Đồ án cơ điện: tìm hiểu về điều khiển PIC

Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện 1.Tổng quan vi điều khiển PIC PIC họ vi điều khiển RISC sản xuất công ty Microchip Techology hệ PIC PIC1650 phát triển Microelectronics Division thuộc General – Instrument PIC viết tắt “Programmable Intelligent Computer” sảm phẩm hang Gênral Intruments đặt cho dòng sản phẩm PIC 1650 Tại thời điểm PIC1650 dung để giao tiếp với thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vậy, người ta gọi PIC với tên “Peripheral Interface Controller” điều khiển giao tiếp ngoại vi CP1600 CPU mạnh lai yếu hoạt động xuất nhập PIC bit phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ cho hoạt động xuất nhập CP1600 PIC ROOM để chứa mã, khái niệm RISC chưa sử dụng thời ,nhưng PIC thực vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy lệnh với chu kì máy- gồm chu kì điều khiển vào lập trình Năm 1985 General Intruments bán công nghệ vi điện tử họ, chủ sở hữu huỷ bỏ hầu hết dự án- lúc lỗi thời Tuy nhiên PIC bổ sung EEPROM để tạo thành điều khiển vào lập trình Ngày nhiều dòng PIC xuất xưởng với hàng loạt module ngoại vi tích hợp sẵn ( USART, PWM, ADC…) với nhớ chương trình từ 521 Word đến 32K Word Một số đặc tính vi điều khiển PIC Hiện có nhiều dịng PIC có nhiều khác biệt phần cứng điểm qua vài nét sau:               Là CPU 8/16 bit, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi Có nhớ Flash ROM tuỳ chọn từ 256 byte đến 256Kbyte Có cổng xuất nhập (I/O ports) Có timer 8/16 bit Có chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/ khơng đồng USART Có chuyển đổi ADC 10/12 bit Có so sánh điện áp (Voltage Comparators) Có khối Capture/Compare/PWM Có hỗ trợ giao tiếp LCD Có MSSP Peripheral dung cho giao tiếp I2C, SPI, I2S Có nhớ nội EEPROM- ghi/xố lêm tới 1triệu lần Có khối điều khiển động cơ, đọc Encoder Có hỗ trợ giao tiếp USB Có hỗ trợ điều khiển Ethernet GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page SVTH: Nguyễn Huy Cơng Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực  Đồ Án Cơ Điện Có hỗ trợ giao tiếp CAN Đặc điểm thực thi tốc độ cao CPU RISC họ vi điều khiển PIC16F7XA :       Chỉ gồm 35 lệnh đơn Tất lệnh chu kì ngoại trừ chương trình chu kì Tốc độ hoạt động : *DC-20MHz ngõ vào xung clock *DC-200ms chu kì lệnh Dung lượng nhớ chương trình Flash 8Kx14Words Dung lượng nhớ liệu RAM 386x8bytes Dung lượng nhớ liệu EEPROM 256x8bytes a Các đặc tính ngoại vi  Timer0: Là nhớ định thời timer/counter bit có chia trước  Timer1: Là nhớ định thời timer/counter 16bit có chia trước,có thể đếm CPU chế độ ngủ với nguồn xung từ tụ thạch anh nguồn xung bên  Timer2: định thời timer/counter bit, chia trước postscaler  Hai khối Capture, Compare, PWM  Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12.5ns  Compare có độ rộng 16-bit, độ phân giải 200ns  Độ phân giải lớn PWM 10-bit b    Các đặc tính tương tự Có kênh chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ADC 10-bit Có reset BOR (Brown-Out