Môn học ứng dụng vi điều khiển

1MÔN HỌC Ứng dụng Vi điều khiển (Microcontroller Applications) By Trần Văn Hùng Mechatronics Dept Email: tvh42th@gmail.com Tài liệu tham khảo 1. Microprofessors and microcpmputers hardware and softwware, Ronaid J.Tocci, Frank J.Ambrosio, Prentice Hall, 2003 2. Interfacing Sensors To The Pc, Willis J.Tompkin, Jonh G.webster, Prentice Hall, 1998 3. Vi xử lý, Văn ThếMinh, NXB Giáo Dục. 4. Họ vi điều khiển 8051, Tống Văn On. 5. Kỹ thuật Vi điều khiển AVR, Tống Văn On. 2Nội dung chương trình n Ch01: Các hệ đếm và mã hoá n Ch02: Hệ thống vi xử lý n Ch03: Bộ nhớ n Ch04: Họ vi điều khiển AVR n Ch05: Ngôn ngữ lập trình CodevisionAVR n Ch06: Input/Output Các bài toán 1. Thiết kế mạch điều khiển ánh sáng theo chương trình định trước 2. Thiết kế mạch trang trí bằng đèn LED 3. Thiết kế mạch nhận dạng điểm phục vụ (thêm ít nhất 2IC) 4. Thiết kế mạch đo lượng mưa 5. Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ không khí 6. Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ dung dịch 7. Thiết kế mạch đồng hồ điện tử 8. Thiết kế mạch tính thời gian cho các môn điền kinh 9. Thiết kế bảng quang báo 10. Thiết kế mạch khoá điện tử 11. Thiết kế mạch điều khiển thiết bị bằng remote 12. Kết nối bàn phím máy tính với VXL, hiển thị ký tự lên LCD 13. Thiết kế mạch điều khiển Robot chạy theo qũy đạo (sd motor bước) 14. Thiết kế mạch điều khiển tốc độ động cơ DC 15. Thiết kế mạch điều khiển góc quay của môtơ, ổn tốc cho motor. 1Chương 1: Các hệ đếm và mã hoá n Các hệ đếm dùng trong máy tính n Các phép toán số học đối với hệ hai n Mã ASCII 1.1 Các hệ đếm dùng trong máy tính 1.1.1 Hệ mười và hệ hai n Con người thì quen dùng hệ cơ số mười (hệ mười) 1234,56 = 1.103 + 2.102 + 3.101 + 4.100 + 5.10-1 + 6.10-2 n Máy tính thì chỉ làm việc với hệ cơ số hai (hệ hai) 1011,01 = 1.23 + 0.22 + 1.21 + 1.20 + 0.2-1 + 1.2-2 n Nibble gồm 4 bit n Byte gồm 8 bit n Word gồm 16 bit 03 7 0 15 0 MSB LSB 21.1.1 Chuyển đổi giữa hệ mười và hệ hai n Đổi hệ hai sang hệ mười 1011,012 = 1.23 + 0.22 + 1.21 + 1.20 + 0.2-1 + 1.2-2 = 11,2510 n Đổi hệ mười sang hệ hai 4610 = 1011102 Hình 1. Một cách đổi hệ mười sang hệ hai 0 1 46 2 23 2 11 2 5 2 2 2 1 2 0 1 1 0 1 1.1.1 Chuyển đổi giữa hệ mười và hệ hai (tiếp) n Đổi số thập phân hệ mười sang hệ hai 0,12510 = 0,0012 n 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. 123410 = 0001 0002 0003 0004BCD n Hệ mười sáu 123410 = 0100 1101 00102 = 4D216 0,125 x 2 = 0,250 x 2 = 0,500 x 2 = ,250 ,500 ,000 0 0 1 31.2 Các phép toán số học đối với hệ hai 1.2.1 Phép cộng ana(n-1) ... a2a1a0 + bmb(m-1) ... b2b1b0 = ckc(k-1) ... c2c1c0 (hệ cơ số x) ci = (ai + bi + (ai-1 + bi-1)%x )/x Ví dụ cộng hệ hai 1.2.2 Phép trừ và số bù hai a. Phép trừ ana(n-1) ... a2a1a0 - bmb(m-1) ... b2b1b0 = ckc(k-1) ... c2c1c0 (hệ cơ số x) ci = (ai – Bi-1) – bi (nếu (ai – Bi-1) >= bi và Bi = 0) ci = (ai – Bi-1 + x) – bi (nếu (ai – Bi-1) < bi và Bi = 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 (bù logic) của số đó (đảo bít). + Cộng một vào số bù một ở trên để nhận được số bù hai của A. 1.2.3 Phép nhân Ví dụ nhân 2 số hệ hai có độ dài 4 bít Bảng 1. Quy tắc phép nhân a.bba 1 0 0 0 11 01 10 00 1011 0000 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 41.2.2 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. 