Dạy lập trình AVR cơ bản nhất- Chương 4 - Bài 1

- Chương trình tiếp theo có yêu cầu là: khi nhấn phím 1 kết nối với PORTC0 thì giá trị PORTA tăng 1 đơn vị, ấn phím 2 kết nối với PORTC1 thì giá trị phím giảm 1 đơn vị PORTA hiển thị gi

CHƯƠNG 4: THỰC HÀNH GIAO TIẾP VỚI

CÁC NGOẠI VI CƠ BẢN

BÀI 1: GIAO TIẾP NHẬP XUẤT VỚI

LED ĐƠN VÀ PHÍM ĐƠN

Các bài thực hành trong chương này sử dụng Atmega16

I Phần cứng

+Do Atmega16 có khả năng cấp dòng khá cao (khoảng 20mA) nên có thể mắc trực tiếp led đơn vào chân I/O của các port

+Phím đơn có thể mắc theo 2 cách, dùng điện trở kéo lên =>mức tác động thấp hoặc dùng điện trở kéo xuống => mức tác động cao

Hình 1 Nút nhấn tác động thấp và nút nhấn tác động cao

Trong chương này chủ yếu sử dụng nút nhấn tác động thấp

Module giao tiếp phím ấn và led đơn bao gồm 8 phím ấn và 8 led đơn với 2 cổng kết nối Module này thích hợp sử dụng với board phát triển đã giới thiệu ở chương 1

Sơ đồ của module được giới thiệu ở hình 2

R1 10k

R2 8k2 SW1

BUTTON

VCC

I/O PIN

VCC

SW2 BUTTON

I/O PIN

Hình 2 Module giao tiếp phím nhấn và led đơn

II Giao tiếp với led đơn

Trong chương 1 đã giới thiệu, việc xuất dữ liệu của các PORT được điều khiển bởi thanh ghi PORTx và các bit của thanh ghi này tương ứng với các PIN của PORTx

Thực hành:

- Chạy MikroC và tạo 1 dự án mới có tên là BAI1_1_A, cấu chọn tần

số thạch anh là 16Mhz, dùng vi điều khiển Atmega16, chọn tất cả các thư viện

- Không sử dụng file bai1.c mà tạo file khác có tên là bai1_1_A, sử dụng file này làm file nguồn

- Soạn thảo chương trình sau:

Bài 1 _ 1 _A: Tạo và quản lý project

unsigned char i;

void main(){

DDRA=0xFF;// CẤU HÌNH PORTA LÀ PORT XUẤT

while(1){

for(i=1;i<=255;i++){

PORTA=i;

Delay_ms(500);// TRÌ HOÃN 500ms

SW1

BUTTON

VCC

SW2

BUTTON

SW3

BUTTON

SW4

BUTTON

LED R5

330

D2 LED R6

330

D3 LED R7

330

D4 LED R8

330

D5 LED R9

330

D6 LED R10

330

D7 LED R11

330

D8 LED R12

330

SW5

BUTTON

SW6

BUTTON

SW7

BUTTON

SW8

BUTTON

R13 10k

J1

PORT_8_PIN

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

VCC

J2

PORT_8_PIN

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

}

}

}

- Tiến hành biên dịch và nạp xuống board hoặc mô phỏng bằng proteus

 Hàm trì hoãn bao gồm 2 loại:

Delay_ms(đối số vào); /*trì hoãn với đơn vị mili giây và đối số vào là thời gian cần thiết */

Delay_us(đối số vào); /*trì hoãn với đơn vị micro giây và đối số vào là thời gian cần thiết */

Các bạn hãy tìm hiểu thêm về 2 hàm này bằng công cụ help(F1)

- Mở cửa sổ Statistics để xem tài nguyên đã chiếm dụng:

Project>View Statistics

- Mở cửa sổ watch(shift+F5) để xem giá trị biến i và thanh ghi

PORTA

Thử thay đổi tần số thạch anh trong Project Setting sau đó biên dịch lại

và mô phỏng bằng proteus Ta thấy có sự sai lệch về thời gian trì hoãn nhưng chương trình vẫn chạy, qua đó nói lên vai trò của thạch anh

