LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật
và trong dân dụng. Từ 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 chức năng xử lý
nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một chíp mạch nhỏ, nó đã thay thế các tủ điều
khiển lớn và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng.
Vi điều khiển khơng những góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà cịn góp phần
to lớn vào việc phát triển thơng tin. Đó chính là sự ra đời của hàng loạt thiết bị tối
tân trong ngành điện tử, viễn thông, truyền hình … góp phần đưa con người đến
đỉnh cao của nền văn minh nhân loại. Chính vì các lý do trên, việc tìm hiểu, khảo
sát vi điều khiển là điều mà các sinh viên ngành điện tử phải hết sức quan tâm. Để
tìm hiểu bộ vi điều khiển một cách khoa học và mang lại hiệu quả cao làm nền tảng
cho việc xâm nhập vào những hệ thống tối tân hơn, việc trang bị những kiến thức về
vi điều khiển cho sinh viên là hết sức cần thiết.
1


Xuất phát từ những thực tiễn này chúng em đã đi đến quyết định chọn đề tài:
“ Thiết kế mạch hiển thị chữ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM dùng vi điều
khiển” nhằm đáp ứng nhu cầu, ham muốn học hỏi của bản thân. Trong quá trình
thực hiện đề tài do lượng kiến thức có hạn nên khơng thể khai thác được hết các
công năng của vi điều khiển mà chỉ sử dụng một vài chức năng cơ bản. Và cũng
chưa có nhiều kinh nghiệm trong q trình thực hiện các đề tài, tất nhiên cũng
không thể tránh được những sai sót. Rất mong nhận được những đóng góp chân
thành của quý thầy cô và các bạn để cuốn luận văn được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Đà nẵng, ngày 15 tháng 05 năm 2012
Sinh viên thực hiện:
Phạm Thị Kim Chung
Phạm Thị Hương.

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian hoàn thành khóa luận tốt nghiệp, chúng em đã nhận được sự
giúp đỡ nhiệt tình của q thầy cơ, gia đình và bạn bè…
Đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Lê Xứng – người
đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em trong thời gian qua để em có thể
hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy giáo, cô giáo, cán bộ giảng dạy trong khoa
Vật lý đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và những người thân đã ở bên cạnh động
viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.

Phạm Thị Kim Chung
2


Phạm Thị Hương.

A- MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của xã hội, đặc biệt là trong các ngành
kỹ thuật. Khi mà các sản phẩm mới liên tục ra đời, những vật liệu nổi trội hơn, công
nghệ mới cũng ra đời… Song song đó thì nhu cầu của con người đối với sự tiến bộ
của xã hội cũng ngày càng khắt khe hơn. Đặc biệt khi ngành cơng nghệ số, trí tuệ
nhân tạo ra đời nó cũng len lỏi mọi lĩnh vực của xã hội. Ví dụ điển hình là trong
lĩnh vực quảng bá truyền thông. Khi nhu cầu của các nhà kinh doanh ngày càng cao
hơn về việc quảng cáo các sản phẩm, dịch vụ của mình đến với người tiêu dùng
khắp mọi nơi và từ đó lĩnh vực này cũng liên tục cải thiện và đã có những bước phát
triển đáng kể, các loại hình quảng cáo như pano, apphich, bảng hiệu,…đã dần
nhường chỗ cho các bảng điện tử đầy đủ màu sắc. Và đặc biệt hơn chúng có thể gửi
đến mọi người các thông điệp đặc sắc, phong phú mà trước đây thì cơng nghệ chưa

cho phép. Chẳng hạn như: nhiều màu sắc, linh động, hình ảnh đẹp, có thể nhảy múa
với đầy đủ các hiệu ứng mới lạ trước mắt người xem. Khi mà q trình đơ thị hố
3


ngày càng nhanh cùng với sự phát triển của các tồ nhà, cao ốc,…thì khơng gian
ngày càng thu hẹp và tất nhiên những biển quảng cáo khổ rộng đã dần được thay thế
bằng các bảng điện tử, led, LCD,…
Là sinh viên vật lý, chúng em muốn tìm hiểu và trang bị cho mình những
kiến thức vật lý liên quan đến nhiều lĩnh vực, tiếp cận với những thành tựu mới của
khoa học và cơng nghệ hiện đại… Chính vì vậy chúng em quyết định chọn đề tài:
THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ CHỮ “ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM” DÙNG
VI ĐIỀU KHIỂN làm đề tài nghiên cứu luận văn tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích - u cầu
 Mục đích
- Q trình lựa chọn và thực hiện đề tài này là nhiệm vụ chúng em hồn tất
khóa học.
- Việc nghiên cứu này giúp tìm hiểu và phát huy ứng dụng của vi điều khiển
trong lĩnh vực quảng cáo

