Ứng dụng vi điều khiển trần văn hùng 2016

Chia gián tiếp Lấy số bị chia trừ đi số chia, kết quả sẽ là số bị chia của phép toán tiếp theo, lặp lại đến khi số bị chia nhỏ hơn số chia hoặc bằng 0... Nhóm tín hiệu chọn vi mạch giải

Mechatronics Dept Dept

http://www.ntu.edu.vn/

Email:

Email: hungtv@ntu.edu.vn hungtv@ntu.edu.vn

Tài liệu tham khảo

Nội dung chương trình

ChCh0101: Các hệ đếm và mã hoá: Các hệ đếm và mã hoá

ChCh0202: Hệ thống vi xử lý: Hệ thống vi xử lý

ChCh0303: Bộ nhớ: Bộ nhớ

ChCh0404: Họ vi điều khiển AVR: Họ vi điều khiển AVR

ChCh0505: Ngôn ngữ lập trình CodevisionAVR: Ngôn ngữ lập trình CodevisionAVR

1 1 1 2 2 Chuyển đổi giữa hệ mười và hệ hai

Đổi hệ hai sang hệ mười

0 1

1 1 0 1

1.1.2 Chuyển đổi giữa hệ mười và hệ hai (tiếp))

Đổi số thập phân hệ mười sang hệ hai

0,12510= 0,0012

Số BCD ( số hệ mười mã hoá bằng hệ hai)

Số BCD thích hợp cho các thiế bị đo có hiển thị số ở đầu ra.

0 0 1

1.2 Các phép toán số học đối với hệ hai

cci = (ai – – B Bii 11) ) – – b bi (nếu (ai – – B Bii 11) >= biivà và B Bii= 0)

cci = (ai – – B Bii 11+ x) + x) – – b bi (nếu (ai – – B Bii 11) < bi và và B Bii= 1)

Ví dụ trừ hệ hai

1101 1001

0001 1011

1111 0100 +

1101 1001

0001 1011

1011 1110 -

1.2.2 Phép trừ và số bù hai (tiếp))

b Số bù hai

Ta có thể thay phép trừ bằng phép cộng: cộng số bị trừ với đối số của số trừ.

Để tìm số bù hai của một số A ta làm theo các bước sau:

+ Biểu diễn số A số hệ hai của nó.

+ Tìm số bù một (

+ Tìm số bù một (bù logic bù logic) của số đó () của số đó (đảo bít đảo bít).

+ Cộng một vào số bù một ở trên để nhận được số bù hai của A.

1 0 0 0 0 1 1 1

1 1 1 0 0 1 1 0

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 1

1 1 1 0 0 1 1 1

1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

1.2.2 Phép chia

b Chia trực tiếp

Ví dụ: 35/5 = 7

b Chia gián tiếp

Lấy số bị chia trừ đi số chia, kết quả sẽ là số bị chia của phép toán

tiếp theo, lặp lại đến khi số bị chia nhỏ hơn số chia hoặc bằng 0.

1

1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0

0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

1 0 0 0 0 0 0 1

1 0 0 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 0 0 1 1 1

1 0 0 1 1 1

1 0 0 1 1 0

Khả năng thay đổi dễ dàng

Khả năng tái sử dụng tài nguyên (thư viện,…)

A A microprocessor microprocessor is a central processing unit on a is a central processing unit on a

single chip

peripheral I/O components and memory (RAM & ROM)

used to be called a “

used to be called a “microcomputer microcomputer.”.”

above are combined on the same single chip that the

microprocessor is on, is called a

microprocessor is on, is called a microcontroller microcontroller

2.3

2.3 Kiến Kiến trúc trúc vi vi điều điều khiển khiển

ĐơnĐơn vịvị xửxử lýlý sốsố họchọc (ALU)(ALU)

(kết quả được lưu lại)

GeneralPurposeRegistrers

ALU

2.3.2 Bộ nhớ

64 I/O Resisters

Internal SRAM (512 x 8)

EEPROM (512 x 8)

thiết bị ngoại vi

2.3.5 Đơn vị điều khiển

2.3.6 Các họ vi điều khiển (tiếp tiếp – – so sánh so sánh))

Tập lệnh (Instruction))

