Basic of Microcontroller

Microprocessor

Microprocessor by pisit wisutmetheekorn psw1999@yahoo.com

Course Outline
1. ความรูพื้นฐานเกี่ยวกับไมโครโปรเซสเซอร-ไมโครคอนโทรลเลอร
2. สถาปตยกรรมไมโครคอนโทรลเลอรตระกูลMCS-51
3. การเขียนโปรแกรมภาษาแอสเซมบลี้และกลุมคําสั่งของ MCS-51
4. การอินเตอรรัพท
5. การเขียนโปรแกรมควบคุมระบบดวยภาษาซี
6. การใชงาน Peripheral ของ MCS-51
7. การเชื่อมตอไมโครคอนโทรลเลอรกับอุปกรณภายนอก
8. ตัวอยางการออกแบบระบบที่ควบคุมดวยไมโครคอนโทรลเลอร

2

1

Books & References
1. ไมโครคอนโทรเลอร MCS-51
(ร.ศ. อุดม จีนประดับ)

2. The 8051 Microcontroller Architecture Programming and
Applications (Kenneth J. Ayala)
3. The 8051 Microcontroller & Embedded Systems
(Muhammad Ali Mazidi, Prentice Hall)
4. Design with Microcontrollers
(John B. Peatman)

3

Introduction to Microprocessor/Microcontroller
เดิมทีเดียวไมโครโปรเซสเซอรตัวแรกเกิดจากความตองการของรัฐบาลสหรัฐซึ่งก็
ไดใหทางภาคอุตสาหกรรมไดทําการออกแบบชิปตัวแรกขึ้นแตผลที่ไดในตอนนั้น
ก็ไมประสบความสําเร็จเลยแตอยางไรก็ตามสิ่งที่ไดตามมาก็คือองคความรูใหมที่
เปนพื้นฐานของไมโครโปรเซสเซอรทุกวันนี้ และจุดเริ่มตนก็มาอยูตรงที่พนักงาน
ของบริษัท Bell Telephone 2 คนคือ Robert Noyce และ Gordon Moore ไดออกมา
เปดบริษัทที่ชื่อวา Integrate Electronicsหรือเปนที่รูจักกันในนาม INTEL ในปพ.ศ.
2511 และใน 2 ปถัดมาบริษัทก็ไดรับการสนับสนุน จากองคการ NASA ในการออก
แบบอุปกรณอิเล็กทรอนิกสใหเล็กลงตอนนั้นก็เริ่มจากการออกแบบเครื่องคํานวณ
และในเวลานั้นก็ไดมีการออกแบบไมโครโปรเซสเซอรขนาด 4 บิตเบอร 4004

4

2

CH1: Introduction to Microprocessor/Microcontroller

แตอยางไรก็ตามไมโครโปรเซสเซอร 4004 ก็ยังมีความสามารถไมมากนักจึงได
พัฒนามาเปนไมโครโปรเซสเซอร 8008 ซึ่งเปนแบบ 8 บิตและหลังจากนั้น 1 ป
ก็ไดผลิตไมโครโปรเซสเ.ซอร 8080 ออกสูทองตลาดหลังจากสรางตนแบบมา
หลายปอยางไรก็ตามในชวงเดียวกันนี้ก็มีไมโครโปรเซสเซอรจากบริษัทอื่นๆ
เกิดขึ้นอยางเชน Motorola ก็ไดออกไมโครโปรเซสเซอรเบอร 6800 และหลัง
จากนี้ INTEL ก็พัฒนาไมโครโปรเซสเซอรเบอรอื่นๆตามมา เชน 8085 , 8748
และไมโครโปรเซสเซอร 8748 ซึ่งอยูในตระกูล MCS-48 ถือวาเปนไมโครคอน
โทรลเลอรในรุนแรกๆโดย 8748 จะประกอบดวยหนวยความจําแบบ EPROM
ขนาด 1 KB มี RAM ภายใน 64Bytes มีขาอินพุต/เอาตพุต 27 ขาและ Timer ขนาด
8 บิต 1 ตัว และหลังจากนั้นก็ไดผลิตเบอรอื่นๆในตระกูลนี้ออกมาหลายรุนดวยกัน
ซึ่งทําใหขนาดของวงจรทั้งหมดเล็กลงกวาการออกแบบดวยไมโครโปรเซสเซอร

5


ตนแบบเครื่องคํานวณที่ควบคุม
ดวยไมโครโปรเซสเซอร 4004

Federico Faggin ผูออกแบบ 4004
และเปนผูกอตั้งบริษัท Zilog

รูปที่1-1 ผูที่เกี่ยวของกับประวัติของไมโครโปรเซสเซอร

6

3


และหลังจากนั้นไมโครคอนโทรเลอรก็มีการพัฒนาอยางตอเนื่องจนกระทั่งป 2523
บริษัทอินเทลก็ไดนําไมโครคอนโทรลเลอรตระกูล MCS-51 ออกสูทองตลาดซึ่งมี
ความสามารถมากกวาตระกูล MCS-48 และในตระกูล MCS-51 นี่เองก็ไดมีหลาย
บริษัทที่ไดนําเอาฐานของไมโครคอนโทรลเลอรตระกูลนี้ไปออกแบบเพิ่มอุปกรณ
บริการตางๆบนชิปเขาไปใหเหมาะสมกับการทํางานประเภทตางๆ เชนการเพิ่ม A/D
การเพิ่มจํานวนขาเพื่อเพิ่มจํานวนพอรต เปนตน