0 101 1 0 1 1 1 101 111 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 101 1 01 00 1Chương 2: Hệ thống vi xử lý n Ưu và nhược điểm hệ nhúng n Vi xử lý, vi điều khiển n Các họ vi điều khiển n Ngắt và xử lý ngắt 2.1 Tại sao lại sử dụng hệ nhúng? 2.1.1 Ưu điểm n Khả năng thích nghi cao n Tính linh động n Khả năng thay đổi dễ dàng n Khả năng tái sử dụng tài nguyên (thư viện,) n Giá thành rẻ n . . . 2.1.2 Nhược điểm n Tốc độ phản ứng chậm n Độ ổn định thấp n Không xử lý được gía trị liên tục n . . . 22.2 Vi điều khiển, vi xử lý CPU General- Purpose Micro- processor RAM ROM I/O PORT Timer, Wdg, ADC, DAC, USB, UARST, I2C, Data bus Address bus TERMINOLOGY n Microcontroller vs. Microprocessor vs. Microcomputer n A microprocessor is a central processing unit on a single chip. n A microprocessor combined with support circuitry , peripheral I/O components and memory (RAM & ROM) used to be called a “microcomputer.” n A microprocessor where all the components mentioned above are combined on the same single chip that the microprocessor is on, is called a microcontroller. 32.3 Kiến trúc vi điều khiển n Đơn vị sử lý số học (ALU) n Bộ nhớ n Input n Output n Đơn vị điều khiển 2.3.1 Đơn vị xử lý số học (ALU) n Thực hiện phép toán và phép logic trên dữ liệu n Dữ liệu có thể lấy trên bộ nhớ hoặc I/O n Kết quả có thể được đưa ra ngoài hoặc vào bộ nhớ (kết quả được lưu lại) General Purpose Registrers ALU 42.3.2 Bộ nhớ n Lưu trữ lệnh hay dữ liệu n Có thể để lưu trữ dữ liệu tạm thời n Có thể ghi/đọc được bởi bộ điều khiển Program Flash (4K x 16) Program Memory $000 $FFF 32 Gen. Purpose Working Resisters 64 I/O Resisters Internal SRAM (512 x 8) $025F $005F $0060 $001F $0020 $0000 Data Memory EEPROM (512 x 8) Data Memory $000 $1FF 2.3.3 Input n Thiết bị cho phép thông tin và dữ liệu vào bên trong bộ vi điều khiển n Ví dụ: ADC, I2C, UART, 2.3.4 Output n Thiết bị chuyển đổi thông tin và dữ liệu từ bộ nhớ ra thiết bị ngoại vi. n Thiết bị ngoại vi: LED, LCD, máy in, 52.3.5 Đơn vị điều khiển n Cung cấp xung nhịp và điều khiển tín hiệu n Tìm nạp lệnh và dữ liệu n Chuyển dữ liệu tới/từ I/O n Giải mã lệnh n Thực hiện phép tính số học/logic n Đáp ứng tín hiệu ngoài (Reset/Ngắt) 2.3.6 Một số họ vi điều khiển n Vi điều khiển 8051 n 8051, 89Cxx, 89Sxx, 89Dxx, n Vi điều khiển AVR n AVR 8 bít, AVR 16 bít, n Vi điều khiển PIC n PIC 8 bít, PIC 16 bít, n Vi điều khiển MCUs của Philips n P8xCxx, n 62.3.6 Các họ vi điều khiển (tiếp – so sánh) n Tốc độ xử lý (clock, clock cycle execution) n Khả năng tích hợp (ADC, DAC, UART, I2C,) n Dải điện áp hoạt động (Operating Voltages) n Công suất đầu ra (DC current per I/O pin) n Khả năng chống nhiễu (Noise Reduction) n Tập lệnh (Instruction) n Công suất IC (Power consumption) n . . . 