IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :
1.2 Mục đích nghiên cứu
10 /4 11 /8
+ MCx Bit 5-4: Lựa chọn chế độ hoạt động: 0 Dừng chế độ
1 Chế độ lên 10 Tiếp tục chế độ 11 Chế độ lên/xuống
+ TACLR Bit 2: Xóa Timer_A. Khi bit này được set, giá trị đếm, giá trị bộ chia trước đều được reset.
+ TAIE Bit 1: Cho phép ngắt. Khi bit =1 cho phép ngắt, bit = 0 cấm ngắt. + TAIFG Bit 0: Cờ ngắt của Timer_A:
Bit = 0 Không có ngắt nào đang chờ Bit = 1 Có ngắt đang chờ phục vụ
Các thanh ghi còn lại các bạn có thể tham khảo trong datasheet.
2.1.4.2 Timer_B:
Timer_B là bộ định thời 16 bít có thể hoạt động ở 2 chế độ Timer và counter. Timer_B đáp ứng đa chức năng capture/ so sánh, PWM. Timer_B cũng có khả năng tạo ra ngắt khi nó đếm tràn, hoặc các thanh ghi capture/ so sánh.
2.1.4.2.1 Các đặc tính của Timer_B:
+ Là một Timer/counter 16 Bit không đồng bộ với 4 chế độ hoạt động. + Có thể lựa chọn và cấu hình nguồn xung.
+ Có từ 3 tới 7 thanh ghi có thể cấu hình capture/compare. + Cấu hình đầu ra với chế độ PWM.
2.1.4.2.2 Những điểm giống và khác nhau giữu Timer_A và Timer_B:
Timer_B mang đầy đủ đặc điểm của Timer_A ngoài ra Timer_B có các đặc tính đặc biệt sau:
+ Kích thước của Timer có thể lập trình được có độ dài 8, 10, 12 hoặc 16 Bit.
+ Thanh ghi TBCCRx là 2 bộ đệm có thể được nhóm lại.
+ Tất cả các đầu ra của Timer_B đều có thể đặt ở trạng thái tổng trở cao. + Chức năng của bit SCCI không được thực hiện trong Timer_B.
2.1.4.2.3 Hoạt động của Timer_B:
Timer hoạt động ở chế độ Counter: Khi hoạt động ở chế độ đếm giá trị thanh ghi TBR tăng hoặc giảm (tùy thuộc vào chế độ hoạt động) theo cạnh lên của xung clock. Thanh ghi TBR có thể ghi hoặc đọc. Timer_B có thể tạo ra ngắt khi đếm tràn.
Thanh ghi TBR cũng có thể được xóa bằng cách set bit TBCLR. Khi bít này được set đồng thời cũng reset lại giá trị của bộ chia và giá trị đếm.
Chú ý: Bạn nên dừng hoạt động của Timer trước khi muốn chỉnh sửa. Những thay đổi ghi vào TRB sẽ được thực thi ngay lập tức vì vậy nếu thay đổi giá trị khi timer đang hoạt động có thể hoạt động của nó không còn chính xác. Có thể đọc giá trị của Timer khi nó đang hoạt động.
Độ dài thanh ghi TBR:Xung cấp cho Timer có thể lấy từ nguồn xung ACLK hoặc SMCLK hoặc từ nguồn xung ngoài TBCLK. Nguồn xung được lựa chọn nhờ bit TBSSELx, nguồn xung được lựa chọn có thể đã được chi trước 2, 4, hoặc 8. Giá trị của bộ chia bị reset khi set bit TBCLR.
2.1.4.2.4 Kích hoạt timer:
Timer có thể được khởi động hoặc khởi động lại bằng các cách sau: + Timer đếm khi MCx >0 và nguồn xung clock hoạt động.
+ Khi timer hoạt động ở một trong hai chế độ up, up/down. Có thể dừng hoạt động của timer bằng cách đặt TBCL0=0. Timer được kích hoạt trở lại khi giá trị này khác 0. Khi kích hoạt trở lại giá trị của timer bắt đầu từ 0.
