Giáo trình nghề Điện tử công nghiệp - Môđun: Kỹ thuật vi điều khiển
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI
GIÁO TRÌNH
Tên mô đun: Kỹ thuật Vi điều khiển
NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP/CAO ĐẲNG NGHỀ
Ban hành kèm theo Quyết định số:
/QĐ-CĐCNPY, ngày tháng năm 2018
của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại
Vĩnh Phúc, năm 2018
1
MỤC LỤC
ĐỀ MỤC
MỤC LỤC
TRANG
2
CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN
Bài 1. ĐIỀU KHIỂN PIC 18f4520:
ĐẶC TÍNH, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG CÁC PORT
4
8
8
1.1. Giới thiệu................................................................................................................8
1.1.1. Cấu tạo vi điều khiển. ..........................................................................................8
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của Vi điều khiển ..............................................................8
1.1.3. Lĩnh vực và ứng dụng........................................................................................11
1.1.4. Sản phẩm dân dụng. ..........................................................................................12
1.2. Khảo sát vi điều khiển Microchip .......................................................................12
1.2.1. Cấu hình vi điều khiển PIC 18f4520. ................................................................12
1.2.2. Cấu trúc của vi điều khiển PIC 18f4520. ..........................................................13
1.2.3. Khảo sát sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18f4520. ..............................................15
Bài 2. TỔ CHỨC BỘ NHỚ THANH GHI
2.1. Giới thiệu.
22
22
2.2. Kiến trúc bộ nhớ. .................................................................................................22
2.3. Tổ chức bộ nhớ của vi điều khiển PIC 18f4520. .................................................23
2.3.1. Tổ chức bộ nhớ chương trình............................................................................23
2.3.2. Khối tạo dao động..............................................................................................24
2.3.3. Khảo sát bộ nhớ dữ liệu và thanh ghi trạng thái..............................................26
Bài 3: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VỚI VĐK PIC 18F4520
30
3.1. Các thành phần cơ bản của ngôn ngữ lập trình C..............................................30
3.1.1. Các kiểu dữ liệu của biến...................................................................................30
3.1.2. Các toán tử. ........................................................................................................31
3.1.3. Các lệnh C cơ bản..............................................................................................33
3.2. Trình biên dịch C.................................................................................................36
3.2.1. Các thành phần mở rộng của trình biên dịch C...............................................36
3.2.2. Khai báo biến và hằng số...................................................................................37
3.2.3. Khai báo các biến truy xuất bit.........................................................................38
3.2.4. Khai báo con trỏ, mảng. ....................................................................................39
3.2.5. Khai báo và sử dụng hàm. .................................................................................39
3.2.6. Khai báo chương trình con phục vụ ngắt. ........................................................40
3.2.7. Cấu trúc của một chương trình C cho vi điều khiển PIC ................................56
3.2.8. File thư viện của vi điều khiển PIC...................................................................57
3.3. Phần mềm MPLAB_IDE_v8_70 .........................................................................60
Bài 4: PORT XUẤT NHẬP, TIMER – COUNTER
68
4.1. Cấu hình, thông số điện áp, dòng của các port...................................................68
4.2. Các ứng dụng dùng port điều khiển của vi điều khiển 8 bit. .............................70
2
4.2.1. Các ứng dụng điều khiển led đơn.........................................................................70
4.2.2. Các ứng dụng điều khiển led 7 đoạn trực tiếp.......................................................73
4.2.3. Các ứng dụng điều khiển led 7 đoạn quét.............................................................74
4.2.4. Giao tiếp vi điều khiển 8 bit với LCD ..................................................................76
4.3. Timer/counter của vi điều khiển PIC 18f4520....................................................79
4.3.1. Khảo sát các timer của vi điều khiển PIC 18f4520...........................................79
4.3.2. Cách truy xuất các thành phần của timer trong ngôn ngữ lập trình C...........91
4.3.3. Ứng dụng timer/counter của vi điều khiển PIC 18f4520.......................................93
a. Giao tiếp DS1307 ..................................................................................................93
b. Ứng dụng 1………………………………………………………………………….…98
c. Ứng dụng 2…………………………………………………………………………...101
3
CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN
Tên mô đun: KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN
Mã mô đun: MĐTC14020040
Thời gian thực hiện mô đun: 75 giờ (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành, thí nghiệm,
thảo luận, bài tập 57 giờ; Kiểm tra : 3 giờ)
I. Vị trí, tính chất mô đun
- Vị trí: Đây là mô đun chuyên ngành cho học sinh ngành điện tử, viễn thông. Mô
đun này phải học sau khi đã học xong các mô đun: Kỹ thuật vi xử lý.
- Tính chất: Bắt buộc
II. Mục tiêu mô đun
- Kiến thức:
+ Mô tả được cấu trúc bên trong, chức năng các chân của họ vi điều khiển PIC
18F4520.