Sau đây là 1 số bài ví dụ để các bạn có thể làm quen với các bước thay đổi file nguồn dự án, soạn thảo biên dịch chương trình

Ví dụ 1: Viết chương trình chạy 1 led sáng từ phải sang trái và trái sang phải

Bài 1 _ 1 _B: Chương trình dịch led 1

char i;

void main(){

DDRA=0xFF;// Cấu hình PORTA là PORT xuất

while(1){// Vòng lặp vô tận

for(i=0;i<=7;i++){ // Vòng lặp 8 lần

PORTA=0x01<<i; /*Dịch trái từ 0 đến 7 bit*/ delay_ms(500);// Trì hoãn 0.5s

}

}

}

Yêu cầu: các bạn cải tiến chương trình để 1 led sáng chạy sang phải đến biên rồi chạy trở về bên trái đến biên

Ví dụ 2: Viết 1 chương trình để 2 led sáng từ 2 biên chạy vào giữa, rồi chạy trở ra 2 biên

Bài 1 _ 1 _B: Chương trình dịch led 2

char i;

void main(){

DDRA=0xFF;

while(1){

for(i=0;i<=3;i++){

PORTA=0x01<<i|0x80>>i;

delay_ms(500);

}

for(i=1;i<=2;i++){

PORTA=0x10<<i|0x08>>i;

delay_ms(500);

}

}

}

Từ các ví dụ trên, ta có thể thấy sự tương quan dữ liệu của thanh ghi PORTA và các chân PORTA Các led chính là mô hình của các bit có giá trị 0

và 1 được thay đổi liên tục thông qua các toán tử

Các trường hợp trên, ta đã tìm ra quy luật của sự thay đổi trạng thái của các led như yêu cầu Thực tế đôi khi ta chưa tìm ra quy luật vận động của dữ liệu, trong trường hợp đó ta có thể dùng phương pháp lựa chọn và gán các dữ liệu cần thiết vào mảng

Ví dụ 3: Viết lại chương trình của ví dụ 2

Bài 1 _ 1 _B: Chương trình dịch led 3

char i;

char table[8]={0x81,0x42,0x24,0x18,0x24,0x42};

void main(){

DDRA=0xFF;

while(1){

for(i=0;i<=5;i++){

PORTA=table[i];/*Lấy phần tử i của mảng */

delay_ms(500);

}

}

}

Bài tập: Viết 1 chương trình điều khiển 8 led sáng chạy dần từ trái sang phải (tốc độ 250ms/1led), chớp 2 lần mỗi lần cách nhau 1s

(Xem bài giải trong file BAI1_1_E.c)

Từ các ví dụ trên, nếu thay các led bằng các tầng công suất, ta có thể ghép nhiều led thành các ký tự, hình vẽ để trang trí, rất thích hợp cho việc

quảng cáo và các hình thức biểu diễn rất phong phú và đa dạng

III Giao tiếp phím nhấn đơn

Phím đơn là 1 ngoại vi cho phép đưa tín hiệu số vào vi điều khiển để xử

lý, vì vậy trước hết ta cần cấu hình PORTx giao tiếp theo hướng nhận dữ liệu

Dữ liệu nhận vào được lưu trong thanh ghi PINx, và dữ liệu này thay đổi khi trạng thái các chân nhập xuất thay đổi

Phím đơn có 1 hạn chế đó là hiện tượng dội cơ khí Hiện tượng này xảy

ra khi ta ấn phím, phím không lập tức tiếp xúc bền với tiếp điểm mà sẽ dội ra – dập vào liên tiếp nhiều lần(ta không thể cảm nhận được hiện tượng này) Do

đó, tín hiệu sinh ra do phím nhấn sẽ không phải là xung vuông mà sẽ là 1 chuỗi xung liên tiếp có độ rộng xung khá bé Để sử dụng được phím nhấn, ta phải khắc phục hiện tượng dội cơ khí Ta sẽ không quan tâm đến các biện pháp chống dội bằng Smith trigger hay chốt RS mà sẽ nghiên cứu việc chống dội bằng phần mềm tức là viết chương trình có khả năng chống dội cơ khí