2.1.4.2.5 Các chế độ hoạt động của Timer:
Timer_B hoạt động ở 4 chế độ, các chế được lựa chọn nhờ bit MCx. MCx Mode Hoạt động
00 Stop Tạm dừng Timer
01 Up Timer đếm từ 0 tới giá trị đỉnh của TBCL0 10 Continuous Timer đếm từ 0 tới giá trị được lựa chọn bởi bít
CNTLx
11 Up/down Timer đếm từ 0 đến giá trị đỉnh của TBCL0 rồi đếm xuống về 0
2.1.4.2.6 Các ngắt của Timer_B:
Timer_B có thể tạo ra 2 ngắt:
Vector ngắt TBCCR0:Vector ngắt TBCCR0 là ngắt có mức độ ưu tiên cao nhất do Timer_B tạo ra. Cờ ngắt TBCCR0 CCIFG tự động reset khi ngắt TBCCR0 được phục vụ.
Hình 12: Cờ ngắt TBCCR0
2.1.4.2.7 Các thanh ghi của Timer_B:
Thanh ghi điều khiển TBCTL: + Bit 15: không sử dụng
+ CNTLx Bit 12-11: Độ dài của bộ đếm: 0 16-bit,TBR(max) = 0FFFFh 1 12-bit,TBR(max) = 0FFFh 10 10-bit,TBR(max) = 03FFh 11 8-bit,TBR(max) = 0FFh
+ TBSSELx bit 9-8: Lựa chọn nguồn xung clock: 00 TBCLK
01 ACLK 10 SMCLK 11 Đảo TBCLK
+ IDx Bit 7-6: lựa chọn bộ chia xung: 00 /1
01 /2 10 /4 11 /8
+ MCx Bit 5-4: Lựa chọn chế độ điều khiển: 00 Dừng chế độ
01 Chế độ lên 10 Tiếp tục chế độ 11 Chế độ lên/xuống
+ TBCLR : Xóa Timer_B Khi bit này được set, giá trị bộ đếm, bộ chia xung đều được xóa về 0.
+ TBIE Bit 1: Cho phép ngắt Timer_B. Bit =1 cho phép ngắt, bit = 0 cấm ngắt.
+ TBIFG Bit 0: Cờ ngắt. Bit = 0 không có ngắt nào chờ, bit = 1 có ngắt đang chờ phục vụ. Khi ngắt đã được phục vụ Bit tự động được xóa về 0.
2.1.5 Bộ khuếch đại thuật toán OA:
MSP 430 có 2 bộ khuếch đại thuật toán với nhiều kênh khác nhau. Đặc tính của các bộ khuếch đại thuật toán:
+ Nguồn đơn, hoạt động ở chế độ dòng thấp. + Có thể lựa chọn cấu hình bằng phần mềm.
Hình 13: Sơ đồ khối của OA
2.1.6 Các kênh chuyển đổi ADC:
MSP 430 có 2 kênh chuyển đổi ADC 10 bit, ADC10 và ADC12.
2.1.6.1 Kênh chuyển đổi ADC10:
Các đặc tính của kênh chuyển đổi ADC10:
+ Tốc độ chuyển đổi lớn nhất lớn hơn 200ksps. + Bộ chuyển đổi 10 bit đơn không bị lỗi mã.
+ Lấy mẫu và chốt với thời gian lấy mẫu được lập trình.
+ Quá trình chuyển đổi được khởi tạo bằng phần mềm hoặc Timer_A.
+ Có thể sử dụng phần mềm để lựa chọn điện áp tham chiếu (1.5V hoặc 2.5V).
+ Có 8 kênh đầu vào tương tự, riêng với MSP 340x22xx có tới 12 kênh đầu vào tương tự.
+ Các kênh chuyển đổi cho cảm biến nhiệt độ bên trong, Vcc, và điện áp tham chiếu ngoài.
+ Lựa chọn nguồn xung clock.
+ Tự động điều khiển quá trình huyển đổi dữ liệu và lưu kết quả chuyển đổi .