รูปที่1-2 รูปรางของ 8748

7


ระบบคอมพิวเตอรเบื้องตน
Address Bus
CPU

Data Bus
Control Bus
I/O

ROM

RAM

รูปที่1-3โครงสรางระบบคอมพิวเตอร

8

4


จากรูปที่1-3 เปนองคประกอบโดยทั่วไปของระบบคอมพิวเตอรโดยจากรูป
แสดงใหเห็นโครงสรางทางฮารดแวรแตสําหรับสวนที่เปนซอฟตแวรซึ่งทําหนา
ที่ควบคุมการทํางานของระบบทั้งหมดจะถูกเก็บใน ROM โดยคําสั่งใน ROM
จะถูกนําไปประมวลผลโดย CPU โดยคําสั่งใน ROM จะถูกสงผานบัสขอมูลไป
ยัง CPU สําหรับบัสในระบบคอมพิวเตอรโดยทั่วไปแลวก็แบงออกเปน 3 ชนิด
คือ
1. Data Bus
: ทางผานขอมูลระหวาง CPU และ I/O หรือ หนวยความจํา
2. Address Bus : แอดเดรสกําหนดตําแหนงของหนวยความจําหรือ I/O
3. Control Bus : สัญญาณควบคุมจาก CPU เพื่อควบคุมการติดตอกับอุปกรณ
ตางๆบนบัสไมวาจะเปน RAM / ROM หรือ I/O
และเพื่อใหเขาใจระบบมากขึ้นก็จะตองทําความเขาใจในการทํางานของ CPU ดวย

9


Instruction Register
Instruction Decoder
and Control Unit

ALU
Accumulator
Register
Program Counter

Clock

Stack Pointer

รูปที่1-4 โครงสรางอยางงายของ CPU

10

5


การทํางานของ CPU (Central Processing Unit)
ผังของตัวประมวลผลดังแสดงในรูปที่1-4 จะประกอบดวยสวนตางๆดังนี้
1. Register :
ใชในการเก็บขอมูลชั่วคราว(ไฟเลี้ยงหายขอมูลก็หาย)
2. ALU (Arithmetic and Logic Unit) :
เปนสวนคํานวณคณิตศาสตรและลอจิก
3. รีจิสเตอรคําสั่ง (Instruction Register):
เปนรีจิสเตอรเก็บรหัสคําสั่ง
4. สวนถอดรหัสคําสั่งและหนวยควบคุม(Instruction decoder and Control Unit)
ทําหนาที่แปลคําสั่งและสรางสัญญาณไปควบคุมการทํางานสวนตางๆใหไดผล
ตามคําสั่ง

11


5. Program Counter (PC) ทําหนาที่เก็บตําแหนงของคําสั่งถัดไปที่จะถูกกระทํา
6. Accumulator เปนสวนของหนวยความจําใชในการคํานวณทางคณิตศาสตร
7. Stack Pointer (SP) เปนรีจิสเตอรเก็บตําแหนงของหนวยความจําซึ่งจะถูกใช
งานอยางอัตโนมัติเมื่อเกิดการเรียกใชโปรแกรมยอยคาของ Program Counter จะ
ถูกเก็บลงบนพื้นที่ของ Stack และ SP ก็จะเก็บตําแหนงที่เก็บคา PC เมื่อครูนี้ ซึ่ง
จะกล า วถึ ง เรื่ อ ง Stack อี ก ครั้ ง ในตอนที่ ก ล า วถึ ง รี จิ ส เตอร ต า งๆของ
ไมโครคอนโทรลเลอรที่เราจะศึกษากันตอไป
8. Clock สวนสรางสัญญาณนาฬิกาซึ่งเปนการใหจังหวะในการทํางานของสวน
ตางๆภายใน CPU


