THIẾT kế MẠCH HIỂN THỊ LED MA TRẬN

ADC Analog Digital Converter Bộ biến đổi từ tương tự sang sốALU Arithmetic Logic Unit Bộ logic và số họcASCII American Standard Code for Information Interchange Bảng mã chuẩn phục vụ việ

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY CP ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ VIETTRONICS

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ LED

MA TRẬN

Người hướng dẫn : Th.S Phạm Công Huân

Đơn vị : Khoa Điện – Điện tử

Sinh viên thực hiện : Vũ Thị Thủy

Lớp : 2ĐT10

Nghành : Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông

Hải Phòng, tháng 7 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trường cao đẳng Côngnghệ Viettronics, các thầy cô khoa Điện – Điện tử đã dạy dỗ và truyền đạt cho

em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian em học tập và rèn luyện tạitrường Em xin cảm ơn thầy chủ nhiệm Phạm Công Huân đã tận tình chỉ bảogiúp em hoàn thành bản khóa luận này

Được nhận nghiên cứu đề tài này và được trình bày trước hội đồng làniềm vinh hạnh rất lớn đối với em.Tuy có gặp khó khăn trong quá trình nghiêncứu và thực hiện song kinh nghiệm và bài học mà em có được sau đó là vô cùngquý giá

Với vốn kiến thức hạn hẹp nên em không tránh khỏi những thiếu xót, emrất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô, những ý kiến đó sẽ làhành trang quý báu giúp em hoàn thiện kiến thức của mình trong tương lai

Chúc sức khỏe và thành công đến tất cả mọi người!

Hải Phòng, tháng 7 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Vũ Thị Thủy

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ADC Analog Digital Converter (Bộ biến đổi từ tương tự sang số)ALU Arithmetic Logic Unit (Bộ logic và số học)

ASCII American Standard Code for Information Interchange

(Bảng mã chuẩn phục vụ việc trao đổi thông tin của Mỹ)ASM Ngôn ngữ lập trình Assembly

AVR Tên một họ vi điều khiển

CPU Central Processing Unit (Đơn vị xử lí trung tâm)

EEPRO

M

Electrically Ereasable Programmable ROM (Bộ nhớ xoábằng điện)

HLL Hight Level Language (Ngôn ngữ lập trình bậc cao)

LCD Liquid Crystal Display (Màn hình tinh thể lỏng)

LED Light Emitting Diode (Điốt phát quang)

LSB Least Significant Bit (Bit có trọng số nhỏ nhất)

MSB Most Significant Bit (Bit có trọng số lớn nhất)

PC Program counter (Bộ đếm chương trình)

PID Propotional Integral Derivative (Bộ điều khiển tỷ lệ, tích

phân, vi phân)

PWM Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung)

RISC Reduced Instruction Set Computer (Cấu trúc với hệ lệnh

giảm thiểu)SPI Serial Peripheral Interface (Giao diện ngoại vi nối tiếp)SRAM Static Random Access Memory (Bộ nhớ truy nhập ngẫu

nhiên tĩnh)TWI Two-Wire Serial Intereafce (Chuẩn truyền thông nối tiếp

hai dây)USART Universal Synchronous & Asynchronous serial Reveiver

and Transmitter, (Bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và không đồngbộ)

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình1.1 Sơ đồ các chân của chip ATmega8……… 13

Hình1.2 Sơ đồ các chân của chip Atmega16……… 13

Hình1.3 Thanh ghi 8 bits……… 14

Hình 1.4 Cách tổ chức ngắt thông thường……… 16

Hình 1.5 Các vector ngắt trên chip Atmega8………

………… 17

Hình 1.6 Cấu trúc thanh ghi TCCR0……… 19

Hình 1.7 Chức năng các bit CS0X……….19

Hình 1.8 Cấu trúc thanh ghi TMISK……… 19

Hình 1.9 Các chế độ hoạt động của T/C1……… 21

Hình1.10 Tạo nguồn AVCC từ VCC……… 28

Hình 2.1 Hình ảnh KIT LEKTENIK……… 30

Hình 2.2 Module Vi điều khiển 8051 và AVR……… 30

Hình 2.3 Module Vi điều khiển PIC……… 31

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của module LED 7 thanh……… 31