2.4 Ngắt và xử lý ngắt (Interrupt) 2.4.1 Khái niệm n Ngắt là sự dừng thực hiện chương trình chính (CTC) để thực hiện chương trình con phụ vụ ngắt(ctc) n: IRQi n + 1: m: IRQj m + 1: Main Prog ISRi ISRj iret iret 72.4.2 Cấu trúc ngắt nXuất hiện không được báo trước nPhục vụ gần giống chương trình con nTích hợp nhiều loại ngắt nCó ưu tiên ngắt 2.4.3 Xử lý ngắt n Xuất hiện và cho phép ngắt n Hoàn thành lệnh hiện tại n Lưu trữ địa chỉ lệnh tiếp theo vào ngăn xếp n Nạp địa chỉ ISR vào PC n Thực hiện ISR n Kết thúc ISR là lệnh RETI n Khôi phục địa chỉ lệnh tiếp theo trong ngăn xếp, chương trình tiếp tục thực hiện 82.4.4 Phân loại ngắt n Ngắt mềm (software interrupt) Là việc gọi 1 ctc (Subroutine) được xây dựng riêng mà ctc này còn có thể được gọi bởi thiết bị ngoại vi n Ngắt cứng (hardware interrupt) Do port phát tín hiệu đến CPU n Ngắt trong (internal interrupt) Trong một số CPU để bẫy/xử lý các sự kiện trong khi thực hiện n Ngoại lệ (exceptions) Là vấn đề hay điều kiện để CPU dừng công việc đang thực hiện, tìm địa chỉ và thực hiện 1 ctc, được thiết kế để xử lý sự kiện này. 1Chương 3: Bộ nhớ n Bộ nhớ bán dẫn n Giải mã địa chỉ cho bộ nhớ n Phối ghép bộ nhớ n Mở rộng bộ nhớ 3.1 Bộ nhớ bán dẫn n Các nhóm tín hiệu n ROM (read only memory) n RAM (random access memory) ROM Read Only Memory RAM Radom Access Memory PROM EPROM EEPROM Programmable ROM Erasable PROM Electrically EPROM SRAM Static RAM DRAM Dynamic RAM CACHE L1, L2, L3 Memory 23.1.1 Các nhóm tín hiệu A0 A1 A2 An ... D0 D1 D2 Dm ... CS WE OE RD WR Select IC Address Data Hình 3. Sơ đồ khối của bộ nhớ a. Nhóm tín hiệu địa chỉ n Có tác dụng chọn ra một ô nhớ cụ thể n Số đường địa chỉ sẽ quyết định có tối đa bao nhiêu ô nhớ. Ví dụ có m đường địa chỉ vậy thì tối đa 2m ô nhớ. b. Nhóm tín hiệu dữ liệu n Thường là đầu ra của ROM và là vào/ra đối với RAM n Các mạch nhớ thường có đầu vào/ra là 3 trạng thái. n Số đường dây dữ liệu quyết định độ dài từ nhớ của mỗi ô nhớ. 3c. Nhóm tín hiệu chọn vi mạch n Chọn vi mạch sẽ trao đổi dữ liệu. n Các tín hiệu này thường được nối với đầu ra của bộ giải mã địa chỉ. n Vi mạch không được chọn thì bus dữ liệu của nó bị treo (ở trạng thái trở kháng cao). d. Nhóm tín hiệu điều khiển n Cho phép dữ liệu ra bus. n Bus dữ liệu bị treo nếu không có tín hiệu điều khiển. n Mạch thường chỉ có một tín hiệu điều khiển đọc/ghi. 3.1.2 ROM n Bộ nhớ có nội dung đã ghi sẵn chỉ để đọc ra n Chỉ nạp vào một lần duy nhất n Không bị mất thông tin khi mất điện A0 A1 A2 An ... D0 D1 D2 Dm ... CS WE OE RD WR Select IC Address Data Hình 3. Bộ nhớ ROM 43.1.3 ROM có thể lập trình được a. PROM (Programmable ROM) n Thời gian truy cập nhanh 120-250ns n Chỉ nạp một lần duy nhất bằng các đốt cháy các cầu chì n Điện áp khi lập trình khoảng 10-13V A0 D0 Address decoder Address Bus A1 A2 VCC D2 D1 