Bài tập lớn môn vi xử lí

 Cổng giao tiếp song song PSP Parallel Slave Port với các chân  Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:  Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.. Cấu t

CHƯƠNG II:

I PIC 16F877A

PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm

dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt têncho vi điều khiển đầu tiên của họ

PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và

từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay

1 CÁC DÒNG PIC VÀ CÁCH LỰA CHỌN VI ĐIỀU KHIỂN

PIC

- Các kí hiệu của vi điều khiển PIC:

 PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit

 PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit

 PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit

 C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)

 F: PIC có bộ nhớ flash

 LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp

 LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ

Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM,

nếu có thêm chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn

PIC16F877A là flash)

Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC

Ở Việt Nam phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng

Microchip sản xuất

Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp:

Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng

dụng Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có

vi điều khiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, …

chân Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chươngtrình được nhiều lần hơn

Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn trong

vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong

Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho

phép

Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể

được tìm thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchipcung cấp

2 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PIC

Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng Ngôn ngữ lập trình cấp thấp

có MPLAB (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip), các ngôn ngữ lập trình cấp cao hơn bao gồm C, Basic, Pascal, … Ngoài ra còn có một

số ngôn ngữ lập trình được phát triển dành riêng cho PIC như PICBasic,

MikroBasic,…

3 SƠ ĐỒ CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A

4 MỘT VÀI THÔNG SỐ VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có

độ dài 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc

nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ

liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O

 Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

 Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

 Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức

năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

 Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

 Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung

 Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C

 Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ

 Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân

 Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

 Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần

 Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần

 Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

 Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit

Serial Programming) thông qua 2 chân Watchdog Timer với bộ daođộng trong

 Chức năng bảo mật mã chương trình

 Chế độ Sleep

 Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

SƠ ĐỒ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A

5 TỔ CHỨC BỘ NHỚ

Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ

chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory)

- Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ

flash, dung lượng bộ nhớ 8K word (1

word = 14 bit) và được phân thành

nhiều trang (từ page0 đến page 3)

- Như vậy bộ nhớ chương

trình có khả năng chứa được 8*1024

đến địa chỉ 0000h (Reset vector)

Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt

vector)

- Bộ nhớ chương trình không bao gồm:

Bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình Bộnhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau

Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều

bank Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank Mỗi

bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt

SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh

ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ cònlại trong bank Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như

thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp

thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình

Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC16.

II TỔNG QUAN VỀ DS1307

1. Sơ đồ chân DS1307

DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), kháiniệm thời gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà conngười đang sử dụng, tình bằng giây, phút, giờ…DS1307 là một sản phẩm củaDallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products) Chipnày có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần),ngày, tháng, năm Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ

và 56 thanh ghi trống có thể dùng như RAM DS1307 được đọc và ghi thôngqua giao diện nối tiếp I2C (TWI của AVR) nên cấu tạo bên ngoài rất đơn giản.DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân như sau:

Các chân của DS1307 được mô tả như sau:

- X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo

dao động cho chip

- VBAT: cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip

- GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc

- Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều khiển Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì

DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được)

- SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver),tần số của xung được tạo có thể được lập trình Như vậy chân này hầu như

không liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng

ta sẽ bỏ trống chân này khi nối mạch

- SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C mà chúng ta đã tìm hiểu trong bài TWI của AVR.

Có thể kết nối DS1307 bằng một mạch điện đơn giản như trong hình 2

Mạch ứng dụng đơn giản của DS1307

Cấu tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch

nguồn, mạch dao động, mạch điều khiển logic, mạch giao điện I2C, con trỏ địachỉ và các thanh ghi (hay RAM) Do đa số các thành phần bên trong DS1307 làthành phần “cứng” nên chúng ta không có quá nhiều việc khi sử dụng DS1307

Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi của chip này Vì thế cần hiểu rõ 2 vấn đề cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và cách truy xuất các thanhghi này thông qua giao diện I2C

Tổ chức bộ nhớ của DS1307

Tổ chức các thanh ghi thời gian

IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năngnhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anod chung

Chân 1, 2, 6, 7: Chân dử liệu BCD vào

Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân ra tác động mức thấp

Chân 8: Chân nối mass

Chân 16: Chân nối nguồn

Chân 4: Gồm ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên cao cho hoạt

động giải mã bình thường Khi nối BI ở mức thấp, các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái của các ngõ vào

