Vi điều khiển chuẩn công nghiệp pic16f84a và các chương trình ứng dụng

Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi ñiều khiển chuẩn công nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - MỞ ĐẦU Sự cần thiết ñề tài nghiên cứu: Bài toán xuất phát từ phát triển với tốc độ nhanh chóng ứng dụng vi ñiều khiển công nghiệp ñời sống, ñồng thời với yêu cầu ngày cao ñào tạo nghề ngành dạy nghề nói chung trường Cao đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội nói riêng đào tạo ngành Điện tử cơng nghiệp, Cơ điện tử, Điện công nghiệp Mục tiêu luận văn: Do vậy, luận văn tơi đưa phương pháp nghiên cứu nhằm phục vụ q trình đào tạo mơ ñun vi ñiều khiển cho ñạt ñược hiệu tốt Mục tiêu luận văn làm rõ kết cấu phần cứng mơ đun ứng dụng cụ thể mà em sinh viên sử dụng q trình tìm hiểu nghiên cứu dịng vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A Trực quan hóa chương trình ứng dụng cách linh hoạt thơng qua mơ đun thí nghiệm (thực hành) tương ứng sử dụng mơ hình từ giúp cho sinh viên có khả vận hành thiết bị dây chuyền sản xuất có dùng vi điều khiển thực tiễn cơng tác sau Nâng cao tính sáng tạo nghiên cứu khoa học cho giáo viên dạy nghề Giảm thiểu chi chí mua sắm thiết bị, vật tư phục vụ cho trình học tập LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
Hiện nay, máy móc cơng nghiệp thiết bị phục vụ sinh hoạt cho sống ñều ñược ñiều khiển mạch ñiện tử, mà xử lý trung tâm Chíp vi điều khiển Các Chíp lập trình thân chúng ta, lý để phải bỏ cơng sức ñể tìm hiểu nghiên cứu chúng
Một Chíp vi điều khiển mạnh, tiện ích phổ biến nay, ngồi họ MCS51 ATML, Philip,…thì phải kể đến dịng vi điều khiển PIC Ngày với ña dạng nhiều chủng loại khác PIC, đặc biệt tính ổn định chúng ñã làm cho nhiều người ưa chuộng ứng dụng chúng ngày rộng rãi nhiều nước giới Học viên: Nguyễn Anh Tú Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng -
Các vi ñiều khiển PIC ñược sản xuất hãng Microchip, để tìm hiểu thơng tin dịng PIC, truy cập website: www.microchip.com
PIC họ vi ñiều khiển RICS (Reduced Instructions Set Computer – Máy tính với tập lệnh thu giảm) sản xuất cơng ty Microchip Technology Dịng PIC ñầu tiên PIC1650 ñược phát triển Microelectronics Division thuộc General Instrument PIC bắt nguồn chữ viết tắt "Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình thơng minh) sản phẩm hãng General Instruments ñặt cho dịng sản phẩm họ PIC1650 Lúc này, PIC1650 ñược dùng ñể giao tiếp với thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600, vậy, người ta gọi PIC với tên "Peripheral Interface Controller" (Bộ ñiều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 CPU tốt, lại hoạt ñộng xuất nhập, PIC 8bit phát triển vào khoảng năm 1975 ñể hỗ trợ hoạt ñộng xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode ñơn giản ñặt ROM, mặc dù, cụm từ RISC chưa ñược sử dụng thời bây giờ, PIC thực vi ñiều khiển với kiến trúc RISC, chạy lệnh chu kỳ máy (4 chu kỳ dao ñộng) Năm 1985 General Instruments bán phận vi ñiện tử họ, chủ sở hữu hủy bỏ hầu hết dự án lúc q lỗi thời Tuy nhiên PIC ñược bổ sung EEPROM ñể tạo thành điều khiển vào khả trình Ngày nhiều dịng PIC xuất xưởng với hàng loạt module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC ), với nhớ chương trình từ 512 Word ñến 32K Word Họ vi ñiều khiển PIC dsPIC hãng chế tạo sản xuất với cơng nghệ đại, phù hợp cho ứng dụng đơn giản phức tạp Đặc biệt ngồi ngơn ngữ lập trình assembler MCU khác, người dùng lập trình PIC ngơn ngữ C quen thuộc thông qua phần mềm hỗ trợ ( PIC18C ; CCS C ;…….)
