Trình tự thiết lập chuyển đổi ADC: 1) Cấu hình khối AD:
Cấu hình chân tương tự, điện áp tham chiếu và IO số (ADCON1)
Chọn kênh đầu vào (ADCON0)
Chọn tần số chuyển đổi (ADCON0)
Cho phép chuyển đổi (ADCON0) 2) Cấu hình ngắt AD (nếu được thiết kế)
ADIF=0
ADIE=1
GIE=1
PEIE=1
3) Chờ 1 khoảng thời gian yêu cầu
GO/DONE=1 (ADCON0)
5) Chờ đến khi AD chuyển đổi xong, bằng cách:
Hỏi vòng, chờ đến khi bit GO/DONE=0
Hoặc: đợi ngắt AD
6) Đọc kết quả tại hai thanh ghi: ADRESH/ADRESL, xóa cờ ADIF nếu cần thiết 7) Để chuyển đổi tiếp, chờ ít nhất một khoảng thời gian là 2*TAD (khoảng
30uS), về bước 1) hoặc 2) Phân bố bit kết quả:
Cách ghép nối tín hiệu điện áp tham chiếu:
♦ Cấu hình xung nhịp dao động hệ thống
PIC18FXX2 có thể được hoạt động trong tám phương thức khác nhau của Oscillator. Người dùng có thể lập trình 3 bit cấu hình (FOSC2, FOSC1, và FOSC0) để lựa chọn một trong tám chế độ:
STT Kí hiệu Diễn dải Ý nghĩa Tần số thạch anh
1 LP Low Power Crystal Dao động thạch anh với điện áp thấp LP<200KHz 2 XT Crystal/Resonator Thạch anh tần số thấp 200KHz<XT<4MHz 3 HS High Speed Crystal/Resonator Thạch anh, tần số cao 4MHZ<HS<25MHz 4 HS+PLL High Speed Crystal/Resonator with PLL enabled Thạch anh, tần số cao, có nhân tần số HSx4
5 RC External Resistor/Capacitor Dao động RC 6 RCIO External Resistor/Capacitor
with I/O pin enabled
Dao động RC, cho phép chân IO
7 EC External Clock Xung nhịp đưa từ
ngoài vào 8 ECIO External Clock with I/O pin
enabled
Xung nhịp đưa từ ngoài vào, cho phép chân IO
3.4. Một số vi mạch thường dùng3.4.1. Nhóm linh kiện số 3.4.1. Nhóm linh kiện số b. Nhóm IC logic ♦ 7400, 4011 – NAND ♦ 7402 – NOR ♦ 7404 – Not
♦ 7408 – AND
♦ 7432 – OR
♦ BUS, Chốt đệm
• 74HC273 – Vào song song ra song song, có chốt đệm sườn
• 74HC573 – Vào song song ra song song, có chốt đệm mức
• 74HC245 – BUS truyền thơng, chọn 1 trong 2 hướng
• 74HC595: Vào nối tiếp, ra song song
• Mở rộng cổng: CY8C9520A-24PVXI : 20, 40, and 60 Bit I/O Expander with
Nhóm đếm
♦ 74HC193 – bộ đếm nhị phân
74HC4017 – bộ đếm thập phân
c. Nhóm mã hóa – giải mã
♦ 74LS138 – Giải mã 3 ra 8 bit
♦ 7447 – Giải mã LED 7 thanh, tích cực âm
♦ 74C922 – Mã hóa 16 phím bấm có chống rung
Ghép nối đọc 32 phím
Sơ đồ khối ngun lý
3.4.2. Nhóm linh kiện tương tựa. Khuếch đại a. Khuếch đại
♦ LM324
♦ 741
♦ ULN2803
b. Cảm biến
♦ Cảm biến ánh sáng
1.0 LDR1
LDR
♦ Cảm biến hồng ngoại
♦ Cảm biến trọng lượng (Loadcell)
3.4.4. Nhóm hiển thịa. LED đơn a. LED đơn
b. LED 7 thanh
c. LCD
d. LED ma trận
a. ADC
♦ AD0809: ADC0808/ADC0809 8-Bit µP Compatible A/D Converters with 8-
Channel Multiplexer
♦ MCP3204: 2.7V 4-Channel/8-Channel 12-Bit A/D Converters with SPI™ Serial
Interface
♦ MCP3304: 13-Bit Differential Input, Low Power A/D Converter with SPI™
b. DAC
