Tài liệu Giao tiếp bàn phím ma trận, lcd và ppi8255

Bài tập lớn - nhóm 9 ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ---------- BÁO CÁO Giao tiếp bàn phím ma trận, LCD và PPI8255 GVHD: Thầy Nguyễn Thanh Hiếu Danh sách nhóm 9: Nguyễn Thanh Duy Nguyễn Thị Các Linh Phan Thị Huỳnh Giao Phạm Văn Hiếu Bùi Văn Thời Nguyễn Ngọc Thương 1 Bài tập lớn - nhóm 9 Nhận xét của Giáo Viên Hướng Dẫn  ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… …………………………………………………… TP.HCM, ngày…. .Tháng 12 năm 2013 Giáo viên hướng dẫn 2 Bài tập lớn - nhóm 9 I. Yêu cầu : Bàn phím ma trận nhận dữ liệu được nhập vào và xuất ra LCD II. Nội dung báo cáo A. PHẦN 1  Tìm hiểu về vi điều khiển 8051……………….4  Giới thiệu về PPI 8255………………………...7  Giới thiệu về bàn phím giao tiếp 4 × 4………...11  Giới thiệu về LCD…………………………. …14 B. PHẦN 2 Sơ  đồ nguyên lý………………………………21  Lưu đồ giải thuật……………………………...22  Viết chương trình cho vi điều khiển…………..23  Mạch mô phỏng protues 3 Bài tập lớn - nhóm 9 A. I. PHẦN 1 Giới thiệu vi điều khiển 8501 GIỚI THIỆU HỌ MSC-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 MSC-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. Chíp này có đặc điểm : 4 port , 8bit , có tốc độ, công suất thấp có lập trình được nhờ bộ nhớ Flash và dùng thuật ngữ lập trình 80C51 Được sử dụng để điều khiển công nghiệp hay tự động hoá AT89C51 cung cấp những đặc tính chuẩn như sau : 4 KB bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và lập trình nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường I/O, 2 TIMER/COUNTER 16 Bit, vecto ngắt có cấu trúc 2 mức ngắt, một Port nối tiếp bán song công, 1 mạch dao động tạo xung Clock và dao động ON-CHIP. Thêm vào đó, AT89C51 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động đến mức không tần sốvà hỗ trợ hai phần mềm có thể lựa chọn những chế độ tiết kiện công suất, chế độ chờ (IDLE MODE) sẽ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, timer/counter, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động. Chế độ giảm công suất sẽ lưu nội dung RAM những sẽ treo bộ dao động làm khả năng hoạt động của tất cả những chức năng khác cho đến khi Reset hệ thống Bộ nhớ chương trình bên trong: 4 KB (ROM) 4 Bài tập lớn - nhóm 9 Cấu trúc của 8051 Chức năng các chân của AT89C51 5 Bài tập lớn - nhóm 9 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. Các port: 1/ Port 0 là port có hai chức năng ở các chân 32-39 của 89C51. trong các thiết kế cỡ nhỏ không 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. 2/ Port 1 là port IO trên các chân 1-8 các chân được kí hiệu `p1.0, p1.1, p1.2, có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài. 3/ 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. 4/ Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10-17 các chân, các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của 89C51 như bảng sau Các ngõ ra tín hiệu điều khiển: a/Ngõ tín hiệu PSEN: - Psen là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường nói đến chân OE của Eprom cho phép đọc các byte mở rộng 6 Bài tập lớn - nhóm 9 - Psen ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 8951 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình đọc từ Eprom qua bus dữ liệu và được chốt từ thanh ghi bên trong 8951 để giải mã lệnh. Khi 8951 thi hành chương trình trong Rom nội Psen sẽ ở mức logic1. b/ Ngõ tín hiệu điều khiển ALE ALE (Address Latch Enable): cho phép chốt địa chỉ, chân số 30. - Chức năng: • Là tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để thực hiện việc giải đa hợp cho bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0 – AD7). • Là tín hiệu xuất, tích cực mức cao. ALE = 0 →trong thời gian bus AD0 - AD7 đóng vai trò là bus D0 - D7. ALE = 1 →trong thời gian bus AD0 - AD7 đóng vai trò là bus A0 - A7. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì chân ALE đóng vai trò là ngõ vào của xung lập trình. c/Chân EA\: - EA (External Access): truy xuất ngoài, chân số 31. - Chức năng: • Là tín hiệu cho phép truy xuất (sử dụng) bộ nhớ chương trình (ROM) ngoài. • Là tín hiệu nhập, tích cực mức thấp. EA\ = 0 →Chip 8051 sử dụng chương trình của ROM ngoài. EA\ = 1 →Chip 8051 sử dụng chương trình của ROM trong. - Khi lập trình cho ROM trong chip thì chân EA đóng vai trò là ngõ vào của điện áp lập trình d/Chân RST 7 Bài tập lớn - nhóm 9 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 đươc nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống, khi cấp mạch điện tự động reset. II. GIỚI THIỆU VỀ PPI 8255 a. Giới thiệu về PPI8255 - PPI: programmable peripheral interface – giao tiếp ngoại vi lập trình được - Dùng 8255 để mở rộng I/O. từng port có thể lập trình là input hay output một cách linh hoạt bằng phần mềm (so sánh với việc thiết kế I/O port dùng 74LS244 và 74LS373 ở chương 1 → input hay output được thiết kế “cứng”,cố định). - Các chân: D0÷D7: bus dữ liệu 2 chiều PA0÷PA7: port A. PB0÷PB7: port B. PC0÷PC7: port C. /RD: Read. (Nối với /RD (P3.7) của 8051.) /WR: Write. (Nối với /WR của 8051.) RESET: khởi động lại 8255. (thường được nối với mạch reset của 8051 hoặc GND. /CS: chọn chíp.) A0, A1: địa chỉ port. (Nối với bus địa chỉ.) 8 Bài tập lớn - nhóm 9 - hoạt động I/O cơ bản của 3 mode: o Mode 0: I/O đơn giản o Mode 1: I/O có bắt tay o Mode 2: bus 2 chiều 9 Bài tập lớn - nhóm 9 b. Sơ đồ ghép nối PPI 8255 với IC 8051 10 Bài tập lớn - nhóm 9 c. Giao tiếp PPI8255 với LCD 11 Bài tập lớn - nhóm 9 III. Giới thiệu về bàn phím giao tiếp 4 × 4. Có 2 cách xác định phím nhấn bằng phần cứng và phần mềm: Ở đây ta xác định mã các phím nhấn bằng phần mềm: - Khi nhấn phím thì hàng và cột tương ứng sẽ được nối với nhau. - Để xác định được phím nhấn ta quét bàn phím: ta thực hiện quét từng hàng, đầu tiên cho hàng 1 ở mức logic 0, các hàng và cột khác ở mức logic 1, ta đọc giá trị hàng và cột thông qua Port 1. - Nếu 1 phím nào đó được nhấn: hàng và cột tương ướng nối với nhau và ở mức logic 0, tuân theo quy tắc sau ta xác định mã phím: +Ta có số hàng là 4: đếm theo thứ tự: hi = 1(ứng với H4), 2( ứng với H3), 3(ứng với H2), 4(ứng với H1) ci = 0 (ứng với C1), 4(ứng với C2), 8(ứng với C3), 12(ứng với C4). 12 Bài tập lớn - nhóm 9 Ta có thể thấy các cột hơn kém nhau 4 đơn vị Ma phimi = (4-hi)+ci - Ta thực hiện quét 4 lần, lần lượt 4 hàng - Thuật toán quét bàn phím như sau: Chương trình quét bàn phím được viết như sau: SCAN_KEY: MOV R6,#4 MOV R1,#0FEH SCAN: 13 Bài tập lớn - nhóm 9 MOV P1,R1 POP ACC MOV A,P1 SWAP A ANL A,#0F0H MOV R4,#4 CJNE A,#0F0H,GET_CODE LOOP2: XCH A,R1 RRC A RL A JNC SET_FLAG XCH A,R1 XCH A,R5 DJNZ R6,SCAN ADD A,#4 CLR F0 XCH A,R5 LJMP EXIT DJNZ R4,LOOP2 GET_CODE: SET_FLAG: PUSH ACC SETB F0 MOV A,#4 MOV A,R5 CLR C EXIT: MOV R1,#00H SUBB A,R6 MOV R6,#00H MOV R5,A RET VI. Giao tiếp với LCD - Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, LCD ñaõ ñöôïc söû duïng roäng raõi thay theá cho LED 7 ñoaïn hay caùc loaïi LED nhieàu ñoaïn khaùc. Ñoù laø do giaù thaønh ngaøy caøng giaûm cuûa caùc loaïi 14 Bài tập lớn - nhóm 9 LCD; khaû naêng hieån thò ña daïng bao goàm caû chöõ soá, chöõ caùi vaø caû caùc kyù töï graphic; vieäc tích hôïp caùc boä ñieàu khieån LCD vaøo cuøng moät module, giuùp cho CPU khoûi phaûi ñieàu khieån