Đang tải... (xem toàn văn)
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP Trang 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 3 1 1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 4 1 2 KHÁI NIỆM VI ĐIỀU KHIỂN 4 1 3 ĐƠN VỊ XỬ LÝ TRUNG TÂM – CPU 6 1 4 RAM – ROM.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.2 KHÁI NIỆM VI ĐIỀU KHIỂN 1.3 ĐƠN VỊ XỬ LÝ TRUNG TÂM – CPU 1.4 RAM – ROM – EEPROM 1.5 BUS 1.6 CÁC CẤP PHẦN MỀM 1.7 CÁC THÔNG TIN KHÁC CHƯƠNG 2: NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C 11 2.1 GIỚI THIỆU 12 2.2 CÁC THÀNH PHÂN CƠ BẢN CỦA NGÔN NGỮ C 12 CHƯƠNG 3: MODULE XUẤT NHẬP (I/O PORTS) 17 3.1 CHỨC NĂNG CÁC PORT CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 18 3.2 CÁC PORT CỦA PIC16F887 18 3.3 LỆNH TRUY XUẤT PORT DÙNG NGÔN NGỮ CCS-C 32 3.4 CẤU HÌNH ĐẶC BIỆT CỦA CPU 36 3.5 CÁC ỨNG DỤNG VỚI TẢI 44 CHƯƠNG 4: NGẮT (INTERRUPT) 54 4.1 GIỚI THIỆU 55 4.2 TỔNG QUAN VỀ NGẮT 55 4.3 CÁC NGUỒN NGẮT CỦA PIC 55 4.4 CÁC THANH GHI CỦA PIC16F887 55 4.5 CÁC LỆNH NGẮT TRONG PIC16F887 58 4.6 NGẮT NGOÀI TRONG PIC16F887 59 CHƯƠNG 5: MODULE THỜI GIAN (TIMERS) 61 5.1 GIỚI THIỆU 62 5.2 KHẢO SÁT TIMER0 64 5.3 KHẢO SÁT TIMER1 68 5.4 KHẢO SÁT TIMER2 73 Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP 5.5 CÁC LỆNH CỦA TIMER – COUNTER TRONG NGÔN NGỮ PIC-C 75 5.6 CÁC ỨNG DỤNG ĐỊNH THỜI DÙNG TIMER 78 CHƯƠNG 6: MODULE CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ - SỐ (ADC-TODIGITAL CONVERTER) 88 6.1 GIỚI THIỆU 89 6.2 KHẢO SÁT CÁC THANH GHI CỦA PIC16F887 89 6.3 TRÌNH TỰ THỰC HIỆN CHUYỂN ĐỔI ADC 90 6.4 LỰA CHỌN NGUỒN XUNG CHO CHUYỂN ĐỔI ADC 91 6.5 CÁC LỆNH CỦA ADC 91 CHƯƠNG 7: MODULE TRUYỀN THÔNG (SERIAL/I2C/SPI) 95 7.1 TỔNG QUAN 96 7.2 GIAO THỨC SERIAL 97 7.3 GIAO THỨC I2C 100 7.4 GIAO THỨC SPI 103 CHƯƠNG 8: MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 107 8.1 GIỚI THIỆU, KHẢO SÁT 108 8.2 CẤU TRÚC KHỐI ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG PWM 109 8.3 TÍNH CHU KỲ XUNG PWM 110 8.4 TÍNH HỆ SỐ CHU KỲ XUNG PWM 111 8.5 CÁC LỆNH ĐIỀU KHIỂN 111 MỘT SỐ ĐỀ ƠN THI CUỐI KÌ 113 ĐỀ THI SỐ 114 ĐỀ THI SỐ 121 ĐÁP ÁN 135 Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP Chương TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN Nội dung: 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Khái niệm vi điều khiển 1.3 Đơn vị xử lý trung tâm – CPU 1.4 RAM – ROM – EEPROM 1.5 Bus 1.6 Các cấp phần mềm 1.7 Các thông tin khác Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Vào năm 1971 Intel giới thiệu 8080, vi xử lý (micro-processor) thành cơng (trước có vi xử lý người ta sử dụng relay) Sau khơng lâu, Motorola, RCA, MOS Technology Zilog giới thiệu vi xử lý tương tự: 6800, 1801, 6502 Z80 Vào năm 1976 Intel giới thiệu vi điều khiển (microcontroller) 8748 chip họ vi điều khiển MCS-48 Năm 1980 Intel công bố chip 8051, vi điều khiển họ MCS-51 Chip 8051 chứa 