1 Giao tiếp phím nhấn đơn giản

Ở phần này chúng ta chưa đề cập đến hiện tượng dội cơ khí mà chỉ xem xét việc nhận dữ liệu qua thanh ghi PINx

Thực hành:

- Sử dụng tiếp dự án BAI1, ta tạo file nguồn mới với tên là

BAI1_2_A.c

- Soạn thảo và biên dịch chương trình sau:

Bài 1 _ 2 _A: Đọc PORT đơn giản

// Hàm (chương trình con) khởi tạo PORT giao tiếp

void init(){

DDRA=0xff;// Cấu hình PORTA là port xuất

DDRC=0x00;// Cấu hình PORTC là port nhập

}

// Chương trình chính

void main(){

init();// Gọi hàm khởi tạo

while(1){ // Vòng lặp đọc phím liên tục

PORTA=PINC; // Gán giá trị đọc về cho PORTA

}

}

- Chương trình trên là chương trình đọc phím đơn giản, nó đọc giá trị nhận được ở PORTC và xuất ra led để hiển thị trạng thái của PORTC

- Chạy mô phỏng chương trình và xem kết quả Ta thấy, thời gian đáp ứng rất nhanh, trong ứng dụng này ta không cảm nhận được hiện tượng dội

cơ khí

- Chương trình tiếp theo có yêu cầu là: khi nhấn phím 1( kết nối với PORTC0) thì giá trị PORTA tăng 1 đơn vị, ấn phím 2 ( kết nối với PORTC1) thì giá trị phím giảm 1 đơn vị (PORTA hiển thị giá trị nhị phân)

Bài 1 _ 2 _B: Đọc phím, thực hiện công việc

char i;

void init(){

DDRA=0xFF;

DDRC=0x00;

}

void main(){

init();

while(1){

DDRC=0x00;

//Kiểm tra trạng thái chân C0

if(PINC0_bit==0){

i++; // Nếu có ấn thì tăng i 1 đơn vị

delay_ms(100);

}

//Kiểm tra trạng thái chân C0

if(PINC1_bit==0){

i ;// Nếu có ấn thì tăng i 1 đơn vị

delay_ms(100);

}

PORTA=i;

}

}

Với chương trình trên, ta thực hiện các thử nghiệm sau:

+Bỏ 2 hàm delay sau đó biên dịch và mô phỏng Ta thấy, Proteus sẽ tự

động kéo giản thời gian để mô phỏng hiện tượng dội phím Ta ấn phím 1 lần

rồi nhả ra nhưng giá trị PORTA không ngừng tăng(hoặc giảm) cho đến 1

khoảng thời gian nhất định

+Thay đổi giá trị thời gian trì hoãn của 2 hàm delay, ta thấy thời gian trì hoãn có tác dụng nhất định, nó bỏ qua giai đoạn xuất hiện các chuỗi xung

không mong muốn

Chương trình trên vẫn chưa sử dụng được vì phím không nhạy (cần thời gian trì hoãn nhiều) và nếu ấn giữ thì phím sẽ thực hiện công việc liên tục

Ta sẽ nghiên cứu thêm về phương pháp chống dội phím ở phần sau

 Để truy xuất từng bit (từng chân) của các PORT ta xử lý các biến sau:

+Nhận dữ liệu: PINxy_bit với x là tên PORT, y là tên chân

+Xuất dữ liệu : PORTxy_bit với x là tên PORT, y là tên chân

Ví dụ : PORTA1_bit=PINC1_bit ;

2 Chống dội phím với thư viện có sẵn của MikroC

MikroC cung cấp cho chúng ta 1 thư viện phím (nút nhấn - button) Để

sử dụng thư viện này, ta phải khai báo bằng cách dùng công cụ Library

manager(View>Library Manager)

Sau đây là bảng tóm tắt về hàm button trong thư viện này:

Prototype unsigned short Button(unsigned short *port, unsigned short pin, unsigned

short time, unsigned short active_state);