+ Trình bày được các lệnh lập trình C của họ vi điều khiển PIC 18F4520
+ Trình bày được một số ứng dụng của họ vi điều khiển
- Kỹ năng:
+ Lập được lưu đồ thuật toán của một số ứng dụng cơ bản
+ Lập trình trên ngôn ngữ lập trình C và nạp được vào trong chip một số bài tập
ứng dụng của vi điều khiển PIC 18F4520
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Dự lớp đầy đủ theo quy định, rèn luyện tác phong công nghiệp, biết cách làm
việc nhóm.
III. Nội dung mô đun
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian
Thời gian (giờ)
Thực
hành,
Số
TT
thí
nghiệm,
thảo
luận,
bài tập
6
Tên các bài trong mô đun
VI ĐIỀU KHIỂN PIC
18f4520: ĐẶC TÍNH, CẤU TRÚC,
CHỨC NĂNG CÁC PORT
1.1. Giới thiệu
Tổng
số
Lý
thuyết
Kiểm
tra
1. Bài 1.
9
3
3
1.2. Khảo sát vi điều khiển Microchip
2. Bài 2.
TỔ CHỨC BỘ NHỚ 16
12
1
THANH GHI
2.1. Giới thiệu.
4
2.2. Kiến trúc bộ nhớ.
2.3. Tổ chức bộ nhớ của vi điều khiển
PIC 18f4520.
3. Bài 3.
LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 20
3
6
16
23
1
1
VỚI VĐK PIC 18F4520,
3.1. Các thành phần cơ bản của ngôn
ngữ lập trình C
3.2. Trình biên dịch C.
3.3. Phần mềm MPLAB_IDE_v8_70
4. Bài 4.
PORT
XUẤT
NHẬP, 30
TIMER – COUNTER
4.1. Cấu hình, thông số điện áp, dòng
của các port
4.2. Các ứng dụng dùng port điều
khiển của vi điều khiển 8 bit.
4.3. Timer/counter của vi điều khiển
PIC 18f4520
Cộng
75
15
27+30
3
2. Nội dung chi tiết
Bài 1. ĐIỀU KHIỂN PIC 18f4520: ĐẶC TÍNH, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG
CÁC PORT (Thời gian: 9 giờ)
* Mục tiêu của bài: Sau khi học xong bài học này, sinh viên có thể
- Trình bày được về sơ đồ câu trúc điều khiển và các ngoại vi tích hợp của vi điều
khiển PIC 18f4520
- Phân tích được sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18f4520.
- Cẩn thận, sáng tạo đảm bảo an toàn thiết bị và dụng cụ.
- Nghiêm túc, khoa học, tỉ mỷ.
* Nội dung của bài:
1.1. Giới thiệu
1.2. Khảo sát vi điều khiển Microchip
1.2.1. Cấu hình vi điều khiển PIC 18f4520.
1.2.2. Sơ đồ cấu trúc của vi điều khiển PIC 18f4520.
1.2.3. Khảo sát sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18f4520.
Bài 2. TỔ CHỨC BỘ NHỚ THANH GHI
(Thời gian: 16 giờ)
* Mục tiêu của bài: Sau khi học xong bài học này, sinh viên có thể:
- Trình bày được về kiến trúc bộ nhớ, tổ chức bộ nhớ vi điều khiển PIC 18f4520
- Vẽ được tổ chức bộ nhớ vi điều khiển PIC 18f4520.
- Khảo sát việc kết nối với các linh kiện cơ bản như led đơn, nút nhấn, led 7 đoạn,
LCD
5
- Cẩn thận, sáng tạo đảm bảo an toàn thiết bị và dụng cụ.
- Nghiêm túc, khoa học, tỉ mỷ.
* Nội dung của bài:
2.1.Giới thiệu.
2.2.Kiến trúc bộ nhớ.
2.3.Tổ chức bộ nhớ của vi điều khiển PIC 18f4520.
2.3.1. Tổ chức bộ nhớ chương trình.
2.3.2. Mã lệnh 14 bit.
2.3.3. Khảo sát bộ nhớ dữ liệu và thanh ghi trạng thái.
2.3.4. Bộ nhớ dữ liệu EEPROM.
Bài 3: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VỚI VĐK PIC 18F4520 (Thời gian: 20 giờ)
* Mục tiêu của bài: Sau khi học xong bài học này, sinh viên có thể:
- Trình bày được lệnh cơ bản của vi điêu khiên PIC 18f4520
- Lập trình điều khiển được khi dùng ngôn ngữ C cho các hệ thống điều khiển
dùng vi điều khiển PIC 18f4520
- Phân tích được thư viện của vi điều khiển PIC 18f4520.
- Cẩn thận, sáng tạo đảm bảo an toàn thiết bị và dụng cụ.
- Nghiêm túc, khoa học, tỉ mỷ.
