LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 128 VÀ MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS CHO HỆ ĐIỀU HÀNH NHÚNG THỜI GIAN THỰC FREERTOS

Luận văn, khóa luận tốt nghiệp, báo cáo là sản phẩm kiến thức, là công trình khoa học đầu tay của sinh viên, đúc kết những kiến thức của cả quá trình nghiên cứu và học tập một chuyên đề, chuyên ngành cụ thể. Tổng hợp các đồ án, khóa luận, tiểu luận, chuyên đề và luận văn tốt nghiệp đại học về các chuyên ngành: Kinh tế, Tài Chính Ngân Hàng, Công nghệ thông tin, Khoa học kỹ thuật, Khoa học xã hội, Y dược, Nông Lâm Ngữ... dành cho sinh viên tham khảo. Kho đề tài hay và mới lạ giúp sinh viên chuyên ngành định hướng và lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp, thực hiện viết báo cáo luận văn và bảo vệ thành công đồ án của mình.

Đồ án: LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 128 VÀ MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS CHO HỆ ĐIỀU HÀNH NHÚNG THỜI GIAN THỰC FREERTOS Đồ án vi điều khiển Đặt vấn đề Ngày nay, cùng với sự phát triển chung của công nghệ, lĩnh vực hệ điều hành đã có những bước tiến dài trong quá trình hình thành và phát triển của mình. Từ sự khởi đầu đơn giản có bản quyền trên máy tính cá nhân như Hệ điều hành DOS, tiến lên các phiên bản Windows như win3.1 rồi win95, win 98 mới đây nhất là hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực Win7, bên cạnh đó phải kể đến các hệ điều hành mã nguồn mở như Max OS, Linux, Ubuntu hiện nay đã xuất hiện những hệ điều hành dành cho điện thoại đi động như Windown Mobile, và đặc biệt trong lĩnh vực điện tử có những hệ điều hành chuyên biệt cho các chip xử lý như VxWork, uCLinux,FreeRTOS, OpenRTOS và SAFERTOS Trong đó cần phải nói đến FreeRTOS, với tính thời gian thực và các ưu điểm đã giải quyết nhiều yêu cầu trong công nghệ vi xử lý. Để làm rõ điều này, đề tài của em trình bày 3 phần: PHẦN I : MỞ ĐẦU PHẦN NÀY TRÌNH BÀY VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI NÀY TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC, MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI PHẦN II: GIỚI THIỆU HĐH NHÚNG THỜI GIAN THỰC FREERTOS VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 128 PHẦN NÀY TRÌNH BÀY NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH NÓI CHUNG VÀ GIẢI THÍCH CÁC KHÁI NIỆM, TRÌNH BÀY VỀ FREERTOS VÀ VĐK ATMEGA 128 PHẦN III: CÁC BƯỚC THIẾT KẾ ỨNG DỤNG MINH HỌA Khoa Điện 2 Đồ án vi điều khiển PHẦN NÀY TRÌNH BÀY CÁC BƯỚC THIẾT KẾ ỨNG DỤNG TRÊN HĐH FREERTOS PHẦN IV: CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ PHẦN NÀY NÊU RA NHỮNG KẾT QUẢ ĐA ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ CHUNG Khoa Điện 3 Đồ án vi điều khiển SUMMARY OF RESULTS OF RESEARCH THEMES Today, with the development of technology, field operating system has made strides in the process of formation and development of his. From the beginning simple copyright on personal computer operating system like DOS, progress on the Windows version as win3.1 then Win95, Win 98 latest operating system multitasking real-time Win7, in addition to mentioning that the open source operating systems like Mac OS, Linux, Ubuntu now appeared that the operating system for mobile phones as Windown Mobile, and especially in the field of electronics is the operating system dedicated to processing chip as VxWork, uCLinux, FreeRTOS, and OpenRTOS SAFERTOS. In which need FreeRTOS mention, with real-time and solved many advantages required in microprocessor technology. To illustrate this, she presented the topic of three parts: PART I: TO TOP PRESENTATION OF THIS SITUATION RESEARCH ON THIS TOPIC AT HOME AND ABROAD, OBJECTIVES OF THEMES Khoa Điện 4 Đồ án vi điều khiển PART II: ABOUT TIME AVAILABILITY OF OS FREERTOS VI AND CONTROL ATMEGA 128 THIS PRESENTATION AS MANAGER DEVICES AND EXPLANATION Ò GERENAL CONCEPTS, FREERTOS AND PRESENTATION OF VDK ATMEGA 128 PART III: THE STEP DESIGN APPLICATIONS Minh Hoa THIS STEP PRESENTATION OF DESIGN APPLICATIONS ON OS FREERTOS PART IV: THE RESULTS OF ASSESSMENT AND DAT THIS YET ACHIEVED RESULTS AND GENERAL ASSESSMENT Khoa Điện 5 Đồ án vi điều khiển PHẦN I : MỞ ĐẦU I.