Chương Chương 3 3: Bộ nhớ : Bộ nhớ

3.1 Bộ nhớ bán dẫn

ROM ReadOnly

a Nhóm tín hiệu địa chỉ

b Nhóm tín hiệu dữ liệu

mỗi ô nhớ

c Nhóm tín hiệu chọn vi mạch

giải mã địa chỉ

treo (ở trạng thái trở kháng cao)

d Nhóm tín hiệu điều khiển

Select IC

Hình 3 Bộ nhớ ROM

3.1.3 ROM có thể lập trình được

a PROM (Programmable ROM))

Thời gian truy cập nhanh 120 Thời gian truy cập nhanh 120 250ns 250ns

Chỉ nạp một lần duy nhất bằng các đốt cháy các cầu chì

Điện áp khi lập trình khoảng 10 Điện áp khi lập trình khoảng 10 13V 13V

0

D0

Address decoder

b EPROM (erasable PROM))

Thời gian truy cập khoảng 120 Thời gian truy cập khoảng 120 –– 450 ns450 ns

Điện áp lập trình khoảng 10Điện áp lập trình khoảng 10 25V25V

c EEPROM (electrically EPROM))

d Flash memory

3.1.4 RAM

Bị mất dữ liệu khi mất điện.

Thời gian truy cập nhanh (có loại 15ns).

Register 0 Register 1 Register 2

Register 62 Register 63

Output buffers

CS

Hình 3 Cấu tạo bên trong của 64 x 4 RAM

3.1.4 RAM (tiếp))

SRAM (static RAM)

Chế tạo đơn giản

Dễ dàng bảo trì

Thường được sử dụng trong hệ thống có bộ nhớ nhỏ

DRAM (d ynamic RAM)

Giá thành thấp

Đòi hỏi mạch phụ trợ

Phải làm tươi (refresh) thường xuyên

Thường được sử dụng trong hệ thống có bộ nhớ lớn

3.2 Giải mã địa chỉ cho bộ nhớ

Phân định không gian tổng thể thành các vùng nhớ khác nhau

Đảm bảo tính đơn trị của xung chọn

Khi thiết kế thường có dự phòng (spare) để có thể mở rộng

mà không phải thiết kế lại mạch.

Mạch giải

mã địa chỉ Tín hiệu địa chỉ

Tín hiệu điều khiển

Các tín hiệu chon chip

Hình 3 Mạch giải mã địa chỉ

6 G2A

4 G2B 5

A19

A16– A18

Hình 3 Sơ đồ giải mã dùng 74LS138

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7

Hình 3 Sơ đồ giải mã dùng PROM

3.2.3 Giải mã dùng ROM (tiếp))

Chỉ sử dụng 8 byte đầu tiên, các byte khác đều chứa cùng

A4 A3

A 2

A1 A0

O7 O6

O 5

O4 O3

O 2

O1 O0

G1

6 G2A

4 G2B 5

+Vcc

A 15 – A 19

D0– D7

FF000-FFFFF F8000-F8FFF

Hình 3 Phối ghép bộ nhớ

Bộ tạo xung trễ Ready

Data in Data out

Column address decoder

7 bit Column address register

Row address decoder

7 bit Row address register

CS I/03 I/02 I/01 I/00

A3 A2 A1 A0R/W

CS

33 44 1 1 Mở rộng kích thước ô nhớ Mở rộng kích thước ô nhớ ((tiếp))

Hình 3 Kết hợp bốn bộ nhớ 2K x 8 thành 2K x 32

Address bus (AB0– AB10)

Data bus (DB0– DB31)

RAM-0 2K x 8

CS I/03 I/02 I/01 I/00

A3 A2 A1 A0R/W

AB4

Chương 4: Họ vi điều khiển AVR

4.1 Giới thiệu chung

AVR AVR Kiến trúc RISCKiến trúc RISC

Khoảng hơn 100 lệnh, hầu hết thực hiện một chu kỳ máy

32 thanh ghi đa năng 8 bit

Có thể lên tới 16 MIPS tại tần số 16MHz

Các modul vào ra (I/O moduls)

ADC 10bit và từ 8 16 kênh Analog

1 đến 2 Programmable UART

Master/Slave ISP Serial Interface

3 4 Timer/Counter: 1 x 16 bit, 2 x 8 bit

WatchDog Timer

Analog Comparator

PWM

Công suất (Power Management):