* Nội dung của bài:
3.1. Các thành phần cơ bản của ngôn ngữ lập trình C
3.1.1. Các kiêu dữ liệu của biến.
3.1.2. Các toán tử.
3.1.3. Các lệnh C cơ bản
3.2. Trình biên dịch C.
3.2.1. Các thành phần mở rộng của trình biên dịch C
3.2.2. Khai báo biến và hằng số
3.2.3. Khai báo các biến truy xuất bit
3.2.4. Khai báo con trỏ, mảng.
3.2.5. Khai báo và sử dụng hàm
3.2.6. Khai báo chương trình con phục vụ ngắt.
3.2.7. Cấu trúc của một chương trình C cho vi điêu khiển PIC
3.2.8. File thư viện của vi điều khiển PIC
3.3. Phần mềm MPLAB_IDE_v8_70
Bài 4: PORT XUẤT NHẬP, TIMER – COUNTER (Thời gian: 30 giờ)
* Mục tiêu của bài: Sau khi học xong bài học này, sinh viên có thể
- Trình bày được về cấu hình, thông số điện áp, dòng của các port vi điều khiển
PIC 18f4520
- Trình bày được cách truy xuất port điều khiển PIC 18f4520
- Lập trình được các ứng dụng truy xuất port bằng ngôn ngữ C với LED đơn, 7
thanh, LCD
- Lập trình được các ứng dụng Timer/counter của vi điều khiển PIC 18f4520
6
- Cẩn thận, sáng tạo đảm bảo an toàn thiết bị và dụng cụ.
- Nghiêm túc, khoa học, tỉ mỷ.
* Nội dung của bài:
4.1. Cấu hình, thông số điện áp, dòng của các port
4.1.1. Truy xuất port điều khiển của vi điều khiển 8 bit.
4.1.2. Định cấu hình cho port
4.1.3. Lập trình truy xuất port bằng ngôn ngữ C
4.2. Các ứng dụng dùng port điều khiển của vi điều khiển 8 bit.
4.2.1. Các ứng dụng điều khiển led đơn.
4.2.2. Các ứng dụng điều khiển led 7 đoạn trực tiếp.
4.2.3. Các ứng dụng điều khiển led 7 đoạn quét.
4.2.4. Giao tiếp vi điều khiển 8 bit với LCD
4.3. Timer/counter của vi điều khiển PIC 18f4520
4.3.1. Khảo sát các timer của vi điều khiển PIC 18f4520.
4.3.2. Cách truy xuất các thành phần của timer trong ngôn ngữ lập trình C.
4.3.3. Ứng dụng timer/counter của vi điều khiển PIC 18f4520
7
Bài 1. ĐIỀU KHIỂN PIC 18f4520:
ĐẶC TÍNH, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG CÁC PORT
* Mục tiêu
- Trình bày được về sơ đồ cấu trúc điều khiển và các ngoại vi tích hợp của vi điều
khiển PIC 18f4520
- Phân tích được sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18F4520.
- Cẩn thận, sáng tạo đảm bảo an toàn thiết bị và dụng cụ.
- Nghiêm túc, khoa học, tỉ mỷ.
* Nội dung của bài:
1.1. Giới thiệu
1.1.1. Cấu tạo vi điều khiển.
- Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử
dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển thực chất gồm một vi xử lý
có hiệu suất đủ cao và giá thành thấp (so với các vi xử lý đa năng dùng trong máy
tính) kết hợp với các thiết bị ngoại vi như các bộ nhớ, các mô đun vào/ra, các mô
đun biến đổi từ số sang tương tự và từ tương tự sang số, mô đun điều chế độ rộng
xung (PWM)...
- Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng hệ thống nhúng. Nó xuất hiện
nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, dây
truyền tự động...
- Hầu hết các loại vi điều khiển hiện nay có cấu trúc Harvard là loại cấu trúc mà
bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu được phân biệt riêng.
- Cấu trúc của một vi điều khiển gồm CPU, bộ nhớ chương trình (thường là bộ
nhớ ROM hoặc bộ nhớ Flash), bộ nhớ dữ liệu (RAM), các bộ định thời, các cổng
vào/ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài, tất cả các khối này được tích hợp trên
một vi mạch.
Các loại vi điều khiển trên thị trường hiện nay:
- VDK MCS-51: 8031, 8032, 8051, 8052,...
- VDK ATMEL: 89Cxx, AT89Cxx51...
- VDK AVR AT90Sxxxx
- VDK PIC 16C5x, 17C43, 18F4520,
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của Vi điều khiển
Mặc dù đã có rất nhiều họ vi điều khiển được phát triển cũng như nhiều chương
trình điều khiển tạo ra cho chúng, nhưng tất cả chúng vẫn có một số điểm chung
cơ bản. Do đó nếu ta hiểu cặn kẽ một họ thì việc tìm hiểu thêm một họ vi điều
khiển mới là hoàn toàn đơn giản. Một kịch bản chung cho hoạt động của một vi
điều khiển như sau:
- Khi không có nguồn điện cung cấp, vi điều khiển chỉ là một con chip có
chương trình nạp sẵn vào trong đó và không có hoạt động gì xảy ra.
- Khi có nguồn điện, mọi hoạt động bắt đầu được xảy ra với tốc độ cao. Đơn vị
điều khiển logic có nhiệm vụ điều khiển tất cả mọi hoạt động. Nó khóa tất cả các
mạch khác, trừ mạch giao động thạch anh. Sau vài mili giây đầu tiên tất cả đã sẵn
8
sàng hoạt động.
- Điện áp nguồn nuôi đạt đến giá trị tối đa của nó và tần số giao động trở nên ổn
định. Các bit của các thanh ghi SFR cho biết trạng thái của tất cả các mạch trong vi
điều khiển. Toàn bộ vi điều khiển hoạt động theo chu kỳ của chuỗi xung chính.
- Thanh ghi bộ đếm chương trình (Program Counter) được xóa về 0. Câu lệnh từ
địa chỉ này được gửi tới bộ giải mã lệnh sau đó được thực thi ngay lập tức.
- Giá trị trong thanh ghi PC được tăng lên 1 và toàn bộ quá trình được lặp lại
vài … triệu lần trong một giây.
Hình 1.1 Cấu trúc bên trong của vi điều khiển.
- Memory (bộ nhớ): là ROM/RAM lưu trữ chương trình hay các kết quả trung
gian.
+ Read Only Memory (ROM): Read Only Memory (ROM) là một loại bộ nhớ
được sử dụng để lưu vĩnh viễn các chương trình được thực thi. Kích cỡ của
chương trình có thể được viết phụ thuộc vào kích cỡ của bộ nhớ này. ROM có thể
được tích hợp trong vi điều khiển hay thêm vào như là một chip gắn bên ngoài,
tùy thuộc vào loại vi điều khiển. Cả hai tùy chọn có một số nhược điểm. Nếu ROM
được thêm vào như là một chip bên ngoài, các vi điều khiển là rẻ hơn và các
chương trình có thể tồn tại lâu hơn đáng kể. Đồng thời, làm giảm số lượng các
9
chân vào/ra để vi điều khiển sử dụng với mục đích khác. ROM nội thường là
nhỏ hơn và đắt tiền hơn, nhưng có thêm lá ghim sẵn để kết nối với môi trường
ngoại vi. Kích thước của dãy ROM từ 512B đến 64KB.
+ Random Access Memory (RAM): Random Access Memory (RAM) là một loại
bộ nhớ sử dụng cho các dữ liệu lưu trữ tạm thời và kết quả trung gian được tạo ra
và được sử dụng trong quá trình hoạt động của bộ vi điều khiển. Nội dung của bộ
nhớ này bị xóa một khi nguồn cung cấp bị tắt.
- Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM) (hình 1.2)
EEPROM là một kiểu đặc biệt của bộ nhớ chỉ có ở một số loại vi điều khiển. Nội
dung của nó có thể được thay đổi trong quá trình thực hiện chương trình (tương tự
như RAM), nhưng vẫn còn lưu giữ vĩnh viễn, ngay cả sau khi mất điện
(tương tự như ROM). Nó thường được dùng để lưu trữ các giá trị được tạo ra và
được sử dụng trong quá trình hoạt động (như các giá trị hiệu chuẩn, mã, các giá trị
để đếm, v.v..), mà cần phải được lưu sau khi nguồn cung cấp ngắt. Một bất lợi
của bộ nhớ này là quá trình ghi vào tương đối chậm.
Hình 1.2 Giao tiếp bộ nhớ
- Bộ đếm chương trình (PC:Program Counter): Bộ đếm chương trình chứa địa
chỉ chỉđến ô nhớ chứa câu lệnh tiếp theo sẽ được kích hoạt. Sau mỗi khi thực
hức năng của
hiện lệnh, giá trị của bộ đếm được tăng lên 1. C
CPU là tiến hành các
thao tác tính toán xử lý, đưa ra các tín hiệu địa chỉ, dữ liệu và điều khiển nhằm
thực hiện một nhiệm vụ nào đó do người lập trình đưa ra thông qua các lệnh
(Instructions).
hức năng của
- CPU-Central Processing Unit(Đơn vị xử lý trung tâm): C
CPU là
tiến hành các thao tác tính toán xử lý, đưa ra các tín hiệu địa chỉ, dữ liệu và điều
khiển nhằm thực hiện một nhiệm vụ nào đó do người lập trình đưa ra thông qua
các lệnh (Instructions).
+ Bộ giải mã lệnh có nhiệm vụ nhận dạng câu lệnh và điều khiển các mạch khác
theo lệnh đã giải mã. Việc giải mã được thực hiện nhờ có tập lệnh “instruction set”.
Mỗi họ vi điều khiển thường có các tập lệnh khác nhau.
10
+ Thanh ghi tích lũy (Accumulator) là một thanh ghi SFR liên quan mật
thiết với hoạt động của ALU. Nó lưu trữ tất cả các dữ liệu cho quá trình tính toán
và lưu giá trị kết quả để chuẩn bị cho các tính toán tiếp theo. Một trong các thanh
ghi SFR khác được gọi là thanh ghi trạng thái (Status Register) cho biết trạng
thái của các giá trị lưu trong thanh ghi tích lũy.
+ Arithmetical Logical Unit (ALU): Thực thi tất cả các thao tác tính toán số học và
logic.
- Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR): Thanh ghi chức năng đặc biệt (Special
Function Registers) là một phần của bộ nhớ RAM. Mục đích của chúng được định
trước bởi nhà sản xuất và không thể thay đổi được. Các bit của chúng được liên kết
vật lý tới các mạch trong vi điều khiển như bộ chuyển đổi A/D, modul truyền thông
nối tiếp,… Mỗi sự thay đổi trạng thái của các bit sẽ tác động tới hoạt động của vi
điều khiển hoặc các vi mạch.