 Yêu cầu
Mạch thiết kế phải hoạt động đúng yêu cầu, ổn định, dễ dàng sử dụng, sửa chữa
và tiết kiệm chi phí.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu: Họ vi điều khiển MSC – 51 và một số linh kiện điện
tử.
 Phạm vi nghiên cứu: Đề tài chỉ nghiên cứu một vài chức năng cơ bản của vi
điều khiển nên chỉ chú trọng vào việc thiết kế và lắp ráp mạch quảng cáo với quy
mô nhỏ, hiển thị chữ “TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM”.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu cấu tạo và chức năng của vi điều khiển
- Thiết kế phần cứng cho mạch, sau đó viết chương trình nạp cho vi điều khiển
để mạch hoạt động theo yêu cầu.
5. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn có sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:
4


- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tổng quan tài liệu.
- Phương pháp thực nghiệm bao gồm phương pháp quan sát, thí nghiệm thực
nghiệm.
6. Những đóng góp của luận văn
Nghiên cứu đề tài sẽ giúp ta hiểu rõ hơn ứng dụng của vi điều khiển trong thực
tiễn, nó góp phần vào quá trình phát triển các loại hình quảng cáo.
7. Cấu trúc và nội dung của luận văn
A – Mở đầu
B – Nội dung
Chương 1: Giới thiệu vi điều khiển 89C51
Chương 2: Một số linh kiện dùng trong mạch
Chương 3: Thiết kế phần cứng
Chương 4: Thiết kế phần mềm
C – Kết luận
Tài liệu tham khảo

B – NỘI DUNG
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỌ VI ĐIỀU KHIỂN
1.1 Giới thiệu cấu trúc phần cứng họ MCS-51 (89C51)
1.1.1 Giới thiệu họ MCS-51
MCS-51 là họ IC vi điều khiển do hãng Intel sản xuất. Các IC tiêu biểu cho
họ là 8051 và 8031. Các sản phẩm MCS-51 thích hợp cho những ứng dụng điều

khiển. Việc xử lý trên Byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện
bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội. Tập lệnh cung cấp một
bảng tiện dụng của những lệnh số học 8 Bit gồm cả lệnh nhân và lệnh chia. Nó cung
cấp những hổ trợ mở rộng trên Chip dùng cho những biến một Bit như là kiểu dữ
liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra Bit trực tiếp trong điều khiển và những
hệ thống logic đòi hỏi xử lý luận lý.
Các đặc điểm của 89C51 được tóm tắt như sau:
5


 4 KB bộ nhớ có thể lập trình lại nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xố
 Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz
 3 mức khóa bộ nhớ lập trình
 2 bộ Timer/counter 16 Bit
 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 s cho hoạt động nhân hoặc chia.

1.1.2 Sơ đồ khối của AT89C51
INT1\
INT0\
SERIAL PORT
TEMER0
TEMER1
TEMER2

8032\8052

128 byte
RAM
8032\8052
INTERRUP
T
CONTROL

OTHER
REGISTE
R

128 byte
RAM

ROM
0K:
8031\8032
4K:8951
8K:8052

TEMER2
8032\8052
TEMER1
TEMER1

CPU

BUS

CONTROL

I/O PORT

OSCILATOR

6
EA\

ALE\

SERIAL
PORT


Hình 1.1: Sơ đồ khối của 89C51

1.2 Khảo sát sơ đồ chân 89C51, chức năng từng chân
1.2.1 Sơ đồ chân 89C51
40
30pF

Vcc

19
XTAL.1

12 MHz
XTAL.2
18


30pF

RD
WR
T1
T0
INT1
INT0
TXD
RXD

29

PSEN

30

ALE

31

EA

9

RST

89C51


17
16
15
14
13
12
11
10

P3.7
P3.6
P3.5
P3.4
P3.3
P3.2
P3.1
P3.0

7
Vss
20

P0.7
P0.6
P0.5
P0.4
P0.3
P0.2
P0.1
P0.0


32 AD7
33 AD6
34 AD5
35 AD4
36 AD3
37 AD2
38 AD1
39 AD0

P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0

8
7
6
5
4
3
2
1

P2.7
P2.6

P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0

28 A15
27 A14
26 A13
25 A12
24 A11
23 A10
22 A9
21 A8


Hình 1.2: Sơ đồ chân IC 89C51

1.2.2 Chức năng các chân của 89C51
- 89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập. Trong đó có
24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt
động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các
bus dữ liệu và bus địa chỉ.
a.Các Port:
Port 0
- Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 – 39 của 8951. Trong các thiết
kế cỡ nhỏ khơng dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO. Đối với
các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ
liệu.

