Thiết kế và chế tạo bộ thực hành vi điều khiển và ghép nối thiết bị ngoại vi cho sinh viên các ngành thuộc khoa điện – điện tử

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ THỰC HÀNH VI ĐIỀU KHIỂN VÀ GHÉP NỐI THIẾT BỊ NGOẠI VI CHO SINH VIÊN CÁC NGÀNH THUỘC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Mã số: T2022-06-37 Chủ nhiệm đề tài: TS Phạm Duy Dưởng Đà Nẵng, 11/2023 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ THỰC HÀNH VI ĐIỀU KHIỂN VÀ GHÉP NỐI THIẾT BỊ NGOẠI VI CHO SINH VIÊN CÁC NGÀNH THUỘC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Mã số: T2022-06-37 Xác nhận quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài KT HIỆU TRƯỞNG (ký, họ tên) PHÓ HIỆU TRƯỞNG PGS TS Võ Trung Hùng TS Phạm Duy Dưởng DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU STT Họ tên Đơn vị công tác lĩnh vực chuyên môn Phan Ngọc Kỳ Khoa Điện-Điện tử, ngành điện tử Phan Thị Thanh Vân Khoa Điện-Điện tử, ngành tự động hoá MỤCC LỤCC MỤC LỤC .i DANH MỤC HÌNH VẼ .iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU vii MỞ ĐẦU CƠ SỞ XÂY DỰNG BỘ THỰC HÀNH 1.1 Tổng quan vi điều khiển 8051 1.1.1 Tổng quan vi điều khiển .5 1.1.2 Một số họ vi điều khiển thông dụng 1.1.3 Lịch sử phát triển vi xử lý vi điều khiển .7 1.1.4 Tổng quan vi điều khiển 8051 1.2 Định hướng giảng dạy vi điều khiển điều khiển ghép nối thiết bị ngoại vi Khoa Điện – Điện tử .11 1.3 Đề cương chi tiết học phần 13 1.3.1 Học phần thực hành vi điều khiển [1] 13 1.3.2 Học phần thực hành điều khiển ghép nối thiết bị ngoại vi [2] 21 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO PHẦN CỨNG CỦA BỘ THỰC HÀNH 28 2.1 Yêu cầu thiết kế thực hành .28 2.2 Thiết kế mô đun 29 2.2.1 Mô đun vi điều khiển 8051 29 2.2.2 Mô đun nhập liệu 30 2.2.3 Mô đun hiển thị .31 2.2.4 Mô đun điều khiển động .31 i 2.2.5 Mô đun thực hành giao thức I2C .32 2.2.6 Mô đun thực hành giao thức UART 32 2.2.7 Mô đun thực hành giao thức 1-WIRE 33 2.2.8 Mô đun thực hành giao thức SPI .33 2.2.9 Mô đun thực hành ADC-DAC 34 2.2.10 Mô đun thực hành mở rộng đầu vào 35 2.2.11 Mô đun thực hành mở rộng đầu 35 2.3 Chế tạo KIT thực hành 36 XÂY DỰNG CÁC BÀI HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH .38 3.1 Xây dựng thực hành vi điều khiển 38 3.1.1 Lập trình LED đơn 38 3.1.2 Lập trình nút nhấn 40 3.1.3 Lập trình LED đơn sử dụng định thời 41 3.1.4 Lập trình ngắt 43 3.1.5 Lập trình LED đoạn 45 3.1.6 Lập trình LCD 48 3.1.7 Lập trình điều khiển động 50 3.2 Xây dựng thực hành điều khiển ghép nối thiết bị ngoại vi 53 3.2.1 Thực hành chuyển đổi tương tự - số 54 3.2.2 Thực hành mở rộng vào .55 3.2.3 Thực hành giao thức UART 56 3.2.4 Thực hành giao thức 1-WIRE 58 3.2.5 Thực hành giao thức I2C 59 3.2.6 Thực hành giao thức SPI 60 XÂY DỰNG CÁC CHƯƠNG TRÌNH MẪU CHO CÁC BÀI THỰC HÀNH 62 ii 4.1 Xây dựng thực hành vi điều khiển 62 4.1.1 Lập trình LED đơn 62 4.1.2 Lập trình nút nhấn 63 4.1.3 Lập trình LED đơn sử dụng định thời 64 4.1.4 Lập trình ngắt 64 4.1.5 66 4.1.6 Lập trình LED đoạn 67 4.1.7 Lập trình LCD 68 4.1.8 Lập trình điều khiển động 68 4.2 Xây dựng thực hành điều khiển ghép nối thiết bị ngoại vi 70 4.2.1 Thực hành chuyển đổi tương tự - số 70 4.2.2 Thực hành mở rộng vào .71 4.2.3 Thực hành giao thức UART 72 4.2.4 Thực hành giao thức 1-WIRE 73 4.2.5 Thực hành giao thức I2C 75 4.2.6 Thực hành giao thức