Chương 5 : thiết kế hệ thống lò xấy gỗ tự động
5.1 Thiết kế hệ thống điều khiển
5.1.1 Tổng quan về MSP430
MSP430 là loại vi điều khiển tiết kiệm năng lượng 16 bit- RISC với cấu trỳc tiờn tiến và được cài đặt nhiều thiết bị ngoại vi. Trong cấu trỳc của MSP430 cú sử dụng bộ định thời nõng cao và thiết kế đặc trưng , chỳng hỗ trợ cho nhau cao độ để thực hiện chương trỡnh một cỏc hiệu quả và linh hoạt. Cấu trỳc này được gọi là “ Von Neumann” , trong đú tất cả chương trinh, bộ nhớ dữ liệu, và cỏc thiết bị ngoại vi đều sử dụng một cấu trỳc Bus chung. RISC cú nghĩa là “ Reduced instruction set computer” . Chỉ cú 27 lệnh cơ bản , tuy nhiờn thụng qua cụng nghệ kết hợp cỏc lệnh cơ bản mà nú được mở rộng thành 51 lệnh. Cỏc lệnh cơ bản được đưa vào phần cứng , trong khi cỏc lệnh mụ phỏng được hỡnh thành bởi hợp ngữ ( Chương trỡnh mà dịch hợp ngữ và chuyển thành mó mỏy ) .
Các đặc điểm cơ bản của MSP 430 :
8K bytes bộ nhớ ch ơng trình (Flash) với khả năng lập trình trong hệ thống.
Sử dụng nguồn nuôi thấp 3.3V tiết kiệm điện năng tiêu thụ
512 bytes EEPROM, 1K byte SRAM, 32 thanh ghi mục đích dùng
chung, 32 đ ờng vào/ra mục đích dùng chung.
Brownreset là chức năng Reset VDK khi nguồn cấp tới hạn thấp Hai Timer 16-bit có thể sử dụng linh hoạt ở các chế độ khác nhau . Hỗ trợ đầy đủ các ngắt trong và ngắt ngoài.
72
Giao diện SCI với một bộ thu/phát (USART) lập trình đ ợc có thể hoạt
động ở hai chế độ: đồng bộ và không đồng bộ, nên rất linh hoạt và hữu ích trong nhiều ứng dụng truyền thông.
Giao diện SPI hỗ trợ truyền thông đồng bộ ở khoảng cách gần.
Hỗ trợ giao diện hai dây (TWI – Two-wire Interface).
Tích hợp sẵn các bộ chuyển đổi t ơng tự số (ADC 12 bit ) và bộ chuyển -
đổi Số t ơng tự (DAC)
Tích hợp sẵn tập lệnh điều khiển LCD với 80 lệnh cơ bản
Từ những đặc tính trên cho ta thấy chíp MSP 430 cung cấp cho ta tồn bộ
các tài nguyên trên chíp giúp cho ng ời lập trình dễ dàng hơn trong quá trình lập trình mà vẫn đảm bảo hồn thành nhiệm vụ đề ra.Bên cạnh đó nó cịn cung cấp cho ta nhiều giao diện truyền thơng có thể lựa chọn linh hoạt phù hợp với những ứng dụng cao về tốc độ xử lý cũng truyền thơng với thế giới bên ngồi
Sơ đồ cấu trỳc của MSP430 được biểu diễn như hỡnh vẽ :
Hỡnh 5.2 : Sơ đồ cấu trỳc MSP430 Trong đó :
73
Khối xử lý trung tõm của cỏc dũng là tương tự nhau . Theo trờn, nú là CPU 16bit RISC. Nú bao gồm một ALU 16 Bit, 16 thanh ghi và lệnh logic điều khiờn. Cỏc thanh ghi được sắp xếp như hỡnh 1.2a. Cú 4 thanh ghi với chức năng đặc biệt
là : Program counter, stack pointer,status register và constant generator. Cỏc thanh
ghi cũn lại cú cựng chức năng ghi
ễ nhớ chương trỡnh và ụ nhớ dữ liệu
Sơ đồ bộ nhớ được biểu diễn trờn hỡnh 1.2. Cú tất cả 64KB bộ nhớ địa chỉ trống được chia ra từ 0000H đến 0FFFFH. Cỏc thanh ghi cú chưc năng đặc biệt địa chỉ khối thiết bị ngoại vi được đỏnh giỏ trị từ 0 đến 01FFH . Cỏc địa chỉ ụ nhớ từ 0200H đến 0FFFFH được sủ dụng dể lưu giữ dữ liệu và mó chương trỡnh . Cỏc ụ nhớ cú địa chỉ từ 0FFE0H đến 0FFFFH được dành cho cỏc vector ngăt (Interrupt) trongt Flash/Rom. , do đú cỏc vector điều khiển và vector dữ liệu là ở dưới địa chỉ 0FFDFH.