Reset) Khối so sánh điện áp tương tự:  Hai so sánh tương tự  Khối tạo điện áp chuẩn VREF tích hợp bên lập trình  Đa hợp ngõ vào lập trình từ ngõ vào CPU với điện áp chuẩn bên  Các ngõ so sánh truy xuất bên ngồi C Các đặc tính đặc biệt vi điều khiển:  Bộ nhớ chương trình Enhanced Flash cho phép xoá nghi 100000 lần  Bộ nhớ liệu EEPROM cho phép xoá nghi 1000000 lần  Bộ nhớ EEPROM lưu giữ liệu 40 năm tự lập trình lại duới điều khiển phần mềm  Mạch lập trình nối tiếp ICSP thong qua chân (In-Circuit Serial Programming)  Nguồi sử dụng nguồn đơn 5v cấp cho mạch lập trình nối tiếp  Có Watchdog Timer (WDT) với dao đơng RC tích hợp sẵn Chip  Có thể lập trình bảo mật GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page SVTH: Nguyễn Huy Công Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực    Đồ Án Cơ Điện Có thể hoạt động chế độ Sleep để tiết kiệm lượng Có thể lựa chọn dao động Có mạch điện gỡ rối ICD (In-Circuit Debug) thong qua chân D Công nghệ CMOS: Cơng nghệ CMOS có đặc tính : Cơng suất thấp, công nghệ nhớ Flash/ EEPROM tốc độ cao Điện áp hoạt động từ 2V đến 5.5V tiêu tốn lượng thấp Phù hợp với nhiệt độ làm việc công nghiệp thương mại Bảng 2-1 trình bày tóm tắt cấu trúc loại PIC 16F87X Program Memory Device PIC16F873A PIC16F874A PIC16F876A PIC16F877A Byte #Single Words Instructions 7.2K 7.2K 14.3K 14.3K 4096 4096 8192 8192 Data SRAM (Byte) I/O MSSP 192 192 368 368 22 33 22 33 10-Bit A/D(ch) CCP (PWM) SPI 8 2 2 Yes Yes Yes Yes Maste r I2C Yes Yes Yes Yes USART Timers 8/16bit Comparators Yes Yes Yes Yes 2/1 2/1 2/1 2/1 2 2 Bảng Các vi điều khiển họ PIC16F87X Hình 2-1 Trình bày sơ đồ chân loại PIC16F Hình Sơ đồ chân họ PIC16F87XA GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page SVTH: Nguyễn Huy Cơng Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện III VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A 1.Tổng quát PIC16F877A a Giới thiệu: PIC16F877A có 40/44 chân với cấu trúc sau:     Có port xuất nhập Có kênh chuyển đổi A/D Được bổ xung port tử song song Có nhớ gap nối so với PIC16F873A/PIC16G874A Đặc điểm PIC16F877A Tần số hoạt động Reset (và Delay) Bộ nhớ chương trình Flash (14-bit Word) Bộ nhớ liệu (Byte) Bộ nhớ liệu EEPROM( byte) Các nguồn ngắt Các port xuất nhập Timer Các module capture/compare/ PWM Giao tiếp nối tiếp Giao tiếp song song Module A/D 10 bit Bộ so sánh tương tự Tập lệnh Số chân DC-20MHz POR,BOR (PWRT,OST) 8K 368 256 15 Các Port A,B,C,D,E MSSP,USART PSP kênh ngõ vào 35 lệnh 40 chân PDIP 44 chân PLCC 44 chân TQFP 44 chân QFN  Bảng 2-2 tóm tắt đặc điểm PIC16F877A: Bảng Tóm tắt đặc điểm PIC16F877A c Sơ đồ khối: Hình 2-2 trình bày sơ đồ khối PIC16F877A, sơ đồ khối chân PIC gồm khối:      Khối ALU- Arithmetic Logic Unit Khối nhớ chứa trương trình- Flash Program Memory Khối nhớ chứa liệu EEPROM- Data EEPROM Khối nhớ file ghi RAM- RAM file register Khối giải mã lệnh điều khiển- Instruction Decode Control GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page SVTH: Nguyễn