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC Ngoài nước : đề tài đang được nghiên cứu rất mạnh mẽ có thể nói hệ thống nhúng được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực, rất nhiều mặt hàng từ các thiết bị cao cấp như vệ tinh, tên lửa, tàu con thoi đến các thiết bị tiêu dùng như lò vi ba, máy sấy, máy hút bụi… Thị trường hệ thống nhúng có tiềm năng phát triển vô cùng lớn. Theo các nhà thông kê trên thế giới thì số chip xử lý trong các máy PC và các server, các mạng LAN, WAN, Internet chỉ chiếm không đầy 1% tổng số chip vi xử lý có trên thế giới. Hơn 99% số vi xử lý còn lại nằm trong các hệ thống nhúng. Tại Châu Á, Nhật Bản đang dẫn đầu về thị trường nhúng và là một trong những thị trường phần mềm nhúng hàng đầu thế giới. Đây được coi là thị trường đầy hứa hẹn với các đối tác chuyên sản xuất phần mềm nhúng như Trung Quốc, Indonesia, Nga, Ireland, Israel, và cả Việt Nam. I.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC Trong nước: Hệ thống nhúng mới được quan tâm trong thời gian gần đây. Các doanh nghiệp làm phần mềm nhúng cũng chưa nhiều, mới có một số trung tâm thuộc các trường Đại học Quốc gia, Đại học Bách khoa, các đơn vị như Học viện Kỹ thuật quân sự, Viện nghiên cứu Điện tử - Tin học và Tự động hóa, Tổng công ty Điện tử - Tin học, Công ty thiết bị Điện tử y tế, Công ty VTC – Truyền hình số mặt đất và một số công ty phần mềm khác…. Khoa Điện 6 Đồ án vi điều khiển Đây là đề tài nghiên cứu khá mới mẻ , đa số vẫn sử dụng phương thức lập trình đơn nhiệm/ đơn tiến trình trong điều khiển. Cũng đã có một vài hệ thống điều khiển mà lõi của các hệ thống này chính là các hệ nhúng được cài đặt hệ điều hành nhúng nhằm phục vụ các ứng dụng điều khiển đa nhiệm. I.3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Tìm hiểu giải pháp cung cấp các dịch vụ nền cho các ứng dụng điều khiển. Giảiquyết các nhu cầu xử lý đa nhiệm trong các hệ thống điều khiển và hệ thống thông tin trong công nghiệp và dân dụng. Khoa Điện 7 Đồ án vi điều khiển PHẦN II: GIỚI THIỆU HĐH NHÚNG THỜI GIAN THỰC FREERTOS VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 128 II.1 TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU HÀNH II.1.1KHÁI NIỆM VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH Hệ điều hành là một chương trình hay một hệ chương trình hoạt động giữa người sử dụng (user) và phần cứng của máy tính. Mục tiêu của hệ điều hành là cung cấp một môi trường để người sử dụng có thể thi hành các chương trình. Nó làm cho máy tính dể sử dụng hơn, thuận lợi hơn và hiệu quả hơn. Hệ điều hành là một phần quan trọng của hầu hết các hệ thống máy tính. Một hệ thống máy tính thường được chia làm bốn phần chính : phần cứng, hệ điều hành, các chương trình ứng dụng và người sử dụng. Phần cứng bao gồm CPU, bộ nhớ, các thiết bị nhập xuất, đây là những tài nguyên của máy tính. Chương trình ứng dụng như các chương trình dịch, hệ thống cơ sở dữ liệu, các trò chơi, và các chương trình thương mại. Các chương trình này sử dụng tài nguyên của máy tính để giải quyết các yêu cầu của người sử dụng. Hệ điều hành điều khiển và phối hợp việc sử dụng phần cứng cho những ứng dụng khác nhau của nhiều người sử dụng khác nhau. Hệ điều hành cung cấp một môi trường mà các chương trình có thể làm việc hữu hiệu trên đó. Khoa Điện 8 Đồ án vi điều khiển Hình 1.1 Mô hình trừu tượng của hệ thống máy tính Hệ điều hành có thể