♦ DAC0808: DAC0808/DAC0807/DAC0806 8-Bit D/A Converters
♦ MCP4922
♦ Voltage-to-Frequency and Frequency-to-Voltage Converter:
VFC320-BP
3.4.5. Nhóm IC chức năng
a. IC thời gian thực (RTC)
♦ DS1307
♦ DS12C887A
b. IC điều khiển động cơ
♦ L298
♦
♦ Chuẩn RS232: Max 232
♦ Chuẩn RS485: Max485
♦ Chuẩn CAN: MCP2551
♦ Chuẩn Ethenet: ENC28J60: Stand-Alone Ethernet Controller with SPI™
3.4.6. Một số ví dụ điển hình
a. Mạch cơ bản: nguồn, dao động, reset
d. Sơ đồ mạch truyền thông
e. Sơ đồ mạch chuyển đổi ADC, hiển thị LCD
g. Sơ đồ mạch chuyển đổi DAC A2 6 VREF+ 14 VEE 3 A1 5 IOUT 4 A3 7 A4 8 A5 9 A6 10 A7 11 A8 12 VREF- 15 COMP 16 U1 DAC0808 -5V R1 5.00k R2 1k +10V R3 5.00k C1 0.1u DAC out MCLR/VPP 1 RA0/AN0 2 RA1/AN1 3 RA2/AN2/VREF- 4 RA3/AN3/VREF+ 5 RA4/T0CKI 6 RA5/AN4/SS/LVDIN 7 RE0/RD/AN5 8 RE1/WR/AN6RE2/CS/AN7 9 10 OSC1/CLKI 13 RA6/OSC2/CLKO 14 RC0/T1OSO/T1CKI 15 RC2/CCP1 17 RC3/SCK/SCL 18 RD0/PSP0 19 RD1/PSP1 20 RD2/PSP2 21 RD3/PSP3 22 RD4/PSP4 27 RD5/PSP5 28 RD6/PSP6 29 RD7/PSP7 30 RC4/SDI/SDA 23 RC5/SDO 24 RC6/TX/CK 25 RC7/RX/DT 26 RB0/INT0 33 RB1/INT1 34 RB2/INT2 35 RB3/CCP2B 36 RB4 37 RB5/PGM 38 RB6/PGC 39 RB7/PGD 40 RC1/T1OSI/CCP2A 16 U2 PIC18F452
h. Sơ đồ mạch thời gian thực
Sơ đồ đo nhiệt độ
3.5. Công cụ thiết kế, mô phỏng và kiểm thử phần cứng3.5.1. Công cụ thiết kế phần cứng 3.5.1. Công cụ thiết kế phần cứng
Giới thiệu
Mạch in điện tử (thường gọi tắt là mạch in) là một tấm nhựa tổng hợp chịu nhiệt mà trên đó các linh kiện được hàn và kết nối với các đường mạch điện. Với các mạch điện đơn giản, chẳng hạn chỉ bao gồm một hai tụ điện và điện trở, ta hồn tồn có thể tự xắp xếp linh kiện và vẽ đường dây nối giữa chúng một cách dễ dàng. Tuy nhiên khi mạch điện có vài chục linh kiện, số chân nối lên đến hàng trăm thì việc vẽ bằng tay khơng hề đơn giản. Do đó phần mềm thiết kế mạch in sinh ra để giúp ta hồn thành cơng việc này một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả
Một vài loại phần mềm
Trên thực tế có rất nhiều phần mềm thiết kế mạch in khác nhau. Ở Việt Nam có một số loại phổ biến như: OrCad, ProtelSE99, DXP2009, Altium Designer, PowerPCB,
Eagle. Trong đó có hai dịng sản phẩm là OrCad và Protel (gồm ProtelSE99, DXP2004, Altium Designer) được nhiều người biết nhất.
Các tính năng
Thơng thường, một phần mềm đồ sộ như OrCad hoặc Protel có hai phần thực hiện nhiệm vụ riêng biệt là:
* Bộ phận vẽ mạch nguyên lý
* Bộ phận vẽ mạch in. Bộ phận vẽ mạch nguyên lý cho biết tính đúng đắn về sự liên kết đường mạch. Bộ phận này sẽ xuất ra một tập tin (thường gọi là netlist) để chuyển
cho bộ phận vẽ mạch in. Bộ phận vẽ mạch in sẽ chuyển hóa các biểu tượng linh kiện thành các linh kiện các kích thước, hình dạng cơ học chính xác như linh kiện thật và đồng thời đánh dấu các chân linh kiện được kết nối với nhau.