12

6


สําหรับการทํางานของ CPU นั้นอาจแบงออกเปนขั้นตอนคือ
1.การ Fetch คําสั่ง (Fetch Instruction)
เปนขั้นตอนที่หนวยควบคุม (Control Unit) อานคําสั่งจากหนวยความจําแลวทําการ
ถอดรหัสคําสั่งนั้น โดยการทํางานเริ่มจาก
-ตําแหนงคําสั่งที่เก็บใน Program Counterรีจิสเตอรจะถูกสงมาที่ Address Bus
-สัญญาณควบคุมการอาน(Read) จะทํางานเพื่อทําใหเกิดการอานขอมูลในหนวยความจํา
-คําสั่งที่เปนขอมูลจากหนวยความจําถูกสงมาบน Data Bus
-คําสั่งที่ถูกสงมาบน Data bus จะถูกเก็บไวในรีจิสเตอรคําสั่ง (IR) ของ CPU
-และคาตําแหนงใน Program Counter รีจิเสอตรก็จะถูกเพิ่มขึ้นเพื่อทําการ Fetch คําสั่งถัดไป
2.การกระทําตามคําสั่ง (Execute Instruction) เปนขั้นตอนตั้งแต CPU กระทําตาม
คําสั่งที่ Fetch มาจนแลวเสร็จคําสั่งนั้นๆซึ่งในขั้นตอนนี้อาจจะมีขั้นตอนอื่นๆรวมอยูเพราะ
ขึ้นกับวาคําสั่งนั้นใหทําอะไรบาง

13


ดังนั้นอาจเขียนขั้นตอนการทํางานของ CPU ดังรูปตอไปนี้
Fetch
1 รอบคําสั่ง
(Machine Cycle)
Execute

Fetch

คําสั่งถัดไป

รูปที่1-5 ขั้นตอนการทํางานของ CPU

14

7


อยางที่กลาวมาแลววาไมโครคอนโทรลเลอรนั้นถูกออกแบบมาสําหรับงานดาน
ควบคุมโดยเฉพาะไมวาจะอยูในเครื่องใชตางๆ,ระบบควบคุมในรถยนตสวนประ
กอบของคอมพิวเตอรเชนมีใน Hard disk โมเด็ม เมาส คียบอรดดังนั้นก็ตองการให
อุปกรณอื่นๆที่มีอยูภายนอกมีนอยที่สุดดังนั้นโครงสรางของไมโครคอนโทรลเลอร
ก็จะเปนการรวมเอา Peripheral ตางๆมาอยูบนไมโครคอนโทรลเลอรและนอกจาก
นั้นยังมีสวนที่จัดการเกี่ยวกับอินเตอรรัพทอยูบนไมโครคอนโทรลเลอรอีกดวยดัง
แสดงในรูปที่1-6 ซึ่งในรูปเปนเพียงตัวอยางเทานั้นเพราะไมโครคอนโทรลเลอร
แต ล ะตั ว ก็ จ ะมี อุ ป กรณ ต า งๆบนชิ ป ที่ แ ตกต า งกั น ไปตามวั ต ถุ ป ระสงค ข องการ
ออกแบบ


15


Timer
CPU

Interrupt
Control

Serial
Port

Internal Bus

RAM

ROM

Parallel
Port

รูปที่1-6 ตัวอยางโครงสรางของไมโครคอนโทรเลอร

16

8


ตัวอยางการใชงานไมโครคอนโทรลเลอร

รูปที่1-7 ไมโครคอนโทรลเลอรในมิเตอรวัดการใชพลังงานไฟฟา

17


รูปที่1-8 มิเตอรวัดกําลังไฟฟาที่ควบคุมดวยไมโครคอนโทรลเลอร

18

9


ไมโครคอนโทรลเลอร

ไมโครคอนโทรลเลอร

รูปที่1-9 ไมโครคอนโทรลเลอรกับการเก็บขอมูลการใชไฟฟาในหางสรรพสินคา

19


89C51RD2

รูปที่1-10 รูปรางของบอรดควบคุมสําหรับการนับการใชไฟฟา

20

10


รูปที่1-11 ตนแบบ 3 เฟส Power meter ที่ควบคุมดวย 89C51RD2

21


รูปที่1-12 ตัวอยางการใชไมโครคอนโทรเลอรในงานควบคุมอุณหภูมิ

22

11


รูปที่1-13 ไดอะแกรมของบอรดไมโครคอนโทรเลอรในรูปที่1-12

23


รูปที่1-14 ตนแบบของบอรดไมโครคอนโทรเลอรในรูปที่1-13

24

12


Basic Digital Circuit
Inverter : 74LS04


25


ในการใช Gate ขับอุปกรณภายนอกตองคํานึงถึงความสามารถในการจายกระแส

26

13


AND gate : 74LS08


27

ดิจิตอลเกตในแบบที่เอาตพุตเปน Open Collector จะเหมาะสมกับการเชื่อมตอ
ระหวางวงจรที่แรงดันไมเทากันเชนจาด TTL ไปขับวงจรขับรีเลยเปนตน

28

14

วงจรสมมูลแบบ Open Collector และคุณสมบัติ 74LS07


29


Decoder Circuit with 74LS138

Decoder จะใชสําหรับในการ Decode สัญญาณแอดเดรสเพื่ออางหนวยความจํา

30

15

Basic of Microcontroller

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (14)

Viewers also liked

Viewers also liked (17)

Similar to Basic of Microcontroller

Similar to Basic of Microcontroller (20)

Basic of Microcontroller