được coi như là bộ phân phối tài nguyên của máy tính. Nhiều tài nguyên của máy tính như thời gian sử dụng CPU, vùng bộ nhớ, vùng lưu trữ tập tin, thiết bị nhập xuất v.v… được các chương trình yêu cầu để giải quyết vấn đề. Hệ điều hành hoạt động như một bộ quản lý các tài nguyên và phân phối chúng cho các chương trình và người sử dụng khi cần thiết. Do có rất nhiều yêu cầu, hệ điều hành phải giải quyết vấn đề tranh chấp và phải quyết định cấp phát tài nguyên cho những yêu cầu theo thứ tự nào để hoạt động của máy tính là hiệu quả nhất. Một hệ điều hành cũng có thể được coi như là một chương trình kiểm soát việc sử dụng máy tính, đặc biệt là các thiết bị nhập xuất. Tuy nhiên, nhìn chung chưa có định nghĩa nào là hoàn hảo về hệ điều hành. Hệ điều hành tồn tại để giải quyết các vấn đề sử dụng hệ thống máy tính. Mục tiêu cơ bản của nó là giúp cho việc thi hành các chương trình dễ dàng hơn. Mục tiêu thứ hai là hỗ trợ cho các thao tác trên hệ thống máy tính hiệu quả hơn. Mục tiêu này đặc biệt quan trọng trong những hệ thống nhiều người dùng và trong những hệ thống lớn(phần cứng + quy mô sử dụng). Tuy nhiên hai mục tiêu này cũng có phần tương phản vì vậy lý Khoa Điện 9 Đồ án vi điều khiển thuyết về hệ điều hành tập trung vào việc tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên của máy tính. II.1.2 PHÂN LOẠI HỆ ĐIỀU HÀNH II.1.2.1 Hệ thống xử lý theo lô Bộ giám sát thường trực : Khi một công việc chấm dứt, hệ thống sẽ thực hiện công việc kế tiếp mà không cần sự can thiệp của người lập trình, do đó thời gian thực hiện sẽ mau hơn. Một chương trình, còn gọi là bộ giám sát thường trực được thiết kế để giám sát việc thực hiện dãy các công việc một cách tự động, chương trình này luôn luôn thường trú trong bộ nhớ chính. Hệ điều hành theo lô thực hiện các công việc lần lượt theo những chỉ thị định trước. CPU và thao tác nhập xuất : CPU thường hay nhàn rỗi do tốc độ làm việc của các thiết bị nhập xuất (thường là thiết bị cơ) chậm hơn rất nhiều lần so với các thiết bị điện tử. Cho dù là một CPU chậm nhất, nó cũng nhanh hơn rất nhiều lần so với thiết bị nhập xuất. Do đó phải có các phương pháp để đồng bộ hóa việc hoạt động của CPU và thao tác nhập xuất. Xử lý off_line : Xử lý off_line là thay vì CPU phải đọc trực tiếp từ thiết bị nhập và xuất ra thiết bị xuất, hệ thống dùng một bộ lưu trữ trung gian. CPU chỉ thao thác với bộ phận này. Việc đọc hay xuất đều đến và từ bộ lưu trữ trung gian. Spooling : Spool (simultaneous peripheral operation on-line) là đồng bộ hóa các thao tác bên ngoài on-line. Cơ chế này cho phép xử lý của CPU là on-line, sử dụng đĩa để lưu các dữ liệu nhập cũng như xuất. Khoa Điện 10 [...]... tính phân tích dữ liệu và có thể chỉnh các điều khiển giải quyết cho dữ liệu nhập Một hệ điều hành xử lý thời gian thực phải được định nghĩa tốt, thời gian xử lý nhanh Hệ thống phải cho kết quả chính xác trong khoảng thời gian bị thúc ép nhanh nhất Có hai hệ thống xử lý thời gian thực là hệ thống thời gian thực cứng và hệ thống thời gian thực mềm Hệ thống thời gian thực cứng là công vi c được hoàn tất... Đồ án vi điều khiển DDRG PING Không có Không có $64 $63 II.2.3 BỘ ĐỊNH THỜI CỦA ATmega1 28 ATmega1 28 có 4 bộ định thời , bộ định thời 1 và 3 là bộ định thời 16 bit, bộ định thời 0 và 2 là bộ định thời 8 bit Dưới đây là mô tả chi tiết của 4 bộ định thời 1 BỘ ĐỊNH THỜI 1 Khoa Điện 29 Đồ án vi điều khiển Khoa Điện 30 Đồ án vi điều khiển Hình 1.6 Bộ định thời 16 bit Bộ định thời 1 và 3 là bộ định thời 16... trong vi điều khiển và được chạy lúc khởi động Phần mềm này có thể tải vào trong vi điều khiển chương trình của người sử dụng và sau đó thực thi chương trình này Mỗi khi reset vi điều khiển CPU sẽ nhảy tới thực thi chương trình boot loader trước, chương trình boot loader sẽ dò xem