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý của module ADC……… 32

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý của module LED ma trận……… 33

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của module ma trận phím nhấn……….33

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý của module LED đơn………34

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý của module LCD……… 34

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý của module LED hồng ngoại………35

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý của module EEPROM và DS1307………… 35

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý của module RS232……… 36

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý của module Rơle và Loa……… 37

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý của module cảm biến nhiệt DS18B20………… 37

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý của module nguồn và module điều khiển động cơ bước……… 38

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch LED ma trận……… 39

Hình 3.2 Cấu trúc của LED ma trận 8x8 hai mầu………40

Hình 3.3 Hình ảnh sản phẩm……… 47

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các toán tử đại số……… 23

Bảng 1.2 Các toán tử truy cập và kích thước……… 23

Bảng 1.3 Các toán tử Logic và quan hệ……… 24

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay khi khoa học công nghệ phát triển, chúng ta sẽ cần đến nhữngthiết bị có thể thay thế con người trong những công việc mà con người cần có sự

hỗ trợ (trong môi trương độc hại, cần có độ chính xác cao ) Để có thể làm việcthay thế con người thì máy móc thiết bị cần phải được trang bị một “Bộ nãonhân tạo” để có thể xử lí các tình huống như một người bình thường Đó chính

là các bộ vi điều khiển Việc ứng dụng rộng rãi vi điều khiển trong thực tế đòi

hỏi sinh viên phải có kiến thức cơ bản về chúng, chính vì vậy việc nghiên cứu vàtìm hiểu về họ vi điều khiển AVR mang tính cần thiết cao

2 Mục đích nghiên cứu

Với mục đính nghiên cứu và tìm hiểu về cấu tạo, hoạt động của KIT thựchành Vi điều khiển LEKTENIK để hiển thị thời gian thực sử dụng vi điều khiểnAVR Atmega16 nhằm nắm vững được bản chất của nó để sau này có thể ứngdụng được trong các mạch điện trong thực tế

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu về Vi điều khiển AVR Atmega16

- Tìm hiểu về KIT LEKTENIK

- Nghiên cứu về phuơng pháp hiển thị trên LED ma trận

4 Đối tượng, phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là vi điều khiển AVR Atmega16 và KITLEKTENIK Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết và xây dựng cácchương trình điều khiển và kiểm nghiệm trên mạch thực tế

5 Những đóng góp thực tiễn

Đề tài cung cấp một cách hệ thống lại những kiến thức cơ bản viđiều khiển AVR Atmega16 từ đó giúp cho sinh viên có thể ứng dụng được cácmạch điều khiển trong thực tế

6 Kết cấu đề tài

Đề tài “Thiết kế mạch hiển thị LED ma trận”được trình bày gồm ba

chương:

Chương 1: Vi điều khiển AVR

Chương 2: Giới thiệu về KIT LEKTENIK

Chương 3: Thiết kế mạch hiển thị LED ma trận

CHƯƠNG 1: VI ĐIỀU KHIỂN AVR 1.1 Giới thiệu chung về vi điều khiển AVR

AVR là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel cũng là nhàsản xuất dòng vi điều khiển 8051) AVR là chip vi điều khiển 8 bits với cấu trúctập lệnh đơn giản hóa-RISC(Reduced Instruction Set Computer), một kiểu cấutrúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí, vi điều khiển

So với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳntrong việc ứng dụng (dễ sử dụng) và đặc biệt là về chức năng:

Gần như không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụng AVR,thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường là các khối thạchanh).

Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉcần vài điện trở là có thể làm được Một số AVR còn hỗ trợ lập trình on – chipbằng bootloader không cần mạch nạp…

Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C.Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note…rất lớn trêninternet

Hầu hết các chip AVR có những tính năng sau:

- Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụng xung clock nộilên đến 8MHz(sai số 3%)

- Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và có dunglượng lớn Có SRAM (Ram tĩnh) lớn và đặc biệt có bộ nhớ lưu trữ lập trìnhđược EEPROM

- Nhiều ngõ vào ra (I/O port) 2 hướng (bidirectional)

- 8 bits, 16bits timer/counter tích hợp PWM

- Các bộ chuyển đổi Analog-Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh

- Chức năng Analog comparator

- Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS-232)

- Giao tiếp nối tiếp Two – Wire – Serial (tương thích chuẩn I2C)Master vàSlaver

- Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)

Đây cũng là ưu điểm vượt trội của AVR so với 8051, nó chỉ thua kém

8051 ở một điểm duy nhất là giá thành

Một số chip AVR thông dụng:

AT90S1200

AT90S2313

Ngôn ngữ lập trình: có thể lập trình cho AVR bằng các phần mềm hỗ trợ

ngôn ngữ cấp cao như BascomAVR (Basic) hay CodevisionAVR (C) Để hiểuthấu đáo về AVR cần phải lập trình bằng chính ngôn ngữ của nó, ASM Nhưvậy lập trình bằng ASM giúp hiểu tường tận về AVR, và tất nhiên để lập trìnhđược bằng ASM cần phải hiểu về cấu trúc AVR….Một lý do khác nên lập trìnhbằng ASM là các trình dịch (compiler) ASM cho AVR là hoàn toàn miễn phí, vànguồn source code cho AVR viết bằng ASM là rất lớn Tuy nhiên một khi đãthành thạo AVR và ASM thì có thể sử dụng các ngôn ngữ cấp cao như C để viếtứng dụng vì ưu điểm của ngôn ngữ cấp cao là giúp bạn dễ dàng thực hiện cácphép toán đại số 16 hay 32 bit (vốn là vấn đề khó khăn khi lập trình bằng ASM)

Trong họ VĐK AVR thì chip ATmega8 và Atmega32 là hai loại chipthuộc dòng AVR mới và được sử dụng phổ biến Chip ATmega8 nó có đầy đủcác tính năng của AVR nhưng lại nhỏ gọn (gói PDIP có 28 chân) và có giáthành rẻ hơn

Hình 1.1: Sơ đồ các chân của chip ATmega8

Chip này gồm 28 chân, trong đó có các chân được ghi là PB0(chân 14),PB1(chân 15),…,PB7(chân 10), đó là các chân của PORTB PORT là khái niệmchỉ các ngõ xuất nhập Trong AVR, PORT có thể giao tiếp theo 2 hướng (bi –directional), có thể dùng để xuất hoặc nhận thông tin, mỗi PORT có 8 chân.Chip Atmega8 có 3 PORT có tên tương ứng là PORTB, PORTC và PORTD(một số chip AVR khác có 4 hoặc 6 PORT)

PORT được coi là “cửa ngõ” then chốt của vi điều khiển

Hình 1.2: Sơ đồ các chân của chip Atmega16

Trong AVR, mỗi PORT liên quan đến 3 thanh ghi (8 bits) có tên tươngứng là DDRx, PINx, và PORTx với “x” là tên của PORT, mỗi bit trong thanhghi tương ứng với mỗi chân của PORT Trong trường hợp của Atmega8 “x” là

B, C hoặc D, còn Atmega16 thì “x” là A, B, C hoặc D Ví dụ khi viết giá trị 1vào một bit trong thanh ghi DDRB thì chân tương ứng của PORTB sẽ là chânxuất (Output), ngược lại giá trị 0 xác lập chân tương ứng là ngõ nhập Sau khiviết giá trị điều khiển vào DDRB, việc truy xuất PORTB được thực hiện thôngqua 2 thanh ghi PINB và PORTB

1.2 Tổ chức bộ nhớ của AVR

1.2.1 Bộ nhớ chương trình (Program memory)

Là bộ nhớ Flash lập trình được, trong các chip AVR cũ (như AT90S1200hay AT90S2313…) bộ nhớ chương trình chỉ gồm một phần là Application FlashSection nhưng trong các chip AVR mới thì có thêm phần Boot Flash setion Khinói về bộ nhớ chương trình, đó chính là Application section Thực chất,application section bao gồm 2 phần: phần chứa các instruction (mã lệnh chohoạt động của chip) và phần chứa các vector ngắt (interrupt vectors) Các vectorngắt nằm ở phần đầu của application section (từ địa chỉ 0x0000) và dài đến baonhiêu tùy thuộc vào loại chip Phần chứa instruction nằm liền sau đó, chươngtrình viết cho chip phải được load vào phần này