74
Nếu một dữ liệu loại Word ( 2 byte) thỡ chỉ được đặt vào địa chỉ chẵn, trong khi một byte thỡ cú thể được đặt cả vào địa chỉ chẵn và lẻ . Nếu một word được đặt vào địa chỉ chẵn thỡ byte thấp được đặt vào địa chỉ chẵn và byte cao là ở địa chỉ lẻ kế tiếp. Điển hỡnh của việc sắp xếp cỏc ụ nhớ như ở hỡnh 1.2c.
Cũng cần chỳ ý thờm rằng nếu module ngoại vi là module 16bit, thỡ địa chỉ của nú sẽ nằm giữa địa chỉ 0100H và 01FFH. Nếu nú là một module 8bits, thỡ địa chỉ của nú sẽ nằm giữa 010H và 0FFH. Cỏc ụ nhớ địa chỉ từ 0 đến 0FH được dành cho thanh ghi chức năng đặc biờt ,SFRs. Chức năng của từng phần trong bộ nhớ được trỡnh bày như hỡnh vẽ 7 2b. Và ta cũng thấy rằng một vài chức năng chỉ -
cú thể truy cập được với 8bit hoặc 16 bit, và cố một số khỏc thỡ lại cú thể truy cập được bằng cả 8 bit và 16 bit.
Cỏc lệnh được nạp từ bộ nhớ chương trỡnh với 16 bit địa chỉ , trong khi ụ nhớ dữ liệu cú thể được đỏnh dấu địa chỉ bằng 16 bit hoặc 8 bit lệnh.Mó chương trỡnh cú thể trong Flash/Rom hoặc Ram vỡ Flash/Rom và Ram được kết nối với 2 Bus tương tự nhau : MAB và MDB.
Watchdog timer.
Chức năng chớnh của Watchdog timer là cho phộp điều khiển khởi động lại hệ thống sau khi cú sự cố phần mềm. Điều này giỳp bảo vệ hệ thống trong trường hợp do trục trặc phần mềm. Sau một khoảng thời gian đó định, tớn hiệu Reset hệ thống được phỏt ra và chương trỡnh được Reset. Một điều quan trọng là chương trỡnh phải đặt lại Watchdog timer khi mà khoảng thời gian của nú chưa hết hạn, nếu khụng hệ thống sẽ bị Reset.
Bộ tạo dao động
Trong cỏc VDK bộ tao dao động sử dung cỏc tinh thể thạch anh bờn ngoài.
Bộ tạo dao động thụng thường sử dụng một watch crytal và dao động ở tần số 32,768Hz., đồng thời sử dụng một tinh thể dao động ở tần số cao hơn nú cú thể dao động ở tần số từ 1Mhz cho dến 8MhZ. Ngoài ra việc thiết kế thờm cỏc bộ tạo
75
dao động điều khiển số giỳp ta linh hoạt hơn trong việc chọn một tần số để hoạt động.