vi điều khiển ứng dụng báo cáo cuối kì

Giới thiệu về giao tiếp vào ra I/O.- Lập trình I/O là lập trình đơn giản và cơ bản nhất, nhưng lại được sử dụng nhiều nhất, chúng ta điều khiển on/off bóng đèn, động cơ, hay 1 thiết bị n

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

- - - - - -  

MÔN HỌC: Vi điều khiển ứng dụng

Báo cáo cuối kì

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

MỤC LỤC

I Chương I: Giao tiếp vào ra I/O 1

1.Giới thiệu về giao tiếp vào ra I/O 1

2.Các cấu hình chức năng I/O 2

3 Ví dụ về giao tiếp vào ra I/O 3

2.Ví dụ truyền dữ liệu bằng USART 9

V Chuyển đổi ADC 10

1.Chuyển đổi ADC là gì 10

2.Chuyển đổi ADC trên AVR 10

3.Ví dụ về ADC 10

VI.Giao tiếp SPI 11

1.SPI là gì 11

2.SPI trên AVR 11

3.Sử dụng SPI trên AVR 12

4.Ví dụ về giao tiếp SPI 12

VII.Analog comparator 13

1.Tổng quan về Analog comparator 13

2.Ví dụ về Analog comparator 15

I.Chương I: Giao tiếp vào ra I/O.1 Giới thiệu về giao tiếp vào ra I/O.

- Lập trình I/O là lập trình đơn giản và cơ bản nhất, nhưng lại được sử dụng nhiều nhất, chúng ta điều khiển on/off bóng đèn, động cơ, hay 1 thiết bị nào đó cũng là 1 dạng của điều khiển I/O.

Để giảm bớt số chân ra, một số chân của AVR là các chân đa chức năng, nó phục vụ cho các thiết bị ngoại vi Ở đây khái niệm thiết bị ngoại vi không có nghĩa là 1 chip khác mua rời bên ngoài mà là các modun được tích hợp sẵn trong các chip như các modun ADC… Khi các thiết bị ngoại vi này được enable thì các chân này không được sử dụng như các chân của các cổng I/O thông thường nữa.

 Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Network, Interface Card (NIC)

- Các thành phần của thiết bị ngoại vi

 Bộ chuyển đổi tín hiệu: Chuyển đổi dữ liệu giữa bên ngoài và bên trong máy tính

 Bộ đệm dữ liệu: đệm dữ liệu khi truyền giữa modun IO và thiết bị ngoại vi

 Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động của thiết bị ngoại vi đáp ứng theo yêu cầu từ modun IO

- Chức năng của modun IO  Điều khiển và định thời

 Trao đổi thông tin với CPU hoặc bộ nhớ chính  Trao đổi thông tin với thiết bị ngoại vi

 Đệm giữa bên trông máy tính với thiết bị ngoại vi  Phát hiện lỗi của thiết bị ngoại vi

2 Các cấu hình chức năng I/O.

Atmega32 có 4 cổng vào ra là PORTA, PORTB, PORTC, PORTD Khi xem xét đến các cổng I/O của AVR thì ta phải xét tới 3 thanh ghi DDxn, PORTxn,PINxn.

- Các bit DDxn để truy cập cho địa chỉ xuất nhập DDRx Bit DDxn trong thanh ghi DDRx dùng để điều khiển hướng dữ liệu của các chân của cổng này.Khi ghi giá trị logic ‘0’ vào bất kì bit nào của thanh ghi này thì nó sẽ trở thành lối vào,còn ghi ‘1’ vào bit đó thì nó trở thành lối ra.

- Các bit PORTxn để truy cập tại địa chỉ xuất nhập PORTx Khi PORTx được ghi giá trị 1 khi các chân có cấu tạo như cổng ra thì điện trở kéo là chủ động(được nối với cổng) Ngắt điện trở kéo ra, PORTx được ghi giá trị 0 hoặc các chân có dạng như cổng ra.Các chân của cổng là 3 trạng thái khi 1 điều kiện reset là tích cực thậm chí xung đồng hồ không hoạt động - Các bit PINxn để truy cập tại địa chỉ xuất nhập PINx PINx là các cổng chỉ để đọc,các cổng này có thể đọc trạng thái logic của PORTx.PINx không phải là thanh ghi,việc đọc PINx cho phép ta đọc giá trị logic trên các chân của PORTx.chú ý PINx không phải là thanh ghi,việc đọc PINx cho phép ta đọc giá trị logic trên các chân của PORTx

- PORTxn được ghi giá trị logic ‘1’ khi các chân của cổng có dạng như chân ra ,các chân có giá trị ‘1’.Nếu PORTxn ghi giá trị ‘0’ khi các chân của cổng có dạng như chân ra thì các chân đó có giá trị ‘0’.

