bài báo cáo mkl46z4 microcontroller (vi điều khiển mkl46z4)

GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN BÀI BÁO CÁO MKL46Z4 MICROCONTROLLER (VI ĐIỀU KHIỂN MKL46Z4) BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH – VIỄN THÔNG HỆ THỐNG NHÚNG MMH:EMSY435664 Tuần:10 Ngày……2….tháng……11…năm 2016 Họ tên Trần Trọng Phú 14119041 Đoàn Văn Phú 14119070 Đào Văn Lợi Trần Việt Tiến Trần Mạch Thanh Tú 14119033 14119051 14119063 GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN Kit FRDM-KL46Z kit xây dựng dựa vi xữ lý ARM Cortex-M0+ Freescale sản xuất Sơ lượt chức Kit :  Chip ARM MKL46Z256VLL4MU, core clock 48MHz, nhớ flash 256KB, 32KB sram, tích hợp điều khiển segment LCD, USB otg  Cảm ứng điện dung (capactivie touch slider), chip ARM tích hợp controller cho touch sensing  Cảm biến Accelerometer MMA8451Q  Cảm biến từ trường magnetometer MAG3110  Linh hoạt lựa chọn nguồn, sử dụng 5V từ cổng USB máy tính,hoặc từ pin 3V3  Form factor compatible with Arduino tmR3 pin layout  Tích hợp debug Open SDA kit, sử dụng Open SDA để debug giao tiếp RS232 Các khối KL4x bao gồm: MPU 2.System module Memories Clock Analog Timer 7.HMI 8.Communication interface MPU Bộ vi xử lý điện Cortex có kích thước nhỏ giá thành thấp - tối ưu hóa cho thời gian không gian thiết kế hệ thống vi điều khiển ứng dụng xác định Dòng ARM Cortex xử lý loạt khả mở rộng, lượng hiệu dễ sử dụng xử lý đáp ứng nhu cầu ứng dụng nhúng thông minh kết nối ngày Cortex-M giúp nhà phát triển cung cấp nhiều tính hơn, thời gian hơn, với chi phí thấp hơn, với kết nối đa năng, tái sử dụng mã toàn diện, bảo đảm tiêu GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN chuẩn nhà nước hiệu lượng Các vi xử lý ARM Cortex-M sử dụng ARM Thumb ® -2 - công nghệ nhằm cung cấp mật độ mã vượt trội so với 8-bit, 16bit Công nghệ Thumb-2 hỗ trợ tính củaThumb 16-bit, đồng thời mở rộng thêm tính để Thumb 32-bit mạnh mẽ Trong nhiều trường hợp, trình biên dịch C sử dụng phiên 16-bit công việc thực hiệu so với sử dụng phiên 32- bit Bộ vi xử lý ARM Cortex-M lựa chọn phổ biến cho ứng dụng nhúng, cấp phép cho 350 đối tác ARM hỗ trợ rộng rãi nhiều công ty nhúng giới với công cụ bên thứ ba rộng nhất, RTOS hỗ trợ trung gian kiến trúc Sử dụng xử lý chuẩn thiết kế cho phép đối tác ARM tạo thiết bị với sở phù hợp, cho phép họ tập trung vào việc triển khai tạo thiết bị cao cấp Cortex-M0+ có hiệu lượng cao dòng Nó xây dựng vi xử lý CortexM0 thành công, giữ lại đầy đủ tính đặc tính khả tương thích công cụ, đồng thời giảm mức tiêu thụ lượng tăng hiệu suất Lợi ích chính: hiệu lượng cao Cortex-M0 + xử lý đạt mức tiêu thụ điện 1.1 Debug interface (giao diện gỡ lỗi): Cho phép gỡ rối chương trình mạch ứng dụng, việc cho chip chạy chương trình theo ý người dùng, lệnh (stepping) hay đến điểm dừng (break point) định Trong trình debug, người dùng khảo sát giá trị ghi, biến bên chip, thao tác giá trị ghi, hay biến, nhằm đặt chip đến trạng thái mong muốn 1.2 Interrupt controller( điều khiển ngắt): Chức Một hệ thống thời gian thực gọi “điều khiển kiện” có nghĩa hệ thống phải có chức phản ứng lại kiện xảy môi trường hệ thống Vậy hệ thống phản ứng lại kiện nào? Hiện có hai phương pháp tiếp cận vấn đề Phương pháp Polling hay Vòng lặp Polling phương pháp thứ xử lý ngắt (Interrup) 1.3 micro trace butter: - Được phát triển ARM - 32-bit ARM Cortex-M0+ core (up to 48MHz CPU Clock) - Nested vectored interrupt contr (NVIC) - Async wake-up interrupt contr (AWIC) - The Cortex-M0 core is optimized for small silicon die size and use in the lowest price chips GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN - Tiêu thụ lượng System module 2.1 Internal Watchdog: Là timer có chức reset lại processor 2.2 DMA Direct memory access (DMA) phương pháp cho phép thiết bị Input/Output(I/O) gửi nhận liệu trực tiếp tới từ nhớ mà không cần thông qua CPU Quá trình quản lý vi xử lý gọi DMA controller(DMAC) Trong máy tính trước đây, có kênh DMA đánh số từ đến Cơ chế hoạt động: Chế độ DMA: thường hoạt động chuyển thông tin thiết bị I/O với nhớ máy tính thực thông qua CPU theo chế tuần tự: CPU lệnh "import" để nhập đơn vị thông tin (byte/word) từ thiết bị I/O vào ghi CPU lệnh ghi thông tin từ ghi CPU vào ô nhớ RAM Quy trình chậm CPU phải tốn nhiều chu kỳ máy để thực lệnh di chuyển thông tin, thông tin phải vòng qua CPU trước đến vị trí cuối Để tăng tốc độ chuyển liệu I/O RAM, người ta thiết kế mạch cứng DMA (Direct Memory Access) cho phép chuyển liệu trực tiếp I/O RAM mà không cần ngang qua CPU Như vậy, driver thiết bị I/O hỗ trợ tốt chế độ hoạt động DMA bạn nên cho phép chế độ hoạt động Khi sử dụng, CPU gửi cho điều khiển số thông số địa đĩa khối, địa nhớ nơi định vị khối, số lượng byte liệu để chuyển Sau điều khiển đọc toàn liệu từ thiết bị vào buffer kiểm tra checksum, điều khiển chuyển byte vào nhớ địa mô tả địa nhớ DMA Sau tăng địa DMA giảm số bytes phải chuyển Quá trình lập số bytes phải chuyển 0, điều khiển tạo ngắt Như không cần phải copy khối vào nhớ, hữu nhớ Điểm lợi DMA: Với chức giao tiếp có tính liên tục xử lý âm thanh, kết nối mạng với bên cần thiết CPU xử lý đa nhiệm lúc nhiều chức nên buộc phải sử dụng DMA Nếu gói liệu chưa thể ghi hết vào DMA CPU đợi(do CPU có tốc độ lớn nhiều với giao tiếp ngoài) cờ ngắt báo ghi xong 2.3 Low-leakage wake-up unit (LLWU): GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN Cho phép vi xử lý để thoát từ chế độ lượng thấp cách kiện bên (pin thay đổi trạng thái) thiết bị ngoại vi hỗ trợ hoạt động có chức kiện không đồng trạng thái lượng thấp riêng Module configure ngắt sử dụng để wakeup core trạng thái sleep mode 2.4 Bit Manipulation Engine (thao tác bit): Các BME khối phần cứng mà nằm tảng L-Series Core phép hoạt động đọc-chỉnh sửa-ghi thực ghi ngoại vi sử dụng liệu lưu trữ địa mục tiêu 2.5 Unique ID: Thiết bị số ID nhất, phần giấy chứng nhận sử dụng để đăng nhập ứng dụng cho hoắc nhiều thiết bị Memories Trong máy tính, nhớ đề cập đến thiết bị phần cứng máy tính sử dụng để lưu trữ thông tin để sử dụng máy tính Bộ nhớ máy tính chia làm loại nhớ bay (Volatile Memory) nhớ không bay hơi(Non-Volatile Memory) Bộ nhớ bay nhớ máy tính đòi hỏi nguồn điện để trì thông tin lưu trữ Hầu hết nhớ bán dẫn dễ bay RAM tĩnh (SRAM) RAM động (DRAM) SRAM giữ lại nội dung miễn điện kết nối dễ dàng để giao tiếp, sử dụng sáu transistor cho bit 3.1 Bộ nhớ Flash : Bộ nhớ flash loại nhớ không khả biến xóa ghi lại điện Về kỹ thuật Bộ nhớ flash loại EEPROM nhớ đọc/ghi điện không liệu ngừng cung cấp điện a Hình 1: Một ổ USB flash Chip bên trái nhớ flash Bên phải vi điều khiển GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN Lên đến 256 KB nhớ Flash vàvới 64 KB nhớ flash cache ( Bộ nhớ đệm truy xuất nhanh) 3.2 Bộ nhớ SRAM : loại nhớ sử dụng công nghệ bán dẫn Từ "tĩnh" nghĩa nhớ lưu liệu có điện, không RAM động cần nạp lại thường xuyên Không nên nhầm RAM tĩnh với nhớ đọc nhớ flash RAM tĩnh lưu liệu có điện -Chứa 16 KB ROM chương trình khởi động lên đến 32 KB RAM 3.3 Chức -Lưu trũ liệu -Là mạch bảo mật để ngăn chặn truy cập trái phép vào RAM nhớ FLASH Clock 4.1 Phase Locked Loop : Cơ hệ thống kiểm soát tần số khép kín Trong đó, tín hiệu hồi tiếp dùng để khóa tần số pha tín hiệu theo tần số pha tín hiệu vào PLL ngày có công nghệ tích hợp cao làm cho PLL nhỏ, tin cậy, giá rẻ, dễ sử dụng, đa năng, ứng dụng phổ thông lọc, tổng hợp tần số, giải điều chề, điều chế, điều khiển tự động Có hàng chục kiểu vi mạch PLL khác nhau, số chế tạo phổ thông đa dạng, số ứng dụng đặc biệt tách tone, giải mã stereo, tổng hợp tần số Trước đa phần PLL bao gồm mạch số lẫn tương tự Hiện PLL trở nên phổ biến GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN Khi tín hiệu vào vi điện áp ngõ Vout = dao động VCO hoạt động tần số Fn ( tần số cài đặt điện trở tụ điện ) 4.2 Frequency- locked loop: Một tần số khóa, vòng lặp tần bị khóa (FLL), hệ thống điều khiển điện tử để tạo tín hiệu bị khóa với tần số đầu vào "tham chiếu" tín hiệu mạch so sánh tần số dao động kiểm soát để tham khảo, tự động tăng giảm tần số dao động tần số (nhưng không thiết phải pha nó) phù hợp với tài liệu tham khảo Một vòng lặp tần số khóa ví dụ hệ thống điều khiển sử dụng thông tin phản hồi tiêu cực vòng tần số khóa sử dụng phát thanh, viễn thông, máy tính ứng dụng điện tử khác để tạo tần số ổn định, để phục hồi tín hiệu từ kênh truyền thông ồn Khi có tín hiệu vào vi, tách sóng pha so sánh pha tần số tín hiệu vào với tín hiệu VCO Ngõ tách sóng pha điện áp sai lệch Vd(t), sai lệch tần số pha tín hiệu Điện áp Vd(t) lọc lấy thành phần biến đổi chầm nhờ LPF, khuếch đại đưa đến ngõ vào VCO, điều khiển tần số VCO bám theo tần số tín hiệu vào Đến tần số fo VCO gần tần số fi, hệ thống hồi tiếp làm cho VCO đồng ( khóa ) theo tần số tín hiệu vào Ở trang thái (lock) tần số fo VCO đồng ( ) tần số vào fi, trừ sai biệt pha 4.3 Low/High- Frequency Oscillators: Tần số dao động (LFO) tín hiệu điện tử mà thường 20 Hz tạo xung nhịp điệu quét Xung quét thường sử dụng để điều chỉnh tổng hợp, đường chậm thiết bị âm khác để tạo hiệu ứng sử dụng việc sản xuất nhạc điện tử Hiệu ứng âm tiếng rung, tremolo phân kỳ ví dụ Các LFO viết tắt thường sử dụng để dao động tần số thấp thân Tần số cao (HFO) tín hiệu điện tử có tần số cao 4.4 Internal reference clocks (đồng hồ tham khảo nội bộ): Analog: GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN Đây tín hiệu liên tục theo thời gian Biên đô, pha tần số dòng điện thay đổi liên tục theo thời gian 5.1 16-bit ADC ( analog to digital converter): Mạch chuyển đổi tương tự số 16 bit 5.2 Analog comparator (so sánh tương tự): BỘ SO SÁNH TƯƠNG TỰ (ALALOG COMPARATOR) TRONG HỆ THỐNG BĂNG TẢI CON LĂN Để điều khiển qua sát trạng thái so sánh tương tự ta có ghi ghi ACSR.Trước tìm hiểu nguyên tắc hoạt động ta giới thiệu ghi Thanh