 ở mức logic 1, ta chỉ việc gán giá trị 000110101 cho thanh ghi PORTA. X X 1 1 0 1 0 1 RA5 RA4 RA3 RA2 RA1 RA0 X: không quan tâm. Tương tự như vậy với PORTB,PORT C,PORTD,PORTE. Tính đa chức năng của một chân trên vi điều khiển: Nhìn vào sơ đồ chân của vi điều khiển, ta có thể thấy một số chân của vi điều khiển có tên gồm nhiều phần với dấu gạch chéo. Ví dụ: RA0/AN0, RC7/RX/DT, RC6/TX/CK Đây chính là tính đa chức năng của một chân trên vi điều khiển hay còn gọi là sự dồn kênh. Ý nghĩa của nó là: Bình thường nếu không được cài đặt thì tấc cả các chân trên 5 cổng A, B, C, D, E là các chân vào ra số I/O. Nếu trong chương trình ta có cài đặt một chức năng nào đó như RS232, ADC hoặc PWM v.v thì các chân tương ứng với chức năng đó sẽ hoạt động theo chức năng đó. Khi đó chân này sẽ không được dùng làm chân vào ra số như bình thường nữa. NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU Ví dụ: bình thường chân RA0/ANO là chân vào ra số RA0, nếu chức năng ADC với kênh vào tín hiệu analog là kênh 0 được cài đặt khi đó chân RA0 /AN0 sẽ là chân vào của bộ ADC, tức là hoạt động theo chức năng AN0. Tương tự như vậy, khi cài đặt giao tiếp với thiết bị ngoại vi theo chuẩn RS232, chân vào ra số RC7/RX/DT sẽ hoạt động như đầu vào dữ liệu RS232 tức là chức năng RX của chân này. Cài đặt vào/ra cho các chân vào ra số trên các cổng: Các chân vào/ra số trên vi điều khiển PIC phải được cài đặt là chân vào hoặc chân ra thì mới hoạt động đúng chức năng. Việc một chân trên cổng X (X=A,B,..E) được qui định là đầu ra hay đầu vào phụ thuộc vào bit tương ứng trên thanh ghi TRISX (X=A,B,..E) là 0 hay 1. Ví dụ: Muốn 4 chân thấp (bit thấp) trên cổng B (RB0-RB3) là chân vào, 4 chân cao (bit cao) trên cổng B (RB4-RB7) là chân ra thì giá trị các bit trên thanh ghi TRISB sẽ là: 0 0 0 0 1 1 1 1 Gợi ý dễ nhớ là: Để chân RB.m (m=0-7) là đầu ra, tức Output thì giá trị TRISB.m là 0 Là đầu vào, tức Input thì giá trị TRISB.m là 1 Tương tự như vậy đối với các chân trên các cổng còn lại NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F 2.1 Cấu trúc chung: Hình 1: Cấu trúc chung của vi điều khiển Cấu tạo của vi điều khiển có thể chia làm 2 phần cơ bản như sau: - Phần lõi: gồm bộ điều khiển trung tâm có chức năng chạy chương trình (gồm các câu lệnh) đã được nạp vào trong bộ nhớ chương trình (program memory) trước đó. NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU - Phần ngoại vi: gồm có các timer, bộ biến đổi tương tự số ADC và các modun khác Phần lõi của vi điều khiển chịu trách nhiệm chạy chương trình trong vi điều khiển và quản lý toàn bộ các hoạt động khác bao gồm hoạt động của ngoại vi. Vi điều khiển chạy chương trình gồm các lệnh trong bộ nhớ chương trình, địa chỉ của lệnh nằm trong thanh ghi bộ đếm chương trình PC, lúc khởi động PC=0, sau khi thực hiện một lệnh PC=PC+1 do đó vi điều khiển chạy lệnh kế tiếp trong chương trình. Lệnh vi điều khiển trong bộ nhớ thực ra đã được mã hóa mỗi lệnh thành 14 bit. Quá trình thực hiện một lệnh gồm các bước: - Lệnh trong bộ nhớ chương trình được đưa vào thanh ghi lệnh (địa chỉ của lệnh nằm trong thanh ghi PC). Sau đó lệnh đưa vào bộ giải mã và điều khiển để giải mã lệnh. Trên cơ sở đó, vi điều khiển biết lệnh đó là lệnh gì, thao tác với dữ liệu nào, phép thao tác v.v.v Trên cơ sở đó, nếu lệnh thao tác với dữ liệu