Phần 3 : Vi điều khiển H8/ 3069F ppt

PHẦN III Vi điều khiển H8/3069F 1. Giới thiệu chung về vi điều khiển (micro controller) Trước khi nói về vi điều khiển, chúng ta sẽ xem xét lại thế nào là máy tính: Máy tính nói chung là thiết bị dùng để xử lý, thu nhận, lưu trữ và truyền tải dữ liệu. Dữ liệu có thể là các ký tự trong một văn bản, hình ảnh, âm thanh… hay cũng có thể là các trạng thái của một thiết bị điện tử như nhiệt độ tủ lạnh, trạng thái của nồi cơm điện… Nhưng dù dữ liệu có là đại lượng gì đi nữa thì tất cả chúng đều được lưu trữ trong máy tính dưới dạng các dãy số 0 và 1. Một máy tính nói chung được cấu tạo bởi các thành phần như dưới đây:  Bộ xử lý (Processor): Chịu trách nhiệm điều khiển tất cả hoạt động của hệ thống như xử lý số liệu, đóng ngắt các cổng…  Bộ nhớ chương trình (Program memory): Lưu trữ các mệnh lệnh để CPU có thể biết phải làm gì.  Bộ nhớ dữ liệu (Data memory): Chứa các dữ liệu tạm thời trong quá trình hoạt động.  Các cổng vào ra (I/O interface): Là nơi để máy tính có thể giao tiếp với thế giới bên ngoài. Thế giới máy tính có rất nhiều loại, nhưng chúng ta có thể nhận biết 2 loại lớn. Collection by Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd Processor (Pentium IV) Program Memory (ROM, HDD) Data Memory (RAM) I/O interface (USB port, COM port) 1  Máy tính để bàn: Đây là cái đầu tiên xuất hiện trong đầu khi bạn nghe nói đến từ máy tính. Nhưng thực tế thì loại này chỉ chiếm một phàn nhỏ trong thế giới máy tính.  Loại thứ 2 là máy tính nhúng (embedded computer) – là những máy tính được tích hợp vào trong các thiết bị khác để đảm nhiệm việc điều khiển, đo lường… Số lượng máy tính nhúng này lớn hơn rất nhiều so với máy tính để bàn, nhưng lại ít được biết đến hơn. Do máy tính nhúng được tích hợp vào một sản phẩm, và để làm một tác vụ nhất định, nên không cần phải mạnh. Nó cần phải có giá rẻ nhất có thể. Thông thường, để giảm giá thành, máy tính nhúng được tích hợp tất cả các bộ phận (CPU, RAM, ROM…) trong một con chip. Thể loại máy tính này thường được gọi dưới một tên khác là vi điều khiển (micro controller). Thông thường, để phát triển ứng dụng cho vi điều khiển, người ta sẽ viết chương trình trên máy tính PC (dùng ngôn ngữ C chẳng hạn). Sau đó, sử dụng chương trình dịch để dịch ra mã máy mà vđk có thể hiểu được. Các mã máy đó sẽ được ghi vào vđk và được vđk thực hiện. Collection by Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd Máy tính để bàn, thứ mà bạn nghĩ đến khi nghe từ “máy tính” Embedded computer: Số lượng nhiều nhưng ít được biết. All in one IC 2 2. Khái quát về vi điều khiển H8/3069F Vi điều khiển H8/3069F là một vđk thuộc họ H8/300H của hãng Renesas. Họ CPU H8/300H có cấu trúc trong 32 bit, bao gồm 16 thanh ghi chung 16 bit. Các thanh ghi này có thể được chia ra thành các thanh ghi 8 bit hoặc kết hợp lại thành thanh ghi 32 bit. H8/300H có tập lệnh gồm 62 lệnh, với khả năng tình toán toán học và logic với 8/16/32 bit cùng với khả năng thao tác đến bit (bit manipulation). CPU này có thể định được 16MB địa chỉ. Sau đây là một số spec của vđk