Khác với họ 8051 INTEL, họ PIC ñược thiết kế với tập lệnh rút gọn ñược gọi RISC, viết tắt cụm từ: Reduced Instruction Set Computer (Tập lệnh rút gọn)
Lập trình PIC dựa tập lệnh bao gồm khoảng 35 lệnh 77 lệnh với dòng PIC high – end nên người học dễ dàng tiếp cận với họ vi ñiều khiển PIC Học viên: Nguyễn Anh Tú Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau đại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng -
PIC cho phép chạy với loại chương trình nhỏ hiệu chương trình lớn, phần ña dạng chủng loại chiến lược cơng ty dễ dàng thay vi mạch kỹ thuật số Chíp vi điều khiển thơng minh
Giá thành PIC rẻ so với dòng Chíp khác tốc độ xung Clock lại cao
Trong hội thi tay nghề Thành phố, Quốc gia Asean vi điều khiển PIC ñều ñược lựa chọn sử dụng thi VI ĐIỀU KHIỂN PIC - Nguyên lý cấu tạo
Kiến trúc vi ñiều khiển ñược phân loại dựa tiêu chí khác nhau, cách phân loại thường gặp ñánh giá dựa vào tập lệnh, mà cụ thể số lượng lệnh Như trình bày phần trên, PIC16F84A có khoảng 35 lệnh ñể nhớ Một cách phân loại khác dựa vào cách thức truy cập nhớ liệu nhớ chương trình, theo đó:  Nếu việc truy xuất nhớ liệu nhớ chương trình hợp thành nhớ gọi kiến trúc Vonneuman  Nếu nhớ liệu nhớ chương trình truy xuất độc lập kiến trúc Harvard
PIC 16F84A vi điều khiển có kiến trúc Harvard, sử dụng 14bit cho lệnh tập lệnh hầu hết có từ (Word) - Các kiểu cấu trúc nhớ  Kiến trúc HARVARD:
Với kiến trúc RISC, CPU thường sử dụng cấu trúc HARVARD
BUS chương trình BUS Data phân chia tách biệt (có thể độ rộng chúng khơng giống nhau)
Họ vi điều khiển PIC ñã sử dụng:  Bộ nhớ liệu RAM: Các ghi địa có 8bit Học viên: Nguyễn Anh Tú Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi ñiều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng -  Bộ nhớ chương trình ROM: Có độ rộng 12bit, 14bit, 16bit (trong EPROM, Flash ROM) BỘ NHỚ BỘ NHỚ CPU DỮ LIỆU CHƯƠNG 12 14 16 TRÌNH Hình ST.1: Sơ đồ khối kiến trúc HARVARD Kiến trúc VON NEUMAN:
Với kiến trúc Von neuman thường sử dụng máy tính 80x86, 68HC1 nhiều loại khác
Đặc ñiểm kiến trúc có BUS CPU nhớ (dữ liệu chương trình)
Bộ nhớ chương trình liệu dùng chung, ñó chúng phải có ñộ rộng bit tương tự Chú ý: Họ 8051 có kiến trúc Harvard lệnh lại có kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computer) Tập lệnh phức tạp (lớn 100 lệnh), lệnh thường thực thi nhiều chu kỳ xung clock (Tcyc) BỘ NHỚ CPU CHƯƠNG TRÌNH VÀ DỮ LIỆU Hình ST.2: Sơ đồ khối kiến trúc VONNEUMAN Học viên: Nguyễn Anh Tú Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - LĨNH VỰC ỨNG DỤNG Một vi ñiều khiển ñược ứng dụng rộng rãi có nhiều tài nguyên họ vi ñiều khiển PIC Vi ñiều khiển PIC ngày ñược ứng dụng gần tất lĩnh vực thiết bị ñiện tử tự ñộng hóa, từ ứng dụng cơng nghiệp sản phẩm dân dụng, ứng dụng chuyên dụng qn sự, cơng nghệ thơng tin, điện tử viễn thông… Học viên: Nguyễn Anh Tú Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - PHẦN VI ĐIỀU KHIỂN CHUẨN CÔNG NGHIỆP PIC16F84A Chương 1: VI ĐIỀU KHIỂN CHUẨN CÔNG NGHIỆP PIC16F84A 1.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 1.1.1 Tổng quan - PIC16F84A có kiến trúc RISC - PIC16F84A có 35 lệnh nên dễ học dễ nhớ - Hầu hết lệnh thực thi chu kỳ lệnh (chỉ có số lệnh phải cần hai chu kỳ ñể thực thi) - Tốc ñộ hoạt ñộng PIC16F84A: Nguồn xung nhịp hoạt ñộng lên ñến 20Mhz, giá trị xung nhịp thời gian thực thi lệnh khoảng 200ns - Bộ nhớ chương trình PIC16F84A 1024word (14bit) - Bộ nhớ liệu RAM PIC16F84A 64byte (8bit) - Bộ nhớ liệu EEPROM PIC16F84A 64byte (8bit), ghi/xóa lên đến 1013 lần - Tất byte liệu có độ dài 8bit - PIC16F84A có nhớ chương trình dạng Flash, ghi/xóa lên đến 10.000 lần - PIC16F84A có Wacthdog time hoạt ñộng