- Các cổng vào/ra (I/O Ports): Để vi điều khiển có thể hoạt động hữu ích, nó cần
có sự kết nối với các thiết bị ngoại vi. Mỗi vi điều khiển sẽ có một hoặc một số
thanh ghi (được gọi là cổng) được kết nối với các chân của vi điều khiển. Chúng có
thể thay đổi chức năng, chiều vào/ra theo yêu cầu của người dùng.
Address bus(
địa chỉ): Là các đường tín hiệu song song 1 chiều nối từ
CPU
-
Bus
đến bộ nhớ, CPU gửi giá trị địa chỉ của ô nhớ cần truy nhập (đọc/ghi) trên các
đường tín hiệu này. Độ rộng của bus địa chỉ là n (là số các đường tín hiệu, với n có
thể là 8, 18, 20, 24, 32 hay 64), khi đó số ô nhớ mà CPU có thể địa chỉ hố được sẽ
n
là 2
- Data bus(Bus dữ liệu): Là các đường tín hiệu song song 2 chiều, nhiều thiết bị
khác nhau có thể được nối với bus dữ liệu, nhưng tại một thời điểm chỉ có 1 thiết
bị duy nhất có thể được phép đưa dữ liệu lên bus. Độ rộng Bus dữ liệu là m(với
m có thể là 4, 8, 16, 32 hay 64), khi đó số bit mà môi một chu kỳ đọc/ghi có thể
truyền trên trên bus là m bits.
- Control bus(Bus điều khiển): CPU gửi tín hiệu thông qua bus này để điều khiển
mọi hoạt động của hệ thống. Các tín hiệu điều khiển thường là: đọc/ ghi bộ nhớ,
đọc/ ghi cổng vào/ra,…
1.1.3. Lĩnh vực và ứng dụng.
Về cơ bản, vi điều khiển rất đơn giản. Chúng chỉ bao gồm tối thiểu một số
thành phần sau:
- Một bộ vi xử lý tối giản được sử dụng như bộ não của hệ thống.
- Tùy theo công nghệ của mỗi hãng sản xuất, có thể có thêm bộ nhớ, các chân
nhập/xuất tín hiệu, bộ đếm, bộ định thời, các bộ chuyển đổi tương tự/số (A/D), …
- Tất cả chúng được đặt trong một vỏ chíp tiêu chuẩn.
- Một phần mềm đơn giản có thể điều khiển được toàn bộ hoạt động của vi điều
khiển và có thể dễ dàng cho người sử dụng nắm bắt.
Dựa trên nguyên tắc cơ bản trên, rất nhiều họ vi điều khiển đã được phát triển và
ứng dụng một cách thầm lặng nhưng mạnh mẽ vào mọi mặt của đời sống của con
người. Một số ứng dụng cơ bản thành công có thể kể ra sau đây.
11
1.1.4. Sản phẩm dân dụng.
+ Nhà thông minh: Cửa tự động, khóa số, tự động điều tiết ánh sáng thông minh
(bật/tắt đèn theo thời gian, theo cường độ ánh sáng,...), điều khiển các thiết bị từ
xa (qua điều khiển, qua tiếng vỗ tay,...), điều tiết hơi ẩm, điều tiết nhiệt độ, điều tiết
không khí, gió. Hệ thống vệ sinh thông minh.
+ Các máy móc dân dụng: Máy điều tiết độ ẩm cho vườn cây,buồng ấp trứng
gà/vịt.Đồng hồ số, đồng hồ số có điều khiển theo thời gian.
+ Các sản phẩm giải trí: Máy nghe nhạc, m áy chơi game, Đầu thu kỹ thuật số, đầu
thu set-top-box,...
Trong các thiết bị y tế.
+ Máy móc thiết bị hỗ trợ: máy đo nhịp tim, máy đo đường huyết, máy đo huyết
áp, điện tim đồ, điện não đồ,…
+ Máy cắt/mài kính.
+ Máy chụp chiếu (city, X-quang,...)
Các sản phẩm công nghiệp.
+ Điều khiển động cơ
+ Đo lường (đo điện áp, đo dòng điện, áp suất, nhiệt độ,...)
+ Cân băng tải, cân toa xe, cân ô tô,...
+ Điều khiển các dây truyền sản xuất công nghiệp
+ Làm bộ điều khiển trung tâm cho Robot
Hướng phát triển.
+ Kết hợp các bộ vi xử lý và vi điều khiển trong các sản phẩm hệ thống nhúng.
+ Sử dụng tốt nhất các tính năng của vi điều khiển: tốc độ mà bộ vi điều khiển hỗ
trợ, dung lượng bộ nhớ RAM và ROM trên chíp,...
+ Tìm hiểu được khả năng phát triển các sản phẩm xung quanh.
+ Nghiên cứu các bộ vi điều khiển 8051 từ các hãng khác nhau: 8751, AT89C51,
DS500,...