Huy Công Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực      Đồ Án Cơ Điện Khối ghi đặc biệt Khối ngoại vi timer Khối giao tiếp nối tiếp Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số- ADC Khối port xuất nhập d Sơ đồ chân chức chân Sơ đồ chân PIC gồm nhiều loại khảo sát loại PIC 40 chân hình 2.3 GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page SVTH: Nguyễn Huy Công Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện Hình Sơ đồ khối PIC16F87XA GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page SVTH: Nguyễn Huy Công Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện Chức chân sau:    Chân OSC1/CLKI(13): Là ngõ vào kết nối với dao động thạch anh ngõ vào chân xung clock bên  OSC1: Ngõ vào dao động thạch anh ngõ vào nguồn xung bên ngồi Ngõ vào có mạch Schmitt Trigger nễu sử dụng dao động RC  CLKI: Ngõ vào nguồn xung bên Chân OSC2/CLKO (14):Ngõ dao động thạch anh ngõ cấp xung clock  OSC2: Ngõ dao động thạch anh Kết nối đến thạch anh cộng hưởng  CLKO: Ở chế độ RC, ngõ OSC2, tần sỗ OSC1 tốc độ chu kì lệnh Hình Sơ đồ chân ChânMCLR/VPP (1): Có hai chức năng:  MCLR: Là ngõ vào reset tích cực mức thấp  Vpp: Khi lập trình cho PIC đóng vai trị ngõ vào nhận điện áp lập trình GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page SVTH: Nguyễn Huy Cơng Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực              Đồ Án Cơ Điện Chân RA0/AN0 (2): Có hai chức :  RA0: Xuất/ nhập số  AN0: Ngõ vào tương tự kênh thứ Chân RA1/ AN1 (3)  RA1: Xuất/ nhập số  AN1: Ngõ vào tương tự kênh thứ Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF(4):  RA2: Xuất/ nhập số  AN2: Ngõ vào tương tự kênh thứ  VR EP-: Ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) A/D  CVREF: Điện áp tham chiếu VRÈ ngõ so sánh Chân RA3/AN3/VREF+ (5):  RA3: Xuất/ nhập số  AN3: Ngõ vào tương tự kênh thứ  VREF+: Ngõ vào điện áp chuẩn (cao) A/D Chân RA4/T0CKI/C1OUT (6):  RA4: Xuất nhập số- mở cấu tạo ngõ  T0CKI: Ngõ vào xung clock bên cho timer  C1OUT: Ngõ so sánh Chân RA5/AN4/SS/C2OUT (7):  RA5: Xuất nhập sô  AN4: Ngõ vào tương tự kênh thứ  SS: Ngõ vào chon lựa SPI phụ  C2OUT: Ngõ so sánh Chân RB0/INT (33):  RB0: Xuất /nhập số  INT: Ngõ vào nhận tín hiệu ngắt ngồi Chân RB1 (34): Xuất nhập số Chân RB2 (35): Xuất nhập số Chân RB3/PGC:  RB3 Xuất /nhập số  PGC:Chân cho phép lập trình điện áp thấp ICSP Chân RB4 (37) RB5 (38): Xuất nhập số Chân RB6/ PGC (39) :  RB6: Xuất nhập số  PGC: Mạch gỡ rối xung clock lập trình ICSP Chân RB7/ PGD (40):  RB7: Xuất nhập số  PGD: Mạch gỡ rối liệu lập trình GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page SVTH: Nguyễn Huy Công Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực             Đồ Án Cơ Điện Chân RC0/T1OCO/T1CKI (15):  RC0: Xuất nhập số  T1OCO: Ngõ vào dao động Timer  T1CKI: Ngõ vào xung clock bên timer1 Chân RC1/T1OSI/CCP2 (16):  RC1: Xuất/ nhập số  T1OSI: Ngõ vào dao động Timer1  CCP2: Ngõ vào Capture2, ngõ compare2, ngõ PWM2 Chân RC2/ CCP1 (17)  RC2: Xuất / nhập số  CCP1: Ngõ vào Capture1, ngõ compare1, ngõ PWM1 Chân RC3/ SCK/ SCL(18):  RC3: Xuất/ nhập số  SCK: : Ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ ngõ chế độ SPI  SCL: Ngõ vào xung clock nối tiếp đồng / ngõ chế độ I2C Chân RC4/SDI/SDA (23):  RC4: Xuất/ nhập số  SDI: liệu vào SPI  SDA: Xuất/ nhập liệu I2C Chân RC5/SDO(24):  RC5: Xuất/ nhập số  SDO: Dữ liệu SPI Chân RC6/TX/CK (26):  RC6: Xuất/ nhập số  TX: Truyền bất đồng USART  CK: Xung đồng USART Chân RC7/RX/DT (27):  RC7: Xuất/ nhập số  RX: Nhận bất đồng USART  DT: Dữ liệu đồng USART Chân RD0/ PSP0 (19):  RD0: Xuất/ nhập số  PSP0 : Dữ liệu port tớ song song Chân RD1/ PSP1 (20):  RD1: Xuất/ nhập số  PSP1 : Dữ liệu port tớ song song Các chân RD2/ PSP2 (21); RD3/ PSP3 (22); RD4/ PSP4(27); RD5/ PSP5(28); RD6/ PSP6(29); RD7/ PSP7 (30) Tương tự chân 19,20 Chân RE0/RD/AN5 (8): GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page SVTH: Nguyễn Huy Công Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực    Đồ Án Cơ Điện  RE0: Xuất/ nhập số  RD: Điều khiển đọc port tớ song song  AN5: Ngõ vào tương tựu Chân RE1/WR/AN6 (9)  RE1: Xuất/ nhập số  WR: Điều khiển ghi port tớ song song  AN6: Ngõ vào tương tự kênh thứ Chân RE2/CS/AN7 (10)  RE2: Xuất/ nhập số  CS: Chip chọn lựa điều khiển port tớ song song  AN7: Ngõ vào tương tự kênh thứ Chân VDD(11,32) VSS(12.31): Là chân nguồn PIC TỔ CHỨC BỘ NHỚ: Có khối nhớ PIC 16F877A Bộ nhớ chương trình nhớ liệu mơ tả chi tiết phần Khối nhớ liệu EEPROM mô tả chi tiết phần sau a Cấu trúc nhớ chương trình PIC16F877A có đếm chương trình 13 bit quản lý nhớ chương trình có dung lượng 8K Word x 14bit (1KWord=14bit) GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page 10 SVTH: Nguyễn Huy Cơng Truờng DHSPKT Hưng n Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện Khi PIC bị reset ghi PC có giá trị 0000h hay cịn vector ngắt có địa 0004H Hình đồ chương ngăn Sơ nhớ trình xếp B Cấu trúc liệu: Bộ liệu chia thành Bank ghi GVHD:Th.s Lê Trí Quang nhớ nhớ phân nhiều chức Page 11 SVTH: Nguyễn Huy Công Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện đặc biệt Hai bit RP1RP0- bit trạng thái thứ thứ dung để chọn bank bảng 23 Mỗi bank mở rộng lên đến địa 7Fh (tương đương với 128byte) Các nhớ có địa thấp bank dành cho nghi chức đặc biệt Trên nghi chức đặc biệt cá ghi đa dụng – xem nhớ RAM Tất bank ghi chứa ghi đặc biệt RP1:RP 00 Ban k 01 10 11 Bảng Lựa chọn bank ghi C File ghi kết tổng quát: File ghi truy xuất trực tiếp gián tiếp qua file ghi đặc biệt GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page 12 SVTH: Nguyễn Huy Cơng Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện Hình 5: Sơ đồ file ghi Quy ước: (1) Các ô nhớ tô màu xám chưa thiế kế đọc có giá trị GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page 13 SVTH: Nguyễn Huy Cơng Truờng DHSPKT Hưng n Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện (2) Các dấu (*) ghi vật lý Chú ý: (1) Những ghi khơng có PIC16F876A (2) Những ghi đựoc bảo