LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc xây dựng chủ nghĩa xã hội và quá trình thực hiện công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, Tự Động Hóa giữ vai trò rất quan trọng là yếu tố quan trọng thúc đẩy nền khoa học công nghệ đất nước phát triển. Từ những năm 80 của thế kỷ 20 đến nay, công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn ngày càng phất triển không ngừng. Với mức tích hợp ngày càng cao, công suất tiêu tán bé, thông minh hơn nó đã giúp làm thay đổi hẳn nền khoa học công nghệ của thế giới. Bước vào đầu thế kỷ 21 kỹ thuật điện tử, vi điện tử, công nghệ bán dẫn, đặc biệt là công nghệ Nano, hệ thống nhúng sẽ là “Chiếc chìa khóa kỹ thuật” cho các nước trên thế giới bước vào kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của công nghệ Vi xử lý và công nghệ Nano. Ở Việt Nam kĩ thuật vi xử lí cũng như vi điều khiển đang phát triển mạnh mẽ được thể hiện như ở sân chơi Robocon được tổ chức hàng năm. Tại trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG các công nghệ ấy đã được đưa vào tiếp cận đến từng sinh viên từ lí thuyết cho tới mô phỏng bằng phần mềm nhưng sinh viên chưa được thực hành và thí nghiệm trên bo mạch thực.Và nhu cầu bức thiết bây giờ là những lý thuyết đó phải được đưa vào thực hành thí nghiệm để nắm bắt được các tính chất đặc điểm thực tế của vi điều khiển cũng như các linh kiện điện tử chuyên dùng.Xuất phát từ nhu cầu thực tiến ấy dưới sự hướng dẫn tận tình của T.s : Nguyễn Hoàng Mai chúng tôi đã thực hiện đề tài “THIẾT KẾ BỘ KIT THÍ NGHIỆM VI ĐIỀU KHIỂN DÙNG PIC 16F877A” để thực hiện khóa luận tốt nghiệp của mình. Do kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm ít ỏi bên cạnh đó thời gian có hạn nên không thể tránh những thiếu sót, chúng em kính mong quý Thầy cô trong Bộ môn Tự Động Hóa vui lòng bỏ qua và đóng góp ý kiến để chúng em ngày càng hoàn thiện hơn.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Trong công xây dựng chủ nghĩa xã hội q trình thực cơng nghiệp hố, đại hố đất nước, Tự Động Hóa giữ vai trị quan trọng yếu tố quan trọng thúc đẩy khoa học công nghệ đất nước phát triển Từ năm 80 kỷ 20 đến nay, công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn ngày phất triển không ngừng Với mức tích hợp ngày cao, cơng suất tiêu tán bé, thơng minh giúp làm thay đổi hẳn khoa học công nghệ giới Bước vào đầu kỷ 21 kỹ thuật điện tử, vi điện tử, công nghệ bán dẫn, đặc biệt công nghệ Nano, hệ thống nhúng “Chiếc chìa khóa kỹ thuật” cho nước giới bước vào kỷ nguyên mới, kỷ nguyên công nghệ Vi xử lý công nghệ Nano Ở Việt Nam kĩ thuật vi xử lí vi điều khiển phát triển mạnh mẽ thể sân chơi Robocon tổ chức hàng năm Tại trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG công nghệ đưa vào tiếp cận đến sinh viên từ lí thuyết mơ phần mềm sinh viên chưa thực hành thí nghiệm bo mạch thực.Và nhu cầu thiết