1.2.2 Bộ nhớ dữ liệu (data memory)

Đây là phần chứa các thanh ghi quan trọng nhất của chip, việc lập trìnhcho chip phần lớn là truy cập bộ nhớ này Bộ nhớ dữ liệu trên các chip AVR có

độ lớn khác nhau tùy theo mỗi chip, về cơ bản phần bộ nhớ này được chia thành

5 phần:

Phần 1: là phần đầu tiên trong bộ nhớ dữ liệu, phần này bao gồm 32 thanhghi có tên gọi là register file (RF), hay General Purpose Rgegister – GPR, hoặcđơn giản là các Thanh ghi Tất cả các thanh ghi này đều là các thanh ghi 8 bitsnhư trong hình

Hình 1.3: Thanh ghi 8 bits.

Tất cả các chip trong họ AVR đều bao gồm 32 thanh ghi Register File cóđịa chỉ tuyệt đối từ 0x0000 đến 0x001F Mỗi thanh ghi có thể chứa giá trị dương

từ 0 đến 255 hoặc các giá trị có dấu từ -128 đến 127 hoặc mã ASCII của một ký

tự nào đó…Các thanh ghi này được đặt tên theo thứ tự là R0 đến R31 Các thanhghi này có các đặc điểm sau:

Được truy cập trực tiếp trong các instruction

Các toán tử, phép toán thực hiện trên các thanh ghi này chỉ cần 1 chu kỳxung clock

Register File được kết nối trực tiếp với bộ xử lí trung tâm – CPU của chip

Chúng là nguồn chứa các số hạng trong các phép toán và cũng là đíchchứa kết quả trả lại của phép toán.

Tóm lại 32 RF của AVR được xem là 1 phần của CPU, vì thế chúng đượcCPU sử dụng trực tiếp và nhanh chóng, để gọi các thanh ghi này, chúng takhông cần gọi địa chỉ mà chỉ cần gọi trực tiếp tên của chúng RF thường được sửdụng như các toán hạng (operand) của các phép toán trong lúc lập trình

Phần 2: là phần nằm ngay sau register file, phần này bao gồm 64 thanhghi được gọi là 64 thanh ghi nhập/xuất (I/O register) hay còn gọi là vùng nhớ I/

O (I/O Memory) Vùng nhớ I/O là cửa ngõ giao tiếp giữa CPU và thiết bị ngoại

vi Tất cả các thanh ghi điều khiển, trạng thái…của thiết bị ngoại vi đều nằm ởđây Ví dụ như việc điều khiển các PORT của AVR, mỗi PORT liên quan đến 3thanh ghi DDRx, PORTx và PINx, tất cả 3 thanh ghi này đều nằm trong vùngnhớ I/O Xa hơn, nếu muốn truy xuất các thiết bị ngoại vi khác như Timer,chuyển đổi Analog/Digital, giao tiếp USART…đều thực hiện thông qua việcđiều khiển các thanh ghi trong vùng nhớ này

Phần 3: RAM tĩnh, nội (internal SRAM), là vùng không gian cho chứacác biến (tạm thời hoặc toàn cục) trong lúc thực thi chương trình, vùng nàytương tự các thanh RAM trong máy tính nhưng có dung lượng khá nhỏ (khoảngvài KB, tùy thuộc vào loại chip)

Phần 4: RAM ngoại (external SRAM), các chip AVR cho phép người sửdụng gắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này chỉ tồn tại khi nàongười sử dụng gắn thêm bộ nhớ ngoài vào chip

Phần 5: EEPROM (Electrically Ereasable Programmable ROM) là mộtphần quan trọng của các chip AVR mới, vì là ROM nên bộ nhớ này không bịxóa ngay cả khi không cung cấp nguồn nuôi cho chip, rất thích hợp cho các ứngdụng lưu trữ dữ liệu