lieân tuïc vieäc hieån thò döõ lieäu; vaø söï deã daøng trong vieäc laäp trình hieån thò treân LCD. Ñeå chuaån hoùa vieäc ñieàu khieån caùc loaïi LCD khaùc nhau, caùc haõng saûn xuaát LCD thöôøng söû duïng moät loaïi IC ñieàu khieån laø HD44780 cuûa haõng Hitachi. Ñieàu naøy giuùp cho vieäc ñieàu khieån LCD ñöôïc deã daøng vaø chuaån hoùa. Moâ taû caùc chaân cuûa LCD Chaân soá 1 2 3 Teân VSS VDD Vo Möùc logic GND +5V 0 . . . +5 V Chöùc naêng GND Cöïc + cuûa nguoàn Ñieàu khieån ñoä töông phaûn Choïn thanh ghi L: Thanh ghi leänh; H: Thanh ghi döõ lieäu Ñoïc/Ghi L: Ñoïc; H: Ghi 4 RS H/L 5 R/W H/L 6 E H/L Cho pheùp 7-14 DB0 - DB7 H/L Caùc bit döõ lieäu 15 Bài tập lớn - nhóm 9  ƒ VSS, VDD: caùc chaân nguoàn vaø GND cuûa LCD  ƒ Vo: chaân ñieàu khieån ñoä töông phaûn cuûa maøn hình hieån thò.  RS (register select): Coù 2 thanh ghi raát quan troïng trong LCD laø thanh ghi leänh vaø thanh ghi döõ lieäu. Neáu RSôû möùc thaáp, thanh ghi leänh seõ ñöôïc choïn, cho pheùp ngöôøi söû duïng gôûi caùc meänh leänh ñeán LCD chaúng haïn nhö xoùa maøn hình hieån thò hoaëc chuyeån con troû veà ñaàu doøng, … Neáu RS ôû möùccao, thanh ghi döõ lieäu seõ ñöôïc choïn, cho pheùp ngöôøi söû duïng gôûi caùc döõ lieäu kyù töï ñeå hieån thò leân LCD.  R/W (read/write): Cho pheùp ghi caùc leänh hay döõ lieäu kyù töï leân LCD hoaëc ñoïc caùc döõ lieäu kyù töï hay thoâng tin traïng thaùi töø caùc thanh ghi cuûa noù.  E (enable): Duøng ñeå choát caùc leänh hay döõ lieäu giöõa module LCD vaø caùcñöôøng döõ lieäu cuûa noù. Khi ghi döõ lieäu ra maøn hình hieån thò LCD, döõ lieäu seõ ñöôïc choát khi coù xung caïnh xuoáng ôû chaân naøy. Xung naøy phaûi coù ñoä roäng toái thieåu laø 450ns. Tuy nhieân, khi ñoïc döõ lieäu ra töø LCD, sau khi coù xung caïnh leân ôû chaân naøy thì döõ lieäu ñoïc ñöôïc môùi laø döõ lieäu coù yù nghóa.  DB0 – DB7: 8 ñöôøng bus döõ lieäu (töø D0 ñeán D7). Döõ lieäu coù theå ñöôïc chuyeån ñeán vaø laáy ra khoûi boä hieån thò LCD theo daïng moät byte 8 bit hay daïng hai nöûa byte 4 bit. 16 Bài tập lớn - nhóm 9 Trong tröôøng hôïp sau chæ coù 4 ñöôøng döõ lieäu cao ñöôïc söû duïng (töø D4 ñeán D7). Cheá ñoä 4 bit naøy thuaän tieän khi söû duïng vi xöû lyù vì caàn coù ít ñöôøng I/O hôn. *Baûng kyù töï chuaån cuûa LCD (ROM CODE A00) 17 Bài tập lớn - nhóm 9 - Chöông trình con kieåm tra traïng thaùi baän cuûa LCD 18 Bài tập lớn - nhóm 9 WAIT_LCD: CLR E ; E = 0 ñeå taïo caïnh leân, baét ñaàu leänh LCD CLR RS ;choïn cheá ñoä gôûi leänh SETB RW ;choïn cheá ñoä ñoïc döõ lieäu MOV DATA,#0FFH ;choïn DATA laø input SETB E ;taïo caïnh leân MOV A,DATA ;ñoïc giaù trò traû veà JB ACC.7,WAIT_LCD ;neáu DB7 = 1, LCD vaãn baän CLR RW ;taét RW cho caùc leänh LCD keá RET Khôûi ñoäng LCD - Tröôùc khi coù theå söû duïng LCD thì ta phaûi khôûi ñoäng vaø ñaët caáu hình cho noù. - Toaøn boä maõ khôûi ñoäng nhö sau: INIT_LCD: SETB E ;E = 1 ñeå taïo caïnh xuoáng, baét ñaàu leänh CLR RS ;choïn cheá ñoä gôûi leänh MOV DATA,#38H ;choïn bus 8 bit, font kyù töï 5x8, 2 haøng LCD 19 Bài tập lớn - nhóm 9 CLR E ;taïo caïnh xuoáng treân E LCALL WAIT_LCD ;chôø ñeán khi LCD heát baän SETB E ;E = 1 ñeå taïo caïnh xuoáng, baét ñaàu CLR RS ;choïn cheá ñoä gôûi leänh MOV DATA,#0EH ;LCD on, cursor off CLR E ;taïo caïnh xuoáng treân E LCALL WAIT_LCD ;chôø ñeán khi LCD heát baän SETB E ;E = 1 ñeå taïo caïnh xuoáng, baét ñaàu CLR RS ;choïn cheá ñoä gôûi leänh MOV DATA,#06H ;vò trí cursor töï ñoäng dòch sang phaûi CLR E ;taïo caïnh xuoáng treân E leänh leänh khi coù LCALL WAIT_LCD ;chôø ñeán khi LCD heát baän RET Xoùa maøn hình hieån thò LCD CLR_LCD: SETB E CLR RS 20