vệ Bảng liệt kê ghi nằm bank thứ trình bày bảng 2-4 Bảng Tóm tắt ghi đặc biệt GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page 14 SVTH: Nguyễn Huy Cơng Truờng DHSPKT Hưng n Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện Quy ước: x = Không xác định, u = không thay đổi, q= giá trị tuỳ thuộc vào điều kiện, - = chưa sử dụng đọc có giá trị 0, r = dự trữ Chú ý: (1) Byte cao ghi PC truy xuất trực tiếp PCLATH chứa bit PC, nội dung ghi chuyển cho byte cao ghi PC (2) Các bit PSPIE dự trữ cho PIC16F873A/876A (3) Các ghi địa hố bank (4) POSTD, PORTE, TRISD TRISE khơng có PIC16F873A/876A đọc có giá trị (5) Bit thứ ghi EEADRH dùng cho PIC16F876A/877A GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page 15 SVTH: Nguyễn Huy Cơng Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện Bảng liệt kê ghi nằm bank thứ1 trình bày bảng 2-5 Bảng Tóm tắt nghi đặc biệt GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page 16 SVTH: Nguyễn Huy Cơng Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện Bảng liệt kê nghi nằm bank thứ trình bày bảng 2-6 Bảng 6: Tóm tắt ghi đặc biệt d Các ghi có chức đặc biệt GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page 17 SVTH: Nguyễn Huy Công Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện Những ghi chức đặc biệt ghi sử dụng CPU khối ngoại vi để điều khiển hoạt động theo yêu cầu CPU Những ghi xem RAM tĩnh Thanh ghi trạng thái status TGTT chứa trạng tháu khối ALU, trạng thái Reset bit chọn nhớ liệu STATUS REGISTER (ADDRESS 03h, 83h,103h, 183h) R/W-0 IRP Bit Bit R/W-0 RP1 R/W-0 RP0 R-1 TO R-1 PD RW-x Z RW-x DC RW-x C bit IRP: bit lựa chọn ghi (dùng địa gián tiếp) 1= bank 2,3 (100h-1FFh) 0= bank 0,1 (00h-FFh) Bit 6-5 RP1:RP0: bit lựa chọn ghi (dùng địa trực tiếp) 11= back (180h-1FFh) 10= bank (100h-FFh) 01=bank (80h-FFh) 00= bank (00h- 7Fh) Mỗi bank 128 byte Bit TO: Time-out bit (Bit thời gian chờ) 1= sau mở nguồn, lệnh CLRWDT hoăc SLEEP 0= thời gian chờ WDT thực Bit PD: Power-down bit (bit tắt nguồn) 1= sau mở nguồn lệnh CLRWDT 0= sau thực SLEEP BIT Z: Zero bit (bit0) 1= kết GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page 18 SVTH: Nguyễn Huy Công Truờng DHSPKT Hưng Yên Khoa : Cơ Khí Động Lực Đồ Án Cơ Điện 0= kết khác Bit DC : Digit carry/borrow bit ( lệnh ADDWF, ADDLW, SUBLW, SUBWF) (bit tràn/ mượn) 1= công bit thấp bị tràn 0= cộng bit thấp không bị tràn Bit : C: Carry/borrow bit (các lệnh ADDWF, ADDLW, SUBLW, SUBWF) 1= kết phép tốn có tràn 0= kết phép tốn khơng bị tràn Chú ý: Nếu phép tốn trừ trạng thái cờ DC C ngược lại cụ thể sau: phép trừ lớn cờ C 1, kết trừ nhỏ cờ C Quy ước: R= bít đọc, W= bit ghi, U= bit chưa sử dụng đọc Quy ước : -n= giá trị tuỳ thuộc POR, ‘1’= bit bị SET, ‘0’= bit bị xố ,x= bit khơng xác định Thanh ghi OPTION_REC Là ghi đọc/ghi, ghi có bit điều khiển khác để thiết lập chia trước cho Timer0/WDT, ngắt INT bên ngoài, Timer0 treo PORTB OPTION_REG REGISTER (ADDRESS 81h,181h) GVHD:Th.s Lê Trí Quang Page 19 SVTH: Nguyễn Huy Công