1.2. Khảo sát vi điều khiển Microchip
1.2.1. Cấu hình vi điều khiển PIC 18f4520.
12
Hình 1.3 Sơ đồ khối của PIC18F4520
1.2.2.
Cấu trúc của vi điều khiển PIC 18f4520.
Các khối chính trên PIC 18F4520 bao gồm:
• Bộ xử lý trung tâm CPU(Central Processing Unit):
- Tần số làm việc tối đa 40 MHz, sản xuất bằng công nghệ nanoWatt.
- Thiết kế theo kiến trúc Havard, tập lệnh RISC.
- Sử dụng kỹ thuật đường ống lệnh (Instruction Pipelining).
13
- Đơn vị logic học (ALU: Arithmetic Logical Unit).
- Thanh ghi làm việc (WREG: work register ).
- Bộ nhân bằng phần cứng (8x8 Multiply), kết quả được chứa trong cặp thanh ghi
(PRODH, PRODL).
- Thanh ghi đếm chương trình (PC: Program Counter) có 21 bit bao gồm thanh
ghi PCL(PC-Low) chứa các bit từ 7-0, thanh ghi PCH(PC-High) chứa các bit từ
15-8, thanh ghi PCU(PC-upper) chứa các bit từ 20-16.
- Thanh ghi con trỏ ngăn xếp STKPTR (Stack Pointer).
- 31 mức ngăn xếp (31 level stack).
- Thanh ghi lựa chọn băng (BSR: Bank Select Register).
- Thanh ghi con trỏ dữ liệu gián tiếp FSR (Indirect Data Memory Address
Pointer).
• Bộ nhớ (Memory):
- Bộ nhớ chương trình (Program Memory) bao gồm 32 Kbytes bộ nhớ ROM
(Read-only Memory) kiểu Flash.
- Bộ nhớ dữ liệu (Data Memory) bao gồm 1536 byte SRAM (Static Random
Access Memory), 256 byte EEPROM.
• Bộ phát xung hệ thống (Oscillator): Nguồn xung từ bên ngoài hoặc từ bộ phát
xung của hệ thống sẽ được đi qua bộ nhân hoặc chia tần số để lựa chọn lấy tần số
thích hợp để làm xung hệ thống.
- Nguồn xung chính được đưa vào chip qua chân OSC1 và OSC2.
- Nguồn xung phụ được đưa vào chip qua các chân T1OSI, T1OSO.
- Bộ phát xung nội INTRC tần số 31 kHz.
- Bộ phát xung nội trên chíp tần số 8 MHz.
• Watch dog Timer (WDT): WDT là một bộ timer có chức năng đặc biệt. Nếu
được cho phép WDT sẽ hoạt động và khi tràn sẽ khởi động lại hệ thống. Thời
gian khởi động lại hệ thống có thể lựa chọn được từ 4ms đến 131,072s. WDT sẽ
được khởi tạo ở đầu chương trình, trong thân chương trình sẽ được ―chènǁ các lệnh
reset WDT sao cho khi MC thực hiện các đúng tuần tự các lệnh, WDT chưa bị
tràn. Mục đích chính của việc sử dụng WDT là tránh cho vi điều khiển vô tình thực
hiện phải một vòng lặp chết (dead loop) mà không thoát ra được. Khi đó do
không thực hiện được các lệnh reset WDT nên MC sẽ tràn, tự động reset lại hệ
thống, thoát khỏi tình trạng "bị treo" trong vòng lặp chết. Ngoài ra do có thể
hoạt động trong khi MC ―ngủǁ (Sleep Mode) nên WDT còn được sử dụng trong
các ứng dụng tiết kiệm năng lượng.
• Bộ nạp chương trình: Bộ nạp chương trình nối tiếp trên chip (Single - Supply In
- Circuit Serial Programming) sẽ giúp nạp chương trình từ mạch nạp vào bộ nhớ
ROM qua các chân PGM, PGC và PGD.
• Bộ Debugger (In-Circuit Debugger): Mạch Debugger trên chíp sẽ giúp người lập
trình kiểm soát lỗi chương trình bằng cách cho vi điều khiển hoạt động ở chế độ
chạy từng lệnh, nhóm lệnh hay toàn bộ chương trình.
• Khối phát hiện tín hiệu reset: Mạch phát hiện tín hiệu reset có khả năng phát
14
hiện 03 nguồn reset:
- Reset từ chân MCLR.
- Reset khi bật nguồn (POR: Power-on Reset).
- Reset khi nguồn yếu (BOR : Brown-out Reset).
• Khối quản lý lỗi bộ phát xung (Fail-Safe Clock Monitor): Khối này được sự
dụng để quản lý an toàn bộ phát xung hệ thống.
• Khối định thời khởi động bộ phát xung (Oscillator Start-up Timer): Khối này sử
dụng để tạo thời gian trễ chờ cho bộ phát xung ổn định.
• Thiết bị ngoại vi (Peripheral): PIC18f4520 được tích hợp các thiết bị ngoại vi
sau:
- Bộ phát hiện điện áp cao/thấp HLVD(High/low-Voltage Detect).
- Bộ nhớ lưu dữ liệu khi tắt nguồn EEPROM.