b. EPROM (erasable PROM) n Thời gian truy cập khoảng 120 – 450 ns n Điện áp lập trình khoảng 10-25V n Nó có thể được xoá toàn bộ bằng tia cực tím. n Thời gian lập trình cho một ô nhớ lâu (khoảng 50ms) 5c. EEPROM (electrically EPROM) n Xoá từng đơn vị nhớ bằng điện, không cần tia cực tím. n Thời gian lập trình cho một ô nhớ khoảng 5ms. d. Flash memory n Thời gian truy cập nhanh (khoảng 120ns). n Thời gian ghi nhanh 10µs n Xóa từng khối nhớ 63.1.4 RAM n Bị mất dữ liệu khi mất điện. n Thời gian truy cập nhanh (có loại 15ns). Register 62 Register 63 . .. Register 2 Register 1 Register 0 Decoder 6 line to 64 lineA dd re ss in pu t R/WInput buffers Output buffers CS Hình 3. Cấu tạo bên trong của 64 x 4 RAM 3.1.4 RAM (tiếp) n SRAM (static RAM) n Chế tạo đơn giản n Dễ dàng bảo trì n Thường được sử dụng trong hệ thống có bộ nhớ nhỏ n DRAM (dynamic RAM) n Giá thành thấp n Đòi hỏi mạch phụ trợ n Phải làm tươi (refresh) thường xuyên n Thường được sử dụng trong hệ thống có bộ nhớ lớn 73.2 Giải mã địa chỉ cho bộ nhớ n Phân định không gian tổng thể thành các vùng nhớ khác nhau n Đảm bảo tính đơn trị của xung chọn n 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 3.2.1 Giải mã bằng các mạch NAND n Mạch giải mã địa chỉ đơn giản với đầu ra hạn chế Memory A0 – A10 D0 - D7 A11 – A19 IO/M CE OE RD Hình 3. Mạch giải mã đơn giản dùng NAND 83.2.2 Giải mã bằng các mạch 74138 n Là mạch giải mã 3 đầu vào, 8 đầu ra Memory A0 – A12 D0 – D7 A13 – A15 IO/M CE OE RD 74LS138 A B C G1 6 G2A 4 G2B 5 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7A19 A16 – A18 Hình 3. Sơ đồ giải mã dùng 74LS138 3.2.2 Giải mã bằng các mạch 74138 (tiếp) n Mức tích cực là mức 0 n Chỉ duy nhất một đầu ra ở mức tích cực 93.2.3 Giải mã dùng ROM n Cùng một chức năng như 74138 n Giảm thiểu số mạch phụ trợ Memory A0 – A12 D0 – D7 A13 – A19 IO/M CE OE RD G1 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 Hình 3. Sơ đồ giải mã dùng PROM 3.2.3 Giải mã dùng ROM (tiếp) n Chỉ sử dụng 8 byte đầu tiên, các byte khác đều chứa cùng một giá trị FFh 11111111Các địa chỉ khác 0 01111111111111100 10111111011111100 11011111101111100 11101111001111100 11110111110111100 11111011010111100 11111101100111100 11111110000111100 O0O1O2O3O4O5O6O7A0A1A2A3A4A5A6A7G Các đầu raCác đầu vào 10 RD IO/M Memory A0 – A11 A12 – A14 74LS138 A B C G1 6 G2A 4 G2B 5 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7+Vcc A15 – A19 D0 – D7 FF000-FFFFF F8000-F8FFF Hình 3. Phối ghép bộ nhớ Bộ tạo xung trễ Ready CS 3.3 Ghép nối bộ nhớ n Định địa chỉ các ô nhớ. n Dung lượng bộ nhớ. n Tốc độ bộ nhớ ko đáp ứng đươc tốc độ VĐK thì ta phải có mạch tăng thêm chu kỳ đợi CE OE 3.3 Ghép nối bộ nhớ (tiếp) n Sử dụng bộ dồn kênh để giảm số chân, tăng dung lượng bộ nhớ lên 128 x 128 Cell array R/W Data in Data out Column address decoder 7 bit Column address register Row address decoder 7 bit Row address register A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 ----------- | | | | | | | | A0/ A7 – A6/A13 A0/A7 ------- A6/A13 RAS CAS Hình 3. Kiến trúc của bộ nhớ 4116 11 3.4 Mở rộng bộ nhớ 3.4.1 Mở rộng kích thước ô nhớ Hình 3. Kết hợp hai bộ nhớ 16 x 4 thành 16 x 8 Address bus (AB0 – AB3) Data bus (DB0 – DB7) RAM-0 16 x 4 R/W CS I/03 I/02 I/01 I/00 A3 A2 A1 A0 RAM-1 16 x 4 R/W CS I/03 I/02 I/01 I/00 A3 A2 A1 A0 R/W CS 3.4.1 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 I/00 - I/07 R/W CS RAM-1 2K x 8 I/08 - I/015 R/W CS RAM-2 2K x 8 I/016 - I/023 R/W CS RAM-3 2K x 8 I/024 - I/031 R/W CS 12 3.4.2 Mở rộng dung lượng nhớ Hình 3. Kết hợp hai bộ nhớ 16 x 4 thành 32 x 4 Address bus (AB0 – AB3) Data bus (DB0 – DB3) RAM-0 16 x 4 R/W CS I/03 I/02 I/01 I/00 A3 A2 A1 A0 RAM-1 16 x 4 R/W CS I/03 I/02 I/01 I/00 A3 A2 A1 A0 R/W AB4 1Chương 4: Họ vi điều khiển AVR n Giới thiệu chung n Các chức năng điều khiển n Tập lệnh và ngôn ngữ lập trình 4.1 Giới thiệu chung n AVR - Kiến trúc RISC n Khoảng hơn 100 lệnh, hầu hết thực hiện một chu kỳ máy n 32 thanh ghi đa năng 8 bit n Có thể lên tới 16 MIPS tại tần số 16MHz n Bộ nhớ : n 8..256K Flash Mem cho chương trình, ghi/xoá được 10.000 lần n 512..4K Byte EEPROM, ghi/xoá 100.000 n 5128K Byte SRAM 24.1 Giới thiệu chung (tiếp) n Các modul vào ra (I/O moduls) n ADC 10bit và từ 8..16 kênh Analog n 1 đến 2 Programmable UART n Master/Slave ISP Serial Interface n 3..4 Timer/Counter: 1 x 16 bit, 2 x 8 bit n WatchDog Timer n Analog Comparator n PWM n Công suất (Power Management): - 3 chế độ nghỉ (Sleep Mode): n Idle : 1.9 mA n Power-Down: <1µA n PowerSave n (chế độ chạy bình thường: 6mA) 4.1 Giới thiệu chung (tiếp) – Điện áp làm việc : n Vcc 4.0-6.0V với AT90S8535 n Vcc 2.7-6.0V với AT90LS8535 – Tần số CLOCK n 0-8MHz với AT90S8535 n 0-4MHz với AT90LS8535 n 0-16MHz với Atmegaxx 34.1 Giới thiệu chung (tiếp) 4.1.1 Các bộ nhớ Program Flash (4K x 16) Program Memory $000 $FFF 32 Gen. Purpose Working Resisters 64 I/O Resisters Internal SRAM (512 x 8) $025F $005F $0060 $001F $0020 $0000 Data Memory EEPROM (512 x 8) Data Memory $000 $1FF 44.1.1 Các bộ nhớ (tiếp) Data Address Space $001F $001E $0001 $0000 $005F $005E $0021 $0020 Internal SRAM $085F $085E $0061 $0060 Register File R31 R30 R2 R1 I/O Register $3F $3E $01 $00 ZL ZH SRAM Organization 4.1.2 Các thanh ghi đa năng a. Các thanh ghi đa năng n Bao gồm 32 thanh ghi 8 bit n Được thực hiện trực tiếp từ ALU n Các cặp thanh ghi R26, 27; R28, 29; R30, 31 tạo thành các thanh ghi 16 bit 5b. Các thanh ghi ngăn xếp n Để lưu trữ dữ liệu tam thời, vị trí biến và địa chỉ trở về sau khi phục vụ chương trình con ngắt và chương trình con n Luôn trỏ vào đỉnh của ngăn xếp n Ngăn xếp luôn bắt đầu từ vị trí cao của bộ nhớ c. Các thanh ghi trạng thái n Chứa thông tin hiện tại của CPU n Có 8 bit chứa thông tin n Thông tin có thể bị thay đổi khi có chương trình con phục vụ ngắt 6d. Thanh ghi che ngắt và cờ ngắt n Cho phép hay không cho phép một ngắt bất kỳ n Thông báo khi có ngắt, nếu ngắt đó đã