Kết quả trả về +255 nếu chân được tác động

+0 nếu xảy ra trường hợp khác

Mô tả -port: tên thanh ghi PINx của port mà phím đang kết nối vào

-pin: Chân của port mà phím kết nối có giá trị từ 0-7 -time: thời gian trì hoãn để chống dội phím (khoảng 100ms)

Yêu cầu Chân kết nối với phím phải cấu hình là ngõ vào

Ví dụ bit oldstate; // Cờ trạng thái trước

void main() {

DDC0_bit = 0; // Cấu hình PORTC0 là ngã

vào

DDRA = 0xFF; //Cấu hình PORTA là ngã

ra

PORTA = 0xAA; // Tạo giá trị đầu cho

PORTA

oldstate = 0;

do {

if (Button(&PINB, 0, 1, 0)) { // Phát hiện được

phím ấn

oldstate = 1; // Cập nhật cờ -

đặt

}

if (oldstate && Button(&PINB, 0, 1, 0)) { //Trước đó có phím ấn và bây giờ có phím ấn thì thực hiện

PORTC = ~PORTC; // Đảo PORTC oldstate = 0; // Cập nhật cờ -

xóa

} } while(1); // Vòng lặp mãi

mãi

}

Hãy biên dịch và chạy mô phỏng ví dụ trên, đã có sự cải tiến khi dùng

biến oldstate (trạng thái cũ) để kiểm tra xem tín hiệu nhận vào đã ổn định chưa

rồi mới thực thi Tuy nhiên, khi bỏ qua thời gian delay (thời gian delay trong

chương trình trên = 1 xem như bỏ qua) thì công việc thực thi quá nhanh khiến

người dùng không kiểm soát được Vì vậy ta tiến hành xây dựng 1 chương

trình chống dội phím khác với yêu cầu đặt ra là:

+ Thực thi công việc 1 lần ngay sau khi ấn phím

+ Công việc chỉ thực hiện lần nữa khi nhả phím và ấn lại lần nữa

+Khi giữ phím thì các công việc khác(các đoạn lệnh khác của chương

trình) vẫn hoạt động bình thường

Từ các yêu cầu trên, ta tham khảo giải thuật chống dội phím ở phần tiếp

theo

3 Chống dội phím bằng phương pháp phát hiện cạnh lên

Lưu đồ giải thuật chống dội phím:

Có

Có

Bắt đầu

Đọc mức logic ở tất cả các phím, cho biết vị trí phím bị tác động (từ 1 đến n)

Có phím bị tác động hay không?

Phím có được

ấn trước đó hay không?

Không Không

Trì hoãn 20ms

Phím đã nhả, cho phép

xử lý công việc nếu lần

tiếp theo có phím ấn

Báo là lần đọc này không

có phím ấn

Báo hiệu là phím đang được ấn Trả về vị trí phím đọc được để bắt đầu xử lý (xử lý xong thì không cho phép xử

lý công việc này đến khi phím nhả)

Thoát Đọc mức logic ở tất cả các phím, cho biết vị

trí phím bị tác động (từ 1 đến n) lần nữa

Có phím bị tác động hay không?

Không

Có

Giải thích:

Bắt đầu chương trình con đọc phím chống dội:

+Gọi hàm đọc phím: hàm này sẽ dùng hàm Button của MikroC để đọc trạng thái các chân kết nối với phím và trả về vị trí phím(ưu tiên các phím

có thứ tự thấp)

+Nếu hàm trả về 0 nghĩa là hiện tại không có phím bị tác động, ta xét tiếp:

-Trước đó có phím ấn: báo là lần đọc này không có phím ấn bằng biến pr (pr=1 thì có phím ấn và bằng 0 là không có phím ấn) và thoát ra mà không trả về giá trị nào cả

-Trước đó không có phím ấn: các phím đang ở trạng thái không

bị tác động nên thoát ra mà không trả về giá trị nào cả

+Nếu hàm trả về vị trí phím bị tác động thì tại trì hoãn 20ms sau đó gọi hàm đọc phím lần nữa

+Nếu hàm trả về 0 nghĩa là hiện tại không có phím bị tác động, ta có thể nói lần đọc trước đó phím bị tác động là do dội cơ khí Thoát ra mà không trả về giá trị nào cả