ghi ACSR ghi bit hệ thống băng tải lăn có địa ghi I/O 0x08 có địa không gian nhớ SRAM 0x28.Trong bit có bit định nghĩa bit không định nghĩa.Nó đọc có giá trị logic Bit 7-ACD:Analog comparator disable –Đây bit điều khiển Bit ttrực tiếp điều khiển hoạt động AC(bộ so sánh tương tự) Nếu bit set lên nguồn cung cấp cho AC hoạt động bị tắt (turn off) đồng nghĩa với việc không hoạt động.Và xóa AC hệ thống băng tải lăn cấp nguồn hoạt động bình thường.Chú ý :Ta thay đổi giá trị logic bit lúc để ngưng hoạt động chúng cho chúng hoạt đông trở lại thay đổi ghía trị logic ngắt (ngắt AC)cần bị cấm không sinh ngắt (Cụ thể bit ACIE cần bị xóa) Bit 5-ACO:Analog comparator output –Đây bit trạng thái Bit nối trức tiếp với đầu so sánh tương tự Bit 4-ACI:Analog comparator interrupt flag –Đây bit trạng thái Cờ báo ngắt so sanh tương tự.Nếu cờ set ngắt phép chương trình phục vụ ngắt gọi chúng đước xóa phần cứng chương trinh báo ngắt phục vụ Các trường hợp làm thay đổi trạng thái cờ việc thay đổi bit ACD hệ thống băng tải lăn nói tới bít o Bit 3-ACIE:AC interrupt enable –Đây bit điều khiển Nếu bit set ngắt phép ngược lại Bit 2ACIC:Analog comparator input Capture Enable –Đây bit điều khiển Khi bit set lên đầu AC nối trực tiếp vào đầu vào chức bắt kiện Timer/counter 1.( Đọc thêm timer/counter1) GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN Bit ACIS1 ACIS0 :Ac interrupt mode select –Đây hai bit điều khiển ACIS1 ACIS0 Chế độ ngắt 0 Theo mức Dành riêng(chưa dùng đến) 5.3 12-Bit DAC DAC (hay gọi D/A, D2A hay D-to-A) viết tắt cụm từ Digital Analog Converter) Bộ chuyển đổi tín hiệu điện tử thành analog 12 bit Timer 6.1 PWM(Pulse Width Modulation): Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) phương pháp điều chỉnh điện áp tải, hay nói cách khác, phương pháp điều chế dựa thay đổi độ rộng chuỗi xung vuông, dẫn đến thay đổi điện áp Các PWM biến đổi có tần số khác độ rộng sườn dương hay sườn âm Ứng dụng PWM điều khiển GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN PWM ứng dụng nhiều điều khiển Điển hình mà thường hay gặp điều khiển động xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm động hay cao nữa, dùng để điều khiển ổn định tốc độ động Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải PWM tham gia điều chế mạch nguồn : boot, buck, nghịch lưu pha pha PWM gặp nhiều thực tế mạch điện điều khiển Điều đặc biệt PWM chuyên dùng để điều khiển phần tử điện tử công suất có đường đặc tính tuyến tính có sẵn nguồn chiều cố định Như PWM ứng dụng nhiều thiết bị điện- điện tử PWM nhân tố mà đội Robocon sử dụng để điều khiển động hay ổn định tốc độ động 6.2 Periodic interrupt timers(hẹn ngắt định kỳ): Ngắt (Interrupt) – tên nó, số kiện khẩn cấp bên bên vi điều khiển xảy ra, buộc vi điều khiển tạm dừng thực chương trình tại, phục vụ nhiệm vụ mà ngắt yêu cầu – nhiệm vụ gọi trình phục vụ ngắt (ISR: Interrupt Service Routine) Periodic interrupt timers Có chức ngắc thời gian định, chu kỳ 6.3 Low power timer(hẹn điện thấp): Chức tắt ngắt điện không đủ hay thấp 6.4 Secure real time clock (đảm bảo đồng hồ thời gian thực): Chức đảm bảo thời gian thực xác HMI (Human machine Interface):giao diện người-máy Giao diện người dùng (User interface) hay gọi giao diện người-máy ( HMI ) phần