1.3 Ngắt trên AVR

Ngắt (Interrupt) là một tín hiệu khẩn cấp gửi đến bộ xử lí, yêu cầu bộ xử lítạm ngừng tức khắc các hoạt động hiện tại để “nhảy” đến một nơi khác thựchiện một nhiệm vụ khẩn cấp nào đó, nhiệm vụ này gọi là trình phục vụ ngắt –ISR (interrupt service routine ) Sau khi kết thúc nhiệm vụ trong ISR, bộ đếm

chương trình sẽ được trả về giá trị trước đó để bộ xử lí quay về thực hiện tiếpcác nhiệm vụ còn dang dở Như vậy, ngắt có mức độ ưu tiên xử lí cao nhất, ngắtthường được dùng để xử lí các sự kiện bất ngờ nhưng không tốn quá nhiều thờigian Các tín hiệu dẫn đến ngắt có thể xuất phát từ các thiết bị bên trong chip(ngắt báo bộ đếm timer/counter tràn, ngắt báo quá trình gửi dữ liệu bằng RS232kết thúc…) hay do các tác nhân bên ngoài (ngắt báo có 1 button được nhấn, ngắtbáo có 1 gói dữ liệu đã được nhận…).

Hình 1.4: Cách tổ chức ngắt thông thường

Ngắt là một trong 2 kỹ thuật “bắt” sự kiện cơ bản là hỏi vòng (Polling) vàngắt Khi cần thiết kế một mạch điều khiển hoàn chỉnh thực hiện rất nhiềunhiệm vụ bao gồm nhận thông tin từ người dùng qua các button hay keypad,nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lí thông tin, xuất tín hiệu điều khiển, hiển thị thôngtin trạng thái lên các LCD…, trong các nhiệm vụ này việc nhận thông tin ngườidùng (start, stop, setup, change,…) rất hiếm xảy ra (so với các nhiệm vụ khác)nhưng lại rất “khẩn cấp”, được ưu tiên hàng đầu Nếu dùng Polling nghĩa là cầnviết 1 đoạn chương trình chuyên thăm dò trạng thái của các button (tạm gọi đoạnchương trình đó là Input) và phải chèn đoạn chương trình Input này vào rấtnhiều vị trí trong chương trình chính để tránh trường hợp bỏ sót lệnh từ ngườidùng, điều này thật lãng phí thời gian thực thi Giải pháp cho vấn đề này là sửdụng ngắt, bằng cách kết nối các button với đường ngắt của chip và sử dụngchương trình Input() làm trình phục vụ ngắt - ISR của ngắt đó, không cần phảichèn Input() trong lúc đang thực thi và vì thế không tốn thời gian cho nó, Input()chỉ được gọi khi người dùng nhấn các button Đó là ý tưởng sử dụng ngắt

Hình 1.5: Các vector ngắt trên chip Atmega8.

1.4 Timer/Counter

Timer/Counter là các module độc lập với CPU Chức năng chính của các

bộ Timer/Counter, như tên gọi của chúng, là định thì (tạo ra một khoảng thờigian, đếm thời gian…) và đếm sự kiện Trên các chip AVR, các bộTimer/Counter còn có thêm chức năng tạo ra các xung điều rộng PWM (PulseWidth Modulation), ở một số dòng AVR, một số Timer/Counter còn được dùngnhư các bộ canh chỉnh thời gian (calibration) trong các ứng dụng thời gian thực.Các bộ Timer/Counter được chia theo độ rộng thanh ghi chứa giá trị định thờihay giá trị đếm của chúng, cụ thể trên chip Atmega8 có 2 bộ Timer 8 bit (Timer/Counter0 và Timer/Counter2) và 1 bộ 16 bit (Timer/Counter1) Chế độ hoạtđộng và phương pháp điều khiển của từng Timer/Counter cũng không hoàn toàngiống nhau, ví dụ ở chip Atmega8:

Timer/Counter0: là một bộ định thời, đếm đơn giản với 8 bit Gọi là đơngiản vì bộ này chỉ có 1 chế độ hoạt động (mode) so với 5 chế độ của bộTimer/Counter1 Chế độ hoat động của Timer/Counter0 thực chất có thể coi như