- 04 bộ đếm, định thời 16 bit: Timer0, Timer1, Timer2 và Timer3.
- 01 bộ so sánh tín hiệu tương tự (Comparator).
- 02 bộ CCP1, CCP2 (Capture, Compare, Pwm : Chụp, So sánh, xung Pwm); 01
bộ ECCP (Enhanced CCP).
- 01 cổng truyền thông nối tiếp đồng bộ (Master Synchronous Serial Port) có thể
hoạt động được ở chế độ SPI hoặc I2C.
- 01 cổng truyền thông nối tiếp đồng bộ/không đồng bộ tăng EUSART (Enhanced
Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter), giúp vi điều khiển
PIC có thể giao tiếp với nhau hoặc giao tiếp với cổng COM của máy tính.
- 13 kênh biến đổi tương tự - số (ADC) độ phân giải 10 bit.
• Khối giao tiếp vào/ra số:
Vi điều khiển PIC18F4520 có 5 cổng vào/ra A, B, C, D và E. Mỗi cổng có một
thanh ghi đệm dữ liệu tương ứng là PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và
PORTE, các thanh ghi này được định địa chỉ theo byte và theo bit.
- PORTA : RA7 - RA0.
- PORTB : RB7 - RB0.
- PORTC : RC7 - RC0.
- PORTD : RD3 - RD0.
- PORTE : RE3-RE0.
1.2.3. Khảo sát sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18f4520.
- Sơ đồ chân dạng PDIP (Lead Plastic Dual In-Line Package) hai hàng chân cắm
hai bên.
15
Hình 1.4 Sơ đồ chân PIC 18F4520 dạng PDIP
- TQFP (Thin Quad Flat Package) bốn hàng chân dán vỏ mỏng
Hình 1.5 Sơ đồ chân PIC 18F4520 dạng TQFP
- Sơ đồ chân dạng QFN (Quad Flat No-lead) bốn hàng chân dán dưới đế
16
Hình 1.6 Sơ đồ chân PIC 18F4520 dạng QFN
Pin Number
Pin
Pin Name
Description
Type
PDIP QFN TQFP
1
18
18
MCLR/VPP/RE3
MCLR
Master Clear (input) or programming voltage (input).
Master Clear (Reset) input. This pin is an active-low
Reset to the device.
I
VPP
RE3
Programming voltage input.
P
I
I
Digital input.
OSC1/CLKI/RA7
OSC1
13
32
30
Oscillator crystal or external clock input.
Oscillator crystal input or external clock source input.
ST buffer when configured in RC mode; analog
otherwise.
I
CLKI
RA7
External clock source input. Always associated with
pin function OSC1. (See related OSC1/CLKI,
OSC2/CLKO pins.)
I/O
General purpose I/O pin.
OSC2/CLKO/RA6
OSC2
14
33
31
O
O
Oscillator crystal or clock output.
Oscillator crystal output. Connects to crystal or
resonator in Crystal Oscillator mode. In RC mode,
OSC2 pin outputs CLKO which has 1/4 the frequency
of OSC1 and denotes the instruction cycle rate.
General purpose I/O pin.
CLKO
I/O
RA6
Pin Number
Pin
Type
Pin Name
Description
PDIP QFN TQFP
17
PORTA is a bidirectional I/O port.
RA0/AN0
RA0
2
3
4
19
20
21
19
20
21
I/O
I/O
I/O
Digital I/O.
AN0
I
I
Analog input 0.
RA1/AN1
RA1
Digital I/O.
Analog input 1.
AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA2
Digital I/O.
AN2
VREF-
I
I
Analog input 2.
A/D reference voltage (low) input.
CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA3
AN3
VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
O
Comparator reference voltage output.
5
6
7
22
23
24
22
23
24
I/O
Digital I/O.
Analog input 3.
A/D reference voltage (high) input.
I
I
RA4
T0CKI
I/O
Digital I/O.
Timer0 external clock input.
I
C1OUT
RA5/AN4/SS/HLVDIN/
O
Comparator 1 output.
C2OUT
RA5
I/O
Digital I/O.
Analog input 4.
SPI slave select input.
High/Low-Voltage Detect input.
AN4
SS
HLVDIN
I
I
I
C2OUT
RA6
O
Comparator 2 output.
See the OSC2/CLKO/RA6 pin.
RA7
See the OSC1/CLKI/RA7 pin.
Pin Number
Pin
Type
Pin Name
Description
PDIP QFN TQFP
PORTB is a bidirectional I/O port. PORTB can be
software programmed for internal weak pull-ups on all
inputs.
33
9
8
RB0/INT0/FLT0/AN12
Digital I/O.
RB0
External interrupt 0.
PWM Fault input for Enhanced CCP1.
Analog input 12.
INT0
FLT0
AN12
I/O I I I
34
35
36
10
11
12
9
RB1/INT1/AN10
RB1
I/O
I
I
Digital I/O.
External interrupt 1. Analog input 10.
INT1
AN10
10
11
RB2/INT2/AN8
RB2
I/O
I
I
Digital I/O.
External interrupt 2.
Analog input 8.