Hình 14: Sơ đồ khối của ADC10
2.1.6.1.1 Hoạt động của bộ chuyển đổi ADC10:
Kênh ADC10 chuyển đổi một tín hiệu tương tự sang tín hiệu số có độ dài 10 bit, kết quả chuyển đổi được lưu vào thanh ghi ADC10MEM. Sử dụng điện áp tham chiếu VR+ và VR- để xác định giới hạn trên và giới hạn dưới của bộ chuyển đổi. Kết quả chuyển đổi số có giá trị NADC = 03FFh khi đó Vinput > = VR+ (khi đầy) hoặc NADC = 0 khi Vinput< = VR-. Kết quả chuyển đổi được tính bằng công thức như sau:
Bộ chuyển đổi ADC10 được điều khiển bởi 2 thanh ghi ADC10CTL0 và ADC10CTL1. ADC10ON là bit cho phép chuyển đổi. Khi bạn muốn thay đổi
các giá trị điều khiển chuyển đổi bạn phải đặt ENC = 0. Khi điều chỉnh xong lưu ý set bit ENC = 1 để quá trình chuyển đổi bắt đầu.
2.1.6.1.2 Lựa chọn nguồn xung clock ADC10CLK:
Để lựa chọn nguồn xung điều khiển ta sử dụng bit ADC10SSELx. Có thể sử dụng bộ chia trước bắng bit ADC10DIVx. ADC10CLK có thể lấy xung từ các nguồn SMCLK, MCLK, ACLK hoặc sử dụng bội xung nội ADC10OSC phục vụ riêng cho nó.
Tần số chuyển đổi có thể lên tới 5-MHz, nhung giá trị này cũng tùy thuộc vào nguồn cấp, nhiệt độ và thay đổi do lập trình. Phải luôn cấp xung clock trong quá trình chuyển đổi, nếu ngắt nguồn xung bộ chuyển đổi không hoạt động hoặc kết quả chuyển đổi không chính xác.
Hình 15: Bộ đa hợp ngõ vào ADC10
Kênh chuyển đổi ADC10 có tất cả 12 ngõ vào tương tự, 8 ngõ vào tương tự ngoài và 4 ngõ vào nội, các ngõ vào được lựa chọn chuyển đổi bằng bộ đa hợp.
2.1.6.1.3 Lựa chọn kênh tương tự:
Các ngõ vào tương tự Ax, VeREF+, and VREF− + động thời cũng là các chân xuất/nhập. Các chân này là dạng cổng CMOS, khi được lựa chọn làm ngõ vào chuyển đổi có thể tạo ra dòng điện ký sinh có giá trị rất nhỏ từ Vcc về GND. Có thể cấm khuếch đại dòng ký sinh này bằng cách sử dụng bit ADC10Aex.
2.1.6.1.4 Điện áp tham chiếu:
Ta có thể lựa chọn điện áp tham chiếu nội bằng cách set bit REFON = 1, khi REFON = 0 lựa chọn điện áp tham chiếu ngoài VRFE+. Bit RFE2_5V lựa chọn giá trị điện áp tham chiếu nội. Khi REF2_5V = 1điện áp tham chiếu nội là 2.5 V. Khi REF2_5V = 0 điện áp tham chiếu nội là 1.5 V.
2.1.6.1.5 Đặc tính công suất thấp của điện áp tham chiếu nội:
Mọi thiết kế của MSP 430 đếu hướng tới tiêu chí tiết kiệm năng lượng. Kênh ADC10 tự chuyển sang chế độ tiết kiệm năng lượng khi điện áp tương tự ngõ vào không đổi, nó kích hoạt trở lại khi cần thiết. Khi không có nguồn xung clock dòng chuyển đổi bằng 0.
2.1.6.1.6 Thời gian lấy mẫu và chuyển đổi:
Bit SHTx được sử dụng để lựa chọn thời gian lấy mẫu, thời gian lấy mẫu có thể là 4, 8, 16 hoặc 64 chu kỳ xung, thời gian chuyển đổi là 13 chu kỳ xung.
Hình 16: Thời gian lấy mẫu
2.1.6.1.7 Tính toán thời gian lấy mẫu:
Khi SAMPCON = 0 tất cả các ngõ vào tương tự Ax đều ở trạng thái tổng trở cao. Khi SAMPCON = 1 tín hiệu tương tự ngõ vào được đưa qua một mạch lọc thông thấp RC. Sơ đồ tương đương như sau:
Nội trở của nguồn Rs và Ri ảnh hưởng đến thời gian lấy mẫu. Thời gian lấy mẫu tối thiểu có thể được tính theo phương trình sau đây:
Nếu Rs = 10kΩ thì thời gian lấy mẫu lớn hơn 2.47 µs.