60.000 transistor bao gồm 4K byte ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, port nối tiếp, định thời 16-bit Ngày nhiều hãng phát triển dòng vi điều khiển mạnh nhiều chức so với 8051 Các họ vi điều khiển ngày hay sử dụng: - PIC (Microchip) - MSP (Texas Instruments) - AVR (Atmel) - 8051 (Intel) - Arduino (Sparkfun) - ARM (Apple) … 1.2 KHÁI NIỆM VI ĐIỀU KHIỂN Vi điều khiển máy tính thu nhỏ tích hợp chip, thường sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử Vi điều khiển hệ thống bao gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng giá thành thấp kết hợp với khối ngoại vi nhớ, module vào ra, module biến đổi số sang tương tự tương tự sang số,… Vi điều khiển thường dùng để xây dựng hệ thống nhúng Hầu hết vi điều khiển ngày xây dựng dựa kiến trúc Harvard 1.2.1 Kiến trúc Von Neumann: - Trao đổi liệu CPU nhớ data bus 8-bit - Dữ liệu trao đổi chậm hiệu Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP - The CPU đọc viết vào nhớ - Không thể đọc ghi thời điểm đường bus Thực nhiệm vụ Hầu hết máy tính ngày (và ARM7) sử dụng thiết kế Von Neumann Sử dụng kiến trúc khác địi hỏi xử lý nhanh, chi trả với giá cao Hình 1: Kiến trúc Von Neumann 1.2.2 Kiến trúc Harvard: Có đường giao tiếp liệu khác - CPU – RAM : bus bit - CPU – ROM : bus 12,14 16 bit The CPU đọc xử lý lệnh đồng thời Hình 2: Kiến trúc Havard Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP 1.3 ĐƠN VỊ XỬ LÝ TRUNG TÂM – CPU CPU trái tim hệ máy tính, quản lý tất các hoạt đông hệ thực tất thao tác liệu CPU bao gồm tập mạch logic thực liên tục thao tác: tìm nạp lệnh thực thi lệnh CPU có khả hiểu thực thi lệnh dựa tập mã nhị phân, mã nhị phân biểu thị thao tác đơn giản: lệnh số học, lệnh logic, lệnh di chuyển liệu, lệnh rẽ nhánh, … Hình 3: Hoạt động CPU 1.4 RAM – ROM – EEPROM 1.4.1 Random Access Memory – RAM: RAM nhớ truy xuất ngẫu nhiễn, truy xuất trực tiếp CPU bao gồm IC bán dẫn RAM nhớ đọc/ghi RAM không tiếp tục lưu giữ nội dung bị nguồn cấp điện 1.4.2 Read Only Memory – ROM: ROM: Bộ nhớ đọc, truy xuất trực tiếp CPU bao gồm IC bán dẫn ROM nhớ đọc Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP ROM tiếp tục lưu giữ nội dung bị nguồn cấp điện 1.4.3 Ellectrically Erasable Programmable ROM – EEPRPM: EEPROM nhớ đọc có khả lập trình xóa EPPROM nhớ có khả đọc ghi EEPROM tiếp tục lưu giữ nội dung bị nguồn cấp điện EEPROM sử dụng phổ biến ngày 1.5 BUS Bus tập dây mang thơng tin có mục đích Việc truy xuất tới mạch (thiết bị) xung quanh CPU sử dụng bus: bus địa chỉ, bus liệu bus điều khiển Với thao tác đọc ghi, CPU xác định rõ vị trí liệu (lệnh) cách đặt địa lên bus địa chỉ, sau tích cực tín hiệu bus điều khiển để thao tác đọc hay ghi Thao tác đọc: lấy byte liệu từ nhớ vị trí xác định đặt byte lên bus liệu CPU đọc liệu đặt liệu vào ghi nội CPU Thao tác ghi: CPU xuất liệu lên bus liệu Nhờ vào tín hiệu điều khiển, nhớ nhận biết