SPI 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .1 iii DANH MỤCC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mô đun vi điều khiển 8051 29 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mơ đun vi điều khiển Arduino 30 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý mô đun liệu đầu vào 30 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý mô đun liệu đầu vào 31 Hình 2.5 Sơ đồ ngun lý mơ đun điều khiển động 32 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mô đun thực hành giao thức I2C 32 Hình 2.7 Sơ đồ ngun lý mơ đun thực hành giao thức UART 33 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mơ đun thực hàn giao thức 1-WIRE 33 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mô đun thực hành giao thức SPI 34 Hình 2.10 Sơ đồ ngun lý mơ đun thực hành ADC-DAC 34 Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý mô đun thực hành mở rộng đầu vào 35 Hình 2.12 Sơ đồ ngun lý mơ đun thực hành mở rộng đầu 36 Hình 2.13 KIT thực tế 37 Hình 3.1 Sơ đồ đấu nối lập trình LED đơn 38 Hình 3.2 Sơ đồ đấu nối lập trình nút nhấn 40 Hình 3.3 Sơ đồ đấu nối lập trình LED đơn 42 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối lập trình ngắt 43 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối lập trình LED đoạn 46 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối lập trình LCD 48 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối điều khiển động 50 Hình 3.7 Mô đun thực hành ADC-DAC 54 Hình 3.8 Mơ đun mở rộng đầu vào 55 Hình 3.9 Mô đun mở rộng đầu 55 Hình 3.10 Mơ đun kết nối máy tính 51 Hình 3.11 Mô đun 1-WIRE 58 Hình 3.12 Mơ đun I2C 59 Hình 3.13 Mô đun SPI 60 DANH MỤCC BẢNGNG BIỂUU Bảng 1.1 So sánh đặc tính thành viên họ 8051 Bảng 1.2 Các phiên 8051 hãng Atmel cung cấp (Flash ROM) 10 ROM DANH MỤCC CÁC CHỮ VIẾTT TẮTT RAM Bộ nhớ chương trình ALU Bộ nhớ liệu CLO Đơn vị xử lý số học logic PLO Chuẩn đầu học phần UART Chuẩn đầu chương trình đào tạo I2C Giao thức truyền thơng không đồng 1-WIRE Inter-Integrated Circuit SPI Giao thức truyền thông dây Serial Peripheral Interface ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÔNG TIN KẾTT QUẢNG NGHIÊN CỨUU Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế chế tạo thực hành vi điều khiển ghép nối thiết bị ngoại vi cho sinh viên ngành thuộc khoa điện – điện tử - Mã số: T2022-06-37 - Chủ nhiệm: TS Phạm Duy Dưởng - Thành viên tham gia: ThS Phan Ngọc Kỳ, ThS Phan Thị Thanh Vân - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Thời gian thực hiện: từ 03/2023 đến 11/2023 Mục tiêu: - Thiết kế chế tạo thực hành cho học phần Thực hành Vi điều khiển Thực hành ghép nối thiết bị ngoại vi - Xây dựng tài liệu hướng dẫn cho học phần Thực hành Vi điều khiển Thực hành ghép nối thiết bị ngoại vi sở thực hành Tính sáng tạo: Thiết kế chế tạo thực hành dựa mô đun để sinh viên phải đọc sơ đồ, tìm hiểu nguyên lý hoạt động trước cắm dây nhằm nâng cao khả đọc tài liệu tư cho sinh viên Hướng dẫn thực đề tài theo hướng gợi ý, phân tích vấn đề mới, vấn đề khó để sinh viên tự lập trình đáp ứng yêu cầu Tóm tắt kết nghiên cứu: Đề tài đạt kết đáp ứng mục tiêu đề tài bao gồm việc thiết kế chế tạo mô đun thực hành theo hưởng mở nhằm nâng cao khả đọc tài liệu, tư sinh viên, xây dựng tập hướng dẫn thực hành Ngồi ra, đề tài cịn cơng bố 01 báo kỷ yếu hội nghị ATiGB Nhà trường