Bộ Giáo dục Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân THIẾT KẾ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VI ĐIỀU KHIỂN CẤU HÌNH PHẦN CỨNG TỰ ĐỘNG NGUYỄN VĂN THỌ * LÊ PHƯỢNG QUYÊN * HOÀNG NHẬT * TÓM TẮT Thiết bị thí nghiệm điều kiện khơng thể thiếu việc nâng cao chất lượng giảng dạy, gắn lý thuyết với thực tiễn Bài báo trình bày tổng quan vấn đề thiết kế thiết bị thực hành vi điều khiển, lĩnh vực giảng dạy nhiều trường đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp ứng dụng rộng rãi thực tế ABSTRACT Laboratory equipment is an indispensable condition to improve the quality of teaching by associating theory with practice This paper presents an overview of microcontroller KIT designs - the field being taught in many universities, colleges, etc … and being widely applied in practice I GIỚI THIỆU Kỹ thuật vi điều khiển ứng dụng rộng rãi thực tế, ứng dụng đo lường, điều khiển, thu thập số liệu đặc biệt hệ nhúng Hiện có nhiều trường đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp đưa vào chương trình giảng dạy Việc xây dựng thiết bị thực hành, kit phát triển để giảng dạy đạt hiệu cao nhu cầu thiết Tuy nhiên hệ thống thiết bị thực hành nước ngồi cung cấp có giá thành lớn khó phù hợp với điều kiện thực tế nhiều trường, sở đào tạo nước Hiện nay, Việt Nam có số đơn vị nghiên cứu chế tạo sản phẩm hỗ trợ cho việc thực hành, thí nghiệm vi điều khiển điển uPTS-31 Viện nghiên cứu Điện tử- Tin học- Tự động hóa, DHC-uPC8051 Microcontrol KIT Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên giải pháp có số hạn chế : - Hầu hết thiết kế thí nghiệm với vi điều khiển 89C51, khơng hỗ trợ họ vi điều khiển khác PIC, AVR … - Tổ chức phần cứng cho thực hành sinh viên phải tiến hành kết nối 222 * CN, Trường Đại học Duy Tân KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC phận với dây cáp, thời gian dễ sinh hỏng hóc tiếp xúc cáp nối đế cắm - Một thí nghiệm cho phép sinh viên thao tác, phải trang bị với số lượng lớn đủ cho lớp thực hành dẫn đến chi phí trang bị phịng thí nghiệm vi điều khiển tương đối lớn Khoa Điện tử viễn thông, Trường Đại học Duy Tân nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công thiết bị thí nghiệm vi điều khiển đa DLAB với khả nặng tự động cấu hình phần cứng, thiết bị trợ giúp cho việc giảng dạy, học tập đồng thời đóng vai trị hệ phát triển việc nghiên cứu phát triển ứng dụng họ vi điều khiển MCS-51, PIC, AVR … II TỔ CHỨC CỦA THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VI ĐIỀU KHIỂN ĐÀ NẴNG DLAB DLAB tích hợp mơ-đun vi xử lý 11 mô-đun ngoại vi 223 Bộ Giáo dục Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân Module vi điều khiển hỗ trợ loại vi điều khiển : MSC-51, PIC, AVR loại 40 chân Vi điều khiển gắn vào socket tháo lắp được, mặt khác tháo rời tồn mơ-đun vi điều khiển để thay mô-đun vi điều khiển khác Mô-đun vi điều khiển phối hợp với mô-đun ngoại vi khác tạo nên thực hành Nhóm tác giả xây dựng sẵn 15 thực hành khác nhau, cần chọn công tắc tương ứng thiết bị thí nghiệm để thiết lập phần cứng tương ứng Ngồi người sử dụng tự xây dựng thực hành thơng qua phần mềm máy tính để tuỳ ý thiết lập phần cứng mong muốn Trung tâm DLAB phần điều khiển gồm khối xử lý, hệ thống chuyển mạch công tắc chọn Tất mô-đun ngoại vi mô-đun vi điều khiển ghép nối đến hệ thống ma trận chuyển mạch điện tử Khi cần thí nghiệm, thực hành với module ngoại vi hệ thống chuyển mạch tự động điều khiển ghép nối vi xử lý đến ngoại vi tương ứng, đồng thời cung cấp nguồn cho mơ-đun