thao tác ghi lưu liệu vào vị trí xác định Hình 4: Sơ đồ khối hệ máy vi tính 1.5.1 Bus địa chỉ: Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP Hầu hết máy tính nhỏ có từ 16 đến 32 đường địa có khả truy xuất vị trí nhớ 𝑛 Một bus địa 16-bit truy xuất nhớ có 64K vị trí nhớ Một bus địa 20-bit có khả truy xuất 1M vị trí nhớ Một bus địa 32-bit có khả truy xuất đến 4G vị trí nhớ Lưu ý: Bus địa định độ lớn nhớ hay số lượng vị trí nhớ mà CPU truy xuất 1.5.2 Bus liệu: Bus liệu mang thông tin CPU nhớ CPU thiết bị xuất nhập Máy tính sử dụng đến 2/3 thời gian vào việc di chuyển liệu Số đường (độ rộng) bus liệu quan trọng hiệu suất tổng thể máy tính Giới hạn độ rộng có dạng cổ chai: lượng lớn nhớ hệ thống CPU có khả tính tốn lớn việc truy xuất liệu thường bị nghẽn cổ chai độ rộng bus liệu Bus liệu bus chiều, bus địa bus chiều Lưu ý: Hệ điều hành 32-bit có 32 đường bus liệu 1.5.3 Bus điều khiển: Bus điều khiển hỗn hợp tín hiệu, tín hiệu có vai trị riêng việc điều khiển có trật tự hoạt động hệ thống Các tín hiệu điều khiển tín hiệu định thời cung cấp CPU để đồng việc di chuyển thông tin bus địa liệu Có tín hiệu phổ biến: CLOCK, READ WRITE việc di chuyển liệu CPU nhớ Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP Hình 5: Hoạt động tìm nạp lệnh 1.6 CÁC CẤP PHẦN MỀM Sắp xếp theo thứ tự ưu tiên từ cao đến thấp sau: Application Software (User Interface): phần mềm ứng dụng Word, Matlab,… Operating System (Command language, Utilies): hệ điều hành Window, Linus,… Input/Output Subroutines (Access to Hardware): BIOS, Driver,… Hardware: phần cứng 1.7 CÁC THÔNG TIN KHÁC 1.7.1 Vi điều khiển vi xử lý: Vi điều khiển hệ thống bao gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng giá thành thấp kết hợp với khối ngoại vi nhớ, module vào ra, module thời gian, module ADC, module điều khiển động cơ,… 1.7.2 Vi điều khiển máy tính PC: Vi điều khiển Máy tính PC Hệ thống đơn nghiệm Hệ thống đa nghiệm Một chương trình Nhiều chương trình Giá rẻ Đắt Khơng thấy thường tích hợp Thiết bị nhìn thấy rõ thiết bị khác điện thoại,… Nguồn cấp 3.3-5V Nguồn cấp 18-24V Trang ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ME3007 – TỔNG HỢP 1.7.3 Trình biên dịch: Hình 6: Trình biên dịch vi điều khiển Trang 10 ... ARM (Apple) … 1.2 KHÁI NIỆM VI ĐIỀU KHIỂN Vi điều khiển máy tính thu nhỏ tích hợp chip, thường sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử Vi điều khiển hệ thống bao gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng... Z80 Vào năm 1976 Intel giới thiệu vi điều khiển (microcontroller) 8748 chip họ vi điều khiển MCS-48 Năm 1980 Intel công bố chip 8051, vi điều khiển họ MCS-51 Chip 8051 chứa 60.000 transistor bao... Bus liệu bus chi? ??u, bus địa bus chi? ??u Lưu ý: Hệ điều hành 32-bit có 32 đường bus liệu 1.5.3 Bus điều khiển: Bus điều khiển hỗn hợp tín hiệu, tín hiệu có vai trị riêng vi? ??c điều khiển có trật