Tài liệu BÀI TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F84A

Khi đọc qua tài liệu này, nếu phát hiện sai sót hoặc nội dung kém chất lượng xin hãy thông báo để chúng tôi sửa chữa hoặc thay thế bằng một tài liệu cùng chủ đề của tác giả khác. Bạn có thể tham khảo nguồn tài liệu được dịch từ tiếng Anh tại đây: http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html Thông tin liên hệ: Yahoo mail: [email protected] Gmail: [email protected] 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ  BÀI TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F84A Giảng viên hƣớng dẫn : Huỳnh Minh Ngọc Sinh viên thực hiện : Lê Tấn Anh(09286231) Hứa Thị Hằng(09286371) Lớp : ĐHĐT5TN ĐHCNTPHCM,30 tháng 03 năm 2012 2 PIC 16F84A I. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ PIC 16F84A. 1. Các đặc tính 16F84A. Chỉ dùng 35 câu lệnh để viết tất cả các chƣơng trình nguồn cho PIC. Tất cả các lệnh chỉ dùng một chu kì máy, còn các câu lệnh nhảy dùng hai chu kì máy. Tốc độ vận hành dùng xung nhịp là 20MHz và chu kì máy 200ns. Bộ nhớ chƣơng trình (Flash Program Memory) 1024 word, với bộ nhớ này có thể xóa ghi đƣợc 1000 lần, chiều rộng câu lệnh là 1 word 14 bit. Xử lý dữ liệu ở dạng 8 bit tƣơng ứng với 1 byte. Bộ nhớ RAM là 68 byte. Bộ nhớ dữ liệu EEPROM 64 byte. Với bộ nhớ dữ liệu này có thể xóa và ghi dữ liệu đến 1000000 lần. PIC 16F84A có 15 thanh ghi chuyên dụng SFR (Specia Function Register) trong RAM, với ngăn xếp có chiều sâu là 8 lớp, trong đó gồm 4 dạng ngăn, có 13 chân dùng xuất nhập dữ liệu, trong đó port A có 5 chân và port có 8 chân. Dòng vào ra ở mức 25mA, với nguồn nuôi trong khoảng 2V đến 5.5V. Có bộ định thời Timer 0 (TMR0) dùng thanh đếm xung 8 bit, nên tối đa có thể đếm đƣợc 256 nhịp. PIC có thể lập trình và nạp ngay trên bo. Có nhiều tùy chọn cho mạch dao động tạo xung nhịp chính. Có mode truy cập theo dịa chỉ trực tiếp, gián tiếp và địa chỉ tƣơng đối. Có mode bảo vệ mã (Code Protection), và mode sleep dùng tiết kiệm điện năng khi ở trạng thái chờ. PIC có chức năng WDT- bộ đếm xung thời gian 2. Ý nghĩa các chân của PIC 16F84A. Chân OSC1/CLKIN : là chân ngõ vào của mạch dao động thạch anh, dùng để định tần số xung nhịp, và cũng là ngõ vào của mạch tạo xung nhịp. OSC2/CLKOUT : là chân ngõ vào của dao động thạch anh, đồng thời cũng là ngõ ra của xung nhịp. MCLR (Master Clear) : là chân reset, tác dụng của chân là trả lệnh về vị trí ban đầu và xác lập lại vị trí ban đầu cho các thanh ghi có chức năng đặc biệt. Với lệnh tác dụng ở mức thấp. 3 Port A(RA0, RA1, RA2, RA3,RA4) : là cổng xuất nhập, có 5 bit. RA4/TOCKI : là chân đa nhiệm, vừa là chân xuất nhập vừa là chân lấy xung cho bộ định thời timer 0. Và chân này có cực máng để hở. Port B từ RB0 đến RB7 : là cổng xuất nhập dữ liệu, có 8 bit. RB0/INT : đây là chân đa nhiệm, ngoài là chân xuất nhập dữ liệu nó còn là chân phát động theo ngắt ngoài, nó có thể đƣợc lập trình để có trở kháng lớn dùng làm ngõ vào, nhập trạng thái ngoiaf vào PIC. RB4, RB5 : là chân xuất nhập, đồng thời là chân phát động ngắt theo sự thay đổi trên các chân này. RB6 : là chân xuất nhập, và cũng là chân phát động ngắt theo sự thay đổi của chân, có thể lập trình để để phát xung nhịp cho truyền PIC ở dạng nối tiếp. RB7 : là chân xuất nhập, phát động ngắt theo sự thay đổi trên chân này, bên cạnh đó nó còn có thể lập trình để cho trao đổi dữ liệu. VSS : là chân nối masse để lấy dòng. VDD : là chân nối với nguồn dƣơng từ 2V đến 5.5V. 4 3. Các khối chức năng(Kết cấu bên trong) của PIC 16F84A. Sơ đồ khối của PIC 16F84A đƣợc trình bày nhƣ hình bên dƣới, nó đƣợc sử dụng dây chung 14 hàng và kết cấu phân ly dây chung số liệu 8 bít làm cho nó có thể tiến hành đồng thời viếc đọc và nhận các lệnh cũng nhƣ chấp hành lệnh, nâng cao đƣợc tốc độ vận hành. 5 SƠ ĐỒ KHỐI KẾT CẤU BÊN TRONG PIC 16F84 Bộ nhớ iê chƣơng trình EEPROM Bộ đếm số chƣơng trình EEPROM 1K×14 Kho chứa cấp 0 RAM EEDATA Bộ nhớ văn kiện Data Memerg 64x8 13-bit 36x8 EEADR Bộ nhớ lệnh Bộ phục dụng địa chỉ TMR 0 FSR 1eg STATUS 1eg Phục vụ cấp điện Lệnh dịch mã và điều khiển Bộ phục dụng Làm trễ dao động Đầu I/O ALU Làm trễ cấp điện Bộ phát sinh gốc thời gian chuẩn Bộ nhớ W WDT 6 Flash Program Memory: có dung lƣợng 1024 thanh nhớ, loại rộng 14 bit (1Kx14). Ở đây ta cất giữ các mã lệnh của chƣợng trình nguồn, nó đƣợc truy cập theo mã địa chỉ có trong thanh ghi PC (Program Counter). Mã lệnh xuất ra trên thanh ghi Instruction Register. Thanh ghi Program Counter: dùng ghi các địa chỉ của mã lệnh của bộ nhớ Flash ROM. Trong hoạt động, khi dùng lệnh nhảy đến các chƣơng trình con, thì địa chỉ hiện tại sẽ đƣợc tạm thời cất giữ trong các thanh ghi ngăn xếp, và chiều sâu ngăn xếp có 8 lớp (8 Level Stack). Ngăn xếp (Level Stack): dùng lƣu giữ các mã địa chỉ của chƣơng trình chính khi trong chƣƣơng trình có dùng lệnh nhảy. Cất vào địa chỉ ngăn xếp ta dùng lệnh Push và lấy địa chỉ ra từ ngăn xếp có thể dùng lệnh Pop. Thanh ghi mã lệnh( Instruction Register ): ở ngõ ra, mã lệnh có thể chuyển đến khối giải mã Instruction Decode & Control để tạo ra lệnh điều khiển. Hay chuyển đến khối xử lý địa chỉ đa kênh Address Multiplex để truy cập các thanh nhớ trong bộ nhớ RAM (File Register). Khối giải mã (Instruction Decode & Control): xác định tính năng điều khiển trong câu lệnh, nó tác dụng vào khối định trạng thái cho IC. Khối này gồm có các chức năng: Power-up Timer, Oscillator Start-up Timer, Power-on Reset, Watchdog Timer. Power-up Timer dùng kích hoạt IC theo đồng hồ Timer. Oscillator Start-up Timer: để làm mạch dao động theo đồng hồ Timer. Watchdog Timer: bộ định thời dùng vào ra mode theo đồng hồ Timer, là tính năng dùng tiết kiệm điện. Timing Generation: là khối tạo ra xung nhịp chính, tần số của xung