3 chế độ nghỉ (Sleep Mode): 3 chế độ nghỉ (Sleep Mode):

4.1 Giới thiệu chung (( tiếp ))

–

– Điện áp làm việc : Điện áp làm việc :

Vcc 4.0 Vcc 4.0 6.0V với AT90S8535 6.0V với AT90S8535

Vcc 2.7 Vcc 2.7 6.0V với AT90LS8535 6.0V với AT90LS8535

–

– Tần số CLOCK Tần số CLOCK

0 0 8MHz với AT90S8535 8MHz với AT90S8535

0 0 4MHz với AT90LS8535 4MHz với AT90LS8535

0 0 16MHz với Atmegaxx 16MHz với Atmegaxx

64 I/O Resisters

Internal SRAM (512 x 8)

EEPROM (512 x 8)

… R30 R31 I/O Register

SRAM Organization

4.1.2 Các thanh ghi đa năng

a Các thanh ghi đa năng

Bao gồm 32 thanh ghi 8 bit

Được thực hiện trực tiếp từ ALU

Các cặp thanh ghi R26,,27; R28, 29; R30, 31tạo thành các thanh

ghi 16 bit

b Các thanh ghi ngăn xếp

về sau khi phục vụ chương trình con ngắt và chương

trình con

c Các thanh ghi trạng thái

phục vụ ngắt

d Thanh ghi che ngắt và cờ ngắt

e Thanh ghi điều khiển

4.1.3

4.1.3 Ngắt Ngắt và và xử xử lý lý ngắt ngắt ((Interrupt Interrupt))

Khái

Khái niệmniệm

Dừng Dừng thực thực hiện hiện chương chương trình trình chính chính (CTC) (CTC) để để thực thực hiện hiện

XuấtXuất hiệnhiện khôngkhông đượcđược báobáo trướctrước

PhụcPhục vụvụ gầngần giốnggiống chươngchương trìnhtrình concon

TíchTích hợphợp nhiềunhiều loạiloại ngắtngắt

CóCó ưuưu tiêntiên ngắtngắt

4.1.3

4.1.3 Xử Xử lý lý ngắt ngắt

XuấtXuất hiệnhiện vàvà chocho phépphép ngắtngắt

HoànHoàn thànhthành lệnhlệnh hiệnhiện tạitại

LưuLưu trữtrữ địađịa chỉchỉ lệnhlệnh tiếptiếp theotheo vàovào ngănngăn xếpxếp

NạpNạp địađịa chỉchỉ ISR ISR vàovào PCPC

ThựcThực hiệnhiện ISRISR

KếtKết thúcthúc ISR ISR làlà lệnhlệnh RETIRETI

KhôiKhôi phụcphục địađịa chỉchỉ lệnhlệnh tiếptiếp theotheo trongtrong ngănngăn xếpxếp, ,

chương

chương trìnhtrình tiếptiếp tụctục thựcthực hiệnhiện

4.1.3

4.1.3 Phân Phân loại loại ngắt ngắt

NgắtNgắt mềmmềm ((software interrupt software interrupt))

Là

Là việc việc gọi gọi 1 1 ctc ctc (Subroutine) (Subroutine) được được xây xây dựng dựng riêng riêng mà mà ctc ctc

này

này còn còn có có thể thể được được gọi gọi bởi bởi thiết thiết bị bị ngoại ngoại vi vi

NgắtNgắt cứngcứng ((hardware interrupt hardware interrupt))

Do port

Do port phát phát tín tín hiệu hiệu đến đến CPU CPU

NgắtNgắt trongtrong ((internal interrupt internal interrupt))

4.1.3 Ngắt và xử lý ngắt

Vector No ProgramAddress Source Interrupt Difinition

1 $000 Reset External Pin, PowerExternal Pin, Power on Reset, Brownon Reset, Brown out Reset, out Reset,

