Bài giảng Vi xử lý - Chương 3: Vi điều khiển. Họ vi điều khiển 8051 (Phần 3)

CHƯƠNG 3HỌ VI ĐiỀU KHIỂN 805113.4 Timer (Mạch định thời)2Giới thiệu về timerTimer là một chuỗi các flip-flop chia đôi tần số mắc nối tiếp với nhau, chúng nhận tín hiệu vào làm nguồn xung nhịp. Xung nhịp được đưa vào flip-flop thứ nhất để chia đôi tần số xung nhịp. Ngõ ra của flip-flop thứ nhất làm xung nhịp cho flip-flop thứ hai (cũng làm việc chia đôi tầnsố), và v.v... Vì mỗi tầng kế tiếp chia đôi cho nên timer có n tầng sẽ cho xung ra có tần số là tần số xung nhịp chia cho 2n. Ngõ ra của tầng cuối làm xung nhịp cho flip-flop báo tràn của timer (còn gọi là cờ timer TF [Timer Flag]). Giá trị nhị phân trong các flip-flop của timer có thể xem như số đếm số xung nhịp (hoặc các sự kiện) từ khi timer bắt đầu chạy. Thí dụ timer 16 bit sẽ đếm lên từ 0000H đến FFFFH. Cờ báo tràn sẽ lên 1 khi số đếm tràn từ FFFFH đến 0000H.3TD: Timer 3 bit4Timer trong 80518051/8031 có hai timer 16 bit (T0 và T1), mỗi timer có bốn chế độ hoạt động. Người ta sử dụng các timer để: a) định khoảng thời gian, b) đếm sự kiện hoặc c) tạo tốc độ baud cho cổng nối tiếp có sẵn trong 8051/8031. Mỗi timer 16 bit có 16 tầng hay tầng cuối cùng chia tần số xung nhịp cho 216=65536. Nguồn xung nhịp cho các timer là xung vuông có tần số bằng 1/12 tần số xung nhịp cung cấp cho 8051. Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình cho timer tràn ở một khoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer lên 1. Cờ được dùng để đồng bộ hóa hoặc đo thời gian trôi qua giữa hai sự kiện (ví dụ: đo độ rộng xung).Đếm sự kiện được dùng để xác định số lần xảy ra của một sự kiện hơn là đo khoảng thời gian trôi qua giữa các sự kiện. Một “sự kiện” là bất cứ tác động bên ngoài nào có thể cung cấp một chuyển tiếp 1 sang 0 từ chân T0, T1(ở P3) của 8051/8031. Các timer cũng có thể cung cấp xung nhịp tốc độ baud cho cổng nối tiếp có sẵn trong 8051/8031.5Các thanh ghi timerTimer (T0/T1) của 8051 được tạo bởi 2 thanh ghi 8 bit.Timer 0 (T0) được tạo bởi– TL0 vàTH0 (L=Low và H=High)– Truy cập chúng như các thanh ghi khác, TD:	MOV TL0, #55H 	MOV R1, TH0Timer 1 (T1) được tạo bởi	– TL1 and TH16Các SFR của timer7Thanh ghi chế độ timer (TMOD)8Các chế độ hoạt động của timer9Thanh ghi điều khiển timer (TCON)10Các chế độ timer và cờ báo tràn 11Chế độ timer 13 bit (Chế độ 0)Chế độ 0 là chế độ timer 13 bit để tương thích với bộ xử lý trước 8051 là 8048Với các thiết kế mới người ta ít dùng chế độ hoạt động nàyByte cao của timer (THx) nối tiếp với 5 bit thấp của byte thấp của timer (TLx) để tạo thành timer 13 bitBa bit cao của TLx không được sử dụng12Chế độ timer 16 bit (chế độ 1)Chế độ 1 là chế độ timer 16 bit giống như chế độ 0, ngoại trừ lúc này timer hoạt động như timer 16 bit đầy đủ. Tràn xảy ra khi có chuyển tiếp từ FFFFH sang 0000H trong số đếm và nó đặt cờ báo tràn timer lên 1. Timer tiếp tục đếm tiếp. Cờ báo tràn là bit TFx trong TCON mà người ta có thể đọc ra hoặc ghi vào bằng phần mềm 13Chế độ timer 8 bit tự nạp lại trị đầu (chế độ 2)Chế độ 2 là chế độ tự động nạp giá trị đầu. Byte thấp của timer TLx làm việc như timer 8 bit trong khi đó byte cao của timer THx giữ giá trị cần nạp lại. Khi bộ đếm tràn từ FFH sang 00H thì không những cờ timer được đặt lên 1 mà giá trị trong THx còn được nạp vào TLx, việc đếm tiếp tục từ giá trị này đến chuyển tiếp từ FFH sang 00H kế, và cứ tiếp tục như vậy. Chế độ này tiện lợi vì tràn timer xảy ra theo những khoảng thời gian có chu kỳ một khi TMOD và THx đã được khởi tạo trị 14Chế độ tách timer (chế độ 3)Chế độ 3 là chế độ tách timer thì khác nhau với mỗi timer. Timer 0 ở chế độ 3 được tách thành 2 timer 8 bit. TL0 và TH0 làm việc như 2 timer độc lập với các báo tràn đặt các cờ TF0 và TF1 tương ứng15Đặc điểm của chế độ 3Timer 1 bị dừng ở chế độ 3, nhưng có thể cho nó chạy bằng cách chuyển sang 1 trong các chế độ khác. Giới hạn duy nhất là cờ báo tràn thông thườngcủa Timer 1 (TF1) không bị ảnh hưởng bởi sự báo tràn trong Timer1 vì TF1 đã được nối vào TH0.Chế độ 3 chủ yếu cho thêm 1 timer 8 bit (8051 giống như có thêm timer thứ ba). Khi Timer 0 ở chế độ 3, ta có thể bật hay tắt Timer 1 bằng cách chuyển nó ra khỏi hay đi vào chính chế độ 3 của nó. Nó vẫn có thể được cổng nối tiếp sử dụng làm bộ tạo tốc độ baud hoặc có thể được sử dụng theo bất cứ cách nào mà không cần ngắt (vì nó khôngcòn được với TF1)16Các nguồn tạo xung nhịpCó 2 nguồn xung nhịp, mà ta có thể chọn bằng cách ghi vào bit chọn bộ đếm/timer trong TMOD khi tạo các trị khởi động timer. Một nguồn xung nhịp được dùng để định thì khoảng thời gian, còn nguồn kia để đếm sự kiện.17Định thì khoảng thời gianNếu = 0, hoạt động timer liên tục được chọn và timer được cấp xung nhịp từ mạch dao động trên chip. Một tầng chia 12 được thêm vào để giảm tần số xung nhịp xuống giá trị thích hợp cho phần lớn các ứng dụng trong điều khiển.Khi chọn hoạt động timer liên tục thì timer được sử dụng để định thì khoảng thời gian (interval timing). Các thanh ghi timer (TLx/THx) tăng nội dung thêm 1 cứ theo tần số là 1/12 tầnsố dao động trên chip; như vậy với thạch anh 12 MHz thì xung nhịp của timer là 1 MHz. Tràn timer xảy ra cứ sau một số các xung nhịp cố định mà tùy theo giá trị đầu được nạp vào các thanh ghi TLx/THx18Đếm sự kiệnNếu = 1, timer được cấp xung nhịp từ nguồn bên ngoài. Trong phần lớn các ứng dụng, nguồn bên ngoài này cung cấp timer một xung khi xảy ra sự kiện–timer được sử dụng để đếm sự kiện (event counting). Số sự kiện được xác định trong phần mềm bằng cách đọc các thanh ghi TLx/THx, từ đó giá trị 16 bit trong các thanh ghi này tặng thêm 1 cho mỗi sự kiện.Nguồn xung nhịp bên ngoài được cung cấp bằng cách đưa vào các có chức năng thay thế ở Port 3:ngõ vào xung nhịp cho Timer 0 là T0 (chân P3.4). hay cho timer là T1 (chân P3.5) Trong các ứng dụng bộ đếm, các thanh ghi timer được tăng thêm 1 khi có chuyển tiếp 1 sang 0 ở ngõ vào bên ngoài Tx. Ngõ vào bên ngoài này được lấy mẫu trong S5P2 của mọi chu kỳ máy; như vậy khi ngõ vào ở mức 1 trong 1 chu kỳ và mức 0 trong chu kỳ kế thì số đếm được tăng thêm 1. Giá trị mới xuất hiện trong các thanh ghi timer trong S3P1 của chu kỳ theo sau chu kỳ mà chuyển tiếp được phát hiện. Từ đó nó mất 2 chu kỳ máy (2 s) để ghi nhận chuyển tiếp 1 sang 0, do đó tần số bên ngoài tối đa là 500 KHz (giả sử hoạt động 12 MHz)19Khởi tạo trị và truy cập các thanh ghi timerCác tác vụ:Đặt chế độ làm việcCho timer chạyDừng timerKiểm tra cờ trànXóa cờ báo trànĐọc và cập nhật các thanh ghi timer20Đặt chế độ làm việc – Cho timer chạy – Dừng timerTD: Đặt chế độ làm việc MOV TMOD, #00010000B timer 1: Gate=0, C/T=0, M1M0=01 (mode 1) timer 0: Gate=0, C/T=0, M1M0=00 (mode 0) Cho timer chạy 	SETB TR1 Dừng timer	 	CLR TR121Chú ý khi có xài ngắt ngoài (TD: chế độ 1)22Kiểm tra cờ và truy cập các thanh ghi timerTD:Kiểm tra cờ và xóa cờ	WAIT: JNB TF1, WAIT	 CLR TR1	; dừng timer T1	 CLR TF1	; xóa cờ báo trànCập nhật các thanh ghi timer	MOV	TL1, #9CH	MOV	TH1, #0FFH23Đọc giá trị đếm của timer đang chạyR7  TH1, R6  TL1Trước hết đọc byte caoVấn đề có thể xảy ra: 	khi tràn byte thấp  đọc lại lần nữaAGAIN:	MOV	 A, TH1	MOV	 R6, TL1	CJNE A, TH1, AGAIN	MOV	 R7, A24Các bước để lập trình Timer mode 0 hay 1Nạp trị cho TMODNạp trị số cho các thanh ghi TL và TH Cho timer chạy (SETB TR0 hay SETB TR1)Kiểm tra/theo dõi cờ báo tràn timer (TF)  đợi đến khi cờ TF = 1Dừng timer (CLR TR0 hay CLR TR1)Xóa cờ TF Quay về bước 225Các bước để lập trình Timer mode 2Nạp trị cho TMODNạp trị số cho các thanh ghi TH Cho timer chạy (SETB TR0 hay SETB TR1)Kiểm tra/theo dõi cờ báo tràn timer (TF)  đợi đến khi cờ TF = 1Dừng timer (CLR TR0 hay CLR TR1)Xóa cờ TF Quay về bước 426Định thì khoảng thời gian ngắn và khoảng thời gian dài27Thí dụ: Tạo dạng xung trên chân P1.0	Viết một chương trình tạo ra dạng sóng có chu kỳ trên P1.0 với tần số cao nhất có thể được. Tần số và chu kỳ nhiệm vụ của dạng sóng này là bao nhiêu?	(giả sử ta dùng XTAL = 12MHz  1 MC = 1us)	 Với dạng sóng rất ngắn: không cần timer	ORG	8000H	LOOP:	SETB	 P1.0	; 1 MC	CLR	 P1.0	; 1 MC	SJMP	 LOOP ; 2 MCTần số = 250 Khz (1/ 4 us)TON = 1 us, TOFF= 3us  duty cycle = TON/(TON+TOFF)= 25% (1/4)P1.01 us (1 MC)SETBCLRSJMPSETB28Thí dụ: Tạo sóng vuông trên chân P1.0	ORG	8000H	LOOP:	SETB	 P1.0	; 1 MC	NOP	; 1 MC	NOP	; 1 MC	CLR	 P1.0	; 1 MC	SJMP	 LOOP ; 2 MCTần số = 166.7 Khz ( 1/ 6 us )TON = 3 us, TOFF= 3us  duty cycle = TON/(TON+TOFF)= 50% (3/6)P1.01 us (One machine cycle)NOPSJMPSETBNOPCLRSETB29Tạo sóng vuông 10 KHz ở chân P1.0Tạo sóng vuông 10 KHz	Tần số = 10KHz  chu kỳ T =1/10000 = 100 us	 TON = 50 us, TOFF= 50us 	Dùng mode 2 ( 8 bit mode ), vì khoảng thời gian 256 us.	ORG	8000H	MOV	TMOD, #01H	; chế độ 1 (16 bit)	LOOP:	MOV	TH0, #0FEH	MOV	TL0, #0CH	; -500 (-01F4H)	SETB	TR0	; cho timer T0 chạy	WAIT:	JNB	TF0, WAIT	; đợi timer tràn	CLR	TR0	; dừng timer 0	CLR	TF0	; xóa cờ báo tràn	CPL	P1.0	; đảo bit cổng	SJMP	LOOP	; lặp lại	ENDChú ý: 	MOV TH0, #0FEH  MOV TH0, #HIGH(-500)	MOV TL0, #0CH  MOV TL0, #LOW(-500)31TD: Giao tiếp buzzer (1/2)	Một buzzer được nối vào chân P1.7 và một công tắc không nảy (debounce switch) được nối vào chân P1.6 (xem hình 3.28). Viết chương trình đọc mức logic do công tắc cấp và tạo ra âm thanh ở buzzer trong 1 giây sau mỗi lần phát hiện chuyển trạng thái từ 1 xuống 0.32TD: Giao tiếp buzzer (2/2)33Lập trình counterỞ chế độ counter: TMOD, TH, TL giống như với timerCác chế độ timer cũng giốngTuy nhiên thay vì dùng tần số thạch anh, counter đếm xung từ bên ngoài đưa vào 8051.Bit C/T trong TMOD quyết định nguồn xung nhịp.Khi C/T = 1, counter đếm lên khi có xung đưa vào các chân T1 và T0 (ở P3)34TD: lập trình counter ở chế độ 2Giả sử có xung nhịp đưa vào chân T1, viết chương trình dùng counter 1 ở chế độ 2 và xuất số xung đếm được ra P2.Bài giải	MOV TMOD, #01100000B ; counter 1 chế độ 2	MOV	 TH1, #0	SETB	 P3.5 ; làm cho T1 là chân nhập	AGAIN:	SETB 	 TR1 ; cho counter 1 chạy	BACK:	MOV	 A, TL1 ; lấy số xung đếm được	MOV	 P2, A	 ; xuất ra P2	JNB	 TF1, BACK	CLR	 TR1	CLR	 TF1	SJMP	 AGAIN35