Giới thiệu atmega16 potx

Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính ĐỒ ÁN MÔN ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH BẰNG MÁY TÍNH THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY TÍNH ĐIỆN TỬ Nhóm SVTH: Lớp : GVHD : Ngọ Văn Tùng Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến ĐHLTĐTĐH – K3 TH.S Bùi Văn Huy Hà Nội, 6/2012 1 SVTH: Ngọ Văn Tùng GVHD: TH.S Bùi Văn Huy Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính Lời nói đầu Ngày nay nhân loại đang trải qua những sự phát triển nhanh chóng về mọi mặt. Trong đó điện tử, tự động hóa đóng một vai trò không nhỏ. Điện tử góp phần vào quá trình tự động hóa mọi mặt giúp con người hiện đại hóa cuộc sống. Vận dụng những kiến thức đã học trong quá học tập ở trường và được sự hướng dẫn nhiệt tình của Th.S Bùi Văn Huy. Nhóm em thực hiện đồ án này. Đồ án này được áp dụng chủ yếu vào vi điều khiển. Mà thực tế là IC ATMEGA16, nhằm mục đích giúp em hiểu một cách tường tận hơn về vi điều khiển, cách đọc , viết, và nhận biết các chân IC mà em đã được học từ thầy cô trong trường, tìm hiểu và nghiên cứu qua sách cũng như cách thức vận chúng dụng nó trong thực tế. Tuy nhiên các ứng dụng của vi điều khiển rất đa dạng và phong phú. Từ những ứng dụng đơn giản chỉ có vài thiết bị ngoại vi cho tới những hệ thống điều khiển phức tạp. Tuy nhiên do phạm vi và trình độ có hạn chế nên việc nghiên cứu và tìm hiểu vi điều khiển còn nhiều điều chưa biết. Trong bài viết của em, chúng em xin giới thiệu về mạch ứng dụng cho atmega 16 thiết kế mô hình máy tính điện tử: thực hiện các phép tính cộng, trừ, nhân, chia trên các con số<=16bit, hiển thị trên màn hình LCD. Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh được những sai sót, nhóm em mong thầy cô và các bạn góp ý bổ sung để chúng em hiểu biết hơn và tiến bộ trong quá trình học tập tiếp theo.Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn ! 2 SVTH: Ngọ Văn Tùng GVHD: TH.S Bùi Văn Huy Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính Chương I: Giới Thiệu Chung. 1) Sơ lược. Trong công nghệ điện tử vi xử lý, vi điều khiển là một thành phần quan trọng không thể thiếu nó có nhiều điểm ưu việt. có thể thay thế cho một mạch điện tử phức tạp bằng một vi mạch nhỏ gọn với chi phí thấp hơn, nhưng ứng dụng lại vô cùng đa dạng và linh hoạt hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, tốc độ sử lý nhanh hơn,… Để học tập tốt và hiểu sâu về môn vi xử lý ngoài những kiến thức trên sách vở cần có những ứng dụng vào thực tế. trên cơ sở đó chúng em tìm hiểu và thiết kế mô hình máy tính điện tử: thực hiện các phép tính cộng, trừ, nhân, chia trên các con số<=16bit, hiển thị trên màn hình LCD. 2) Sơ đồ khối . 3 SVTH: Ngọ Văn Tùng GVHD: TH.S Bùi Văn Huy Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính Chương II: Các linh kiện chính sử dụng trong mạch. 1) Vi điều khiển Atmega 16. a) Giới thiệu chung. ATmega16 là vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC. Với khả năng thực hiện mỗi lệnh trong một vòng chu kỳ xung clock. ATmega16 có thể đạt được tốc độ 1MIPS trên mỗi MHz ( 1 triệu lệnh/s/MHz). ATmega16 co đặc điểm sau: 16kb bộ nhớ Flash với khả năng đọc trong khi ghi, 512 byte bọ nhớ EEPROM, 1KB bộ nhớ SRAM, 32 thanh ghi chức năng chung, 32 đường vào ra chung, 3 bộ định thời/bộ đếm, ngắt nộ và ngắt ngoại, USART, giao tiếp nối tiếp 2 dây, 8 kênh ADC 10 bit,…. ATmega16 hỗ trợ đầy đủ các chương trình và các công cụ phát triển hệ thống như : trình dịch C, macro assemblers, chương trình mô phỏng/sửa lỗi, kit thử nghiệm,… - Cấu trúc AVR CPU của AVR có chức năng bảo đảm sự hoạt động chính xác của chương trình. Do đó nó phải có khả năng truy cập bộ nhớ, thực hiện các quá trình tính toán, điều khiển các thiết bị ngoại vi và quản lý ngắt. -Cấu trúc tổng quan AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình và dữ liệu được lưu trong bộ nhớ Flash. 4 SVTH: Ngọ Văn Tùng GVHD: TH.S Bùi Văn Huy Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính - ALU. ALU làm việc trực tiếp với các thanh ghi chức năng chung. Các phép toán được thực hiện trong một chu kỳ xung clock. Hoạt động của ALU được chia làm 3 giai đoạn: đại số, logic và theo bit. - thanh ghi trang thái Đây là thanh ghi trạng thái có 8 bit lưu trữ trạng thái cua ALU sau các phép tính số học và logic. 5 SVTH: Ngọ Văn Tùng GVHD: TH.S Bùi Văn Huy Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính C: Carry Flag; cờ nhớ (Nếu phép toán có nhớ cờ sẽ được thiết lập). Z: Zero Flag; Cờ zero (Nếu kết quả phép toán bằng 0). N: Negative Flag (Nếu kết quả của phép toán là âm). V: Two’s complement overflow indicator(Cờ này được thiết lập khi tràn số bù2) V, For signed tests (S=N XOR V) S: N. H: Half Carry Flag (Được sử dụng trong một số toán hạng sẽ được chỉ rõ sau). T: Transfer bit used by BLD and BST instructions (Được sử dụng làm nơi chung gian trong các lệnh BLD, BST). I: Global Interrupt Enable/Disable Flag (Đây là bit cho phép toàn cục ngắt. Nếu bit này ở trạng thái logic 0 thì không có một ngắt nào được phục vụ.). - Các thanh ghi chức năng chung. 