nhịp thƣờng định theo thạch anh. PIC16F84A có thể hoạt động với xung nhịp 20MHz. Đồng hồ Timer 0 (TMR0) dùng một thanh đếm 8 bit để tạo ra chức năng điều khiển theo thời gian. Nó có thể đếm tối đa 256 xung nhịp, khi thanh đếm đầy bit báo tràn sẽ chuyển lên mức 1. I/O Port (gồm Port A có 5 chân và Port B có 8 chân) dùng xuất nhập dữ liệu. Nhiều chân còn có tính đa nhiệm, nên ngoài chức năng xuất nhập dữ liệu nó 7 còn có các chức năng khác, nhƣ nhập xung đếm trên chân RA4/TOCKI, ngắt trên chân RB0/INT… EEPROM Data Memory (bộ nhớ dữ liệu): đây là bộ nhớ xóa ghi đƣợc trên 1 triệu lần, EEPROM có 64 thanh nhớ, với độ rộng 8 bit (1 byte). Để truy cập dữ liệu trong các thanh nhớ, mã địa chỉ sẽ chuyển vào thanh ghi EEADR và dữ liệu xuất nhập trên thanh ghi EEDATA. Bộ nhớ RAM File Register: đây là bộ nhớ RAM có 68 thanh nhớ, với độ rộng 8 bit, trong đó có 12 thanh nhớ chuyên dụng (SFR, Special Function Register), các thanh nhớ còn lại đƣợc dùng làm thanh nhớ phổ dụng (GPR, General Purpose Register). Các thanh nhớ chuyên dụng xác định hoạt động của IC, các thanh nhớ phổ dụng dùng làm thanh nhớ tạm. Khi IC mất nguồn, các dữ liệu trong các thanh nhớ RAM đều bị xóa sạch. Ngƣời ta truy cập dữ liệu trong các thanh nhớ của RAM với bó nối mã địa chỉ RAM Addr (7 đƣờng) và xuất nhập dữ liệu trên bó nối Data Bus (8 đƣờng). Thanh ghi FSR (File Select Register) dùng truy tìm dữ liệu theo mã địa chỉ gián tiếp (Indirect Address), dùng bó nối Indirect Addr (7 đƣờng). Thanh ghi STATUS (Status Register) dùng chọn định các điều kiện cho IC. MUX (Multiplex) là khối xử lý đa nhiệm, nó cung cấp mã cho khối xử lý ALU. ALU (Arithmetic & Logic Unit) là khối thực hiện các phép toán số học và logic. Thanh ghi W (Work Register) là thanh ghi tích lũy, nó cất giữ các kết quả của khối toán ALU. 4. Bộ nhớ Flash Program Memory- EEPROM. Đây là loại bộ nhớ ROM xóa ghi bằng mức áp cao Vpp, nên nội dung ghi trong các thanh nhớ sẽ không bị xóa dù IC không đƣợc cấp điện. Các thanh nhớ này có thể cho xóa ghi lại nhiều lần, dung lƣơng của bộ nhớ là 64 byte, số lần xóa ghi bị hạn chế. Vì vậy bộ nhớ EEPROM không đƣợc dùng làm bộ nhớ tạm thời nhƣ RAM, bộ nhớ EEPROM chỉ đƣợc dùng để ghi các dữ liệu ít phải thay đổi. 8 Thanh nhớ có địa chỉ 0000h (Reset Vector) là vị trí nhảy đến chức năng Reset. Khi IC vừa đƣợc cấp điện, hay do tác dụng của bộ định thời và bất cứ lý do nào khác, tác dụng Reset sẽ cho chƣơng trình khởi đầu trở lại từ địa chỉ 0000h. Thanh nhớ 0004h (Interrupt Vector) dùng cho chức năng ngắt. Thanh ghi 2007h (Configuration word) dùng để xác định hoạt động cơ bản của PIC. 5. Bộ nhớ RAM. 9 Bộ nhớ RAM của PIC 16F84A về chức năng có thể chia thành loại bộ nhớ thông dụng và bộ nhớ chuyên dùng. Về không gian thì có thể chia thành hai băng, đó là băng 0 và băng 1. 