Port 1:
- Port 1 là port IO trên các chân 1-8. Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1,
P1.2, … có thề dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. Port 1 khơng có
chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài
Port 2:
- Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21- 28 được dùng như các
đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ
mở rộng.
Port 3:
- Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10-17. Các chân của port này
có nhiều chức năng, các cơng dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt
của 8951 như ở bảng sau:
Bit

Chức năng chuyển đổi

Tên
8


P3.0

RXT

Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.

P3.1

TXD


Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp.

P3.2

INT 0

Ngõ vào ngắt cứng thứ 0.

P3.3

INT 1

Ngõ vào ngắt cứng thư 1.

P3.4

T0

Ngõ vào củaTIMER/COUNTER thứ 0.

P3.5

T1

Ngõ vào củaTIMER/COUNTER thứ 1.

P3.6

WR


Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngồi.

P3.7

RD

Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngồi.

b.Các ngõ tín hiệu điều khiển:
Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable):
- PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương
trình mở rộng thường được nói đến chân OE (output enable) của Eprom cho phép
đọc các byte mã lệnh.
- PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 89C51 lấy lệnh. Các mã
lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh
ghi lệnh bên trong 89C51 để giải mã lệnh. Khi 89C51 thi hành chương trình trong
ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1.
Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable):
- Khi 89C51 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ
và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở chân
thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi
kết nối chúng với IC chốt.
- Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai
trị là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động.
Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể
được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Chân ALE được
dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong 89C51.
Ngõ tín hiệu EA (External Access) :

9



- Tín hiệu vào EA ở chân 31 thường được mắt lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu
ở mức 1, 89C51 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8
Kbyte. Nếu ở mức 0, 89C51 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân EA
được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong 89C51.
Ngõ tín hiệu RST (Reset):
- Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 89C51. Khi ngõ vào tín hiệu
này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những
giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện mạch tự động Reset.
Các ngõ vào bộ dao động X1,X2:
- Bộ dao động được tích hợp bên trong 89C51, khi sử dụng 89C51 người
thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số
thạch anh thường sử dụng cho 89C51 là 12Mhz.
Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V.

2.3 Cấu trúc bên trong vi điều khiển
2.3.1 Tổ chức bộ nhớ

FFFF
FF
00

ON-CHIP
Memory

0000

FFFF
CODE

Memory

DATA
Memory

Enable
via
PSEN

Enable
via
RD & WR

0000

Bảng tóm tắt các vùng nhớ 89C51.

10


Bản đồ bộ nhớ Data trên Chip như sau:
Địa chỉ
byte

Địa chỉ
byte

Địa chỉ bit

7F


Địa chỉ bit

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
2F
2E
2D
2C
2B
2A
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
1F
18

17
10
0F
08
07
00

BC BB BA B9 B8

IP

B0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

P.3

AC AB AA A9 A8

IE

A0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

P2

B8
7F
77
6F
67
5F
57

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 7B
74 73
6C 6B
64 63
5C 5B
54 53
4C 4B
44 43
3C 3B
34 33
2C 2B
24 23
1C 1B
14 13
0C 0B

04 03
Bank 3

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

Bank 2
Bank 1
Bank thanh ghi 0
(mặc định cho R0 -R7)
RAM

78
70
68
60
58
50
48
40
38
30
28
20
18
10
08
00


-

-

A8 AF

-

99
khơng được địa chỉ hố bit
SBUF
98 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCON
90 97 96 95 94 93 92 91 90
8D
8C
8B
8A
89

P1

khơng được địa chỉ hố bit
khơng được địa chỉ hố bit
khơng được địa chỉ hố bit
khơng được địa chỉ hố bit
khơng được địa chỉ hố bit

TH1
TH0
TL1

TL0
TMO
D
88 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON
87
không được địa chỉ hố bit
PCON
83
khơng được địa chỉ hố bit
DPH
82
khơng được địa chỉ hố bit
DPL
81
khơng được địa chỉ hố bit
SP
88 87 86 85 84 83 82 81 80 P0

CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT

- Bộ nhớ trong 89C51 bao gồm ROM và RAM. RAM trong 89C51 bao gồm
nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank
thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt.
- 89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho
chương trình và dữ liệu. Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 89C51
11


nhưng 89C51 vẫn có thể kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ
liệu.