đó, mơ-đun khơng sử dụng cách ly hoàn toàn với hệ thống Việc thiết lập phần cứng để thực hành qua cách: - Sử dụng công tắc để chọn phần cứng - Sử dụng phần mềm điều khiển máy tính để chọn Hình 2: Thiết lập phần cứng thực hành phần mềm máy tính 224 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC III So sánh DLAB với một số thiết bị thực hành DLAB µPTS-31 DHC-uPC8051 Microcontrol KIT Easy8051A Đơn vị sản xuất Đại học Duy Tân Viện nghiên cứu Điện tử- Tin học-Tự động hóa (VIELINA) Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh MikroElektronika Vi điều khiển hỗ trợ Socket vi điều khiển Nạp chương trình Tổ chức phần cứng thực hành Số lượng SV sử dụng/ 1bộ Ngoại vi Led đơn Led đoạn Led ma trận Phím đơn Phím ma trận LCD ADC DAC RTC Cảm biến nhiệt độ Step Motor DC Motor Giao tiếp máy tính Mở rộng port MCS-51, PIC, AVR 8031 89S51 89S51 Dễ dàng tháo lắp Không tháo lắp Không tháo lắp Khơng tháo lắp Bộ nạp rời Tích hợp Tích hợp Tích hợp Chuyển mạch tự động Cắm dây Cắm dây Cắm Jumper 3- 1 16 led đơn led đoạn 8x8 4x4 16x4 kênh kênh Có Analog Khơng Khơng RS232C Khơng Khơng led đoạn 7x5 Không 4x4 led đơn led đoạn 7x5 Không 16x2 kênh kênh Khơng Analog Có Khơng RS232C Khơng 32 led đơn led đoạn Không 32 Không 16x2 / Graphic kênh kênh Không Digital Không Không RS232C Không Tên sản phẩm kênh kênh Khơng Analog Có Có RS232C 8255 Bảng 1: So sánh tính số thí nghiệm vi điều khiển Nhìn vào bảng , ta nhận thấy thí nghiệm vi điều khiển DLAB có đầy đủ thành phần để có xây dựng thí nghiệm, thực hành vi điều khiển Mặc khác tác giả có nhiều giải pháp thiết kế cải tiến khắc phục nhược điểm thí nghiệm khác mà tác giả trình bày phần giới thiệu * Sử dụng hệ thống chuuyển mạch tự động thay cho nối cáp Đây giải pháp thiết kế mà chưa thí nghiệm sử dụng, việc tổ chức phần cứng sử dụng chuyển mạch điện tử giúp việc sử dụng KIT dễ dàng nhanh chóng nhiều so với phương án sử dụng cáp kết nối Mặc khác loại bỏ 225 Bộ Giáo dục Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân hư hỏng dễ xảy thường xuyên tháo, lắp cáp kết nối mà thí nghiệm khác thường gặp phải * Có thể sử dụng thực hành với nhiều loại vi điều khiển khác Khối vi điều khiển DLAB tổ chức với khả tháo rời toàn module vi điều khiển thay module vi điều khiển khác cách dễ dàng Với giải pháp DLAB trở thành thí nghiệm vi điều khiển đa sử dụng để thực hành với nhiều họ vi điều khiển khác : AVR, PIC … Đây tính mà chưa có thiết bị có * Giải pháp tổ chức phòng thực hành với DLAB tiết kiệm chi phí Bộ thiết bị thực hành DLAB tổ chức tách biệt với phận : DLAB Programmer DLAB KIT Với giải pháp tổ chức phịng thực hành với sinh viên / (1 DLAB KIT + DLAB Programmer) giảm đáng kể chi phí mà hiệu khơng đổi IV KẾT LUẬN Bộ thí nghiệm vi điều khiển đa DLAB thiết kế hoàn chỉnh ứng dụng rộng rãi việc giảng dạy học tập lĩnh vực vi điều khiển, vi xử lý, lập trình nhúng … trường đại học, cao đẳng trung cấp chuyên nghiệp Bộ thí nghiệm trang bị sử dụng cho sinh viên ngành Điện tử viễn thông Tin học viễn thông đại học Duy Tân mang lại nhiều hiệu tích cực Bộ thí nghiệm sử dụng hệ phát triển việc nghiên cứu phát triển ứng dụng hệ vi điều khiển Do đặc điểm thiết kế mở nên người sử dụng tự mở rộng cách tự phát triển ngoại vi khác để ghép nối vào hệ thống 226 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Michael J Pont, Programming Embedded Systems, University of Leicester, 2003 [2] Ken Arnold, Embedded Controller Hardware Design, LLH Technology Publishing, 2000 [3] MikroElektronika, Easy8051A User’ s Manual, 2003 227