Các tính năng cơ bản mà một phần mềm thiết kế mạch in đáp ứng:
* Tạo hình dạng và kích thước bản mạch
* Cho phép nhập thư viện linh kiện. Cho phép tạo thư viện linh kiện mới. * Xoay, lật linh kiện
* Kiểm tra các xung đột mạch như: khoảng cách tối thiểu giữa hai linh kiện; khoảng cách tối thiểu giữa hai đường mạch; chập đường mạch như chân đất đấu với chân nguồn;...
* Tự động chạy đường mạch
Quy trình thiết kế mạch in
Sau đây là các bước cơ bản để hoàn thiện việc thiết kế mạch in trên phần mềm: * Thiết kế mạch nguyên lí, xuất ra một tập tin chuẩn (netlist)
* Nhập tập tin chuẩn vào bộ phận thiết kế mạch in * Sắp xếp linh kiện.
* Đi dây đường mạch
* Kiểm tra các xung đột mạch
j. Altium Designer
Altium Limited (ASX:ALU) là nhà phát triển giải pháp thiết kế điện tử với phương châm hợp nhất các q trình thiết kế vào một mơi trường phát triển hợp nhất. Các sản phẩm của Altium cho phép tất cả các kỹ sư điện tử, các kỹ sư thiết kế, phát triển, và các tổ chức có thể tận dụng tối đa các lợi thế của công nghệ thiết kế tiên tiến, tạo ra những sản phẩm thông minh hơn và thời gian đưa ra thị trường nhanh hơn
Altium Designer là một hệ thống phát triển điện tử thống nhất đầu tiên trên thế giới cho phép các kỹ sư thiết kế sản phẩm điện tử từ những khái niệm ban đầu cho đến khi hoàn thành mạch in cuối cùng trong một môi trường đơn nhất.
Altium Designer cung cấp một ứng dụng kết hợp tất cả công nghệ và chức năng cần thiết cho việc phát triển sản phẩm điện tử hoàn chỉnh, như thiết kế hệ thống ở mức bo mạch và FPGA, phát triển phần mềm nhúng cho FPGA và các bộ xử lý rời rạc, bố trí mạch in (PCB)… Altium Designer thống nhất tồn bộ các q trình lại và cho phép bạn quản lý được mọi mặt q trình phát triển hệ thống trong mơi trường tích hợp duy nhất. Khả năng đó kết hợp với khả năng quản lý dữ liệu thiết kế hiện đại cho phép người sử dụng Altium Designer tạo ra nhiều hơn những sản phẩm điện tử thông minh, với chi phí sản phẩm thấp hơn và thời gian phát triển ngắn hơn.
Altium Designer là hệ thống phát triển các sản phẩm điện tử cho các thiết kế điện tử công nghiệp, phá bỏ mọi rào cản gây bởi các quá trình thiết kế riêng rẽ và hợp nhất các công đoạn thiết kế trong một môi trường phát triển sản phẩm duy nhất - thiết
Altium Designer tận dụng những công nghệ điện tử tiên tiến nhất, chuyển sang phương pháp ‘thiết kế mềm’ mà không cần kỹ năng quá chuyên nghiệp về sử dụng và thiết kế các thiết bị khả trình. Điều này cho phép các cơng ty tăng sự linh hoạt của thiết kế giảm giá thành sản phẩm và thời gian đưa sản phẩm ra thị trường. Altium Designer cũng hỗ trợ khả năng tự do chuyển đổi giữa các linh kiện khả trình của nhiều nhà sản xuất khác nhau, tại bất kỳ thời điểm nào. Altium Designer cũng làm giảm tổng chi phí phát triển khi khơng cần tích hợp thêm những thiết bị với giá cao để tăng thêm tính năng hoặc tạo một giải pháp hồn chỉnh.
k. OrCAD
OrCAD — gói phần mềm dùng để tự động hóa thiết kế điện tử. Được dùng chính
trong chế tạo các bản điện tử mạch in để chế tạo mạch in, cũng như để tạo các sơ đồ điện tử và các chế bản của chúng.
Tên gọi OrCAD được tạo ra từ các từ Oregon và CAD.
Các sản phẩm của chuỗi OrCAD thuộc về công ty Cadence Design Systems. Bản cuối cùng của OrCAD có khả năng tạo và hỗ trợ cơ sở dữ liệu các vi mạch sẵn có. Cơ sở dữ liệu có thể được bổ sung bằng cách tải về các gói các thành phần sản xuất, như Texas Instruments.