Hai đặc tính cần chú ý là:
 Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được định vị (xác định) trong bộ nhớ
và có thể truy xuất trực tiếp giống như các địa chỉ bộ nhớ khác.
 Ngăn xếp bên trong Ram nội nhỏ hơn so với Ram ngoại như trong các bộ
Microprocontroller khác.
RAM bên trong 89C51 được phân chia như sau:
 Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH.
 RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH.
 RAM đa dụng từ 30H đến 7FH.
 Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH.
RAM đa dụng
- Mặc dù trên hình vẽ cho thấy 80 byte đa dụng chiếm các địa chỉ từ 30H đến
7FH, 32 byte dưới từ 00H đến 1FH cũng có thể dùng với mục đích tương tự (mặc
dù các địa chỉ này đã có mục đích khác).
- Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểu địa
chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
RAM có thể truy xuất từng bit:
- 89C51 chứa 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó có 128 bit có chứa các byte có
chứa các địa chỉ từ 20F đến 2FH và các bit cịn lại chứa trong nhóm thanh ghi có
chức năng đặc biệt.
- Ý tưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là các đặc tính mạnh của
microcontroller xử lý chung. Các bít có thể được đặt, xóa, AND, OR, …, với 1 lệnh
đơn. Đa số các microcontroller xử lý đòi hỏi một chuỗi lệnh đọc– sửa- ghi để đạt
được mục đích tương tự. Ngồi ra các port cũng có thể truy xuất được từng bít.
- 128 bit truy xuất từng bit này cũng có thể truy xuất như các byte hoặc như các
bit phụ thuộc vào lệnh được dùng.

12



Các bank thanh ghi
- 32 byte thấp của bộ nhớ nội được dành cho các bank thanh ghi. Bộ lệnh 8951
hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 đến R7 và theo mặc định sau khi reset hệ thống, các
thanh ghi này có các địa chỉ từ 00H đến 07H.
- Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 sẽ ngắn hơn và nhanh hơn so với các
lệnh có chức năng tương ứng dùng kiểu địa chỉ trực tiếp. Các dữ liệu được dùng
thường xuyên nên dùng một trong các thanh ghi này.
- Do có 4 bank thanh ghi nên tại một thời điểm chỉ có một bank thanh ghi được
truy xuất bởi các thanh ghi RO đến R7 đề chuyển đổi việc truy xuất các bank thanh
ghi ta phải thay đổi các bit chọn bank trong thanh ghi trạng thái.
1.3.2 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt
Hầu hết các thanh ghi chức năng đặc biệt được truy xuất bằng kiểu định địa chỉ
trực tiếp.
 Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW)
PSW có địa chỉ là D0H chứa các bit trạng thái có chức năng được tóm tắt trong
bảng sau:
Bit
PSW.7
PSW.6
PSW.5
PSW.4
PSW.3

Kí hiệu
CY
AC
F0
RS1
RS0


PSW.2 OV
PSW.1 _
PSW.0 P

Địa chỉ
D7H
D6H
D5H
D4H
D3H

D2H
D1H
D0H

Chức năng
Cờ nhớ
Cờ nhớ phụ
Cờ 0
Chọn dãy thanh ghi (bit 1)
Chọn dãy thanh ghi (bit 0)
00 = bank 0: địa chỉ từ 00H đến 07H
01 = bank 1: địa chỉ từ 08H đến 0FH
10 = bank 2: địa chỉ từ 10H đến 17H
11 = bank 3: địa chỉ từ 18H đến 1FH
Cờ tràn
Dự trữ
Cờ kiểm tra chẵn lẻ

 Thanh ghi B

Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng chung với thanh chứa A trong các phép
toán nhân, chia. Lệnh MUL AB nhân 2 số 8 bit không dấu chứa trong A và B và