2 chế độ nhỏ (và cũng là 2 chức năng cơ bản) đó là tạo ra một khoảng thời gian

và đếm sự kiện Chú ý là trên các chip AVR dòng mega sau này nhưAtmega16,32,64…chức năng của Timer/Counter0 được nâng lên như các bộTimer/Counter1…

Timer/Counter1: là bộ định thời, đếm đa năng 16 bit Bộ Timer/Counternày có 5 chế độ hoạt động chính Ngoài các chức năng thông thường,Timer/Counter1 còn được dùng để tạo ra xung điều rộng PWM dùng cho cácmục đích điều khiển Có thể tạo 2 tín hiệu PWM độc lập trên các chân OC1A(chân 15) và OC1B (chân 16) bằng Timer/Counter1 Các bộ Timer/Counter kiểunày được tích hợp thêm khá nhiều trong các chip AVR sau này, ví dụAtmega128 có 2 bộ, Atmega2561 có 4 bộ…

TCCR0 (Timer/Counter Control Register): là thanh ghi điều khiển hoạtđộng của T/C0 Tuy là thanh ghi 8 bit nhưng thực chất chỉ có 3 bit có tác dụng

đó là CS00, CS01 và CS02

Hình 1.6: Cấu trúc thanh ghi TCCR0

Các bit CS00, CS01 và CS02 gọi là các bit chọn nguồn xung nhịp cho T/C0 (Clock Select) Chức năng các bit này được mô tả trong hình 1.7

Hình 1.7: Chức năng các bit CS0X

TIMSK (Timer/Counter Interrupt Mask Register): là thanh ghi mặt nạ chongắt của tất cả các T/C trong Atmega8, trong đó chỉ có bit TOIE0 tức bit số 0(bit đầu tiên) trong thanh ghi này là liên quan đến T/C0, bit này có tên là bit chophép ngắt khi có tràn ở T/C0 Tràn (Overflow) là hiện tượng xảy ra khi bộ giá trịtrong thanh ghi TCNT0 đã đạt đến MAX (255) và lại đếm thêm 1 lần nữa

Hình 1.8: Cấu trúc thanh ghi TMISK

Khi bit TOIE0=1, và bit I trong thanh ghi trạng thái được set nếu một

“tràn” xảy ra sẽ dẫn đến ngắt tràn

TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register): là thanh ghi cờ nhớ cho tất

cả các bộ T/C Trong thanh ghi này bit số 0, TOV0 là cờ chỉ thị ngắt tràn của T/C0 Khi có ngắt tràn xảy ra, bit này tự động được set lên 1 Thông thường trongđiều khiển các T/C vai trò của thanh ghi TIFR không quá quan trọng

Hoạt động: T/C0 hoạt động rất đơn giản, hoạt động của T/C được “kích”bởi một tín hiệu (signal), cứ mỗi lần xuất hiện tín hiệu “kích” giá trị của thanhghi TCNT0 lại tăng thêm 1 đơn vị, thanh ghi này tăng cho đến khi nó đạt mứcMAX là 255, tín hiệu kích tiếp theo sẽ làm thanh ghi TCNT0 trở về 0 (tràn), lúcnày bit cờ tràn TOV0 sẽ tự động được set bằng 1 Với cách thức hoạt động nhưthế có vẻ T/C0 vô dụng vì cứ tăng từ 0 đến 255 rồi lại quay về 0, và quá trìnhlặp lại Tuy nhiên, yếu tố tạo sự khác biệt chính là tín hiệu kích và ngắt tràn, kếthợp 2 yếu tố này chúng ta có thể tạo ra 1 bộ định thời gian hoặc 1 bộ đếm sựkiện Trước hết bạn hãy nhìn lại bảng 1 về các bit chọn xung nhịp cho T/C0