chứa trong các thanh ghi trong RAM, bộ điều khiển điều khiển đọc dữ liệu trong RAM đưa vào bộ xử lý số học và logic ALU, các phép toán sẽ được thực hiện qua trung gian là thanh ghi làm việc W, quá trình sẽ kết thúc khi kết quả trả dữ liệu về cho chương trình, tiếp theo PC tăng lên 1 đơn vị, vi điều khiển nhảy đến lệnh kế tiếp, tiếp tục 1 chu kì thực hiện lệnh NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU 2.2 Bộ nhớ vi điều khiển pic 16f877A Bộ nhớ vi điều khiển PIC chia làm 3 phần: - Bộ nhớ chương trình-FLASH: chứa nội dung của chương trình chạy trong vi điều khiển. Bộ đếm chương trình PC (Program counter) sẽ thực hiện các lệnh chứa trong bộ nhớ chương trình này theo thứ tự từ trên xuống. - Bộ nhớ dữ liệu tạm thời- RAM : Gồm 2 phần: các thanh ghi đặc biệt-SFR (Special Function Register) - đây là các thanh ghi chức năng thể hiện hoặc trạng thái, điều khiển của các khối bên trong vi điều khiển PIC (các thanh ghi trạng thái các chân vi điều khiển như PORTA v.v, Các thanh ghi Status v.vv, TMR0 cho timer v.v ). Các thanh ghi mục đích chung GPR (general purpose register) là nơi lưu các giá trị tạm thời, nơi mà các biến chương trình nằm đây - Bộ nhớ dữ liệu không mất nội dung- EEPROM cho phép chứa các dữ liệu và dữ liệu này không mất nội dung khi mất điện (phần này xem như thiết bị ngoại vi) 2.2.1 Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ chương trình là nơi chứa các lệnh đã được mã hóa. Quá trình mã hóa đã được thực hiện trong khâu dịch chương trình trên máy tính ra file hex và nạp chương trình vào bộ nhớ chương trình. Mỗi một lệnh đã được mã hóa được chứa trong 1 thanh ghi 14 bit trong bộ nhớ chương trình. Như vậy khi hình dung về bộ nhớ chương trình ta có hình ảnh sau: NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU Chương trình của vi điều khiển chạy theo thứ tự từ địa chỉ thấp đến địa chỉ cao, địa chỉ lệnh là nội dung của thanh ghi bộ đếm chương trình PC (Program Counter). Đối với pic16f877a, thanh ghi PC có độ dài 13 bit. Nếu dùng 2 bit địa chỉ ta phân biệt được 4 địa chỉ: 00,01,10,11 Nếu dùng 3 bit địa chỉ ta phân biệt được 8 địa chỉ: 000,001,010,011,100,101,110,111 Suy ra, PC dùng 13 bit địa chỉ ta phân biệt được 2^13= 2^3 x 2^10=8K địa chỉ Khi bật nguồn cho vi điều khiển (hay ấn nút reset chương trình), PC được xóa về 0 Sau khi thực hiện xong 1 lệnh nội dung của PC tăng lên 1 đơn vị: PC=PC+1 (trừ 1 số lệnh đặc biệt như gọi chương trình con, goto v.v.v) Do vi điều khiển sẽ thực hiện lệnh tại địa chỉ chứa trong thanh ghi PC nên theo phân tích trên có thể nói, vi điều khiển thực hiện lệnh tuần tự từ địa chỉ thấp đến địa chỉ cao 2.2.2 Mã hóa và giải mã lệnh: NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU Như đã nói ở trên, khi chương trình đã nằm trong bộ nhớ (tức là đã được nạp vào), các lệnh đã được mã hóa thành số nhị phân 14 bit chứa trong các thanh ghi của bộ nhớ chương trình. Việc mã hóa này phải tuân theo qui luật của từng loại vi điều khiển mà cụ thể đối với PIC16F877a thì việc mã hóa phải tuân theo qui luật của nhà sản xuất microchip qui định để trong quá trình thực hiện 1 lệnh, bộ điều khiển bên trong của vi điều khiển PIC có thể giải mã (để hiểu) và thực thi lệnh đó được. Để tiện cho việc theo dõi, ta đưa ra bảng tổng hợp các lệnh vi điều khiển 16f877a như sau: Bảng 1: Tập hợp tấc