13


chứa kết quả 16 bit vào cặp thanh ghi B:A (thanh chứa A cất byte thấp và thanh ghi
B cất byte cao).
Lệnh chia DIV AB chia A bởi B, thương số cất trong thanh chứa A và dư số cất
trong thanh ghi B. Thanh ghi B còn được xử lý như một thanh ghi nháp. Các bit
được định địa chỉ của thanh ghi B có địa chỉ từ F0H đến F7H.
 Con trỏ stack SP (Stack Pointer)
Con trỏ stack SP là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H. SP chứa địa chỉ của dữ
liệu hiện đang ở đỉnh của stack. Các lệnh liên quan đến stack bao gồm lệnh cất dữ
liệu vào stack và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi stack. Việc cất vào stack làm tăng SP trước
khi gh dữ liệu và việc lấy dữ liệu ra khỏi stack sẽ giảm SP.
 Con trỏ số liệu DPTR (Data Pointer)
Con trỏ dữ liệu DPTR được dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngồi hoặc
bộ nhớ dữ liệu ngồi.DPTR là một thanh ghi 16 bit có địa chỉ là 82H (DPL, byte
thấp) và 83H (DPH, byte cao).
 Các thanh ghi port
Các port xuất nhập của 89C51 bao gồm port 0 tại địa chỉ 80H, port 1 tại địa chỉ
90H, port 2 tại địa chỉ A0H và port tại địa chỉ B0H.
Các port 0, 2 và 3 không được dùng để xuất/nhập nếu ta sử dụng thêm bộ nhớ
ngoài hoặc nếu có một số đặc tính đặc biệt của 8051 được sử dụng (như là ngắt, port
nối tiếp,…).P1.2 đến P1.7, ngược lại, luôn luôn là các đường xuất/nhập đa mục đích
hợp lệ.
Tất cả port đều được định địa chỉ từng bit nhằm cung cấp các khả năng giao
tiếp mạnh.
 Các thanh ghi định thời

89C51 có 2 bộ đếm/định thời (timer/counter) 16 bit để định các khoản thời gian
hoặc để đếm các sự kiện. Bộ định thời 0 có địa chỉ 8AH (TL0, byte thấp) và 8CH
(TH0, byte cao), bộ định thời 1 có địa chỉ 8BH (TL1, byte thấp) và 8DH (TH1, byte
cao).
Hoạt động của bộ định thời được thiết lập bởi thanh ghi chế độ định thời
TMOD (timer mode register) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển định thời

14


TCON (timer control register) ở địa chỉ 88H. Chỉ có TCON được định địa chỉ từng
bit.
 Các thanh ghi cổng nối tiếp
Các chế độ hoật động khác nhau được lập trình thơng qua thanh ghi điều khiển
cổng nối tiếp SCON (serial port control register) ở địa chỉ 98H, thanh ghi này được
định địa chỉ từng bit.
 Các thanh ghi ngắt
89C51 có một cấu trúc ngắt với 2 mức ưu tiên và 5 ngun nhân ngắt. Các ngắt
bị vơ hiệu hố sau khi reset hệ thống và sau đó được phép bằng cách ghi vào thanh
ghi cho phép ngắt IE (interrupt enable register) ở địa chỉ A8H. Mức ưu tiên ngắt
được thiết lập qua thanh ghi ưu tiên ngắt IP (interrupt priority register) ở địa chỉ
B8H. Cả hai thanh ghi này đều được định địa chỉ từng bit.
 Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power Control Register)
Thanh ghi điều khiển nguồn PCON có địa chỉ 87H chứa các bit điều khiển
được tóm tắt ở bảng sau:

Bit
7
6
5

4
3
2
1
0

Tên
SMOD
_
_
_
GF1
GF0
PD
IDL

Chức năng
Khi bit SMOD = 1 thì tốc độ bank tăng gấp đơi

Cờ đa dụng 1
Cờ đa dụng 0
Chế độ nguồn giảm
Chế độ nghỉ

15


CHƯƠNG II: MỘT SỐ LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH
2.1 LED đơn
2.1.1 Cấu tạo của đèn LED


Hình 2.1: Cấu tạo của LED
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt
có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Led được cấu tạo từ
một bán dẫn loại P ghép với một bán dẫn loại N. Tương tự như bóng đèn trịn dùng
sợi đốt nhưng không phải chiếu sáng bằng sợi đốt, đèn led được coi là loại đèn tiết
kiệm điện năng nhất, tạo ra hiệu suất cao và tỏa nhiệt ít hơn so với các thiết bị chiếu
sáng thông thường. Tùy chất liệu của p và n, đèn led có thể phát ra ánh sáng có màu
khác nhau, từ xanh lá cây, đỏ, đến trắng...Ví dụ như đèn led màu đỏ được làm từ các
thành phần hóa học như nhơm, gali, a-xen. Đèn led màu trắng được tạo ra bằng cách
bao phủ một lớp photphor màu vàng bên ngoài đèn led xanh da trời.
Do tính chất phổ biến và tiên lợi của đèn led, càng ngày, nhiều loại đèn led mới
ra đời, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người tiêu dùng. Nhờ đó, người sử dụng cũng
có nhiều sự lựa chọn hơn.
2.1.2 Ưu điểm và ứng dụng của đèn LED
Với các ưu điểm: ánh sáng lớn, độ bền cao và ít tiêu tốn điện năng, led được
ứng dụng rộng rãi trên các lĩnh vực:
-

Bảng quảng cáo ngoài trời.