Watchdog Reset and JTAG AVR Reset

2 $002 INT0 External Interrupt Request 0

3 $004 INT1 External Interrupt Request 1

4 $006 INT2 External Interrupt Request 2

5 $008 TIMER2 COMP Timer/Counter2 Compare Match

6 $00A TIMER2 OVF Timer/Counter2 Overflow

7 $00C TIMER1 CAPT Timer/Counter1 Capture Event

8 $00E TIMER1 COMPA Timer/Counter1 Capture Match A

9 $010 TIMER1 COMPB Timer/Counter1 Capture Match B

10 $012 TIMER1 OVF Timer/Counter1 Overflow

11 $014 TIMER0 COMP Timer/Counter0 Compare Match

12 $016 TIMER0 OVF Timer/Counter0 Overflow

13 $018 SPI, STC Serial Transfer Complete

14 $01A USART, RXC USART, Rx Complete

15 $01C USART, UDRE USART Data Register Empty

16 $01E USART, TXC USART, Tx Complete

17 $020 ADC ADC Conversion Complete

18 $022 EE_RDY EEPROM Ready

19 $024 ANA_COMP Analog Comparator

20 $026 TWI Two Two wire Serial Interface wire Serial Interface

21 $028 SPM_RDY Store Program Memory Ready

với cờ I (Global Interrupt Enable) trong thanh ghi

SREG được thiết lập

trình con phực vụ ngắt

4.1.3

4.1.3 Ngắt Ngắt và và xử xử lý lý ngắt ngắt ((tiếp))

I I – – Global Interrupt Enable Global Interrupt Enable

T T – – Bit Copy Storage Bit Copy Storage

H H – – Haft Carry Flag Haft Carry Flag

S S – – Sign Bit S = N Sign Bit S = N⊕ ⊕ V

V V – – Overflow Flag Overflow Flag

N N – – Negative Flag Negative Flag

Z Z – – Zero Flag Zero Flag

C C – – Carry Flag Carry Flag

Nguồn Nguồn đồng đồng hồ hồ từ từ mạch mạch chia chia thời thời gian gian hoặc hoặc từ từ chân chân T0 T0

((theo theo sườn sườn lên lên//xuống xuống))

Ngắt Ngắt tràn tràn

16 bit

Nguồn Nguồn đồng đồng hồ hồ từ từ mạch mạch chia chia thời thời gian gian hoặc hoặc từ từ chân chân T1 T1

((theo theo sườn sườn lên lên//xuống xuống))

Nguồn đồng hồ từ mạch chia thời gian hoặc từ dao động

bên ngoài (chân TOSC1 và TOSC2 nối với tụ thạch

anh 32768Hz)

Có ngắt tràn và ngắt thích ứng so sánh

Cho phép đưa tín hiệu ra chân OC2 khi có tín hiệu thích

ứng so sánh

4.2.1 Timer/Counter (tiếp))

4.2.2 WatchDog Timer

Processor Watchdog Timer

Clock

Restart

Reset

4.2.2 WatchDog Timer

Processor Watchdog Timer

Clock

Restart

Reset

4.2.2 WatchDog Timer (tiếp))

4.2.3 Các cổng vào ra ((tiếp))

Thanh ghi dữ liệu : PORTA

Thanh ghi điều khiển hướng dữ liệu : DDRA

Thanh ghi địa chỉ các chân vào : PINA

thể vừa có bit vào vừa có bit ra)

bit DDRAi=1, chân PAi là chân ra ( = PORTAi)

bit DDRAi=0, chân PAi là chân vào (= PINAi)

Pull_up, I = 33Pull_up, I = 33µAµA÷÷160µA160µA

4.2.4 ADC

Độ phân giải tối đa 10 bit, xấp xỉ liên tiếp

Độ chính xác tuyệt đối đến Độ chính xác tuyệt đối đến ± ±2 LSB 2 LSB

Thời gian chuyển đổi: 65 Thời gian chuyển đổi: 65 260 µs, 13 chu kỳ cho một lần 260 µs, 13 chu kỳ cho một lần

4.2.4 ADC (tiếp tiếp ))

Thanh ghi chọn kênh : ADMUX

Thanh ghi điều khiển trạng thái: ADCSRA

4.2.5 USART

Đặc điểm:

Truyền song công

Truyền đồng bộ hoặc không đồng bộ

Master hoặc Slave cấp xung nhịp

Khuân dạng dữ liệu đa dạng (5=>9 bit dữ liệu, 1 hoặc 2

bít dừng)

Kiểm tra bit chẵn lẻ bằng phần cứng

Tự phát hiện lỗi tràn dữ liệu, khung dữ liệu lỗi

4.2.5 USART (

4.2.5 USART (tiếp tiếp ))

Thanh ghi dữ liệu: UDR (gồm hai thanh ghi độc lập có cùng

địa chỉ vào ra): chứa dữ liệu nhận và truyền

Thanh ghi điều khiển và trạng thái: UCSR

((Control and Status Register))

hoặc cả hai, có sử dụng ngắt hay không?