lý thuyết phải đưa vào thực hành thí nghiệm để nắm bắt tính chất đặc điểm thực tế vi điều khiển linh kiện điện tử chuyên dùng.Xuất phát từ nhu cầu thực tiến hướng dẫn tận tình T.s : Nguyễn Hồng Mai chúng tơi thực đề tài “THIẾT KẾ BỘ KIT THÍ NGHIỆM VI ĐIỀU KHIỂN DÙNG PIC 16F877A” để thực khóa luận tốt nghiệp Do kiến thức cịn hạn chế, kinh nghiệm ỏi bên cạnh thời gian có hạn nên khơng thể tránh thiếu sót, chúng em kính mong q Thầy Bộ mơn Tự Động Hóa vui lịng bỏ qua đóng góp ý kiến để chúng em ngày hoàn thiện Đà Nẵng, tháng 06 năm 2011 Sinh viên thực Lê Tất Thắng Nguyễn Như Thiết SVTH: Lê Tất Thắng – Nguyễn Như Thiết Đồ án tốt nghiệp SVTH: Lê Tất Thắng – Nguyễn Như Thiết Mục lục Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỂU KHIỂN 1.1 Lịch sử phát triển vi xử lí vi điều khiển Sự đời phát triển nhanh chóng kĩ thuật vi điện tử mà đặc trưng kĩ thuật vi xử lí tạo bước ngoặt quan trọng phát triển khoa học tính tốn , điều khiển xử lí thơng tin.Kĩ thuật vi xử lí đóng vai trị quan trọng tất lĩnh vực sống khoa học kĩ thuật đặc biệt lĩnh vực Tin học Tự động hóa Năm 1971, hãng Intel cho đời vi xử lí (Microprocessor) giới với tên gọi Intel-4004/4 bit ,nhằm đáp ứng nhu cầu thiết công ty kinh doanh hãng truyền thông BUSICOM.Intel-4004 kết ý tưởng quan trọng kĩ thuật vi xử lí số.Đó kết cấu logic mà thay đổi chức chương trình ngồi khơng phát triển theo hướng tạo cấu trúc cứng thực số chức định trước Sau đó, vi xử lí liên tục đưa thị trường ngày phát triển, hoàn thiện hệ sau: Vào năm 1972, hãng Intel đưa vi xử lí 8-bit với tên Intel8008/8bit Từ năm 1974 đến 1975, Intel chế tạo vi xử lí 8-bit 8080 8085A Cũng vào khoảng thời gian này, loạt hãng khác giới cho đời vi xử lí tương tự : 6800 Motorola với 5000 tranzitor,Signetics 6520, 1801 RCA, kế đếm 6502 hãng MOS Technology Z80 hãng Zilog Vào năm 1976 Intel giới thiệu Vi điều khiển (Microcontroller) 8748, chíp tương tự vi xử lí chíp họ vi điều khiển MCS-48 8748 vi mạch chứa 17000 transistor, bao gồm CPU, 1K byte EPROM, 64 byte RAM,27 chân xuất nhập định thời 8-bit.IC IC khác họ MCS-48 nhanh chóng trở thành chuẩn cơng nghiệp ứng dụng hướng điều khiển(control-oriented application) SVTH: Nguyễn Như Thiết Đồ án tốt nghiệp Năm 1978 xuất Intel 8086 loại vi xử lí 16 bit với 29.000 tranzitor, Motorola 68000 tích hợp 70.000 tranzitor, APX 432 chứa 120.000 tranzitor.Bộ vi xử lí Hewlet Pakard có khoảng 450.000 tranzitor.Từ năm 1974 đến 1984 số tranzitor tích hợp chíp tăn khoảng 100 lần Năm 1983, Intel đưa vi xử lí 80286 dùng máy vi tính họ AT(Advanced Technology) 80286 sử dụng I/O 16 bit, 24 đường địa không gian nhớ địa thực 16MB.Năm 1987,Intel đưa vi xử lí 80386/32 bit Năm 1989 xuất vi xử lí Intel 80486 cải tiến Intel 80386 với nhớ ẩn mạch tính phép tốn đại số dấu phẩy động Năm 1992, xuất Intel 80586 gọi Pentium 64bit chứa triệu tranzitor Độ phức tạp gọn nhẹ kích