máy tính đảm nhận tương tác người với máy tính Bàn phím máy tính, hình cảm ứng số ví dụ điển hình cho HMI nơi mà ta tương tác với máy tính 7.1 GPIO (General Purpose Input Output ) Cổng đầu vào với mục đích thực tế chân đầu ra, đầu vào đa chức 10 GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN Là cổng giao tiếp Vi điều khiển với người sử dụng Với hỗ trợ chân Ngắt số chân khác 7.2 Xtrinsic low-power Touch-sensing Interface(giao diện cảm ứng mức thấp) Chức tiếp nhận tác động vật lý màng hình cảm ứng điện thoại thông minh Được hỗ trợ đầu vào điện dung cảm ứng cảm biến lên đến 16 điện cực bên ngoàivà DMA chuyển giao liệu Segments không phát cảnh báo người sử dụng thất bại hình hiển thị LCD Giúp tránh khả sai sót trình đọc liệu ứng dụng cụ thể 7.3 Segment LCD controller( phân khúc LCD điều khiển) LCD: Liquid Crystal Display (màn hình tinh thể lỏng) Màn hình LCD tích điện mức thấp Được điều khiển 376 phân đoạn( segments), kíchthước 47x8 51x4 8.Communication interface(giao diện giao tiếp) Giao tiếp khối pic hay pic vs thiết bị ngoại vi bên ngoài, dung để kết nối truyền liệu 8.1 I2C I2C tên viết tắt cụm từ Inter-Intergrated Circuit Đây đường Bus giao tiếp IC với I2Cmặc dù phát triển bới Philips, nhiều nhà sản xuất IC giới sử dụng 8.2 SPI Peripheral Interface Serial (SPI) bus giao tiếp đồng thường sử dụng để gửi liệu vi điều khiển thiết bị ngoại vi nhỏ LCD, cảm biến, thẻ SD SPI chuẩn bus có dây cho clock liệu 8.3 USB OTG(LS/FS) USB: USB (Universal Serial Bus) là chuẩn kết nối có dây máy tính USB sử dụng với mục đích để kết nối thiết bị (điện thoại, máy tính bảng, máy chụp ảnh, máy quay phim, máy nghe nhạc) với máy tính OTG: OTG viết tắt cụm từ On-The-Go Với kết nối này, thiết bị di động giao tiếp với thiết bị ngoại vi chuột, bàn phím, usb Có thể thấy điện thoại, máy nghe nhạc, máy tính bảng bạn sử dụng với chuột, bàn phím hay đọc flash USB máy tính 11 GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN 8.4 UART UART viết tắt Universal Asynchronous Receiver – Transmitter Thường mạch tích truyền thông tin nối tiếp không đồng cho tín hiệu qua lại lẫn vi điều kiển vs laptop hay vi điều khiển vs vi điều khiển 8.5 I2S I²S, biết đến Inter-IC âm thanh, tích hợp Interchip âm thanh, IIS, nối tiếp điện tiêu chuẩn giao diện bus sử dụng để kết nối thiết bị âm kỹ thuật số với Nó sử dụng để giao tiếp liệu PCM âm mạch tích hợp thiết bị điện tử Các bus I²S tách đồng hồ liệu nối tiếp tín hiệu, kết thấp điển hình hệ thống thông tin liên lạc mà phục hồi đồng hồ từ dòng liệu Mặc dù tên, không liên quan đến xe buýt I ² C hai chiều 12 GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN 13 ... PWM điều khiển GVHD:ĐẬU TRỌNG HIỂN PWM ứng dụng nhiều điều khiển Điển hình mà thường hay gặp điều khiển động xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm động hay cao nữa, dùng để điều. .. để điều khiển ổn định tốc độ động Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải PWM tham gia điều chế mạch nguồn : boot, buck, nghịch lưu pha pha PWM gặp nhiều thực tế mạch điện điều khiển Điều đặc... CPU gửi cho điều khiển số thông số địa đĩa khối, địa nhớ nơi định vị khối, số lượng byte liệu để chuyển Sau điều khiển đọc toàn liệu từ thiết bị vào buffer kiểm tra checksum, điều khiển chuyển