6. Các thanh ghi. a. Thanh ghi trạng thái STATUS. Thanh ghi có địa chỉ là 03h. Bit 7: trong PIC 16F84A không dùng bít này. Bit 6-5: đƣợc dùng để chọn bank. Thật ra thì bit 6 luôn để mức 0 và chỉ thay đổi bit 5, nếu xác lập trị 00 là chọn bank 0, còn xác lập trị 01 là chọn băng 1. Bit 4: Bit=’1’: sau khi cấp nguồn dùng lệnh CLRWDT hay SLEEP. Bit=’0’: thì lệnh WDT diễn ra. Bit 3: Bit=’1’: sau cấp nguồn hay sau lệnh CLRWDT. Bit=’0’: thực hiện lệnh SLEEP. Bit 2: Bit=’1’: khi kết quả phép toán bằng 0. Bit=’0’: khi kết quả phép toán khác 0. Bit 1: Bit=’1’: khi xuất hiện tràn số ở bit thấp thứ 4. Bit=’0’: không có bit tràn ở bit thấp thứ 4. Bit 0: Bit=’1’: khi xuất hiện tràn số ở thanh ghi. Bit=’0’: không có số tràn ở thanh ghi. b. Thanh ghi OPTION. Bit 7: Bit cho phép điện trở kéo lên ở portB Bit=’1’: không cho treo các chân ở PortB. Bit=’0’: cho treo các chân ở PortB. Bit 6: Bit chọn cạnh ngắt. Bit=’1’: ngắt cạnh lên của xung trên chân RB0/INT. 10 Bit=’0’: ngắt cạnh xuống của xung trên chân RB0/INT. Bit 5: Bit nguồn tín hiệu TMR0. Bit=’1’: mạch làm việc với xung vào trên chân RA4/TOCKI. Bit=’0’: mạch dùng xung nội. Bit 4: Bit chọn cạnh tín hiệu TMR0. Bit=’1’: cạnh từ mức cao xuống mức thấp ở chân RA4/TOCKI. Bit=’0’: cạnh từ mức thấp lên mức cao trên chân RA4/TOCKI. Bit 3: Bit gán bộ chia số tỉ lệ trƣớc. Bit=’1’: cho xác lập trƣớc với mạch WDT. Bit=’0’: cho xác lập trƣớc với mạch TMR0. Bit 2-0:Dùng để chọn tốc độ cho TMR0 và WDT. PS2_PS1_PS0 Tốc độ TMR0 Tốc độ WDT 000 1:2 1:1 001 1:4 1:2 010 1:8 1:4 011 1:16 1:8 100 1:32 1:16 101 1:64 1:32 110 1:128 1:64 111 1:256 1;128 c. Thanh ghi INTCON. Bit 7: Bit xác định điều kiện mở hay tắt tất cả các ngắt. Bit=’1’: cho dùng tất cả các ngắt. Bit=’0’: tắt tất cả các ngắt. Bit 6: Bit cho phép tắt mở dạng ngắt khi ghi xong vô EEPROM. Bit=’1’:cho mở ngắt khi ghi xong vô EEPROM. Bit=’0’:cho tắt ngắt. 11 Bit 5: Bit cho phép ngắt TMR0 tràn. Bit=’1’: cho phép ngăt. Bit=’0’: cấm ngắt. Bit 4: Bit cho phép ngắt trên RB0/INT. Bit=’1’: cho phép ngắt. Bit=’0’: cấm ngắt. Bit 3: Bit cho phép ngắt thay đổi trên B4,B7 của port B. Bit=’1’: cho phép ngắt. Bit=’0’: cấm ngắt. Bit 2: Là bit cờ chỉ ra TMR0 bị tràn để tạo ra lệnh ngắt. Bit này đƣợc xóa bằng phần mềm. Bit=’1’: chỉ ra TMR0 tràn. Bit=’0’: không tràn. Bit 1: Là bít cờ ngắt RB0/INT mà chỉ ra sự thay đổi trên RB0. Bit=’1’: chỉ ra sự thay đổi diễn ra. Bit=’0’: chỉ ra không có sự thay đổi diễn ra. Bit 0: Là bit cờ ngắt thay đổi ở chân B4 và chân B7 ở port B. Bit=’1’: chỉ ra một trong 4 chân ngõ vào B4 đến B7 có sự thay đổi trạng thái. Bit này đƣợc xóa bằng phần mềm. Bit=’0’: chỉ ra không có sự thay đổi. II.