- Các cổng của AVR đều có thể đọc, ghi Để thiết lập 1 cổng là cổng vào, ra thì ta tác động tới các bit DDxn, PORTxn, PINxn Ta có thể thiết lập để từng bit làm cổng vào, ra cứ không chỉ với cổng, như vậy ta có thể xử lý tới từng bit, đây chính là điểm mạnh của các dòng Vi điều khiển 8 bit

3 Ví dụ về giao tiếp vào ra I/O.

- Ngắt là một trong 2 kỹ thuật “bắt” sự kiện cơ bản là hỏi vòng (Polling) và ngắt Hãy tưởng tượng bạn cần thiết kế một mạch điều khiển hoàn chỉnh thực hiện rất nhiều nhiệm vụ bao gồm nhận thông tin từ người dùng qua các button hay keypad (hoặc keyboard), nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lí thông tin, xuất tín hiệu điều khiển, hiển thị thông tin trạng thái lên các LCD…(bạn hoàn toàn có thể làm được với AVR), rõ ràng trong các nhiệm vụ này việc nhận thông tin người dùng (start, stop, setup, change, …) rất hiếm xảy ra (so với các nhiệm vụ khác) nhưng lại rất “khẩn cấp”, được ưu tiên hàng đầu Nếu dùng Polling nghĩa là bạn cần viết 1 đoạn chương trình chuyên thăm dò trạng thái của các button (tôi tạm gọi đoạn chương trình đó là Input()) và bạn phải chèn đoạn chương trình Input() này vào rất nhiều vị trí trong chương trình chính để tránh trường hợp bỏ sót lệnh từ người dùng, điều này thật lãng phí thời gian thực thi Giải pháp cho vấn đề này là sử dụng ngắt, bằng cách kết nối các button với đường ngắt của chip và sử dụng chương trình Input() làm trình phục vụ ngắt - isr của ngắt đó, bạn không cần phải chèn Input() trong lúc đang thực thi và vì thế không tốn thời gian cho nó, Input() chỉ được gọi khi người dùng nhấn các button Đó là ý tưởng sử dụng ngắt.

- Bảng 1 các vector ngắt và Reset trên chip Atmega

2 Ngắt ngoài

- Ngắt ngoài là cách rất hiệu quả để thực hiện giao tiếp giữa người dùng và chip Trên chip atmega8 có 2 ngắt ngoài có tên là INT0 và INT1 tương ứng 2 chân số 4 (PD2) và số 5 (PD3) Như tôi đã đề cập trong bài AVR2, khi làm việc với các thiết bị ngoại vi của AVR, hầu như chúng ta chỉ thao tác trên các thanh ghi chức năng đặc biệt - SFR (Special Function Registers) trên vùng nhớ IO, mỗi thiết bị bao gồm một tập hợp các thanh ghi điều khiển, trạng thái, ngắt…khác nhau, điều này đồng nghĩa chúng ta phải nhớ tất cả các thanh ghi của AVR.

- (MCU Control Register) là thanh ghi xác lập chế độ ngắt cho ngắt ngoài.

3 Ví dụ về Ngắt.

#include <avr/io.h> #include <avr/interrupt.h>

PORTD=0xFF; //sử dụng điện trở nội kéo lên.

DDRB=0xFF; //PORTB là Output để xuất LED 7 đoạn

MCUCR|=(1<<ISC11)|(1<<ISC01); //cả 2 ngắt là ngắt cạnh xuống GICR |=(1<<INT1)|(1<<INT0); //cho phép 2 ngắt hoạt động sei(); //set bit I cho phép ngắt toàn cục

- Timer/Counter là các module độc lập với CPU Chức năng chính của các bộ Timer/Counter, như tên gọi của chúng, là định thì (tạo ra một khoảng thời gian, đếm thời gian…) và đếm sự kiện Trên các chip AVR,

các bộ Timer/Counter còn có thêm chức năng tạo ra các xung điều rộng PWM (Pulse Width Modulation), ở một số dòng AVR, một số Timer/Counter còn được dùng như các bộ canh chỉnh thời gian (calibration) trong các ứng dụng thời gian thực Các bộ Timer/Counter được chia theo độ rộng thanh ghi chứa giá trị định thời hay giá trị đếm của chúng, cụ thể trên chip Atmega8 có 2 bộ Timer 8 bit (Timer/Counter0 và Timer/Counter2) và 1 bộ 16 bit (Timer/Counter1) Chế độ hoạt động và phương pháp điều khiển của từng Timer/Counter cũng không hoàn toàn giống nhau, ví dụ ở chip Atmega8:

Timer/Counter0: là một bộ định thời, đếm đơn giản với 8 bit Gọi là đơn giản vì bộ này chỉ có 1 chế độ hoạt động (mode) so với 5 chế độ của bộ Timer/Counter1 Chế độ hoat động của Timer/Counter0 thực chất có thể coi như 2 chế độ nhỏ (và cũng là 2 chức năng cơ bản) đó là tạo ra một khoảng thời gian và đếm sự kiện Chú ý là trên các chip AVR dòng mega sau này như Atmega16,32,64…chức năng của Timer/Counter0 được nâng lên như các bộ Timer/Counter1…

Timer/Counter1: là bộ định thời, đếm đa năng 16 bit Bộ Timer/Counter này có 5 chế độ hoạt động chính Ngoài các chức năng thông thường, Timer/Counter1 còn được dùng để tạo ra xung điều rộng PWM dùng cho các mục đích điều khiển Có thể tạo 2 tín hiệu PWM độc lập trên các chân OC1A (chân 15) và OC1B (chân 16) bằng Timer/Counter1 Các bộ Timer/Counter kiểu này được tích hợp thêm khá nhiều trong các chip AVR sau này, ví dụ Atmega128 có 2 bộ, Atmega2561 có 4 bộ…

Timer/Counter2: tuy là một module 8 bit như Timer/Counter0 nhưng Timer/Counter2 có đến 4 chế độ hoạt động như Timer/Counter1, ngoài ra nó nó còn được sử dụng như một module canh chỉnh thời gian cho các ứng dụng thời gian thực (chế độ asynchronous).

Trong phạm vi bài 4 này, tôi chủ yếu hướng dẫn cách sử dụng 4 chế độ hoạt động của các Timer/Counter Chế độ asynchronous của Timer/Counter2 sẽ được bỏ qua vì có thể chế độ này không được sử dụng phổ biến.

Trước khi khảo sát hoạt động của các Timer/Counter, chúng ta thống nhất cách gọi tắt tên gọi của các Timer/Counter là T/C, ví dụ T/C0 để chỉ

int main(void){

DDRB=0xFF; //PORTB la output PORT PORTB=0x00;

TCCR1B=(1<CS10);// CS12=0, CS11=0, CS10=1: chon Prescaler =1 // thanh ghi TCCR1B duoc dung thay vi TCCR0 cua Timer0 TCNT1=55535; //gan gia tri khoi tao cho T/C1 TIMSK=(1<<TOIE1);//cho phep ngat khi co tran o T/C1 sei(); //set bit I cho phep ngat toan cuc

TCNT1=55535; //gan gia tri khoi tao cho T/C1 PORTB ^=1; //doi trang thai Bit PB0

OCR1A=4; //gan gia tri can so sanh

TIMSK=(1<OCIE1A);//cho phep ngat khi gia tri dem bang 4 sei(); //set bit I cho phep ngat toan cuc

if (val==10) val=0; //gioi han bien val tu 0 den 9 PORTB =val; //xuat gia tri ra PORTB }

IV.Chương: UART1 UART là gì.

- Vi điều khiển Atmega32 có 1 module truyền thông nối tiếp USART Có 3 chân chính liên quan đến module này đó là chân xung nhịp - XCK (chân số 1), chân truyền dữ liệu – TxD (Transmitted Data) và chân nhận dữ liệu – RxD (Reveived Data) Trong đó chân XCK chỉ được sử dụng như là chân phát hoặc nhận xung giữ nhịp trong chế độ truyền động bộ Tuy nhiên bài này chúng ta không khảo sát chế độ truyền thông đồng bộ, vì thế bạn chỉ cần quan tâm đến 2 chân TxD và RxD Vì các chân truyền/nhận dữ liệu chỉ đảm nhiệm 1 chức năng độc lập (hoặc là truyền, hoặc là nhận), để kết nối các chip AVR với nhau (hoặc kết nối AVR với thiết bị hỗ trợ UART khác) bạn phải đấu “chéo” 2 chân này TxD của thiết bị thứ nhất kết nối với RxD của thiết bị 2 và ngược lại Module USART trên chip Atmega32 hoạt động “song công” (Full Duplex Operation), nghĩa là quá trình truyền và nhận dữ liệu có thể xảy ra đồng thời.