cả các lệnh NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU Toàn bộ tập lệnh chia làm 3 dạng: - Lệnh thao tác theo từng byte (Byte-Oriented) - Lệnh thao tác theo từng bit (Bit-Oriented) - Lệnh thao tác với hằng số Trong vi điều khiển pic16f877a không có lệnh thực hiện tương tác giữa 2 thanh ghi, hay giữa thanh ghi và một số (chú ý ở đây, thanh ghi là thanh ghi nằm trong bộ nhớ RAM, ví dụ như PORTA hoặc thanh ghi có địa chỉ 0x21 ) Để giải quyết vấn đề trên, trong vi điều khiển pic 16f877a có thanh ghi đặc biệt làm chức năng trung gian cho các thao tác trên gọi là thanh ghi làm việc W (work register) Để dễ hiểu: Giả sử ta có 2 biến a,b (tất nhiên là được khai báo và cấp phát trong bộ nhớ RAM) Ta muốn thực hiện phép toán: a=a+b Trong PIC không có lệnh thực hiện giữa 2 thanh ghi a và b. Để thực hiện lệnh này ta phải qua các bước: W=0 W= w+b (sau lệnh này w=b) a=w+a (sau lện này a=w+a=b+a) Các lệnh thực hiện chuỗi phép toán trên như sau: CLRW ADDWF b,0 ADDWF a,1 Phần cụ thể về lệnh sẽ được giới thiệu sau, ta trở lại vấn đề mã hóa lệnh NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU Cấu trúc một lệnh: Cấu trúc một lệnh phụ thuộc vào 3 dạng thao tác theo byte, theo bit , thao tác với hằng số - Các lệnh thao tác theo byte Cấu trúc lệnh: o Mã lệnh thanhghi,d Đây là các tác động giữa thanh ghi trong RAM và thanh ghi làm việc W, d chỉ hướng kết quả được lưu trữ. d=0 kết quả chứa trong w, d=1 kết quả chứa trong thanh ghi Ví dụ: cộng thanh ghi a với w, kết quả chứa trong a ADDWF a,1 cộng thanh ghi a với w, kết quả chứa trong w ADDWF a,0 Câu hỏi đặt ra là khi vi điều khiển đọc mã lệnh trong bộ nhớ gồm các con số nhị phân làm sao nó xác định được đâu là lệnh cộng (ADDWF) đâu là lệnh AND (ANDWF) ? Câu trả lời là trong lúc mã hóa lệnh một số bit đầu tiên của chuỗi 14 bit lệnh dành để phân biệt các lệnh với nhau hay còn gọi là mã toán tử hay theo tiếng anh là opcode Đối với lệnh theo tác theo byte, vi điều khiển dùng 6 bit để mã hóa opcode Để phân biệt khi nào kết quả chứa trong thanh ghi, khi nào thì chứa trong w, vi điều khiển dành 1 bít hướng d: d=0 kết quả chứa trong thanh ghi w, d=1 kết quả chứa trong thanh ghi. 7 bit còn lại trong để phân biệt lệnh tác động với thanh ghi nào trong bộ nhớ RAM 13 8 7 6 0 OPCODE (toán d(hướng) FILE (địa chỉ thanh ghi) tử) NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU Ví dụ: ADDWF a, 0 Giải sử a địa chỉ là 0x30= 0b00110000 Mã lệnh sẽ là: OPCODE (toán d(hướng) FILE (địa chỉ thanh ghi) tử) 00 0111 0 0110000 - Các lệnh thao tác theo bit Cấu trúc lệnh gồm 3 phần: o Mã lệnh thanh ghi, bit Các lệnh bao gồm lệnh set 1 bit nào đó của một thanh ghi nào đó lên mức 1 hoặc xóa bít đó về 0, hoặc kiểm tra 1 bit nào đó của một thanh ghi nào đó bằng 0 hoặc bằng 1 v.v Từ đây, ta có thể thấy, cần một số bit trong 14 bit của 1 lệnh dành để phân biệt các lệnh với nhau, cụ thể ở đây là 4 bit, cần 3 bít để xác định vị trí bít nào trong thanh ghi bị tác động (vì vị trí bít là 0-7), còn lại 7 bít để xác định thanh ghi nào trong các thanh ghi bộ nhớ RAM bị tác động 13 10 9 7 6 0 OPCODE (toán Vị trí bít FILE (địa chỉ thanh ghi) tử) Ví dụ: BCF a,3 Xóa bít 3=011 của thanh ghi a (giả sử a được khai báo trước và có địa chỉ 0x24=0b0010 0100 trong bộ nhớ RAM) NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU 13 10 9 7 6 0 OPCODE (toán Vị trí bít FILE (địa chỉ thanh ghi) tử) 01 00 011 010 0100 - Các lệnh thao tác với hằng số và điều khiển rẽ nhánh chương trình: Cấu trúc lệnh: o Mã lệnh hằng số k Các lệnh thông thường: 13 8 7 0 OPCODE (toán Hằng số k tử) Trừ 2 lệnh Call k và goto k 13 11 10 0 OPCODE (toán Hằng số k tử) Ví dụ: ADDLW 233 Miêu tả: cộng 233 vào thanh ghi w 13 8 7 0 OPCODE (toán Hằng số k tử) NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU 11 111 1110 1001 Sau khi phân tích như trên, nhìn lại bảng 1: tập hợp tất cả các lệnh của vi điều khiển pic16f877a ta đưa ra nhận xét sau: - 2 bit đầu của 14 bit mã hóa lệnh xác định 3 dạng lệnh: thao tác theo byte (00), thao tác theo bit (01), thao tác với hằng số (11 hoặc 10 hoặc 00) - Có tấc cả 18 lệnh thao tác byte, như đã nêu ở trên, để mã hóa mã lệnh (opcode- toán tử) dùng hết 6 bít: 2 bít phân biệt dạng thao tác theo byte (00) vậy còn 4 bit để phân biệt 18 lệnh thao tác byte. Như ta biết với 4 bit chỉ phân biệt được 2^4 =16 lệnh, làm sao phân biệt được 18 lệnh. Thực ra vi điều khiển dùng 14 mã lệnh cho 14 lệnh, 2 mã lệnh còn lại, cụ thể là 00 0001 cùng cho 2 lệnh CLRF (xóa nội dung thanh ghi) CLRW (xóa nội dung thanh ghi W) và mã 00 0000 cùng cho 2 lệnh MOVWF (chuyển nội dung của thanh ghi w sang thanh ghi F (có địa chỉ cụ thể trong ram) ) và lệnh NOP (lệnh không thực hiện nhiệm vụ gì). Thế làm sao phân biệt được CLRF và CLRW? Đơn giản là khi gặp mã lệnh 00 0001 vi điều khiển kiểm tra tiếp bit hướng d: rõ ràng nếu d=0 (kết quả chứa trong w) thì đây là lệnh CLRW, nếu d=1 (kết quả chứa trong thanh ghi f) thì đây là lệnh CLRF Khi gặp mã 00 0000, vi điều khiển kiểm tra tiếp bit hướng d, d =1 thì đây là lệnh MOVWF, d=0 là lệnh NOP - Có 4 lệnh thao tác theo bit. 2 bit mã thao tác theo bit là 01, 2 bit còn lại trong OPCODE (xem bên trên) để mã hóa 4 lệnh - Có 13 lệnh thao tác với hằng số và điều khiển: một số lệnh có 2 bit mã thao tác là 11 hoặc 10 hoặc 00. Kiểm tra các bit còn lại ta thấy đều có cách để vi điều khiển thực hiện phân biệt được các lệnh với nhau 2.2.3 Cấu trúc bộ nhớ và stack: NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU 2.2.3.1 Thanh ghi bộ đếm chương trình: Tại mỗi thời điểm, vi điều khiển thực hiện 1 lệnh trong bộ nhớ chương trình có địa chỉ cho bởi thanh ghi bộ đếm chương trình PC (Program Counter) gồm 13 bit. Nhắc lại là với độ dài 13 bit, thanh ghi PC có thể phân biệt được tối đa 2^13=8K địa chỉ. Cấu trúc thanh ghi PC gồm 2 phần: phần thấp PCL (Program Counter Low) 8 bit 0-7, phần cao PCH (Program Counter High) 5 bit 8-12 PCH PCL NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU Trong đó các bit trong PCL là các bit có thể đọc ghi được Các bit trong PCH không thể đọc ghi và được cập nhật thông qua thanh ghi PCLATCH. Nghĩa là mỗi một lần tác động thay đổi 4 bit PCLATCH sẽ dẫn đến thay đổi nội dung PCH. Nhìn vào tổ chức bộ nhớ chương trình của vi điều khiển ta thấy rằng bộ nhớ chương trình gồm 8 K chia thành 4 bank nhớ, mỗi bank có dung lượng 2 K từ nhớ: - Bank 0: 0000h-07FFh - Bank 1: 0800h-0FFFh - Bank 2: 1000h-17FFh - Bank 3: 1800h-1FFFh 2 bit cao PCLATCH sẽ qui định vi điều khiển đang truy cập bank nhớ nào trong 4 bank nêu trên. Khi bàn đến các lệnh CALL, GOTO, các lệnh trở về từ chương trình con, chương trình ngắt ta sẽ quay lại vấn đề này 