với nguồn dao ñộng RC độc lập tích hợp bên PIC - PIC16F84A có hỗ trợ chế độ Sleep nhằm tiết kiệm lượng ngừng hoạt ñộng thời gian dài - Ta chọn nhiều kiểu dao động (OSC) cho PIC16F84A Học viên: Nguyễn Anh Tú Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - 1.1.2 Sơ đồ chân Hình 1.1: Sơ đồ chân PIC16F84A - PIC16F84A có tất 13 đường nhập/xuất (13 chân I/O) song cơng hoạt động ñộc lập nhau; - Mỗi chân nhập/xuất PIC16F84A điều khiển trực tiếp LED với dịng điện lớn, đó:  Dịng vào khoảng 25mA (Max) chân  Dòng khoảng 25mA (Max) chân - PIC16F84A có Time gọi TIME0 8bit, kèm theo chia cho phép lập trình - Các chân Port A: PORTA có chân, kí hiệu RA0, RA1, RA2, RA3, RA4 Ngõ vào (Input) tất chân PORTA có mức tích cực theo chuẩn TTL ngõ xuất (Output) ñược ñiều khiển FET – CMOS Khi làm việc với PORTA ta cần ñặc biệt ý đến chân RA4 chân RA4 có cấu trúc đặc biệt Là cổng ñược thiết kế FET kênh N mạch Schmitt Trigger làm ñệm cho Học viên: Nguyễn Anh Tú Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - ngõ vào Có thể hiểu cách khái quát chân RA4 có cực máng hở xuất liệu, giao tiếp với RA4 cần phải mắc thêm điện trở nối với dương nguồn Ngồi chân RA4 cịn có chức nhận nguồn từ bên ngồi cho TIMER chế độ COUNTER - Các chân PortB: PORTB có tất chân, từ RB0 (chân 6) ñến RB7 (chân13) hoạt ñộng hai chế ñộ nhập xuất liệu Các chân RB0, RB1, RB2, RB3 không dùng FET – CMOS cho mạch ñiện ngõ PORTA, thay vào ñó dùng cổng logic Trong chế ñộ nhập liệu (input) PORTB có mạch điều khiển điện trở nối với dương nguồn gọi PULL – UP, giá trị ñiện trở lớn (khoảng 47KΩ) nên cịn gọi WEAK PULL UP RESISTAL (việc điều khiển PULL - UP tiến hành thơng qua việc tác động ghi OPTION_REG) Vì chân PORTB có nhiều chức khác để dễ nhớ chia làm thành phần sau:  Chân RB0 có hai chức là:  Nhập – xuất liệu  Ngắt ngồi Nó ñược kết nối với mạch ñiện bên PIC16F84A thông qua ñệm SCHMITT TRIGGER nên chân ñược ký hiệu RB0/INT  Các chân RB1, RB2, RB3: Làm nhiện vụ nhập – xuất liệu  Các chân RB4, RB5, RB6, RB7 :Ngoài chức nhập – xuất liệu, chúng cịn chân nhận dạng tín hiệu ngõ vào (khi tín hiệu chân thay ñổi phát sinh ngắt) Để sử dụng ñược chức cần lập trình ghi INTCON - Chân Reset Chân PIC16F84A chân Reset, hình vẽ ký hiệu MCLR Chân Reset có nhiệm vụ bắt vi ñiều khiển khởi ñộng lại chương trình từ ñầu chân tác động mức tích cực mức thấp Khi có mức thấp tác động vào chân cơng việc PIC kết thúc Học viên: Nguyễn Anh Tú Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi ñiều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - tiến hành hoạt ñộng lại từ ñầu (quá trình xảy tương tự thao tác bật nguồn Khi bật nguồn, ñiện áp dương VDD cấp cho PIC ñạt khoảng từ 1.2v ñến 1.7v thời điểm PIC nhận dạng tín hiệu Reset thi hành, ta gọi POWER ON RESET) Tín hiệu Reset PIC nhận dạng thơng qua thay ñổi ñiện áp VDD rơi chân (MCLR) Để làm việc bên PIC có mạch nhận dạng Power on Reset (POR), nhiên yêu cầu ñặt thay ñổi ñiện áp VDD phải nhanh khoảng 50ms Nếu ñiện áp VDD thay đổi chậm 50ms cần có mạch Reset bên ngồi thiết kế hình đây: VDD 1N4148 D R2 10KΩ R1 MCLR 100Ω ÷ 470Ω 0.1µ µF PIC 16F84A C Hình 1.2: Sơ đồ mạch reset PIC16F84A Nguyên lý hoạt ñộng mạch ñiện ñược mô tả sau: Khi lần ñầu tiên ñiện áp ñược cấp, tụ C ñược nạp điện thơng qua R2 Như ta có mạch điện trễ (Delay) R2 - C, ñiện áp rơi chân tạo lên tín hiệu Reset cho PIC Nói cách khác, ñiện áp chân ñược giữ mức thấp khoảng thời gian lâu hơn, thời gian nhằm mục đích nguồn cung cấp đạt ñược ổn ñịnh Bởi khởi ñộng hệ thống thời điểm hệ thống tiêu thụ dịng ñiện lớn, ñó ñiện áp bị ổn ñịnh nên khoảng thời gian cần giữ cho ñiện áp chân PIC mức thấp lâu Đây lý cần phải sử dụng mạch Reset