Khi sử dụng bộ đệm tham chiếu trong chế độ burst thì thời gian lấy mẫu phải lớn hơn thời gian tính toán ở trên và thời gian thiết lập của bộ đệm.
Ví dụ, nếu điện áp tham chiếu ngoài VRef =1.5V, RS = 10 kΩ, tsample lớn hơn than 2.47µs, khi ADC10SR = 0, hoặc 2.5 µs khi ADC10SR = 1. Khi đó thời gian thiết lập của bộ đệm được tính toán như sau:
Trong đó SR: là tốc độ quét của bộ đệm.
2.1.6.1.8 Chế độ chuyển đổi:
Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC10 có 4 chế độ hoạt động được lựa chọn bằng bít CONSEQx.
2.1.6.1.9 Ngắt của ADC10:
Một ngắt được tạo ra do kênh ADC10, ADC10IFG được set khi bắt đầu quá trình chuển đổi, kết quả chuyển đổi được lưu vào ADC10MEM. Khi qua trình chuyển đổi hoàn thành cờ ngắt ADC10IFG sẽ tạo ra một ngắt, cờ ngắt tự động reset khi ngắt đã được phục vụ.
2.1.6.1.10 Các thanh ghi của ADC10:
Bảng 6: Thanh ghi ADC10
a) Thanh ghi điều khiển ADC10CTL0: Là thanh ghi 16 bit có sơ đồ như sau:
+ Trong đó SREFx 15-13 lựa chọn điện áp tham chiếu:
+ SHTx là bit lựa chọn thời gian lấy mẫu và giữ:
+ ADC10SR Bit 10 là bít lựa chọn tốc độ lấy mẫu: Bit = 1 tốc độ ~ 50 ksps
Bit = 0 tốc độ ~200 ksps
+ REFOUT Bit 9 Ngõ ra tham chiếu: Bit = 0 Ngõ ra tham chiếu off
Bit = 1 Ngõ ra tham chiếu on
+ REF2_5V Bit 6 Lựa chọn điện áp tham chiếu: Bit = 0 Vref = 1.5 V
Bit = 1 Vref = 2.5 V + ADC10ON Bit 4:
Bit = 0 ADC10 off Bit = 1 ADC10 on
+ ADC10IE Bit 3 Cho phép ngắt ADC10: Bit = 0 cấm ngăt
Bit = 1 cho phép ngắt + ADC10IFG Bit 2 Cờ ngắt:
Bit =0 báo không có ngắt nào đợi phục vụ Bit = 1 Báo có ngắt đợi phục vụ
+ ENC Bit 1 Bít cho phép chuyển đổi: Bit = 0 cấm chuyển đổi
Bit =1 cho phép chuyển đổi b)Thanh ghi điều khiển ADC10CTL1:
+ SSELx Bit 4-3 Lựa chọn nguồn xung clock
c)Thanh ghi lưu kết quả chuyển đổi ADC10MEM:
Kết quả 10 bit chuyển đổi được lưu trữ bên phải. Bit 9 là MSB. Bit 10-15 luôn luôn là 0.
2.1.6.2 Kênh chuyển đổi ADC12:
ADC12 là kênh chuyển đổi 12 bít có các đặc tính như sau: + Tốc độ chuyển đổi lớn hơn 200-ksps.
+ Bộ chuyển đổi 12 bit đơn không bị lỗi mã.
+ Lấy mẫu và chốt với thời gian lấy mẫu được lập trình.
+ Quá trình chuyển đổi được khởi tạo bằng phần mềm hoặc Timer_A, Timer_B.
+ Có thể sử dụng phần mềm để lựa chọn điện áp tham chiếu (1.5V hoặc 2.5V).
+ Có thể lựa chọn điện áp tham chiếu nội hoặc điện áp tham chiếu ngoài. + Có 8 kênh đầu vào tương tự, riêng với MSP 340x22xx có tới 12 kênh đầu vào tương tự.
+ Các kênh chuyển đổi cho cảm biến nhiệt độ bên trong, Vcc, và điện áp tham chiếu ngoài.
+ Lựa chọn nguồn xung clock.
+ Tự động điều khiển quá trình huyển đổi dữ liệu và lưu kết quả chuyển đổi, thanh ghi lưu kết quả chuyển đổi là thanh ghi 16 bit.