được phép n Thanh ghi che ngắt được thiết lập bằng phần mềm e. Thanh ghi điều khiển n Cho phép điều khiển toàn bộ vi điều khiển n Chức năng này gồm: n Truy cập bộ nhớ SRAM n Chế độ ngủ n Chế độ ngắt ngoài 7f. Một số thanh ghi khác n Thanh ghi trạng thái bộ xử lý n Các thanh ghi điều khiển timer/counter0 n Các thanh ghi điều khiển timer/counter1 n Thanh ghi điều khiển Watchdog n Các thanh ghi điều khiển vào ra EEPROM n Các thanh ghi điều khiển SPI n Các thanh ghi điều khiển UART n Các thanh ghi điều khiển bộ ADC 4.1.3 Ngắt và xử lý ngắt Store Program Memory ReadySPM_RDY$02821 Two-wire Serial InterfaceTWI$02620 Analog ComparatorANA_COMP$02419 EEPROM ReadyEE_RDY$02218 ADC Conversion CompleteADC$02017 USART, Tx CompleteUSART, TXC$01E16 USART Data Register EmptyUSART, UDRE$01C15 USART, Rx CompleteUSART, RXC$01A14 Serial Transfer CompleteSPI, STC$01813 Timer/Counter0 OverflowTIMER0 OVF$01612 Timer/Counter0 Compare MatchTIMER0 COMP$01411 Timer/Counter1 OverflowTIMER1 OVF$01210 Timer/Counter1 Capture Match BTIMER1 COMPB$0109 Timer/Counter1 Capture Match ATIMER1 COMPA$00E8 Timer/Counter1 Capture EventTIMER1 CAPT$00C7 Timer/Counter2 OverflowTIMER2 OVF$00A6 Timer/Counter2 Compare MatchTIMER2 COMP$0085 External Interrupt Request 2INT2$0064 External Interrupt Request 1INT1$0043 External Interrupt Request 0INT0$0022 External Pin, Power-on Reset, Brown-out Reset, Watchdog Reset and JTAG AVR ResetReset$0001 Interrupt DifinitionSourceProgramAddressVector No. 84.1.3 Ngắt và xử lý ngắt (tiếp) n 16 vectơ ngắt (2 Byte) n Từ địa chỉ $000 trong bộ nhớ chương trình n Ngắt có chỉ số thấp, độ ưu tiên càng cao n Mỗi ngắt có một bít cho phép ngắt riêng n Để sử dụng một ngắt thì bit này phải thiết lập cùng với cờ I (Global Interrupt Enable) trong thanh ghi SREG được thiết lập n Mất 4 chu kỳ đồng hồ để vào (hoặc ra khỏi) chương trình con phực vụ ngắt 4.1.3 Ngắt và xử lý ngắt (tiếp) n I – Global Interrupt Enable n T – Bit Copy Storage n H – Haft Carry Flag n S – Sign Bit S = N V n V – Overflow Flag n N – Negative Flag n Z – Zero Flag n C – Carry Flag 00000000Initial Value R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WRead/Write SREGCZNVSHTI$3F ($5F) 01234567Bit 94.2 Các chức năng điều khiển n Timer/Counter n WatchDog Timer n Các cổng vào ra n ADC n UART n EEPROM 4.2.1 Timer/Counter Có 3 bộ đếm/định thời gian n T/C0 : n 8 bit n Nguồn đồng hồ từ mạch chia thời gian hoặc từ chân T0 (theo sườn lên/xuống) n Ngắt tràn n T/C1: n 16 bit n Nguồn đồng hồ từ mạch chia thời gian hoặc từ chân T1 (theo sườn lên/xuống) n Có ngắt tràn, ngắt thích ứng so sánh và ngắt cho phép bắt tín hiệu từ chân ICP 10 4.2.1 Timer/Counter (tiếp) n T/C2: n 8 bit n Nguồn đồng hồ từ mạch chia thời gian hoặc từ dao động bên ngoài (chân TOSC1 và TOSC2 nối với tụ thạch anh 32768Hz) n Có ngắt tràn và ngắt thích ứng so sánh n Cho phép đưa tín hiệu ra chân OC2 khi có tín hiệu thích ứng so sánh 4.2.2 WatchDog Timer Processor Watchdog Timer