H8/3069F - Tần số lớn nhất: 25MHz - Thực hiện các lệnh trong 2 hoặc 4 chu kỳ - Có lệnh nhân/chia 8/16/32 bit có dấu. - 512KB ROM, 16KB RAM - 7 ngắt ngoài, 36 ngắt trong, 3 level ngắt - Có thể đinh địa chỉ tới 16MB, có thể truy xuất bộ nhớ ngoài với 8 đường CS riêng biệt. Mỗi vùng có thể truy xuất với độ rộng 8 hoặc 16 bit. - Có thể truy xuất trực tiếp 8MB DRAM. - 3 timer 16 bit, 4 timer 8 bit. - 3 bộ truyền nhận nối tiếp (SCI) - 8 kênh A/D 10 bit - 2 kênh D/A 8 bit - 70 cổng vào/ra và 9 cổng vào H8/3069F có thể hoạt động ở 6 mode khác nhau. Các mode được lựa chọn dựa vào các chân MD0-MD2. Các mode có không gian bộ nhớ khác nhau. Collection by Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd 3 3. Bảng mạch AKI-H8 3069F Trong khóa học này, chúng ta sẽ nghiên cứu vđk H8/3069F dùng bản mạch AKI-H8 3069F. Bản mạch này bao gồm vđk H8/3069F và 2MB DRAM được nối với chân CS2 của vđk. Chúng ta sẽ sử dụng bảng mạch này ở mode 5. (Ở đây ta chỉ giới thiệu sơ lược về các mode hoạt động của H8/3069F. Hoạt động của nó sẽ được nói rõ hơn sau khi các bạn hiểu biết cơ bản về vđk này) 4. Lập trình điều khiển các chân vào/ra Trong phần này, chúng ta sẽ học cách làm cho các chân của vđk thành mức logic cao/thấp, hay đọc mức logic vào từ các chân. Như phần giới thiệu trước chúng ta thấy rằng H8/3069 có 79 chân vào/ra. Nhưng một phần chúng đã được sử dụng vào mục đích khác như bus địa chỉ, ADC… Cách truy xuất đến các cổng vào/ra này là gần giống như nhau. Do đó, chúng ta sẽ lấy port P4 lam ví dụ. Các chân vào/ra này được truy xuất thông qua các thanh ghi tương ứng. Các thanh ghi này được truy xuất trực tiếp bằng địa chỉ của nó. Chúng ta thao tác đến các chân của port 4 thông qua các thanh ghi sau: Collection by Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd 4 - P4DDR: Thanh ghi hướng – Đây là 1 thanh ghi có 8 bit, tương ứng với 8 chân P4_0 -> P4_7 của Port 4. Nếu bit là 0 thì chân tương ứng dùng để đọc giá trị vào, và nếu là 1 thì dùng để xuất ra - P4DR: Thanh ghi dữ liệu – Dùng để ghi giá trị cần xuất ra hay đọc giá trị từ pin tương ứng vào. - P4PCR: Thanh ghi xác định điện trở kéo lên của các chân. Nếu bit tương ứng là 1, thì ở chân đó sẽ có 1 điện trở nối lên dương nguồn. Nếu là 0 thì điện trở đó sẽ không tồn tại. Thông thường, các thanh ghi như thế này đã được định nghĩa trước, và ta chỉ việc thay đôi thông qua việc thao tác đến tên của nó. Trong trường hợp của chúng ta, các thanh ghi này được định nghĩa ở file iodefine.h. Các thanh ghi này thường được định nghĩa theo dạng union nên chúng ta có thể truy xuất đến nó theo byte hoặc bit rất dễ dàng. Ví dụ đối với port 4: union un_p4dr { /* union P4DR */ unsigned char BYTE; /* Byte Access */ struct { /* Bit Access */ unsigned char B7:1; /* Bit 7 */ unsigned char B6:1; /* Bit 6 */ unsigned char B5:1; /* Bit 5 */ unsigned char B4:1; /* Bit 4 */ unsigned char B3:1; /* Bit 3 */ unsigned char B2:1; /* Bit 2 */ unsigned char B1:1; /* Bit 1 */ unsigned char B0:1; /* Bit 0 */ } BIT; /* */ }; #define P4DDR (*(volatile union un_ddr *)0xFEE003) /* P4DDR Address*/ Câu lệnh trên định nghĩa P4DDR là giá trị của ô nhớ mà con trỏ kiểu union un_ddr có giá trị 0xFEE003 trỏ đến, hay nói cách khác là giá trị của ô nhớ có địa chỉ 0xFEE003. Ví dụ: P4DDR.BYTE=0xF0; //Chân 7~4 là chân ra, 3~0 là chân vào. #define P4DR (*(volatile union un_p4dr *)0xFFFFD3) /* P4DR Address*/ Collection by Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd 5 Tương tự, câu lệnh này định nghĩa P4DR là giá trị của ô nhớ tại địa chỉ 0xFFFFD3. Nhưng kiểu con trỏ ở đây là kiểu union un_p4dr nên chúng ta có thể truy xuất đến nói theo byte hoặc bit. Ví dụ: P4DR.BYTE=0x00;//Cho cả port 4 thành 0 Hay P4DR.BIT.B7=1;//Set chân thứ 7 của port thành 1. #define P4PCR (*(volatile union un_p4pcr *)0xFEE03E) /* P4PCR Address*/ Thanh ghi P4PCR cũng được định nghĩa theo kiểu của P4DR như trên. Luyện tập: Trong mạch phát triển của chúng ta, LED 7 thanh U101 được nối với cổng P4 như hình dưới. Hãy lập trình để nó hiện lần lượt các số từ 0 đến 9, sau đó lặp lại. Ví dụ, làm cho tất cả các thanh LED đều sáng: void main(void) { P4DDR.BYTE=0xFF; //Tat ca cac chan cua P4 la cong ra P4DR.BYTE=0x00; //Cho tat ca cac chan cua P4 xuong 0 } 5. Sử dụng external bus để mở rộng cổng xuất/nhập. Đối với các vđk có bus mở rộng (truy xuất bộ nhớ ngoài) nói chung, và vđk H8/3069 nói riêng, chúng ta có thể thêm nhiều cổng I/O bằng cách dùng các IC thích hợp. Để truy xuất bộ nhơ ngoài, vđk sẽ thực hiện các thao tác sau: Đối với ghi dữ liệu ra bộ nhớ ngoài: 1) Đặt địa chỉ cần truy cập lên bus địa chỉ 2) Đặt dữ liệu cần ghi lên bus dữ liệu Collection by Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd 6 3) Xuất 1 số chân tín hiệu để báo ghi (Trong trường hợp H8/3069 chúng ta đang nghiên cứu, chân HWR sẽ được kéo xuống thấp để báo bắt đầu ghi) Đối với đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài: 1) Đặt địa chỉ cần truy cập lên bus địa chỉ 2) Xuất 1 số chân tín hiệu để báo đọc (Trong trường hợp H8/3069 chúng ta đang nghiên cứu, chân RD sẽ được kéo xuống thấp để báo bắt đầu đọc) 3) Đọc dữ liệu từ bus địa chỉ vào các thanh ghi. Như vậy, bằng cách kết hợp các tín hiệu điều khiển + address một cách thích hợp, kết hợp với sử dung các bộ chốt/đệm 3 trạng thái, chúng ta có thể mở rộng cổng vào/ra tùy ý (tất nhiên không phải là vô hạn ) Với H8/3069 ở mode 5 mà ta đang nghiên cứu, cấu trúc bộ nhớ của nó như sau: Collection by Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd 7 Khi truy cập đoạn bộ nhớ nào, chân CS tương ứng với khoảng bộ nhớ đó sẽ xuống thấp. Ví dụ để đọc 1 byte từ địa chỉ 0x212345 (area 1) 1) Đặt giá trị 0x212345 ra bus địa chỉ. 2) Đặt CS1 xuống thấp. Hai bước 1) và 2) này xảy ra đồng thời Collection by Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd 8 Khu vực bộ nhớ ngoài. 