thước khả vi điều khiển tăng thêm bậc quan trọng vào năm 1980 Intel công bố chip 8051, vi điều khiển họ vi điều khiển MCS-51.So với 8048 chíp 8051 chứa 60.000 tranzitor bao gồm 4K byte ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, port nối tiếp định thời 16 bit –một số mạch đáng ý IC đơn 1.2.Giới thiệu họ vi xử lí họ vi điều khiển thông dụng 1.2.1.Giới thiệu họ vi điều khiển MCS-51 Họ vi điều khiển MCS-51 hãng Intel cho đời vào năm 1980 với vi điều khiển chíp 8051 Nhìn sơ đồ hình 1.2 ta thấy 32 chân tổng số 40 chân 8051 có tác dụng xuất nhập, hình thành port 8-bit Với thiết kế yêu cầu mức tối thiểu nhớ thành phần bên ngồi khác, ta sử dụng port làm nhiệm vụ xuất/nhập, đường cho port xử lí đơn vị giao tiếp với thiết bị song song : máy in, biến đổi D/A,v.v… đường hoạt động độc lập giao tiếp với thiết bị đơn bit chuyển mạch, LED, tranzitor, cuộn dây, động cơ,… SVTH: Nguyễn Như Thiết Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1 : Sơ đồ khối chíp 8051 Hình 1.2 : Sơ đồ chân 8051 SVTH: Nguyễn Như Thiết Đồ án tốt nghiệp 1.2.2.Giới thiệu họ vi điều khiển bit Motorola Các họ vi điều khiển Motorola kí hiệu bắt đầu chữ MC Vì cố gắng giữ lại phần mềm nhà chế tạo linh kiện bán dẫn thường trì tương thích với vi xử lí đầu đời.Hãng Motorola đưa vi điều khiển M6801 hãng thị trường giới vào năm 1978 vi điều khiển chế tạo sở sử dụng vi xử lí M6800 Bộ vi điều khiển M6801 có nhớ ROM RAM lớn lên đến 64KB với mạch dao diện vào/ra, truyền thông nối tiếp không đồng bắt đầu phổ biến hệ thống điều khiển ô tô Sau vào năm 1985 Motorola phát triển vi điều khiển 68HC11 tương thích với vi xử lí M6800 Bộ vi điều khiển MC68HC11 tiêu thụ cơng suất cho phép tín hiệu nhiễu cao so với vi xử lú đầu đời.MC68HC11 có nhiều phiên bản, ví dụ MC68HC11A8 MC68HC11E9 Một số hãng Misubishi, Toshiba sản xuất vi điều khiển theo công nghệ Motorola Bảng liệt ke đặc điểm số chíp vi điều khiển họ 68HC11: MC ROM RAM EEPROM ADC I/O 68HC11A8 8KB 256byte 512 bytes channels 38 pins 68HC811E2 256 bytes KB - - 68HC11F1 KB - - - 68HC11E9 12KB 512 bytes 512 bytes - - 68HC11B8 KB 256 bytes 512 bytes - - 68HC11B0 256 bytes - - 68HC11B1 256 bytes 512 bytes - - 68HC11D3 KB 192 bytes - - 40 pins 68HC11A0 256 bytes - 22 pins Bảng 1.1 : Một số chíp vi điều khiển họ 68HC11 1.2.3.Giới thiệu họ vi điều khiển ARM chíp ARM cortex A8 1.2.3.1 Họ chíp ARM ARM(viết tắt từ tên gốc Acorn RISC Machine) loại cấu trúc vi xử lý 32-bit kiểu RISC sử dụng rộng rãi thiết kế nhúng.Do có đặc điểm tiết SVTH: Nguyễn Như Thiết Đồ án tốt nghiệp kiệm lượng, CPU ARM chiếm ưu sản phẩm điện tử di độngnơi mà việc tiêu tán công suất thấp mục tiêu thiết kế quan trọng Ngày nay, 75% CPU nhúng 32-bit thuộc họ ARM, điều khiến cấu trúc 32-bit sản xuất nhiều giới CPU ARM có khắp nơi sản phẩm thương mại điện tử, từ thiết bị cầm tay (PDA, điện thoại di động, máy đa phương tiện, máy