Hình 18: Sơ đồ khối của kênh chuyển đổi tương tự sang số ADC12
Tính toán kết quả chuyển đổi sử dụng công thức:
2.1.6.2.1 Lựa chọn nguồn xung:
Để lựa chọn nguồn xung điều khiển ta sử dụng bit ADC12SSELx. Có thể sử dụng bộ chia trước bắng bit ADC12DIVx. ADC12CLK có thể lấy xung từ các nguồn SMCLK, MCLK, ACLK hoặc sử dụng bội xung nội ADC12OSC phục vụ riêng cho nó.
Tần số chuyển đổi có thể lên tới 5-MHz, nhung giá trị này cũng tùy thuộc vào nguồn cấp, nhiệt độ và thay đổi do lập trình. Phải luôn cấp xung clock trong quá trình chuyển đổi, nếu ngắt nguồn xung bộ chuyển đổi không hoạt động hoặc kết quả chuyển đổi không chính xác.
Hình 19: Bộ đa hợp ngõ vào ADC12
Kênh chuyển đổi ADC12 có tất cả 12 ngõ vào tương tự, 8 ngõ vào tương tự ngoài và 4 ngõ vào nội, các ngõ vào được lựa chọn chuyển đổi bằng bộ đa hợp.
2.1.6.2.2 Điện áp tham chiếu:
Ta có thể lựa chọn điện áp tham chiếu nội bằng cách set bit REFON = 1, khi REFON = 0 lựa chọn điện áp tham chiếu ngoài VRFE+. Bit RFE2_5V lựa chọn giá trị điện áp tham chiếu nội. Khi REF2_5V = 1điện áp tham chiếu nội là 2.5 V. Khi REF2_5V = 0 điện áp tham chiếu nội là 1.5 V.
2.1.6.2.3 Ngắt ADC12:
Kênh ADC12 có 18 nguồn ngắt bao gồm: + ADC12IFG0-ADC12IFG15.
+ Tràn ADC12IFG0-ADC12IFG15.
+ Tràn thời gian chuyển đổi ADC12TOV, ADC12.
Khi quá trình chuyển đổi hoàn thành bít ADC12IFGx được set và kết quả chuyển đổi được lưu vào thanh ghi ADC12IFGx. Khi đó một ngắt được tạo ra.
2.1.6.2.3 Các thanh ghi điều khiển ADC12:
Thanh ghi điều khiển ADC12CTL0:
\
2.1.7 Kênh chuyển đổi số sang tương tự DAC12:
Là kênh chuyển đổi 12 bit. Tuy nhiêu nó có thể được cấu hình 8 bit hoặc 12 bit.
Những đặc tính của kênh chuyển đổi DAC12 bao gồm:
+ Có thể sử dụng điện áp tham chiếu nội và điện áp tham chiếu ngoài. + Độ phân giải 8 hoặc 12 bit.
+ Lập trình thời gian và công suất nguồn.
+ Khả năng cập nhật dữ liệu đồng bộ cho nhiều kênh DAC.
2.1.7.1 Hoạt động của kênh chuyển đổi DAC12:
Kênh chuyển đổi số sang tương tự DAC12 có thể cấu hình để hoạt động ở chế độ 8 bit hoặc 12 bit bằng cách sử dụng bit DAC12RESx. Bit DAC12IR lựa chọn điện áp tham chiếu. Bít DAC12 cho phép người sử dụng lựa chọn dữ liệu kiểu nhị phân tiêu chuẩn hay 2s-compliment.
Khi sử dụng kiểu định dạng dữ liệu kiểu nhị phân tiêu chuẩn, điện áp đầu ra được tính như sau:
Trong chế độ 8 bit, giá trị lớn nhất của DAC12_xDAT là 0FFh. Trong chế độ 12 bit giá trị tối đa của DAC12_xDAT là 0FFFh.
2.1.7.2 Điện áp tham chiếu của kênh DAC12:
Có thể lựa chọn điện áp tham chiếu ngoài hoặc điện áp tham chiếu nội với 2 mức điện áp tham chiếu 1.5 V và 2.5 V. Điện áp tham chiếu được lựa chọn bằng bit DAC12SREFx. Khi DAC12SREFx = {0,1} sử dụng điện áp tham chiếu VREF+