Diode D có tác dụng bảo vệ chân ngắt nguồn, D làm nhiệm vụ tạo ñường dẫn ñể tụ C phóng điện Học viên: Nguyễn Anh Tú Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - - Các chân OSC1 OSC2 Chân 15 Chân 16 chân xung nhịp, đó:  Chân 15: OSC2/CLKOUT  Chân 16: OSC1/CLKIN Vi ñiều khiển PIC thực thi chương trình tốc ñộ ñịnh, tốc ñộ ñược xác ñịnh thông qua tần số dao ñộng Bộ tạo dao ñộng PIC mạch dao ñộng RC hay dao ñộng dùng tinh thể thạch anh Bộ dao ñộng hoạt ñộng sau cấp nguồn cho PIC PIC16F84A hoạt động với kiểu dao ñộng khác là:  LP : Low Power Crytal (Thạch anh nguồn thấp)  XT : Crytal/Resonator (Thạch anh/Bộ cộng hưởng)  HS : Hight Speed Crytal/Resonator (Thạch anh tốc ñộ cao/Bộ cộng hưởng)  RC : Resistor/Capacitor (Điện trở/tụ ñiện) Việc cho PIC hoạt ñộng với kiểu dao ñộng tùy thuộc vào thông qua bit FOSC1 FOSC2 Word Config nhớ chương trình Việc ñược làm lúc nạp file chương trình cho PIC Thơng thường ta chọn kiểu dao động cho PIC kiểu XT (Dùng thạch anh 4MHz) loại RC - Các chân cấp nguồn  Chân chân nối Mass, hình vẽ ký hiệu VSS  Chân 14 chân nhận nguồn điện áp dương, hình vẽ kí hiệu VDD PIC16F84A hoạt động với dải ñiện áp thấp (từ 2v ñến 5v), tiêu thụ dòng nhỏ (khoảng 2mA với điện áp 5v) Có thể nói PIC16F84 tiết kiệm lượng, thích hợp ứng dụng công nghiệp 1.1.3 Phân bố nhớ PIC 16F84A 1.1.3.1 Phân bố nhớ ROM RAM: PIC16F84A có kiến trúc Harvard nên có hai khối nhớ ñược truy xuất BUS riêng biệt nhau, là:  Bộ nhớ liệu Học viên: Nguyễn Anh Tú 10 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi ñiều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - * Mơ hình ñược xây dựng nhằm giải cách cụ thể vấn ñề sau: Làm rõ kết cấu phần cứng mơ đun ứng dụng cụ thể mà em sinh viên sử dụng trình tìm hiểu nghiên cứu dịng vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A PIC16F877 Trực quan hóa chương trình ứng dụng cách linh hoạt thơng qua mơ đun thí nghiệm (thực hành) tương ứng sử dụng mơ hình từ giúp cho sinh viên có khả vận hành ñược thiết bị dây chuyền sản xuất dùng vi điều khiển Nâng cao tính sáng tạo nghiên cứu khoa học cho giáo viên dạy nghề Giảm thiểu chi chí mua sắm thiết bị, vật tư phục vụ cho trình học tập * Lý lựa chọn họ vi ñiều khiển PIC: Khác với họ 8051 INTEL, họ PIC ñược thiết kế với tập lệnh rút gọn ñược gọi RISC, viết tắt cụm từ: Reduced Instruction Set Computer (Tập lệnh rút gọn) Lập trình PIC dựa tập lệnh bao gồm khoảng 35 lệnh 77 lệnh với dòng PIC high – end nên người học dễ dàng nhanh chóng tiếp cận với họ vi điều khiển PIC Giá thành PIC rẻ so với dịng Chíp khác tốc độ xung Clock lại cao Trong hội thi tay nghề Thành phố, Quốc gia Asean vi điều khiển PIC ñều ñược lựa chọn sử dụng thi 1.3 PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA MƠ HÌNH Mơ hình sử dụng nguyên vật liệu nước, linh kiện có sẵn, dễ tìm để chế tạo, cải tiến thiết bị Mơ hình thiết kế có độ bền cao, giá thành phù hợp, có khả thay thiết bị ngoại nhập, có màu sắc hài hồ, ñường nét cân xứng, thể ñược tính thẩm mỹ thu hút ý học viên, có khả chế Học viên: Nguyễn Anh Tú 72 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - tạo hàng loạt Mơ hình sử dụng cho nhiều giảng mở rộng phục vụ cho thực tiễn sản xuất nhu cầu sử dụng xã hội Cụ thể, Trường Cao đẳng nghề cơng nghiệp Hà Nội, mơ hình nghiên cứu, chế tạo dùng ñể giảng dạy lý thuyết thực hành mơ đun 25 “Vi điều khiển” cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề ngành điện tử cơng nghiệp ñiện tử dân dụng với nội dung yêu cầu sau: CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN ĐÀO TẠO VI ĐIỀU KHIỂN Mã số mơ đun: MĐ 25 Thời gian mơ đun: 150h; Thực hành:105h) Thời gian Số Tên mơ đun TT (Lý thuyết: 45h; Sơ lược lịch sử hướng phát Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra* 2 triển vi ñiều khiển Cấu trúc họ vi ñiều khiển 16 10 Tập lệnh 20 14 Bộ ñịnh thời 20 14 Cổng nối tiếp 20 14 Ngắt 20 14 Phần mềm hợp ngữ 52 13 39 150 45 105 Cộng - Trong tiết giảng lý thuyết: Trình bày cấu tạo phần cứng mơ đun ứng dụng cụ thể thực tiễn - Trong tiết giảng thực hành: Chạy thử chương trình ứng dụng mà sinh viên lập trình để kiểm chứng phần học lý thuyết với phần học thực hành Học viên: Nguyễn Anh Tú 73 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi ñiều khiển chuẩn công nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - - Mơ hình sử dụng để giảng dạy lý thuyết thực hành thực tập mơ đun điện tử ứng dụng ñiều khiển tự ñộng mô ñun kỹ thuật cảm biến CHƯƠNG ĐẶC TÍNH CỦA MƠ HÌNH Mơ hình ñược thiết kế nhằm thể rõ khái niệm trừu tượng mạch điện ngơn ngữ lập trình học vi điều khiển Giúp học sinh – sinh viên thực nghiệm chương trình ứng dụng cách trực quan, qua hiểu Học viên: Nguyễn Anh Tú 74 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - rõ kết hợp lý thuyết với thực hành Mơ hình xây dựng dựa tiêu chí như:
Tính sư phạm: Mơ hình thiết kế theo dạng mơ đun hóa nhằm giúp cho sinh viên dễ tiếp thu học mơ đun khó, từ tạo cho sinh viên say mê học tập, hứng thú tiếp cận cơng nghệ
Tính khoa học, kỹ thuật: Đặc tính mơ hình ñược thể số tiêu chí sau: - Hộp gá lắp thiết bị: Được làm sắt, sử dụng cơng nghệ dập để gia cơng Hộp mạ sơn tĩnh ñiện ñể ñảm bảo ñộ bền an tồn cho thiết bị Hộp có kích thước (dài, rộng, cao) 530x400x250mm - Giao diện mơ hình: Mơ hình ñược thiết kế bề mặt phíp với kích thước 343x288mm Trên mơ đun bố trí riêng khu vực Các khối giao tiếp mở rộng ñược kết nối với hệ thống thông qua cáp truyền thông nhằm tạo thuận tiện cho người sử dụng Riêng mơ đun ứng dụng băng tải ứng dụng ñộng bước ñược ñặt riêng biệt hộp gá lắp thiết bị - Sáng tạo: Mơ hình tích hợp mạch nạp chương trình khơng cần dùng mạch nạp ngồi, từ tiết kiệm thời gian học tập tiết kiệm đáng kể chi phí phục vụ cho việc đào tạo Ngồi ra, mơ hình cịn có hệ thống mơ số hoạt động dây truyên sản xuất thực tế nên giúp cho sinh viên dễ dàng làm việc nhà máy
Tính ứng dụng: Ngồi việc ứng dụng học mơ đun vi điều khiển, mơ hình cịn xây dựng để giảng dạy số nội dung mơ ñun kỹ thuật cảm biến mô ñun ñiện tử ứng dụng tự động điều khiển
Tính kinh tế: Các mơ đun thí nghiệm vi điều khiển có thị trường khơng có khả mơ tả ñược ứng dụng cụ thể thực tế môi trường sản xuất nên khó để sinh viên trường nghề nhận thực làm quen với công nghệ Đồng thời, giá thành sản phẩm mơ đun ñược bán với giá cao nên trường nghề khó có khả đáp ứng đủ số lượng sinh viên ngành học tập ñầy ñủ Học viên: Nguyễn Anh Tú 75 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - 2.1 GIAO DIỆN CỦA MƠ HÌNH Mơ hình thiết kế bề mặt phíp với kích thước 343x288mm Trên mơ đun bố trí riêng khu vực Riêng mơ đun băng tải đặt riêng biệt hộp giá lắp thiết bị Hình 2.1 – Giao diện mơ hình 2 CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN - Hộp gá lắp thiết bị: Hộp sắt dập, sơn tĩnh ñiện ñể ñảm bảo ñộ bền an tồn cho thiết bị Hộp có kích thước (dài, rộng, cao) 530x400x250mm Học viên: Nguyễn Anh Tú 76 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - - Board mạch chủ ñược thiết kế bề mặt phíp nguyên khối với mạch in lớp, lỗ xun tâm Board mạch chủ có kích thước 343x288mm - Nguồn cung cấp cho mơ hình: 220v xoay chiều - Nguồn cung cấp cho mơ đun: +5v; +12v; -5v; -12v - Mơ hình có 03 mức nguồn chiều ra: +5v; +12v; -12v - Các mơ đun ứng dụng kết nối với khối CPU thơng qua cáp truyền thông chuẩn công nghiệp - Ngôn ngữ lập trình: Sử dụng ngơn ngữ C