trò chơi cầm tay, máy tính cầm tay) thiết bị ngoại vi máy tính (ổ đĩa cứng, định tuyến để bàn) Các đặc tính thiết kế: ARM biết đến với thiết kế gọn, đơn giản nhanh theo kiểu nối cứng khơng có vi chương trình, giống với vi xử lý 8-bit 6502 dùng máy vi tính trước hãng Acorn Cấu trúc ARM bao gồm đặc tính RISC sau: - Cấu trúc nạp/lưu trữ - Không cho phép truy xuất nhớ không thẳng hàng (bây cho phép lõi Arm v6) - Tập lệnh trực giao - File ghi lớn gồm 16 x 32-bit - Chiều dài mã máy cố định 32 bit để dễ giải mã thực pipeline, để đạt điều phải chấp nhận giảm mật độ mã máy - Hầu hết lệnh thực vòng chu kỳ đơn So với vi xử lý thời Intel 80286 Motorola 68020, ARM có số tính chất độc đáo sau: - Hầu hết tất lệnh cho phép thực thi có điều kiện, điều làm giảm việc phải viết tiêu đề rẽ nhánh bù cho việc khơng có dự đoán rẽ nhánh - Trong lệnh số học, để điều kiện thực hiện, người lập trình cần sửa mã điều kiện - Có ghi dịch đóng thùng 32-bit mà sử dụng với chức hoàn hảo với hầu hết lệnh số học việc tính tốn địa - Có kiểu định địa theo số mạnh SVTH: Nguyễn Như Thiết Đồ án tốt nghiệp - Có hệ thống thực ngắt hai mức ưu tiên đơn giản nhanh, kèm theo cho phép chuyển nhóm ghi 1.2.3.2 ARM cortex A8: Hình 1.3 : Chíp ARM cortex A8 Các Cortex-A8 hệ thứ bảy thiết kế lõi CPU ARM cấp phép loạt nhà sản xuất Đại đa số điện thoại thơng minh, trị chơi cầm tay thiết bị di động khác sử dụng vi xử lý ARM: Các Cortex-A8 - mô tả hiệu cao ARM, thiết kế công suất thấp - mục tiêu điện thoại di động, máy nghe nhạc, thiết bị di động khác, mang lại cho ARM vào mục thiết bị mới, bao gồm mã hóa truyền thơng SVTH: Nguyễn Như Thiết Đồ án tốt nghiệp Hình 1.4 : Các hệ ARM 1.2.3.3 Sơ đồ cấu trúc tính chip ARM Cortex A8 Các vi xử lý ARM Cortex-A8 ™ dựa kiến trúc ARMv7 có khả quy mô tốc độ từ 600MHz đến lớn 1GHz Bộ vi xử lý Cortex-A8 đáp ứng yêu cầu điện tối ưu hóa thiết bị di động cần phải hoạt động 300MW; hiệu suất tối ưu hóa ứng dụng đòi hỏi người tiêu dùng 2000 Dhrystone MIPS SVTH: Nguyễn Như Thiết Đồ án tốt nghiệp Hình 1.5 :The A8 sports media, security, and Java engines Hình 1.6 : Cấu trúc tổng quan ARM cortex A8 1.2.3.4 Control flow - điều khiển dòng liệu SVTH: Nguyễn Như Thiết Đồ án tốt nghiệp /*BAT DAU LCD*/ /*Ham yeu cau goi lenh dieu khien LCD*/ void LENH(INT MALENH); void GHIKYTU(INT KYTU); VOID KHOITAOLCD(); VOID TOADO(INT HANG,INT COT); INT SIZE(CHAR TEN[]); /*KET THUC LCD*/ //CAC HAM CO BAN CHO QUET PHIM char xoayTrai(char value);//XOAY VONG MOT BIEN BIT char readKey();//BAN DUNG CAI NAY TRONG CHUONG TRINH DE DOC PHIM //HAM CHINH void main(void) { char key=0,BP; TRISB=0X00;//OUPUT CHO PORTB DE DEBUG PORTB=0XF0;//DANH DAU XUAT PORT OK TRISD=0X00; KHOITAOLCD(); delay_ms(100);// Tao tre 100ms cho LCD khoi dong while(true) { key=readKey();//DOC PHIM if(key!=0) {KEY=key-1;//HIEN THI PHIM NEU CO MOT PHIM NHAN IF(KEY>7; value=value