2.2.3.2 Reset vector: Mỗi khi chương trình vi điều khiển bị reset lại (tắt nguồn, ấn nút reset), thanh ghi PC bị xóa về 0, vậy vi điều khiển bắt đầu thực hiện lệnh chứa tại địa chỉ 0000h. Do đó địa chỉ này gọi là địa chỉ vector reset 2.2.3.3 Stack: Trong khi thực hiện chương trình, sẽ có những đoạn chương trình được thực hiện nhiều lần, người lập trình để đơn giản chương trình sẽ đưa đoạn chương trình đó thành chương trình con, mỗi lần cần thực hiện đoạn chương trình thì đơn giản là gọi chương trình con đó. Ví dụ chương trình con hay dùng nhất là chương trình delay ví dụ như các chương trình con delay 100ms dưới đây NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU ;************* 1msec Timer Subroutine ***************** t1m movlw d'2' ;(1) Set loop cnt1 movwf cnt1m ;(1) Save loop cnt1 tm1lp1 movlw d'249' ;(1)*2 Set loop cnt2 movwf cnt500u ;(1)*2 Save loop cnt2 tm1lp2 nop ;(1)*249*2 Time adjust nop ;(1)*249*2 Time adjust decfsz cnt500u,f ;(1)*249*2 cnt500u-1=0 ? goto tm1lp2 ;(2)*248*2 No, continue decfsz cnt1m,f ;(1)*2 cnt1m-1=0 ? goto tm1lp1 ;(2) No. Continue return ;(2) Yes. Cnt end ;Total 2501*0.4usec=1msec ;************* 100msec Timer Subroutine *************** t100m movlw d'100' ;Set loop counter movwf cnt100m ;Save loop counter tm2lp call t1m ;1msec subroutine decfsz cnt100m,f ;cnt100m - 1 = 0 ? goto tm2lp ;No. Continue return ;Yes. Count end ;************* 500msec Timer Subroutine *************** t500m movlw d'5' ;Set loop counter movwf cnt500m ;Save loop counter tm3lp call t100m ;100msec subroutine decfsz cnt500m,f ;cnt500m - 1 = 0 ? goto tm3lp ;No. Continue return ;Yes. Count end chương trình chính: ----- ----- bcf a,3 call t1m bsf a,3 NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN – VI XỬ LÝ GV: TRẦN THÁI ANH ÂU Như vậy sau khi thực hiện lệnh bcf a,3, gặp lệnh call t1m, thanh ghi PC được load địa chỉ bắt đầu của chương trình t1m, sau khi gặp lệnh return vi điều khiển trở về chương trình chính thực hiện lệnh bsf a,3. Câu hỏi đặt ra là làm sao vi điều khiển nhớ được địa chỉ trở về? thực ra khi gặp lệnh CALL t1m, nội dung thanh ghi PC tăng lên 1 đơn vị và giá trị này được lưu vào stack, sau đó PC được load địa chỉ của lệnh đầu tiên trong chương trình con t1m và do đó vi điều khiển sẽ thực hiện lệnh của chương trình con t100m, cho đến khi gặp lệnh return, PC load được chỉ đã lưu trước đó ở stack ra, và do đó thực hiện tiếp lệnh bsf a,3 Qua ví dụ nói trên ta đã hình dung được nhiệm vụ của stack là lưu địa chỉ trở về từ chương trình con, chương trình ngắt (sẽ đề cập sau) Stack của vi điều khiển pic16f877a có thể quản lý đến 8 mức stack. Nếu sử dụng đến mức stack thì 9 thì mức stack 9 này sẽ viết đè lên mức 1. 2.2.2.4 Vector ngắt: Chưa bàn đến ngắt, nhưng chúng ta hình dung như thế này: mặc định vi điều khiển thực hiện chương trình chính, khi có sự kiện ngắt xảy ra, nếu ngắt đó được cài đặt trước trong chương trình thì vi điều khiển sẽ dừng thực hiện chạy chương trình chính và nhảy vào địa chỉ 0004h, tại đó phần xử lý ngắt này do người lập trình viết chương trình thực hiện Và địa chỉ 0004h trong bộ nhớ chương trình được gọi là vector ngắt. 2.3 Tập lệnh vi điều khiển PIC: 2.3.1 Thời gian thực hiện 1 lệnh: NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2418 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.