Đưa byte dữ liệu cần truyền vào UDR

Đợi đến khi UDRE = 1 (hoặc sử dụng ngắt) thì truyền tếp

byte tiếp theo

4.2.5 USART (

4.2.5 USART (tiếp tiếp ))

Đợi đến khi cờ RXC=1 (hoặc sử dụng ngắt) báo hiệu nhận

được byte dữ liệu

Kiểm tra cờ FE và OR

Đọc byte dữ liệu từ UDR

(IDLE) St 0 1 2 3 4 [5] [5] [6] [6] [7] [7] [8] [8] [P] [P] Sp1 [Sp2] (St/IDLE)

MCU MCU

4.2.6 EEPROM

EERIE (EEPROM Ready Intr En)

EEMWE (EEPROM Master Write En) : cho phép ghi Bit này

sẽ tự động bị xoá sau 4 chu kỳ đồng hồ

EEWE (EEPROM Write En) : khi bit này được thiết lập và

EEMWE=1 thì thao tác ghi mới được thực hiện

EERE (EEPROM Read En): cho phép đọc

EEPROM Khi đọc xong, bit này sẽ tự động bị xoá và CPU sẽ

dừng 4 chu kỳ đồng hồ trước khi lệnh tiếp theo được thực hiện

Đợi đến khi EEWE=0

Ghi địa chỉ mới vào EEARL và EEARH

Ghi dữ liệu mới vào EEDR

Ghi mức logic 1 vào bit EEMWE và mức logic 0 vào

EEWE đồng thời

Trong vòng 4 chu kỳ đồng hồ sau ghi giá trị logic 1 vào

EEWE

4.2.7 SPI (Serial Peripheral Interface)

4.2.7 SPI (Serial Peripheral Interface – tiếp)

4.2.8 So sánh tín hiệu tương tự (Analog Comparator))

analog giữa hai chân AIN1 và AIN2

+5V

CON8

R1 10K

PB1/T1 PB2/INT2/AIN0 PB3/OC0/AIN1 PB4/SS PB5/MOSI

PD4/OC1B

PD6/ICP PD7/OC2

PC0/SCL PC1/SDA PC2/TCK PC3/TMS

PC5/TDI PC6/TOSC1

AVCC

AGND

AREF

PA7/ADC7 PA5/ADC5 PA3/ADC3 PA1/ADC1

Y1 8MHz

Reset

C5

22p MISO

+ C3 4.7u

MOSI

SCK

4.1 Giới thiệu chung ( tiếp ))

….

Hình 5 Giao diện chính của CodevisionAVR

5.1.2 Project

5.1.4 Thiết lập môi trường

5.3 Hàm chuẩn

char char getchar getchar(void) (void)

Returns a character received by the UART, using polling.

void void putchar putchar(char c) (char c)

Transmits the character c using the UART, using polling.

…

unsigned char unsigned char cabs cabs(signed char x)(signed char x)

returns the absolute value of the byte x.

unsigned int unsigned int abs abs(int x)(int x)

returns the absolute value of the integer x.

…

LCD

void void lcd_write_byte lcd_write_byte (unsigned char addr, unsigned char data)(unsigned char addr, unsigned char data)

write a byte to the LCD character generator or display RAM

unsigned char unsigned char lcd_read_byte lcd_read_byte(unsigned char addr);(unsigned char addr);

read a byte from the LCD character generator or display RAM

void void lcd_gotoxy lcd_gotoxy(unsigned char x, unsigned char y);(unsigned char x, unsigned char y);

set the LCD display position x=0 39 y=0 3

II2C

void void i2c_init i2c_init(void)(void)

this function initializes the I2C bus.

unsigned char unsigned char i2c_start i2c_start (void)(void)

issues a START condition Returns 1 if bus is free or 0 if the I2C bus is

busy.

void void i2c_stop i2c_stop (void)(void)

issues a STOP condition.

Vào rara song song songsong

Vào Vào ra ra tương tương tự tự

ADC

DAC

Vào ra của 8051

Vào ra của AVR

Bàn phím 4x4

Key Board