3) Cho chân RD xuống thấp. 4) Đọc bus dữ liệu vào trong vđk. Trong khóa học này, chúng ta sẽ sử dụng IC 74HC32 để giải mã địa chỉ, đệm 74HC541 và chốt 74HC273. Trong hình trên, chúng ta đưa 2 tín hiệu CS3 và RD qua bộ OR 74HC32. Tín hiệu ra là READ3. Như vậy, khi cả CS3 và RD xuống thấp  đọc bộ nhớ ngoài ở địa chỉ nào đó trong khoảng 0x600000 đến 0x7FFFFF, chân READ3 sẽ xuống thấp. Khi đó, các tín hiệu ở đầu vào của 74HC541 sẽ được đưa vào đầu ra (D15~D8). Khi vđk đọc bus dữ liệu, nó sẽ đọc được giá trị của các switch SW201~SW208. #include “h8stdio.h” #define SW2 (*(volatile unsigned char *)0x200000) /* SW201~SW208 Address*/ #define LED2 (*(volatile unsigned char *)0x200001) void main(void) { unsigned char i; i=SW2; LED2=0xAB; printf(“Gia tri cac push sw la %d\n”,i); } Tương tự như vậy, chúng ta có thể lập trình để đọc vào DS201 và điều khiển các LED201~LED208. Collection by Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd 9 6. Bộ chuyển đổi tương tự sang số H8/3069 có 8 kênh chuyển đổi AD 10 bits, với tốc độ chuyển đổi cao nhất đối với mỗi kênh là 2.8uS. Tại mỗi thời điểm, chỉ có duy nhất 1 kênh được chuyển đổi. Nếu muốn lấy giá trị điện áp tương tự ở nhiều kênh khác nhau thì chỉ có cách duy nhất là đọc lần lượt từng kênh một. Khoảng điện áp tương tự mà nó có thể chuyển đổi được được xác định qua chân Vref. Nếu như chúng ta nối chân Vref với 5V, thì với điện áp chân vào là 5V, giá trị số nhận được là 1024. Nếu điện áp vào là x Vôn thì giá trị số tương ứng là x/5*1024. 1 đơn vị số sẽ tương ứng với 5/1024V = 4.9mV. Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi AD Có 10 thanh ghi liên quan đến bộ chuyển đổi ADC. Collection by Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd 10 [...]... Nguyen Van Kien 16 Canon Viet Nam Co.,Ltd Để dùng timer chạy trong chế độ này, chúng ta làm như sau (ví dụ đối với timer0) a) Thiết lập các thông s : ITU0.TCR.BIT.TPSC =3; // moi 8 xung clock cua he thong thi TCNT se tang len 1 // Co nghia la cu sau 0 .32 uS, TCNT se tang len 1 (voi thach anh 25MHz) ITU0.TCR.BIT.CCLR=1; // TCNT se duoc xoa ve 0 khi TCNT bang GRA ITU0.GRA =31 25; // 31 25*0 .32 uS = 1mS => TCNT se... Select input channle Single mode0=AN0, 1=AN1 ~ 7=AN7 ch &= 0x 03; AD.ADCSR.BIT.ADST = 1; // ADC sampling start while( AD.ADCSR.BIT.ADF == 0 ) // ADC convertion finish? ; AD.ADCSR.BIT.ADF = 0; // ADC END Flag clear switch( ch ) { case 0 : ad_data = AD.ADDRA; break; case 1 : ad_data = AD.ADDRB; break; case 2 : ad_data = AD.ADDRC; break; case 3 : ad_data = AD.ADDRD; break; } ad_data >>= 6; return( ad_data... //Thay doi duty thanh 70% while(1); } Collection by Nguyen Van Kien 20 Canon Viet Nam Co.,Ltd 9 Ngắt (interrupt) Để sử dụng ngắt, bạn chỉ vi c vi t code để khởi tạo các ngắt Sau đó vi t đoạn chương trình để xử lý ngắt tương ứng trong file inthandler.c Ví d : void INT_NMI(void) { i=i+1; } Collection by Nguyen Van Kien 21 Canon Viet Nam Co.,Ltd ... Nguyen Van Kien 14 Canon Viet Nam Co.,Ltd 7 Bộ chuyển đổi số sang tương tự H8 /30 69F có 2 bộ chuyển đổi số sang tương tự (dùng để xuất điện áp tương tự ra ngoài) Bộ chuyển đổi này có tốc độ cao nhất là 10uS với độ phân giải 8 bit Điện áp Vref (tương ứng với giá trị số cao nhất 255) chung với điện áp Vref dùng cho bộ chuyển đổi ADC Sơ đồ khối bộ chuyển đổi DA Chúng ta có thể làm vi c với bộ chuyển đổi... = 5V) 1) Thiết lập thanh ghi DACR DA.DACR.BIT.DAE=0; //Chỉ dùng 1 kênh DA.DACR.BIT.DAOE0=0; DA.DACR.BIT.DAOE1=1;//Dùng kênh 1 2) Ghi giá trị cần chuyển đổi vào thanh ghi DADR 1: DA.DADR1 = 128; 8 Bộ định thời (Timer) H8 /30 69F có 3 bộ định thời 16 bits và 4 bộ định thời 8 bits Các bộ định thời này có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau Trong khóa học này, chúng ta chỉ nói đến một số mode hoạt động... ADCSR thành 1 để bắt đầu chuyển đổi Collection by Nguyen Van Kien 12 Canon Viet Nam Co.,Ltd d) Chờ đến khi bit ADF của ADCSR thành 1 (báo kết thúc chuyển đổi) e) Xóa bit ADF của ADCSR thành 0 (để có thể chuyển đổi lần tiếp theo) f) Đọc giá trị từ thanh ghi data (ADDRx) tương ứng Ví d : Collection by Nguyen Van Kien 13 Canon Viet Nam Co.,Ltd /****************************************************************************************... *)0x200000) void init_timer_normal(void) { ITU0.TCR.BIT.TPSC =3; // moi 8 xung clock cua he thong thi TCNT se tang len 1 // Co nghia la cu sau 0 .32 uS, TCNT se tang len 1 (voi thach anh 25MHz) ITU0.TCR.BIT.CCLR=1;// TCNT se duoc xoa ve 0 khi TCNT bang GRA ITU0.GRA =31 25; // 31 25*0 .32 uS = 1mS => TCNT se duoc clear ve 0 sau moi 1mS ITU0.TIOR.BYTE=0x00; // Khong co output ra chan cua vdk khi compare match (TCNT=GRA)... này bằng với giá trị của thanh ghi GRA hoặc GRB, một sự kiện gì đó (phụ thuộc mode hoạt động của bộ định thời) sẽ xảy ra Để điều khiển hoạt động của các bộ định thời này (ví dụ chọn mode hoạt động, tần số clock…) thì ta cần phải thiết lập các thông số dựa vào một số thanh ghi điều khiển khác 8.1 Chế độ cơ bản (đếm) Ở chế độ này, thanh ghi TCNT sẽ tăng lên theo xung clock Khi giá trị thanh ghinày bằng... dùng cho bộ chuyển đổi ADC Sơ đồ khối bộ chuyển đổi DA Chúng ta có thể làm vi c với bộ chuyển đổi DAC này thông qua 4 thanh ghi 2 thanh ghi điều khiển DACR và DASTCR cùng với 2 thanh ghi data DADR0 và DADR1 a) Thanh ghi DACR Collection by Nguyen Van Kien 15 Canon Viet Nam Co.,Ltd Khi DAE bằng 0 thì kênh nào có bit DAOE tương ứng bằng 1 sẽ được chuyển đổi Còn khi DAE bằng 1 thì cả 2 kênh đều được chuyển... ghi TCR) Và giá trị GRA hay GRB trong trường hợp đó sẽ chính là chu kì của xung ra Collection by Nguyen Van Kien 18 Canon Viet Nam Co.,Ltd Để sử dụng PWM chúng ta làm như sau: a) Thiết lập: /* Setup PWM 1 */ ITU1.TCR.BIT.TPSC=0x 03; ITU1.TCR.BIT.CCLR=0x02; ITU1.GRB=0xFF; ITU1.GRA=0x7F; ITU1.TIOR.BIT.IOB=0; //Timer 1 clock = internal clock/8 //TCNT clear by GRB compare match //Time for PWM output change . PHẦN III Vi điều khiển H8 /30 69F 1. Giới thiệu chung về vi điều khiển (micro controller) Trước khi nói về vi điều khiển, chúng ta sẽ xem xét lại thế nào là máy tính: Máy tính nói. Nguyen Van Kien Canon Viet Nam Co.,Ltd 3 3. Bảng mạch AKI-H8 30 69F Trong khóa học này, chúng ta sẽ nghiên cứu vđk H8 /30 69F dùng bản mạch AKI-H8 30 69F. Bản mạch này bao gồm vđk H8 /30 69F và 2MB DRAM. IC 2 2. Khái quát về vi điều khiển H8 /30 69F Vi điều khiển H8 /30 69F là một vđk thuộc họ H8 /30 0H của hãng Renesas. Họ CPU H8 /30 0H có cấu trúc trong 32 bit, bao gồm 16 thanh ghi chung 16 bit. Các