Assembly - Mạch nạp: Pickit2 - Vi điều khiển: PIC16F84A với thơng số kỹ thuật sau: OSC1/CLKIN: : Oscillator crystal input External clock source input Oscillator crystal output OSC2/CLKOUT : Connects to crystal or resonator in crystal oscillator mode Master clear(reset)input MCLR(inv) : Programming voltage input This pin is an active low reset to the device RA0 - RA3 : Bi-directional I/O port RA4/T0CKI : RB0/INT : RB1 - RB7 : Bi-directional I/O port VSS : Ground VDD : Positive supply (+2.0V to +5.5V) Bi-directional I/O port Clock input to the TMR0 timer/counter Bi-directional I/O port External interrupt pin CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG MƠ HÌNH NẠP CHƯƠNG TRÌNH: Học viên: Nguyễn Anh Tú 77 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - Bước 1: Tạo Project Bước 2: Viết chương trình Bước 3: Biên dịch chương trình mã máy (FILE *.HEX) Bước 4: Kết nối máy tính với mơ hình thơng qua cổng truyền thông Bước 5: Cấp nguồn cho mô hình Bước 6: Kiểm tra điều kiện kết nối tiến hành nạp chương trình biên dịch thơng qua mạch nạp mơ hình CHẠY CÁC CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG: Phương pháp chung Bước 1: Kết nối mơ đun CPU với mơ đun ứng dụng cần chạy Bước 2: Cấp nguồn cho mơ hình Bước 3: Quan sát tải ñể kiểm chứng với kết lập trình 2 Phương pháp chi tiết cho mơ đun ứng dụng 3.2.2.1 Mơ đun điều khiển LED đơn: - Kết nối mơ đun LED đơn tới mơ đun CPU theo thứ tự sau: Từ LD1 ñến LD8  từ RB0 ñến RB7 - Nạp chương trình điều khiển LED đơn cho vi điều khiển - Quan sát LED mơ đun LED đơn để kiểm chứng 3.2.2.2 Mơ đun điều khiển LED thanh: - Kết nối mơ đun LED ma trận tới mơ ñun CPU theo thứ tự sau: Từ A4 ñến A1  từ RA0 ñến RA4 Từ A ñến DT  từ RB0 đến RB7 - Nạp chương trình điều khiển LED cho vi ñiều khiển - Bật SW mơ đun LED lên ON - Quan sát LED mơ đun LED để kiểm chứng 3.2.2.3 Mơ đun điều khiển LED ma trận: - Kết nối mơ đun LED tới mơ ñun CPU theo thứ tự sau: CLK  RA0; STR  RA1; DT  RA2 Học viên: Nguyễn Anh Tú 78 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau đại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - Từ C1 ñến C8  từ RB0 ñến RB7 - Nạp chương trình ñiều khiển LED ma trận cho vi điều khiển - Bật SW mơ ñun LED ma trận lên ON - Quan sát LED mơ đun LED ma trận để kiểm chứng 3.2.2.4 Mơ đun điều khiển LCD: - Kết nối mơ ñun LCD tới mô ñun CPU theo thứ tự sau: RS  RB0; RW  RB1; EN  RB2 Từ D4 ñến D7  từ RB3 ñến RB6 - Nạp chương trình điều khiển LCD cho vi điều khiển - Bật SW mơ đun LCD lên ON - Quan sát hình LCD để kiểm chứng 3.2.2.5 Mơ đun ñiều khiển ñộng DC: - Kết nối mô ñun ñộng DC tới mô ñun CPU theo thứ tự sau: PWM  RB4; L  RB5; R  RB6 - Kết nối mơ đun BT Single tới mơ đun CPU theo thứ tự sau: BT1  RB0: Điều khiển tăng tốc ñộ ñộng DC BT2  RB1: Điều khiển tăng giảm tốc ñộ ñộng DC BT3  RB3: Điều khiển ñảo chiều ñộng DC - Nạp chương trình điều khiển động DC cho vi điều khiển - Bật SW mơ đun điều khiển động DC lên ON - Quan sát trạng thái ñộng DC ñể kiểm chứng 3.2.2.6 Mô ñun ñiều khiển động bước: - Kết nối mơ đun động bước tới mơ đun CPU theo thứ tự sau: Từ A ñến D  từ RB0 ñến RB3 - Kết nối mơ đun BT Single tới mơ đun CPU theo thứ tự sau: BT1  RA0: Điều khiển tăng tốc ñộ ñộng bước BT2  RA1: Điều khiển tăng giảm tốc ñộ ñộng bước BT3  RA3: Điều khiển ñảo chiều ñộng bước - Nạp chương trình điều khiển động bước cho vi điều khiển Học viên: Nguyễn Anh Tú 79 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - - Bật SW mơ đun điều khiển động bước lên ON - Quan sát trạng thái ñộng bước ñể kiểm chứng 3.2.2.7 Mô ñun ñiều khiển LED giao thơng: - Kết nối mơ đun LED giao thơng tới mơ đun CPU theo thứ tự sau: G1  RA0; Y1  