+ Nếu hàm trả về vị trí phím bị tác động (không thể khác giá trị trước đó

vì 20ms thì người dùng ko đủ thời gian nhả phím và ấn lại phím khác) thì khẳng định đã có phím được ấn Thoát khỏi hàm đọc phím – chống dội và trả về vị trí phím đọc được

Chương trình chính sẽ lấy giá trị phím đọc được đem đi xử lý Điều kiện

xử lý là:

Vị trí phím mới nhận được là số liệu mới(đã nhả phím và ấn phím) Phải có điều kiện này là do nếu lần sau không có phím nhấn, số liệu cũ vẫn còn nên chương trình sẽ xử lý tiếp gây sai yêu cầu

Điều kiện số liệu nhận được là số liệu mới ta thực hiện như sau:

+Sau khi thực hiện công việc xong thì xóa biến flag để báo là xử lý xong không cho phép xử lý tiếp

+Nếu không có phím ấn nữa thì đặt lại flag để báo là đã nhả phím

+Trước khi xử lý công việc thì kiểm tra là có phím nhấn(pr=1) và trước

đó đã nhả phím (flag=1)

Sau đây là code tham khảo:

Bài 1 _ 2 _Mau: Chương trình đọc phím chống

dội tham khảo

char key, pr,flag;

//HAM DOC PHIM - TRA VE VI TRI PHIM DUOC AN

char Button_Read(){

if(Button(&PINC,0,10,0)) return 1;

if(Button(&PINC,1,10,0)) return 2;

if(Button(&PINC,2,10,0)) return 3;

if(Button(&PINC,3,10,0)) return 4; return 0;

}

//HAM DOC PHIM VA CHONG DOI

char Button_Read_Debounce(){

char temp;

temp=Button_Read();

if(temp==0){

if(pr==1){

pr=0;

return;

}

else {

flag=1;

return;

}

}

else{

delay_ms(50);

temp=Button_Read();

if(temp==0) return;

else{

pr=1;

return temp;

}

}

}

//CHUONG TRINH CHINH

void main(){

DDRA=0xff;

DDRC=0x00;

key= Button_Read_Debounce();

if((pr!=0)&&(flag==1)){

flag=0;

công việc ;

}

}

Thực hành kết hợp ứng dụng đọc phím và điều khiển led

Tạo file nguồn mới với tên là BAI1_TH1 Soạn thảo và biên dịch chương trình với yêu cầu sau :

+Dùng 2 phím nhấn điều khiển 8 led

+Khi ấn phím thứ nhất các led sáng dần từ trái sang phải rồi tắt dần từ trái sang phải

+Khi ấn phím thứ hai thì led sáng từ 2 biên vào rồi tắt từ biên vào

Bài tham khảo :

Bai1 _ TH: Thực hành chống dội phím và điều

khiển led

char key, pr, flag, i, j;

//HAM DOC PHIM

//HAM DOC PHIM - TRA VE VI TRI PHIM DUOC AN - MUC TAC DONG PHIM LA THAP

char Button_Read(){

if(Button(&PINC,0,10,0)) return 1;

if(Button(&PINC,1,10,0)) return 2;

if(Button(&PINC,2,10,0)) return 3;

if(Button(&PINC,3,10,0)) return 4;

return 0;

}

//HAM DOC PHIM VA CHONG DOI

char Button_Read_Debounce(){

char temp;

temp=Button_Read();

if(temp==0){

if(pr==1){

pr=0;

return;

}

else {

flag=1;

return;

}

}

else{

delay_ms(50);

temp=Button_Read();

if(temp==0) return;

else{

pr=1;

return temp;

}

}

}

//CHUONG TRINH CHINH

void main(){

DDRA=0xff;

DDRc=0x00;

while(1){

key= Button_Read_Debounce();

if((pr==1)&&(flag==1)){

flag=0;

switch(key){

case 1:

PORTA=0x00;

for(i=0;i<=7;i++){

PORTA=0x01<<i|PORTA;

delay_ms(50);

}

for(i=0;i<=7;i++){

PORTA=0xFE<<i&PORTA;

delay_ms(50);

}

break;

case 2:

PORTA=0x00;