Chân 5: Ngõ vào xoá dợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi không được dùng để xoá số 0( số 0 ở trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu chấm thập phân)

Chân 3: Ngõ vào thử đèn LT ở cao các ngõ ra đều tắt và ngõ ra xoá dợn sóng RBO thấp Khi ngõ vào BI/RBO để không hay nối lên cao và ngõ vào LTgiữ ở mức thấp các ngõ ra đều sáng…

2 Sơ đồ logic và bảng trạng thái:

Sơ đồ cấu trúc của IC74LS47, nó giúp cho những ai muốn tìm hiểu sâu về IC giải mã 74LS47 hoạt động và giải mã BCD sang led 7 đoạn như thế nào

Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng sự thật, trong đó đối với các ngõ

ra H là tắt và L là sáng, nghĩa là nếu 74LS47 thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn

a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tuỳ vào ngõ ra tương ứng của 74LS47

là L hay H

BCD ĐẦU VÀO TÍN HIỆU ĐẦU RA LED

Để IC hoạt động ta kết nối chân 16 (Vcc) với nguồn 5 V, chân số 8

với đất Ngỏ vào có 4 chân là 7,1,2,6 tương ứng với A,B,C,D trong đó mức ý nghĩa giảm dần

từ A đến D Kết nối các đầu ra của IC 7490 với các đầu vào A,B,C,D của IC 7447 để IC chuyển đổi mã BCD đếm được thành số nhị phân để hiển thị led Các chạn LT, BI/RBO, RBI không cần kết nối

3 Thông số kỹ thuật

IV IC ỔN ÁP 7805

IC ổn áp 7805

- Output (3): Chân điện áp ra 5V

- Command (2): Chân nối mass

- Input (1) : Chân điện áp vào

- Điện áp ngõ vào Vin>=5V, điện áp ngõ ra Vout =5V

- Chân nối mass cũng rất quan trọng, nều chân này bị hở thì áp tại ngõ ra

sẽ có thể bằng với điện áp ngõ vào Điều này sẽ rât nguy hiểm nếu vi xử lýnhận được mức điện áp này

- Khi ở 25 độ C, IC 7805 có đặc điểm như sau:

 Điện áp đưa vào tối đa: 35V

 Năng lượng tiêu thụ : 20.8W

 Năng lượng tiêu thụ khi không có miếng tản nhiệt : 20W

 Nhiệt độ mối hàn cho phép : -30~150 độ C

 Nhiệt độ cho phép IC có thể chịu đựng: -55~150 độ C

V LED 7 Đoạn :

 Kí hiệu và hình dạng:

Sơ đồ chân của led 7 đoạn

 Phân loại: Có 2 loại:

 Loại Anode chung :

Đối với dạng Led anode chung, chân COM phải có mức logic 1 và muốn

sáng Led thì tương ứng các chân a – f, h sẽ ở mức logic 0

Bảng mã cho Led Anode chung (a là MSB, h là LSB):

D 6

C O M

f c

L 5

L 3

f b

L 2

Q 2

A 1 0 1 5

g d

f g

2 K 2

1 3 5 7 9

1 0

1 2

a g

V C C

a d

L 4

g h

d c

c h

Bảng mã cho Led Anode chung (a là LSB,h là MSB)

 Loại Cathode chung :

D 6

C O M

Đối với dạng Led Cathode chung, chân COM phải có mức logic 0 và

muốn sáng Led thì tương ứng các chân a – f, h sẽ ở mức logic 1

Bảng mã cho Led Cathode chung (a là MSB, h là LSB):

Bảng mã cho Led Anode chung (a là LSB, h là MSB)

VI BIẾN ÁP NGUỒN

1 Khái

niệm

- Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều) và không làm

thay đổi tần số của nó

2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

a Cấu tạo:

- Gồm có hai cuộn dây : cuộn sơ cấp có N1 vòng và cuộn thứ cấp có N2 vòng Lõi biến áp gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau để tránh dòng Fu-

cô và tăng cường từ thông qua mạch

- Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại

- Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều còn cuộn thứ cấp

nối với tải tiêu thụ điện

b Nguyên tắc hoạt động:

- Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp Nó gây ra sự biến thiên

từ thông trong hai cuộn Gọi từ thông này là: φ = φ0cosωt

N2φ0cosωt

- Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2 có biểu thức

Từ đó ta thấy nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ

3 Khảo sát máy biến áp

Gọi N1 N2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp

Gọi U1, U2 là hiệu điện thế 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp

Gọi I1, I2 là cường độ hiệu dụng của dòng điện 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp Trong khoảng thời gian Δt vô cùng nhỏ từ thông biến thiên gây ra trong mỗi

vòng dây của cả hai cuộn suất điện động bằng:

Suất điện động trên một cuộn sơ cấp là:

Suất điện động trên cuộn thứ cấp:

=> Tỉ số điện áp 2 đầu cuộn thứ cấp bằng tỉ số vòng dây của 2 cuộn tương ứng

Tỉ số không đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng ta

được , (1)

Điện trở thuần của cuộn sơ cấp rất nhỏ nên , khi mạch thứ cấp hở nên

, (2)

Từ (1) và (2) ta được: , (*)

• Nếu N2 > N1 => U2 > U1 : gọi là máy tăng áp

• Nếu N2 < N1 => U2 < U1 : gọi là máy hạ áp

Vì hao phí ở máy biến áp rất nhỏ, coi như công suất ở 2 đầu cuộn thứ cấp và sơcấp như nhau

1 Cấu tạo của TRANSISTOR

- Transistor là từ ghép của hai từ Transfer và từ Resistor được dịch là “điện chuyển “ ( nhưng không thông dụng )

Transistor là linh kiện bán dẫn gồm ba lớp bán dẫn tiếp giáp nhau tạo thành haimối nối P-N

- Tùy theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta chế tạo ra hailoại transistor là transistor PNP và NPN

 Cực phát E ( Emitter )

 Cực nền B ( Base )

 Cực thu C ( Collector )

Cấu tạo transistor

- Ba vùng bán dẫn được nối ra ba chân và gọi là cực phát E , cực nền B vàcực thu C Cực phát E và cực thu C tuy cùng tính chất bán dẫn nhưng do kíchthứơc và nồng độ pha tạp chất khác nhau nên không thể hóan đổi cho nhauđược

- Để phân biệt với các lọai transistor khác , lọai transistor PNP và NPN còngọi là transistor lưỡng nối BJT ( Bipolar Junuction Transistor )

C

I B

3 Đặc tuyến của TRANSISTOR

a) Đặc tuyến ngõ vào

- Đặc tuyến IB/VBE có dạng giống như đặc tuyến của diode , sau khi điệnthế phân cực VBE tăng đến giá trị điện thế thềm Vγ thì bắt đầu có dòng điện IB

và dòng điện IB cùng tăng theo hàm số mũ như dòng điện IB của diode

- Ở mỗi điện thế VBE thì dòng điện IB có giá trị khác nhau như sau :

- Đặc tuyến trên được vẽ ứng với điện thế VCE = 2 v , khi điện thế VCE >

2 v thì đặc tuyến thay đổi không đáng kể

VIII CÁC LINH KIỆN KHÁC

1 Điện trở

Điện trở, một linh kiện điện tử thụ động trong mạch điện, được ký hiệu với

chữ R

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầuvật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó:

trong đó:

U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V)

I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A)

R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω)

Ohm (đọc là ôm) là đơn vị đo điện trở trong SI Đại lượng nghịch đảo của điện trở là độ dẫn điện G được đo bằng siêmen Giá trị điện trở càng lớn thì độ dẫn điện càng kém Khi vật dẫn cản trở dòng điện, năng lượng dòng điện bị

chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, ví dụ như nhiệt năng

Hệ Thống Vạch Màu giá trị của điện trở:

Cách Tính Giá Trị Điện Trở

Đối với điện trở 4 vạch màu

- Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở

- Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

- Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

- Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở

Đối với điện trở 5 vạch màu

- Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở

- Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở

- Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

- Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

- Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở

2 Diode bán dẫn

Điốt bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ

qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính chất của các chất

+Linh kiện điện tử thụ động là một linh

cung cấp nguồn điện

Ví dụ như Đặc tuyến của Điốt bán dẫn:

Có nhiều loại điốt bán dẫn, như điốt chỉnh lưu thông thường, điốt Zener,

LED Chúng đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N

3 Tụ điện

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực

đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá

Hình dáng thực tế của tụ điện.

Điện dung , đơn vị và ký hiệu của tụ điện.

* Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của

tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm

chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

C = ξ S / d