có chương trình nào cần nạp vào vi điều khiển hay không, nếu có chương trình cần nạp, boot loader sẽ nạp chương trình vào... công vi c ở nơi lưu trữ trong bộ nhớ CPU sẽ lần lượt thực hiện các phần công vi c này Khi đang thực hiện, nếu có yêu cầu truy xuất thiết bị thì CPU không nghỉ mà thực hiện tiếp công vi c thứ hai… Với hệ đa chương hệ điều hành ra quyết định cho người sử dụng vì vậy, hệ điều hành đa chương rất tinh vi Hệ phải xử lý các vấn đề lập lịch cho công vi c, lập lịch cho bộ nhớ và cho cả CPU nữa II.1.2.3 Hệ thống... ROM Vi c xử lý theo thời gian thực sẽ xung đột với tất cả hệ thống liệt kê ở trên Dạng thứ hai là hệ thống thời gian thực mềm, mỗi công vi c có một độ ưu tiên riêng và sẽ được thi hành theo độ ưu tiên đó Có một số lĩnh vực áp dụng hữu hiệu phương pháp này là multimedia hay thực tại ảo II.2 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ATmega 128 Khoa Điện 14 Đồ án vi điều khiển II.2.1 TỔNG QUAN Những Tính Năng Chính Của ATmega1 28:... đồng bộ do thời gian chuyển đổi nhanh nên họ có cảm giác là các tiến trình đang được thi hành cùng lúc Khoa Điện 11 Đồ án vi điều khiển Hệ điều hành chia xẻ phức tạp hơn hệ điều hành đa chương Nó phải có các chức năng : quản trị và bảo vệ bộ nhớ, sử dụng bộ nhớ ảo Nó cũng cung cấp hệ thống tập tin truy xuất on-line… Hệ điều hành chia xẻ là kiểu của các hệ điều hành hiện đại ngày nay II.1.2.4 Hệ thống... trị hơn Hệ điều hành chia xẻ thời gian dùng lập lịch CPU và đa chương để cung cấp cho mỗi người sử dụng một phần nhỏ trong máy tính chia xẻ Một chương trình khi thi hành được gọi là một tiến trình Trong quá trình thi hành của một tiến trình, nó phải thực hiện các thao tác nhập xuất và trong khoảng thời gian đó CPU sẽ thi hành một tiến trình khác Hệ điều hành chia xẻ cho phép nhiều người sử dụng chia... thời gian Hệ thống chia xẻ thời gian là một mở rộng logic của hệ đa chương Hệ thống này còn được gọi là hệ thống đa nhiệm (multitasking) Nhiều công vi c cùng được thực hiện thông qua cơ chế chuyển đổi của CPU như hệ đa chương nhưng thời gian mỗi lần chuyển đổi diễn ra rất nhanh Hệ thống chia xẻ được phát triển để cung cấp vi c sử dụng bên trong của một máy tính có giá trị hơn Hệ điều hành chia xẻ thời. .. trúc của Vi điều khiển AVR Khoa Điện 17 Đồ án vi điều khiển II.2.2 CẤU TRÚC BỘ NHỚ VÀ CỔNG VÀO – RA 1 CẤU TRÚC BỘ NHỚ Giới Thiệu: Bộ nhớ vi điều khiển AVR có cấu trúc Harvard là cấu trúc có đường Bus riêng cho bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ AVR được chia làm 2 phần chính: Bộ nhớ chương trình ( program memory ) và bộ nhớ dữ liệu ( Data memory ) Bộ Nhớ Chương Trình : Bộ nhớ chương trình của... nối kết với nhau trong một hệ thống mạng, vi c trao đổi dữ liệu diễn ra rất dễ Người sử dụng có thể chuyển tập tin hay các E_mail cho nhau từ cùng vị trí hay những vị trí khác II.1.2.6 Hệ thống xử lý thời gian thực Hệ thống xử lý thời gian thực được sử dụng khi có những đòi hỏi khắt khe về thời gian trên các thao tác của bộ xử lý hoặc dòng dữ liệu, nó thường được dùng điều khiển các thiết bị trong các . Đồ án: LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 128 VÀ MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS CHO HỆ ĐIỀU HÀNH NHÚNG THỜI GIAN THỰC FREERTOS Đồ án vi điều khiển Đặt vấn đề Ngày nay, cùng với. THIỆU HĐH NHÚNG THỜI GIAN THỰC FREERTOS VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 128 II.1 TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU HÀNH II.1.1KHÁI NIỆM VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH Hệ điều hành là một chương trình hay một hệ chương trình hoạt. trong khoảng thời gian bị thúc ép nhanh nhất. Có hai hệ thống xử lý thời gian thực là hệ thống thời gian thực cứng và hệ thống thời gian thực mềm Hệ thống thời gian thực cứng là công vi c được