ỨNG DỤNG CỦA PIC 16F84A Các chip đơn thƣờng dùng là mạch tích hợp số TTL,CMOS,nắm vững về nó không phải là dễ dàng vì vấn đề là ở hỗ các chip đơn thông minh,không những chúng ta phải nắm vững phần cứng mà còn phải nắm vững phần mềm.Khi thiết kế phần mềm cần phải có nhiều sang tạo. Do PIC 16F84 có EEPROM cóthể viết và xóa để lƣu chƣơng trình cho nên nó đặc biệt thích hợp với một số ứng dụng thƣờng phải thay đổi giá trị.PIC 16F84 thích hợp cho những ngƣời mới học lập trình vì nó có thể viết và xóa dễ dàng.Ngoài ra trong bộ nhớ EEPROM 64x8 không chỉ có chức năng bảo vệ số liệu khi mất điện mà còn có tính bảo mật cao. Nhƣ vậy trƣớc hết chúng ta sẽ tìm hiểu về các tập lệnh của 16F84A. Một lệnh hợp ngữ đầy đủ gồm 4 phần: +Nhãn(LABEL) 12 +Mã lệnh (CODE) +Toán hạng(OPERAND) +Ghi chú(COMMENT) Ví dụ: LOOPA MOVF TMR0,W ;chuyển TMR0 vào thanh ghi W Trong ví dụ trên: LOOPA (nhãn);MOVF(mã lệnh);TMR0,W (toán hạng với TMR0 là nguồn,W là đích);ghi chú là phần giải thích sau dấu “;”. 1.Tập lệnh của PIC 16F84A a)Lệnh bit -BCF:xóa bit trong ô nhớ F. -BSF:bật bit lên 1 trong ô nhớ F. Vd:BSF 6,4;bật bit 4 của ô nhớ 6 -BTFSC:kiểm tra bit trong ô nhớ và bỏ qua lệnh kế tiếp nếu bit bị xóa. Vd:BTFSC 3,2;kiểm tra bit 2(cờ Z) của thanh ghi STATUS ●Lệnh này sẽ bỏ qua nếu cờ Z=0 -BTFSS:kiểm tra bit trong ô nhớ và nhảy qua lệnh kế nếu bit đƣợc bật lên 1. b)Lệnh byte -ADDWF:Cộng nội dung thanh ghi W vào ô nhớ F Vd:ADDWF 7;cộng W với ô nhớ 7.Kết quả đặt vào ô nhớ 7. Vd:ADDWF 7,W;nhƣ trên nhƣng kết quả đƣợ lƣu vào thanh ghi W. -ANDWF:Nội dung của thanh ghi W đƣợc logic AND với ô nhớ F.Lệnh này ảnh hƣởng đến cờ DC và cờ Z Vd:ANDWF 12h,W;W AND 12H. Vd:ANDWF 12H;nhƣ trên nhƣng kết quả lƣu vào 12H. -CLRF:Lệnh này xóa 8 bit trong ô nhớ F.Trạng thái ảnh hƣởng đến cờ Z. Vd:CLRF 5;xóa ô nhớ 5. 13 -CLRW:xóa nội dung thanh ghi W -COMF:Lấy bù 8 bit trong ô nhớ F. Vd:COMF 6;đảo bit bù ô nhớ 6 -DECF:Nội dung của ô nhớ F giảm đi 1.Lệnh này có tác dụng khi đếm về 0. Vd:DECF 12;giảm ô nhớ 12 đi 1,kết quả lƣu tại ô nhớ 12 Vd:DECF 12,W;nhƣ trên nhƣng kết quả lƣu ở W. -DECFSZ:Nội dung ô nhớ F đƣợc giảm đi 1 và lệnh kế đƣợc bỏ qua nếu kq=0’ Vd:DECFSZ 12;Lệnh này thƣờng dùng để tạo trễ. -INCF:Cộng 1 vào ô nhớ F.Giá trị này sau đó đƣợc so sánh với cái khác để xem giá tri tổng đã đạt đƣợc chƣa. -INCFSZ:Cộng 1 vào ô nhớ F.Nếu kết quả bằng 0 thì bỏ qua lệnh kế tiếp. -IORWF:Nội dung thanh ghi tích lũy W đƣợc logic OR với ô nhớ F. -MOVF:Nội dung của ô nhớ F đƣợc di chuyển vào thanh ghi tích lũy Ƣ.Từ đó dữ liệu có thể chuyển đến port ngõ ra.Lệnh này ảnh hƣởng đến cờ Z. -MOVWF:Nội dung của thanh ghi W chuyển đến ô nhớ F. -NOP(No Operation):không làm gì cả nhƣng để tạo trễ 1 chu kỳ máy.Lệnh này có tác dụng cho các trì hõan nhỏ. -RLF:Nội dung của ô nhớ F đƣợc quay trái 1 bit thông qua cờ Z.Dịch đi 1 bit nghĩa là số đó nhân 2.Lệnh này có ích khi lên xuống nhị phân. Vd:RLF 12,W;dịch trái ô nhớ 12,kết quả lƣu ở ô thanh ghi W. -RRF:Nội dung của ô nhớ F đƣợc quay phải 1 bit thông qua cờ nhớ C. -SUBWF:Trừ W từ F.Nghĩa là lấy F-W. Vd:SUBWF Lƣu ý: 14,W;ô nhớ 14-W,kết quả lƣu ở W. Nếu W>F thì cờ C=0 nghĩa là kết quả âm. Nếu W - Xem thêm -