Xung nhịp cho T/C0 chính là tín hiệu kích cho T/C0 Xung nhịp này có thể tạobằng nguồn tạo dao động của chip (thạch anh, dao động nội trong chip…) Bằngcách đặt giá trị cho các bit CS00, CS01 và CS02 của thanh ghi điều khiểnTCCR0, chúng ta sẽ quyết định bao lâu thì sẽ kích T/C0 một lần Ví dụ mạchứng dụng của bạn có nguồn dao động clk = 1MHz tức chu kỳ 1 nhịp là 1us (1micro giây), bạn đặt thanh ghi TCCR0=5 (tức SC02=1, CS01=0, CS00=1) Căn

cứ theo hình 1.7, tín hiệu kích cho T/C0 sẽ bằng clk/1024 nghĩa là sau 1024usthì T/C0 mới được kích 1 lần, nói cách khác giá trị của TCNT0 tăng thêm 1 sau1024us (chú ý là tần số được chia cho 1024 thì chu kỳ sẽ tăng 1024 lần) Quansát 2 dòng cuối cùng trong hình 1.7 bạn sẽ thấy rằng tín hiệu kích cho T/C0 cóthể lấy từ bên ngoài (External clock source), đây chính là ý tưởng cho hoạt độngcủa chức năng đếm sự kiện trên T/C0 Bằng cách thay đổi trạng thái chân T0(chân 6 trên chip Atmega8) chúng ta sẽ làm tăng giá trị thanh ghi TCNT0 haynói cách khác T/C0 có thể dùng để đếm sự kiện xảy ra trên chân T0

1.4.2 Timer/Counter1:

Timer/Counter1 là bộ T/C 16 bits, đa chức năng Đây là bộ T/C rất lýtưởng cho lập trình đo lường và điều khiển vì có độ phân giải cao (16 bits) và cókhả năng tạo xung điều rộng PWM (Pulse Width Modulation – thường dùng đểđiều khiển động cơ)

Các thanh ghi: có khá nhiều thanh ghi liên quan đến T/C1 Vì là T/C 16bits trong khi độ rộng bộ nhớ dữ liệu của AVR là 8 bit nên đôi khi cần dùngnhững cặp thanh ghi 8 bits tạo thành 1 thanh ghi 16 bit, 2 thanh ghi 8 bits sẽ cótên kết thúc bằng các ký tự L và H trong đó L là thanh ghi chứa 8 bits thấp(LOW) và H là thanh ghi chứa 8 bits cao (High) của giá trị 16 bits mà chúng tạothành

Các chế độ hoạt động của T/C1 được tóm tắt trong hình 1.9

Hình 1.9: Các chế độ hoạt động của T/C1.

1.5 Lập trình C cho AVR.

Một chương trình C cho AVR thường bao gồm các thành phần như: chúthích (comments), biểu thức (expressions), câu lệnh (statements), khối (blocks),toán tử, cấu trúc điều khiển (Flow controls), hàm (functions)…

Chú thích (comments): có 2 cách để tạo phần chú thích trong C là chúthích từng dòng bằng 2 dấu “//” như trong dòng đầu của đoạn ví dụ “//day la chuthich, khong duoc bien dich” hoặc chú thích block bằng cách kẹp block cần chúthích vào giữa /* ….*/ ví dụ:

/*

Ban co the type bat ky chu thich nao trong block nay

Ngay ca khi ban xuong dong

Phan chu thich thuong co mau chu la green

*/ Tiền xử lí (preprocessor): là một tiện ích của ngôn ngữ C, cácpreprocessor được trình biên dịch xử lí trước tất cả các phần khác, cácpreprocessor có chức năng tương tự các Directive trong ASM cho AVR.Cácpreprocessor được bắt đầu bằng dấu “#”, trong số các preprocessors trong ngônngữ C có hai preprocessors được sử dụng phổ biến nhất là #include và #define.Preprocessor #include chỉ định 1 file được đính kèm trong quá trình biên dịch(tương đương INCLUDE trong ASM) và #define để định nghĩa 1 chuổi thay thếhoặc 1 macro Xem các ví dụ sau:

#include "avr/io.h" *đính kèm nội dung file io.h trong lúc biên dịch (fileio.h nằm trong thư mục con avr của thư mục include trong thư mục cài đặt củaWinAVR).*/

#define max (a,b) ((a)>(b)? (a): (b)) /*định nghĩa một macro tìm số lớn nhất

trong 2 số a và b, trong chương trình nếu bạn gọi x=max(2,3) thì kết quả thuđược x=3.*/

Biểu thức (Expressions): là 1 phần của các câu lệnh, biểu thức có thể baogồm biến, toán tử, gọi hàm…, biểu thức trả về 1 giá trị đơn Biểu thức khôngphải là 1 câu lệnh hoàn chỉnh Ví dụ: PORTB=val