 Thanh ghi:

Cũng như các thiết bị khác trên AVR, tất cả hoạt động và tráng thái của module USART được điều khiển và quan sát thông qua các thanh ghi trong vùng nhớ I/O Có 5 thanh ghi được thiết kế riêng cho hoạt động và điều khiển của USART, đó là:

UDR: hay thanh ghi dữ liệu, là 1 thanh ghi 8 bit chứa giá trị nhận được

và phát đi của USART Thực chất thanh ghi này có thể coi như 2 thanh ghi TXB (Transmit data Buffer) và RXB (Reveive data Buffer) có chung địa chỉ Đọc UDR thu được giá trị thanh ghi đệm dữ liệu nhận, viết giá trị vào UDR tương đương đặt giá trị vào thanh ghi đệm phát, chuẩn bị để gởi đi Chú ý trong các khung truyền sử dụng 5, 6 hoặc 7 bit dữ liệu, các bit cao của thanh ghi UDR sẽ không được sử dụng.

UCSRA (USART Control and Status Register A): là 1 trong 3 thanh ghi

điều khiển hoạt động của module USART.

Thanh ghi UCSRA chủ yếu chứa các bit trạng thái như bit báo quá trình nhận kết thúc (RXC), truyền kết thúc (TXC), báo thanh ghi dữ liệu trống

(UDRE), khung truyền có lỗi (FE), dữ liệu tràn (DOR), kiểm tra parity có lỗi (PE)…

UCSRB (USART Control and Status Register B): đây là thanh ghi quan

trọng điều khiển USART Vì thế chúng ta sẽ khảo sát chi tiết từng bit của thanh ghi này.

UCSRC (USART Control and Status Register C): thanh ghi này chủ yếu

quy định khung truyền và chế độ truyền Tuy nhiên, có một rắc rối nho nhỏ là thanh ghi này lại có cùng địa chỉ với thanh ghi UBRRH (thanh ghi chứa byte cao dùng để xác lập tốc độ baud), nói một cách khác 2 thanh ghi này là 1 Vì thế bit 7 trong thanh ghi này, tức bit URSEL là bit chọn thanh ghi Khi URSEL=1, thanh ghi này được chip AVR hiểu là thanh ghi điều khiển UCSRC, nhưng nếu bit URSEL=0 thì thanh ghi UBRRH sẽ được sử dụng.

2.Ví dụ truyền dữ liệu bằng USART.

#include <avr/io.h> #include <avr/delay.h> //chuong trinh con phat du lieu void uart_char_tx(unsigned char chr){

while (bit_is_clear(UCSRA,UDRE)) {}; //cho den khi bit UDRE=1

for (char i=32; i<128; i++){ uart_char_tx(i); //phat du lieu

1 Chuyển đổi ADC là gì.

- Trong các ứng dụng đo lường và điều khiển bằng vi điều khiển bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) là một thành phần rất quan trọng Dữ liệu trong thế giới của chúng ta là các dữ liệu tương tự (analog).

-Phương pháp chuyển đổi trực tiếp (direct converting) hoặc flash ADC Các bộ chuyển đổi ADC theo phương pháp này được cấu thành từ một dãy các bộ so sánh (như opamp), các bộ so sánh được mắc song song và được kết nối trực tiếp với tín hiệu analog cần chuyển đổi Một điện áp tham chiếu (reference) và một mạch chia áp được sử dụng để tạo ra các mức điện áp so sánh khác nhau cho mỗi bộ so sánh.

2 Chuyển đổi ADC trên AVR.

- Chip AVR ATmega32 của Atmel có tích hợp sẵn các bộ chuyển đổi ADC với độ phân giải 10 bit Có tất cả 8 kênh đơn (các chân ADC0 đến ADC7), 16 tổ hợp chuyển đổi dạng so sánh, trong đó có 2 kênh so sánh có thể khuyếch đại Bộ chuyển đổi ADC trên AVR không hoạt động theo nguyên lý flash ADC mà tôi đề cập ở phần trên, ADC trong AVR là loại chuyển đổi xấp xỉ lần lượt (successive approximation ADC).

VI.Giao tiếp SPI1 SPI là gì.

- SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hang Motorola đề xuất Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select) Hình 1 thể hiện một kết SPI giữa một chip Master và 3 chip Slave thông qua 4 đường.

CK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1 đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi Đây là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master

MISO– Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output MISO của

Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau MOSI – MasterOutput / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đường Output còn

nếu là chip Slave thì MOSI là Input MOSI của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau

SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.

2 SPI trên AVR.

Các chân SPI: Các chân giao tiếp SPI cũng chính là các chân PORT thông thường, vì thế nếu muốn sử dụng SPI chúng ta cần xác lập hướng cho các chân này Trên chip ATmega32, các chân SPI như sau:

SCK – PB7 (chân 8)MISO – PB6 (chân 7)MOSI – PB5 (chân 6)SS – PB4 (chân 5)