INT2
AN8
RB3/AN9/CCP2
RB3
Digital I/O.
Analog input 9.
Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.
I/O I
I/O
AN9
CCP2(1)
18
37
38
39
14
15
16
14
15
16
RB4/KBI0/AN11
RB4
I/O
Digital I/O.
KBI0
I
I
Interrupt-on-change pin.
Analog input 11.
AN11
RB5/KBI1/PGM
RB5
I/O I
I/O
Digital I/O. Interrupt-on-change pin.
Low-Voltage ICSP™ Programming enable pin.
KBI1
PGM
RB6/KBI2/PGC
RB6
I/O I
I/O
KBI2
PGC
Digital I/O.
Interrupt-on-change pin.
In-Circuit Debugger and ICSP programming clock pin.
RB7/KBI3/PGD
RB7
40
17
17
I/O I
I/O
KBI3
Digital I/O.
Interrupt-on-change pin.
In-Circuit Debugger and ICSP programming data pin.
PGD
Pin Number
Pin
Type
Pin Name
Description
PDIP QFN TQFP
PORTC is a bidirectional I/O port.
RC0/T1OSO/T13CKI
RC0
15
16
17
18
34
35
36
37
32
35
36
37
I/O
O
Digital I/O.
Timer1 oscillator output.
T1OSO
T13CKI
I
Timer1/Timer3 external clock input.
RC1/T1OSI/CCP2
RC1
T1OSI
CCP2(2)
RC2/CCP1/P1A
RC2
I/O
I
Digital I/O.
Timer1 oscillator input.
I/O
Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.
I/O
I/O
O
Digital I/O.
CCP1
P1A
Capture 1 input/Compare 1 output/PWM1 output.
Enhanced CCP1 output.
RC3/SCK/SCL
RC3
SCK
I/O
I/O
Digital I/O.
Synchronous serial clock input/output for SPI mode.
Synchronous serial clock input/output for I2C™ mode.
SCL
I/O
RC4/SDI/SDA
RC4
23
42
42
I/O
I
Digital I/O.
SDI
SPI data in.
SDA
I/O
I2C data I/O.
RC5/SDO
RC5
24
25
43
44
43
44
I/O
O
Digital I/O.
SPI data out.
SDO
RC6/TX/CK
RC6
I/O
O
Digital I/O.
EUSART asynchronous transmit.
TX
CK
I/O
EUSART synchronous clock (see related RX/DT).
RC7/RX/DT
26
1
1
RC7
RX
I/O
I
Digital I/O.
EUSART asynchronous receive.
DT
I/O
EUSART synchronous data (see related TX/CK).
19
Pin Number
Pin
Type
Pin Name
Description
PDIP QFN TQFP
PORTD is a bidirectional I/O port or a Parallel Slave Port
(PSP) for interfacing to a microprocessor port. These
pins have TTL input buffers when PSP module is
enabled.
RD0/PSP0
19
20
21
22
27
28
38
39
40
41
2
38
39
40
41
2
RD0
PSP0
RD1/PSP1
RD1
PSP1
RD2/PSP2
RD2
PSP2
RD3/PSP3
RD3
I/O
I/O
Digital I/O.
Parallel Slave Port data.
I/O
I/O
Digital I/O.
Parallel Slave Port data.
I/O
I/O
Digital I/O.
Parallel Slave Port data.
I/O
I/O
Digital I/O.
Parallel Slave Port data.
PSP3
RD4/PSP4
RD4
I/O
I/O
Digital I/O.
Parallel Slave Port data.
PSP4
RD5/PSP5/P1B
RD5
3
3
I/O
I/O
Digital I/O.
Parallel Slave Port data.
PSP5
P1B
O
Enhanced CCP1 output.
RD6/PSP6/P1C
RD6
29
30
4
5
4
5
I/O
I/O
O
Digital I/O.
PSP6
Parallel Slave Port data.
P1C
Enhanced CCP1 output.
RD7/PSP7/P1D
RD7
I/O
I/O
Digital I/O.
Parallel Slave Port data.
PSP7
P1D
O
Enhanced CCP1 output.
Pin Number
Pin
Type
Pin Name
Description
PDIP QFN TQFP
PORTE is a bidirectional I/O port.
8
25
26
27
25
26
27
RE0/RD/AN5
RE0
Digital I/O.
I/O
I
RD
Read control for Parallel Slave Port (see also WR and
CS pins).
Analog input 5.
AN5
I
9
RE1/WR/AN6
RE1 WR
Digital I/O.
I/O
I
Write control for Parallel Slave Port (see CS and RD
pins).
Analog input 6.
AN6
I
10
Digital I/O.
I/O
I
RE2/CS/AN7 RE2 CS
Chip Select control for Parallel Slave Port (see related
RD and WR).
Analog input 7.
AN7
RE3
I
—
—
—
—
See MCLR/VPP/RE3 pin.
20
Tải về để xem bản đầy đủ
102 trang
19180
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình nghề Điện tử công nghiệp - Môđun: Kỹ thuật vi điều khiển", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_nghe_dien_tu_cong_nghiep_modun_ky_thuat_vi_dieu_k.pdf