RA1; R1  RA2 G2  RB0; Y2  RB1; R2  RB2 - Nạp chương trình điều khiển LED giao thơng cho vi điều khiển - Quan sát LED mơ đun LED giao thơng để kiểm chứng 3.2.2.8 Mơ đun điều khiển ma trận phím nhấn: - Kết nối mơ đun ma trận phím nhấn tới mơ đun CPU theo thứ tự sau: Từ H4 ñến H1  từ RB0 ñến RB3 Từ C4 ñến C1  từ RB4 đến RB7 - Nạp chương trình ñiều khiển ma trận phím nhấn cho vi ñiều khiển - Quan sát tải để kiểm chứng 3.2.2.9 Mơ đun giao tiếp RS232: - Kết nối chân TX tới RA3 RX tới RA2 - Kết nối CPU tới LCD theo thứ tự sau: RS  RB0; RW  RB1; E  RB2; D4  RB3 D5  RB4; D6  RB5; D7  RB6 - Nạp chương trình RS232 cho vi điều khiển Kết nối máy tính thơng qua cổng Com ảo - Khởi động chương trình điều khiển cổng COM có tên Teminal tiến hành Connect tới cổng Com ảo vừa ñược tạo (Cổng vừa ñược tạo hiển thị lên cổng khác ẩn ñi Với cổng USB cắm vào tạo cổng Com ảo khác nhau, phải cắm ñúng vào cổng USB ñã cài ñặt trước) - Tại cửa sổ Transmit nhập kí tự nhấn Send File Màn hình LCD hiển thị kí tự vừa nhận ñược ñồng thời gửi trả lại máy tính kí tự nhận ký tự –OK ñi kèm (ví dụ: A – OK) khung Receive Teminal 3.2.2.10 Mơ đun INTERUPTS Học viên: Nguyễn Anh Tú 80 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi ñiều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - - Kết nối EXT1  RB4 EXT2  RB5 từ modul Interupts vào mơ đun CPU - Kết nối PWM  RB0, L  RB1, R  RB2 từ mơ đun CPU mơ đun ñộng DC - Nạp chương trình INTERUPTS cho vi ñiều khiển - Tiến hành tác ñộng cảm biến EXT1 EXT2 Khi động chạy thuận chạy ngược theo trạng thái cảm biến bị tác động 3.2.2.11 Mơ đun DAC0808 - Kết nối mơ đun RS232 tới mơ đun CPU theo thứ tự sau: TX  RA0; RX  RA1 - Kết nối đường liệu từ mơ đun CPU tới DAC0808 theo thứ tự sau: (Từ RB0 ñến RB7) nối với (từ A8 đến A1) - Nạp chương trình DAC0808 cho vi điều khiển Kết nối máy tính thơng qua cổng Com ảo - Khởi động chương trình điều khiển cổng COM có tên Teminal tiến hành Connect tới cổng Com ảo vừa ñược tạo (Cổng vừa ñược tạo hiển thị lên cịn cổng khác ẩn Với cổng USB cắm vào tạo cổng Com ảo khác nhau, phải cắm vào cổng USB ñã cài ñặt trước) - Tại cửa sổ Transmit nhập kí tự bắt đầu @ kí tự sau giá trị thập phân byte bít từ 000 – 255 ( ví dụ: @010, @001,@128, @255…) sau nhấn Send File - Chíp nhận liệu đưa DAC, đồng thời gửi lên máy tính giá trị thập phân nhận ñược ñể chuyển ñổi thành ñiện áp, dùng ñồng hồ vạn ñể kiểm tra ñiện áp ñầu DAC - Một số ví dụ với giá trị ñiện áp DACtương ứng: @128 = 2.5VDC; @255 = 5VDC @000 = 0VDC; @064 = 1.25VDC 3.2.2.12 Mơ đun ADC0804 - Kết nối mơ đun RS232 tới mơ đun CPU theo thứ tự sau: Học viên: Nguyễn Anh Tú 81 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi ñiều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - TX  A3; RX  A4 - Kết nối đường điều khiển từ mơ ñun CPU tới mô ñun ADC theo thứ tự: RD  RA0; RW  RA1; INT  RA2 - Kết nối đường liệu từ mơ đun CPU tới mơ ñun LCD theo thứ tự: D0 ñến D7  RB0 ñến RB7 - Nạp chương trình ADC0804 cho vi ñiều khiển Kết nối máy tính thơng qua cổng Com ảo - Khởi động chương trình điều khiển cổng COM có tên Teminal tiến hành Connect tới cổng Com ảo vừa ñược tạo (Cổng vừa ñược tạo hiển thị lên cịn cổng khác ẩn Với cổng USB cắm vào tạo cổng Com ảo khác nhau, phải cắm vào cổng USB ñã cài ñặt trước) - Trên khung Receive Teminal hiển thị dịng thơng báo: “GIA TRI ADC: …” Trong đó, dấu chấm giá trị thập phân byte liệu bít (từ 000 ñến 255) ñiện áp ñặt vào ADC Điều chỉnh biến trở ñể thay ñổi giá trị ñiện áp ñặt vào 3.2.2.13 Mơ đun ROM24C64 - Tiến hành kết nối mơ đun ROM tới mơ đun CPU theo thứ tự sau: SCL  RA0; SDA  RA1 - Chuyển 03 SWITCH modul ROM lên ON ñể ñịa ROM 0xa0 - Kết nối mơ đun