-

Bảng quảng báo, đồng hồ cỡ lớn đặt tại các biển quảng cáo tấm lớn trên

đường cao tốc.
-

Hệ thống đèn giao thông, biển chỉ dẫn
16



-

Các sản phẩm khác như: bảng chạy chữ điện tử, bảng hệ thống giờ,

bảng tỷ giá, bảng chứng khoán, hệ thống xếp hàng tự động…
Việc sử dụng rộng rãi thiết bị chiếu sáng bằng loại đèn này có thể giúp chúng ta
tiết kiệm được nhiều năng lượng.
Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động của đèn led cũng thấp hơn rất
nhiều (gần như không đáng kể) so với các loại bóng đèn thơng thường hiện nay, đó
cũng chính là một trong những lý do khiến đèn led tiết kiệm điện năng hơn các loại
bóng đèn khác. Điểm hấp dẫn ở loại đèn này là nó có thể sử dụng để lắp đặt ở
những nơi khó thay lắp chẳng hạn như bên ngoài toà nhà, bể bơi v.v…với nhiều
màu sắc phong phú như: đỏ, xanh lá, xanh da trời, màu hổ phách... thay vì phải sử
dụng bóng đèn thơng thường.
Bên cạnh đó đèn led cịn có những ưu điểm khác như khi hoạt động không sinh
ra các tia hồng ngoại hay tia cực tím. Những ưu điểm của loại đèn này là không thể
phủ nhận, những thiết kế với nhiều phong cách khác nhau đã và đang biến đèn led
trở thành một thiết bị chiếu sáng đáng được lựa chọn cho khơng gian sống của mỗi
gia đình và các cơng trình xây dựng.
2.1.3 Hạn dịng cho LED

Hình 2.2: Hình mơ phỏng tính tốn trở
Việc tính tốn điện trở hạn chế cường độ dòng điện vào một đèn led là việc rất
quan trọng trong việc thiết kế. Khác với điện trở bình thường, hoạt động tuyến tính
theo định luật Ohm: V=IR, led khơng hoạt động tuyến tính mà theo một đường cong
đặc trưng IV khác hẳn so với một điện trở.
17



Mỗi một điốt có một điện áp phân cực thuận riêng, thường khoảng 1,5-4V cho
đèn led, và để có thể bật sáng một đèn led ta phải phân cực thuận cho nó đến điện
áp này, tuy nhiên, ngay khi đạt được điện áp phân cực thuận, trở kháng của led sẽ
giảm một cách đột ngột, điều đó có nghĩa nó sẽ phải chịu một dịng điện lớn chạy
qua và có thể cháy ngay lập tức trong nhiều trường hợp. Một điện trở thường được
mắc nối tiếp với led này để giữ cho dòng điện qua chúng khi mà đèn led đạt trạng
thái phân cực. Dòng điện sẽ quyết định cường độ sáng của led, có nghĩa là bạn tăng
dịng lên thì con led sẽ sáng mạnh hơn, nhưng thơng thường là từ 10 đến 20mA. Sử
dụng sơ đồ mạch điện trên, ta sẽ cần biết 3 giá trị i, Vf, Vs để có thể tính tốn được
giá trị của điện trở hạn dịng cho led.
Trong đó:
i: cường độ dịng điện qua led khi nó được phân cực thuận.
Vf: Hiệu điện thế rơi trên led khi nó được phân cực thuận.
Vs: Hiệu điện thế nguồn.
Trong đó 2 thơng số i và Vf đã được nhà sản xuất in rõ trên bao bì.
Đây là thơng số hiệu điện thế rơi trên led (Vf):
Màu
Infrared
Red
Orange
Yellow
Green
Blue
White
Ultraviolet

Vf
1.6 V
1.8 V to 2.1 V

2.2 V
2.4 V
2.6 V
3.0 V to 3.5 V
3.0 V to 3.5 V
3.5 V

Sau khi có được các thơng số đó, sử dụng cơng thức sau để tính tốn giá trị điện
trở cho mạch hình 2.2:

R

Vs  V f
i

18


2.2 Trasistor
2.2.1 Phân loại và cấu tạo
Có 2 loại transistor: transistor ngược và transistor thuận

Kí hiệu của Transistor
Transistor gồm 3 lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành 2 mối tiếp giáp P-N,
nếu ghép theo thứ tự PNP ta được transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta
được transistor ngược. Về phương diện cấu tạo transistor tương ứng với hai Diode
đấu ngược chiều nhau.
2.2.2 Nguyên tắc hoạt động
Transitor dùng để đóng cắt dịng điện có cường độ tương đối lớn. Vậy chúng chỉ
làm việc ở hai trạng thái:

-

Trạng thái đóng (dẫn bão hịa) để đóng mạch điện

-

Trạng thái mở (ngưng dẫn) để cắt mạch điện.

Trong mạch có sử dụng transistor loại NPN D882 hoạt động theo chế độ dẫn bão
hịa, nó có tác dụng như một khóa.
- Ban đầu khi chưa cấp nguồn, điện áp tại cực B của Transistor bằng 0 VB=0, khi
đó VB=VBE<0,7V, khơng có dịng từ C qua E nên transistor không dẫn.
- Khi cấp nguồn, điện áp tại cực B là VB=5V, lúc này VB=VBE>0,7V vì vậy có
dịng từ C xuống E nên transistor dẫn.

2.3 IC 555
Cấu tạo của IC 555 gồm Op-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để
xả điện. Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở
mắc nối tiếp chia điện áp Vcc thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn.
Điện áp 1/3 Vcc nối với chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 Vcc nối vào chân

19


âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3Vcc, chân S=[1] và FF được
kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 Vcc chân R của FF=[1] và FF được reset.

Hình 2.3: Cấu tạo bên trong của IC 555
Hình dáng chân của 555


Chức năng từng chân:
IC 555 gồm 8 chân
+ Chân 1 (GND): Cho nối masse để lấy dòng.
+ Chân 2 (Trigger): Chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng
như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp. Mạch so sánh ở đay dùng các
transistor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3 Vcc
+ Chân 3 (Output): Chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của tín hiệu
ra được xác định theo mức 0 và 1.
+Chân 4 (Reset): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse
thì ngõ ra ở mức thấp. Cịn chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo
20


mức điện áp trên chân 2 và 6. Nhưng trong mạch để tạo được dao động thường hay
nối chân này lên Vcc.
+ Chân 5 (Control Voltage): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC555
theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND. Chân này có
thể khơng nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân 5
xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho
điện áp chuẩn được ổn định.
+ Chân 6 (Threshold): là 1 trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác
và cũng được dùng như 1 chân chốt.
+ Chân7 (Dischager): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều
khiển bởi tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại,
ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch RC lúc IC dùng như 1
tầng dao động.
+ Chân 8 (Vcc): Chân cung cấp dòng và áp cho IC hoạt động. Nó được cấp điện
áp từ 2V 18V (tùy từng loại 555).
2.4 IC ổn áp 7805
Khối nguồn của mạch sử dụng IC ổn áp LM7805 thuộc dòng 78xx. 78xx là

loại IC dùng để ổn định điện áp dương với điều kiện điện áp đầu vào luôn luôn lớn
hơn đầu ra 3V. Dịng IC 78xx có nhiều loại, ổn định nhiều mức điện áp khác nhau,
cụ thể ở đây 7805 là dùng để ổn định điện áp đầu ra ở mức 5V.

Hình 2.4:Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế IC 7805

21


7805 đóng gói dạng TO-220 gồm có 3 chân:
1. Vin: Chân đầu nguồn vào
2. GND: Chân nối đất
3. Vo: Chân đầu nguồn ra
Như chúng ta biết, mạch ổn áp dùng Diode Zener tuy nhỏ gọn, đơn giản nhưng
có nhược điểm cho dòng điện nhỏ (~20mA). Để tạo ra một điện áp cố định nhưng
dòng điện lớn hơn người ta mắc thêm một Transistor để khuếch đại như sơ đồ dưới
đây:

Sơ đồ cấu tạo IC ổn áp 7805
Đây cũng chính là sơ đồ cấu tạo của IC 7805. Thông qua R và Dz ghim điện
áp cố định trên chân E của Tranzitor Q1. Mạch ổn áp dùng trên ổn áp 7805 rất ổn
định và hiệu quả nên được sử dụng rộng rãi.
2.5 Một số linh kiện khác
 Điện trở thanh: dùng để ghim áp và chủ yếu là chống nhiễu.
 Diod 4007: dùng để phân cực.
 Thạch anh 12 MHz:

Hình 2.5: Thạch anh 12 MHz

22



Thạch anh sẽ được gắn vào chân XTAL1 và XTAL2 (Chân số 18 và 19)
của vi điều khiển và tạo dao động cho vi điều khiển.
 Tụ gốm:

Hình 2.6: Tụ gốm

Dùng lọc nhiễu cho dao động thạch anh. 2 tụ gốm 33pF sẽ được nối
một đầu với chân của thạch anh, đầu cịn lại đấu ra Mass.
 Tụ hóa:
+ Tụ hóa 10μF được gắn đầu âm vào chân reset, đầu dương lên nguồn.
Khi cấp điện cho mạch, tụ sẽ phóng điện khiến chân reset bật lên mức cao,
khi đó tồn bộ hệ thống sẽ được nạp lại từ đầu. Khi đang vận hành thì tụ hóa
ngăn dịng đi vào chân reset.
+ Tụ hóa 47uF dùng để lọc nguồn.
+ Tụ 1uF dùng tạo xung dao động cho IC 555
 Điện trở: Có tác dụng hạn chế dịng điện.

23


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.1 Sơ đồ khối

Khối
bàn
phím

Khối

xử lý
trung
tâm

Khối
cơng
suất

Khối
hiển
thị

Khối
điều
khiển
xung

KHỐI
NGUỒN
5V

3.1.1 Khối nguồn
Khối này là mạch điện dùng để ổn áp điện thế ở khoảng 5V, cấp nguồn ổn
định cho vi điều khiển hoạt động
VCC

D1

VIN


VOUT

4007

1
2

2

IN

GND

KA 7805
1

3
C6
47uF

DC 12V

* IC 7805 là loại ổn áp có đặc tính như sau:
- Điện áp ngõ vào từ 8 – 35V
- Điện áp ngõ ra ổn áp 5V
- Dịng cực đại 1A
IC có 3 chân: chân 1 là chân đầu nguồn vào, chân 2 nối đất, chân 3 là chân
đầu nguồn ra. Khi ta cấp nguồn một chiều 12V cho mạch, dòng qua diod 4007 được
phân cực sau đó qua IC 7805. Diode D1 dùng tránh tác dụng mắc sai cực nguồn có
thể làm hư mạch .IC 7805 có chức năng chuyển đổi điện áp 12V thành 5V cung cấp

cho vi điều khiển và các thiết bị trong mạch.

24


3.1.2 Khối xử lý trung tâm:
Là IC 89S52 được lập trình để điều khiển cho tồn mạch.

2

1

2
C2
33P

1

10uF
C3
33P

R5 1
2
3
4
5
6
7
8

2.2K
19
18
31
9

P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
XTAL1
XTAL2
EA/VPP
RST

R1 AT89C51
10K


P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15

P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
ALE/PROG
PSEN

21
22
23
24
25
26
27
28

1

2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17

2.2K

30
29

GND

C1

39
38
37

36
35
34
2.2K33
32

R

20

12MHz

R4

VCC

U1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4

5
6
7
8
9

40

VCC

Đây là khối quan trọng nhất của hệ thống, giữ nhiệm vụ tiếp nhận và xử lý
trung tâm, khả năng tiếp nhận và phân tích các u cầu tác động, từ đó có đáp ứng
thích hợp.
Các cổng sử dụng để lập trình:
 Port 2 (từ P2.0 đến P2.7), port 0 (từ P0.0 đến P0.7) và port 1 (P1.0 và P1.1)
được sử dụng để đưa tín hiệu ra điều khiển các LED trên từng chữ cái của dòng chữ:
“TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM”.
 Port 3 (từ P3.0 đến P3.3) được nối với 4 nút nhấn, điều khiển các chương
trình chạy các hiệu ứng khác nhau của bảng điện tử.
Ở Port 3 tại chân P3.7 nối với chân số 3 (Output) của IC 555. IC này có tác dụng
điều chỉnh xung, cho các hiệu ứng nhanh chậm theo ý muốn người dùng.
 Chân số 9 của vi điều khiển được nối với 1 nút nhấn đóng vai rị là nút Reset
của mạch.

25