Trong gói có các module sau:
• Capture — biên tập các sơ đồ nguyên lý,
• Capture CIS Option — điều hành các thư viện Active Parts,
• PSpice Analog Didital — gói của chế bản tương tự-số,
• PSpice Аdvanced Аnalysis — gói của tối ưu tham số,
• PSpice SLPS option — giao diện liên lạc với gói Matlab,
• PCB Designer — biên tập các топологий các mạch in,
• SPECCTRA for OrCAD — chương trình của трассировки tương tác và tự động,
• Signal Explorer — module phân tích sự nguyên vẹn của các tín hiệu và của các biến dạng giao
3.5.2. Công cụ mô phỏng l. Proteus
Proteus là một phần mềm mô phỏng và thiết kế mạch in. Phần mềm bao gồm 2 thành phần là ISIS và AREA.
ISIS là phần mơ phỏng mạch, nó có thể mơ phỏng cả mạch số và mạch tương tự, tuy nhiên, điểm mạnh nhất là nó tích hợp rất nhiều thư viện linh kiện số, đặc biệt là vi điều khiển. Trong q trình thiết kế mạch số, cần mơ phỏng phần mềm của vi điều khiển như PIC, AVR, 8051,… thì đây là phần mềm lý tưởng nhất. Bên cạnh đó, nó
cịn tích hợp mô phỏng mạch tương tự, mô phỏng ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog, …
AREA là phần thiết kế mạch in, bản khá nhẹ, chạy dây khá thông minh, tuy nhiên việc quản lý, sắp xếp vị trí khi có nhiều linh kiện chưa hiệu quả lắm.
Màn hình ISIS
m. Multisim
MultiSim là phần mềm mô phỏng rất hiệu quả, đặc biệt là mô phỏng linh kiện điện tử tương tự. Phần mềm hỗ trợ thư viện lớn, dễ sử dụng, thao tác nhanh và thơng minh.
Màn hình làm việc của MultiSim
3.5.3. Công cụ kiểm thử n. Đồng hồ vạn năng o. Máy Oscilloscope
3.5.4. Một số mạch ví dụ XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 NUTA NUTB NUTC R1 4k7 R2 4k7 R3 4k7 LED1 LED-YELLOW LED2 LED-YELLOW LED3 LED-YELLOW R4 270
Ghép nối phím bấm hiển thị LED đơn
RA0/AN0 2 RA1/AN1 3 RA2/AN2/VREF-/CVREF 4 RA4/T0CKI/C1OUT 6 RA5/AN4/SS/C2OUT 7 RE0/AN5/RD 8 RE1/AN6/WR 9 RE2/AN7/CS 10 OSC1/CLKIN 13 OSC2/CLKOUT 14 RC1/T1OSI/CCP2 16 RC2/CCP1 17 RC3/SCK/SCL 18 RD0/PSP0 19 RD1/PSP1 20 RB7/PGD 40 RB6/PGCRB5 39 38 RB4 37 RB3/PGM 36 RB2 35 RB1 34 RB0/INT 33 RD7/PSP7 30 RD6/PSP6 29 RD5/PSP5 28 RD4/PSP4 27 RD3/PSP3 22 RD2/PSP2 21 RC7/RX/DT 26 RC6/TX/CKRC5/SDO 25 24 RC4/SDI/SDA 23 RA3/AN3/VREF+ 5 RC0/T1OSO/T1CKI 15 MCLR/Vpp/THV 1 U1 PIC18F452 D 7 14 D 6 13 D 5 12 D 4 11 D 3 10 D 2 9 D 1 8 D 0 7 E 6 R W 5 R S 4 V S S 1 V D D 2 V E E 3 LCD1 LM016L X1 12MHz C1 22p C2 22p R1 10k 29 % RV1 5k Mạch hiển thị LCD 4-bit
RA0/AN0 2 RA1/AN1 3 RA2/AN2/VREF-/CVREF 4 RA4/T0CKI/C1OUT 6 RA5/AN4/SS/C2OUT 7 RE0/AN5/RD 8 RE1/AN6/WR 9 RE2/AN7/CS 10 OSC1/CLKIN 13 OSC2/CLKOUT 14 RC1/T1OSI/CCP2 16 RC2/CCP1 17 RC3/SCK/SCL 18 RD0/PSP0 19