VXL 8051

vi lý 8051

Vào năm 1971 tập đoàn Intel đã giới thiệu 8080, bộ vi xử lí thành công đầu tiên, tiếp đó không lâu Motorola, RCA, MOS Technology và Zilog  cũng đã giới thiệu các bộ vi xử lí tương tự : 6800, 1801, 6502 và Z80. Bản thân các vi mạch này tuy không có nhiều hiệu quả sử dụng nhưng khi là một phần của một máy tinh đơn board (Single Board Computer), chúng trở thành thành phần trung tâm trong các sản phẩm có ích dùng để nghiên cứu và thiết kế.
Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển( Micro Controller) 8748, một chip tương tự như các bộ vi xử lí và là chip đầu tiên trong họ vi điều khiển MCS-48. 8748 là một vi mạch chứa trên 17000 transistor bao gồm một CPU, 1K byte EPROM, 64 byte RAM, 27 chân xuất nhập và một bộ định thời 8 bit. Sự ra đời của IC này và các IC khác, của họ MCS-48 đã nhanh chóng trở thành chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng hướng điều khiển (Control Oriented Application). 
Độ phức tạp, kích thước và khả năng của bộ vi điều khiển được tăng thêm môt bậc quan trọng vào năm 1980 khi Intel công bố chip 8051, bộ vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS-51. So với 8048, chip 8051 chứa trên 60000 transistor bao gồm 4K byte ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit. Vi điều khiển 8051 cũng như họ vi điều khiển MCS-51 là một trong những bộ vi điều khiển 8-bit mạnh và linh hoạt nhất, đã trở thành bộ vi điều khiển hàng đầu trong những năm gần đây.
        Những bộ vi xử lý dùng chung thường gặp như họ Intel x86 (8086, 80286, 80386, 80486, Pentium..) hoặc họ 680x0 của Motorola (6800, 68010, 68020, 68030, 68040…). Những bộ vi xử lý này không có RAM, ROM và không có các port I/O trên chip, do đố khi sử dụng thiết kế hệ thống phải bổ sung thêm RAM, ROM, I/O và các bộ định thời (Timer/Counter) ngoài để cho chúng hoạt động được. Tuy việc này làm cho hệ thống cồng kềnh, phức tạp và giá thành cao hơn nhưng chúng lại có ưu điểm là linh hoạt hơn so với vi điều khiển.
                Trong khi đó với vi điều khiển nó có sẵn : 1 CPU( bộ vi xử lý) cùng 1 lượng cố định RAM, ROM, các cổng I/O và Timer/Counter được tích hợp tất cả trên cùng 1 chip.


1. Kiến trúc vi điều khiển 8051
1.1 Tổ chức bộ nhớ
    Các vi điều khiển thuộc họ 8051 đều tổ chức thành 2 không gian chương trình và dữ liệu, hình 1.1.1 và hình 1.1.2 sẽ mô tả điều này. Kiến trúc vi xử lý 8 bit của 8051 này cho phép truy nhập và tính toán nhanh hơn đối với không gian dữ liệu nhờ việc phân chia 2 không gian bộ nhớ chương trình và dữ liệu như trên. Tuy nhiên bộ nhớ ngoài được truy nhập bởi hệ thống 16 bit địa chỉ vẫn có thể thực hiện nhờ thanh ghi con trỏ. 
    Bộ nhớ chương trình (ROM, EPROM) là bộ nhớ chỉ đọc, có thể mở rộng tối đa 64Kbyte. Vói họ vi điều khiển 89xx, bộ nhớ chương trình được tích hợp sẵn trong chip có kích thước nhỏ nhất là 4kByte. Với các vi điều khiển không tích hợp sẵn bộ nhớ chương trình trên chip, buộc phải thiết kế bộ nhớ chương trình bên ngoài. Ví dụ sử dụng EPROM: 2764 (64Kbyte), khi đó chân PSEN phải ở mức tích cực (5V).

Hình 1.1.1 Cấu trúc vi điều khiển 89C51
     Bộ nhớ dữ liệu (RAM) tồn tại độc lập so với bộ nhớ chương trình. Họ vi điều khiển 8051 có bộ nhớ dữ liệu tích hợp trên chip nhỏ nhất là 128byte và có thể mở rộng với bộ nhớ dữ liệu ngoài lên tới 64kByte. Với những vi điều khiển không tích hợp ROM trên chip thì vẫn có RAM trên chip là 128byte. Khi sử dụng RAM ngoài, CPU đọc và ghi dữ liệu nhờ tín hiệu trên các chân RD và WR. Khi sử dụng cả bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu bên ngoài thì buộc phải kết hợp chân RD và PSEN bởi cổng logic AND để phân biệt tín hiệu truy xuất dữ liệu trên ROM hay RAM ngoài.
 Bộ nhớ chương trình:

 Hình 1.1.2 Cấu trúc bộ nhớ chương trình

Hình 1.1.3 Địa chỉ các ngắt trên bộ nhớ chương trình
    Hình 1.1.2 mô tả cấu trúc bộ nhớ chương trình. Sau khi khởi động, CPU bắt đầu thực hiện chương trình ở vị trí 0000H. Hình 1.1.3 mô tả địa