Câu lệnh (Statement): thường là 1 dòng lệnh hoàn chỉnh, có thể bao gồmcác keywords, biểu thức và các câu lệnh khác và được kết thúc bằng dấu “;” Vídụ: unsigned char val=1; val*=2; …là các câu lệnh

Khối (Blocks): là sự kết hợp của nhiều câu lệnh để thực hiện chung 1nhiệm vụ nào đó, khối được bao bởi 2 dấu mở khối “{“ và đóng khối “}”: ví dụ

Toán tử (Operators): là những ký hiệu báo cho trình biên dịch các nhiệm

vụ cần thực hiện, các bảng bên dưới tóm tắt các toán tử C dùng cho lập trìnhAVR:

Bảng 1.1 các toán tử đại số: dùng thực hiện các phép toán đại số quenthuộc, trong đó đáng chú ý là các toán tử “++” (tăng thêm 1) và “ “ (bớt đi 1),chú ý phân biệt y=x++ và y=++x, ví dụ ta có x=3 trong khi y=x++ nghĩa làgán x cho y rồi sau đó tăng x thêm 1, điều này không ảnh hưởng đến y (cuốicùng y=3, x=4) trong khi y=++x nghĩa là tăng x trước rồi mới gán cho y (cuốicùng y=x=4), tương tự cho các trường hợp của toán tử “ “

Bảng 1.1: Các toán tử đại số

Bảng 1.2 Toán tử truy cập và kích thước: toán tử [] thường được sử dụngkhi bạn dùng mảng trong lúc lập trình, phần tử thứ của mảng sẽ được truy xuấtthông qua [i], chú ý mảng trong C bắt đầu từ 0.

Bảng 1.2: Các toán tử truy cập và kích thước

Bảng 1.3 Toán tử Logic và quan hệ: thực hiện các phép so sánh và logic,thường được dùng làm điều kiện trong các cấu trúc điều khiển, chú ý toán tử sosánh bằng “==”, toán tử này khác với toán tử gán “=”, trong khi y = x nghĩa làlấy giá trị của x gán cho y thì (y== x) nghĩa là “nếu y bằng x”

Bảng 1.3: Các toán tử Logic và quan hệ

1.5.1 Cấu trúc điều khiển (Flow Controls).

Các cấu trúc điều khiển biến ý tưởng của bạn thành hiện thực Một số cấutrúc điều khiển cơ bản trong C như sau:

“If (điều kiện) statement;”: nếu điều kiện là đúng thì thực hiện statementtheo sau, statement có thể được trình bày cùng dòng hoặc dòng sau điều khiển

If Điều kiện có thể là một biểu thức bất kỳ, có thể là sự kết hợp của nhiều điềukiện bằng các toán tử quan hệ AND (&&), OR (||)…Điều kiện được cho là đúngkhi nó khác 0, ví dụ if (1) thì điều kiện hiển nhiên là đúng Xét một vài ví dụdùng cấu trúc if như sau:

If (!val) val=1; nghĩa là nếu val bằng 0 thì chương trình sẽ gán cho val giátrị là 1, “!” là toán tử NOT, NOT của một số khác 0 thì bằng 0, ngược lại, NOTcủa 0 thì thu được kết quả là 1 Trong ví dụ này, nếu val bằng 0 thì !val sẽ bằng

1, như thế điều kiện sẽ trở thành đúng và câu lệnh “val=1” được thực thi

If (x==1 && y==2) result=’A’; nghĩa là nếu x bằng 1 và y bằng 2 thì gán

ký tự ‘A’ cho biến result Trong ví dụ này, toán tử logic “&&” được sử dụng để

“nối” 2 điều kiện lại, bạn hoàn toàn có thể sử dụng nhiều toán tử logic khác nếucần thiết

Trong trường hợp muốn thực thi nhiều câu lệnh cùng lúc nếu một điềukiện nào đó thỏa thì bạn cần đặt tất cả các câu lệnh đó trong 1 khối như bêndưới:

If (điều kiện) {

Statement1;

Statement2;

…