CPU tới mơ đun LCD theo thứ tự sau: RS  RB0; RW  RB1; EN  RB2 Từ D4 ñến D7  từ RB3 ñến RB6 - Kết nối chân EXT1 mơ đun Interupts tới mơ đun CPU: EXT1  RB7 - Nạp chương trình ROM24C64 cho vi điều khiển - Tiến hành chạy chương trình, hình LCD giá trị số lượng sản phẩm ñược lưu ROM từ lần thử trước Học viên: Nguyễn Anh Tú 82 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi ñiều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - - Tiến hành tác ñộng vào cảm biến EXT1 ñể thực việc ñếm sản phẩm dần lên ñược lưu ROM Để kiểm tra giá trị ñược lưu ROM hay chưa, ta ngắt nguồn bật lại, giá trị cũ khơng thay đổi Hoặc kiểm tra vi ñiều khiển giao tiếp với ROM cách gạt Switch xuống OFF, địa ROM thay đổi chíp giao tiếp, hình LCD hiển thị hình trắng KẾT LUẬN Học viên: Nguyễn Anh Tú 83 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - Luận văn giới thiệu tổng quan dịng vi điều khiển cụ thể với mơ hình ứng dụng giảng dạy Trường Cao đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội Mơ hình thực hành chương trình ứng dụng thiết kế chế tạo cách sử dụng nguyên vật liệu nước, linh kiện có sẵn, dễ tìm để chế tạo, cải tiến thiết bị Mơ hình thiết kế có độ bền cao, giá thành phù hợp, có khả thay thiết bị ngoại nhập, có màu sắc hài hồ, đường nét cân xứng, thể tính thẩm mỹ thu hút ý học viên, có khả chế tạo hàng loạt Mơ hình sử dụng cho nhiều giảng mở rộng phục vụ cho thực tiễn sản xuất nhu cầu sử dụng xã hội Qua luận văn tơi rèn luyện ñúc rút ñược kỹ kinh nghiệm ñể bổ trợ cho trình làm việc Cũng việc sử dụng thành thạo phần mềm liên quan hữu ích cơng việc Kết luận văn ñược áp dụng vào thực tiễn giảng dạy Trường Cao đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội, nơi tơi cơng tác giúp cho em học sinh dễ tiếp thu học ñồng thời giúp cho giáo viên làm tường minh giảng Mặc dù cố gắng, nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót, nên em mong nhận ý kiến đóng góp Thầy, Cơ giáo bạn ñồng nghiệp KIẾN NGHỊ VỀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Học viên: Nguyễn Anh Tú 84 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - Trong khuôn khổ luận văn nghiên cứu chế tạo mơ hình thực hành ứng dụng đến dịng PIC16F Cho đến nay, dịng vi điều khiển PIC đa dạng chủng loại Từ dịng PIC ñầu tiên PIC10, ñến PIC ñã phát triển ñến PIC32 Các dòng PIC24 dòng PIC 16 bit, dịng dsPIC dịng PIC xử lí tín hiệu số, dịng PIC thường có module chun dụng, ví dụ điều khiển động cơ, xử lí tín hiệu… Các dịng PIC có khả xử lí cao nhiều lần dịng PIC thơng thường, giá đắt nhiều lần Dòng PIC32 dòng PIC 32 bit Số bit cao tốc độ chuyển liệu cao, vi điều khiển xử lí nhanh Trong đề tài nghiên cứu tìm hiểu nghiên cứu sâu dòng PIC cao cấp ñã liệt kê TÀI LIỆU THAM KHẢO Học viên: Nguyễn Anh Tú 85 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Đào tạo sau ñại học Đề tài: Vi điều khiển chuẩn cơng nghiệp PIC16F84A chương trình ứng dụng - [1] Giáo trình Vi điều khiển, ThS Phạm Hùng Kim Khánh, (03/2008), Trường Đại học kỹ thuật công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh [2] Giáo trình Điều khiển số, Lại Khắc Lãi – Nguyễn Như Hiền, (2007), Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Tài liệu vi ñiều khiển PIC16F877, Nguyễn Văn Tình, (2008), Trường Sĩ quan huy kỹ thuật thơng tin [4] Giáo trình vi xử lý, Nguyễn Đình Phú, Trương Ngọc Anh (2013), Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh [5] Microprocessor and IC families, Walter H Buchbaum Sc.D [6] The 8051 microcontroller, I Scott Makenzie [7] Họ vi ñiều khiển, Tống văn On, TP.HCM [8] Website: www.microchip.com [9] Website: www.dientuvietnam.vn Học viên: Nguyễn Anh Tú 86 (2008), Đại học Bách khoa