6 SVTH: Ngọ Văn Tùng GVHD: TH.S Bùi Văn Huy Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính - Con trỏ ngăn xếp (SP). Là một thanh ghi 16 bit nhưng cũng có thể được xem như hai thanh ghi chức năng đặc biệt 8 bit. Có địa chỉ trong các thanh ghi chức năng đặc biệt là S3E (trong bộ nhớ RAM là $5E). Có nhiệm vụ trỏ tới vùng nhớ trong RAM chứa ngăn xếp. Khi chương trình phục vụ ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưu vào ngăn xếp trong khi con trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí. Và con trỏ ngăn xếp sẽ giảm 1 khi thực hiện lệnh push. Ngược lại khi thực hiện lệnh POP thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 1 và khi thực hiện lệnh RET hoặc RETI thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 2. Như vậy con trỏ ngăn xếp cần được chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếp trước khi một chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ. Và giá trị ngăn xếp ít nhất cũng phải lơn hơn hoặc bằng 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là vùng các thanh ghi. - Quản lý ngắt. Ngắt là một cơ chế cho phép thiết bị ngoại vi báo cho CPU biết về tình trạng sẵn sàng cho đổi dữ liệu của mình.Ví dụ:Khi bộ truyền nhận UART nhận được một byte nó sẽ báo cho CPU biết thông qua cờ RXC, hoặc khi nó đã truyền được một byte thì cờ TX được thiết lập…Khi có tín hiệu báo ngắt CPU sẽ tạm dừng công việc đạng thực hiện lại và lưu vị trí đang thực hiện chương trình 7 SVTH: Ngọ Văn Tùng GVHD: TH.S Bùi Văn Huy Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính (con trỏ PC) vào ngăn xếp sau đó trỏ tới vector phục vụ ngắt và thức hiện chương trình phục vụ ngắt đó cho tới khi gặp lệnh RETI (return from interrup) thì CPU lại lấy PC từ ngăn xếp ra và tiếp tục thực hiện chương trình mà trước khi có ngắt nó đang thực hiện. Trong trường hợp mà có nhiều ngắt yêu cầu cùng một lúc thì CPU sẽ lưu các cờ báo ngắt đó lại và thực hiện lần lượt các ngắt theo mức ưu tiên .Trong khi đang thực hiện ngắt mà xuất hiện ngắt mới thì sẽ xảy ra hai trường hợp. Trường hớp ngắt nào có mức ưu tiên cao hơn thì nó sẽ được phục vụ. Còn nó mà có mức ưu tiên thấp hơn thì nó sẽ bị bỏ qua. Bộ nhớ ngăn xếp là vùng bất kì trong SRAM từ địa chỉ 0x60 trở lên. Để truy nhập vào SRAM thông thường thì ta dùng con trỏ X,Y,Z và để truy nhập vào SRAM theo kiểu ngăn xếp thì ta dùng con trỏ SP. Con trỏ này là một thanh ghi 16 bit và được truy nhập như hai thanh ghi 8 bit chung có địa chỉ: SPL :0x3D/0x5D(IO/SRAM) và SPH:0x3E/0x5E.Khi chương trình phục vu ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưu vào ngăn xếp trong khi con trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí.Và con trỏ ngăn xếp sẽ giảm 1 khi thực hiện lệnh push. Ngược lại khi thực hiện lệnh POP thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 1 và khi thực hiện lệnh RET hoặc RETI thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 2. Như vậy con trỏ ngăn xếp cần được chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếp trước khi một chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ. Và giá trị ngăn xếp ít nhất cũng phải lớn hơn 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là vùng các thanh ghi. 8 SVTH: Ngọ Văn Tùng GVHD: TH.S Bùi Văn Huy Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính b) Sơ đồ khối. 9 SVTH: Ngọ Văn Tùng GVHD: TH.S Bùi Văn Huy Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính c) Sơ đồ chân. Ý nghĩa các chân. • ChânVcc: Chân số 10 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển. Nguồn điện cấp là +5V±0.5. • Chân GND:Chân số11 và chân số 31 nối GND(hay nối Mass). Khi thiết kế cần sử dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn giản là sử dụng IC ổn áp 7805. • Chân GND:Chân số11 và chân số 31 nối GND(hay nối Mass). Khi thiết kế cần sử dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn giản là sử dụng IC ổn áp 7805 10 SVTH: Ngọ Văn Tùng GVHD: TH.S Bùi Văn Huy Nguyễn Văn Tú Nguyễn Văn Hiến . điều khiển Atmega 16. a) Giới thiệu chung. ATmega16 là vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC. Với khả năng thực hiện mỗi lệnh trong một vòng chu kỳ xung clock. ATmega16 có thể đạt được. Hiến Khoa điện – Tự động hóa Lớp: ĐHLTĐTĐH-K3 Môn: Đo lường điều khiển bằng máy tính Chương I: Giới Thiệu Chung. 1) Sơ lược. Trong công nghệ điện tử vi xử lý, vi điều khiển là một thành phần quan. cứu và tìm hiểu vi điều khiển còn nhiều điều chưa biết. Trong bài viết của em, chúng em xin giới thiệu về mạch ứng dụng cho atmega 16 thiết kế mô hình máy tính điện tử: thực hiện các phép tính