Clock Restart Reset 11 4.2.2 WatchDog Timer (tiếp) n Hoạt động từ bộ dao động độc lập trên chip n Lệnh WDR để Reset lại WatchDog Timer n Sau khoảng thời gian > time_out chương trình sẽ bị Reset lại n Thanh ghi điều khiển: WDTCR 00000000Initial Value R/WR/WR/WR/WR/WRRRRead/Write WDTCRWDP0WDP1WDP2WDEWDTOE───$21 ($41) 01234567Bit 4.2.2 WatchDog Timer (tiếp) n WDP2, WDP1, WDP0 : xác định thời gian time_out 2.1s2.2s2M111 1.0s1.1s1M011 0.52s0.55s512K101 0.26s0.27s256K001 0.13s0.14s128K110 65ms68.564K010 32.5ms34.3ms32K100 16.3ms17.1ms16K000 Typical Time_out at Vcc = 5.0V Typical Time_out at Vcc = 3.0V Number of WDT Oscillator Cycles WDP0WDP1WDP2 12 4.2.2 Các cổng vào ra 4.2.2 Các cổng vào ra (tiếp) n Có 4 cổng vào ra 8 bit PA, PB, PC, PD n Mỗi cổng đều có 3 thanh ghi (8 bit), ví dụ cổng A : n Thanh ghi dữ liệu : PORTA n Thanh ghi điều khiển hướng dữ liệu : DDRA n Thanh ghi địa chỉ các chân vào : PINA n Cho phép thao tác vào ra trên từng bít (một cổng có thể vừa có bit vào vừa có bit ra) n bit DDRAi=1, chân PAi là chân ra ( = PORTAi) n bit DDRAi=0, chân PAi là chân vào (= PINAi) 13 4.2.2 Các cổng vào ra (tiếp) n Phải định nghĩa cổng trước khi sử dụng n Khả năng chịu tải cao (Isink khoảng 20mA/Pin) n Vào ra ba trạng thái n Có khả năng vào tương tự n Pull_up, I = 33µA÷160µA 4.2.3 ADC n Đặc điểm: n Độ phân giải tối đa 10 bit, xấp xỉ liên tiếp n Độ chính xác tuyệt đối đến ±2 LSB n Thời gian chuyển đổi: 65-260 µs, 13 chu kỳ cho một lần chuyển đổi n 2 chế độ hoạt động: chuyển đổi đơn và chuyển đổi tự do n Các thanh ghi n Thanh ghi dữ liệu: ADCL, ADCH 14 4.2.3 ADC (tiếp) n Thanh ghi chọn kênh : ADMUX n Thanh ghi điều khiển trạng thái: ADCSRA 00000000Initial Value R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WRead/Write ADMUXMUX0MUX1MUX2MUX3MUX4ADLARREFS0REFS1$21 ($41) 01234567Bit 00000000Initial Value R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WRead/Write ADCSRAADPS0ADPS1ADPS2ADIEADIFADATEADSCADEN$21 ($41) 01234567Bit 4.2.4 USART n Đặc điểm: n Truyền song công n Truyền đồng bộ hoặc không đồng bộ nMaster hoặc Slave cấp xung nhịp n Khuân dạng dữ liệu đa dạng (5=>9 bit dữ liệu, 1 hoặc 2 bít dừng) n Kiểm tra bit chẵn lẻ bằng phần cứng n Tự phát hiện lỗi tràn dữ liệu, khung dữ liệu lỗi n Khả năng lọc nhiễu n 3 ngắt truyền, nhận và truyền hết n Nhiều chế độ kết nối n Khả năng nhân đôi tốc độ truyền thông 15 4.2.4 USART (tiếp) n Các thanh ghi nThanh ghi tốc độ Baud : UBRR nVD: fck = 4MHz,cần tốc độ 14400bps nUBRR =16 (16.3), tốc độ thực tế là 14705bps, lỗi 2.1% nKhông nên sử dụng tốc độ có lỗi > 1% 16 * (UBRR + 1) FclkBaudRate = 4.2.4 USART (tiếp) n Thanh ghi dữ liệu: UDR (gồm hai thanh ghi độc lập có cùng địa chỉ vào ra): chứa dữ liệu nhận và truyền n Thanh ghi điều khiển và trạng thái: UCSR (Control and Status Register) 0 R/W MPCM 0 UCSRA 0000100Initial Value R/WRRRRR/WRRead/Write U2XPEDORFEUDRETXCRXC$0B ($2B) 1234567Bit 0 R/W TXB8 0 UCSRB 0000000Initial Value RR/WR/WR/WR/WR/WR/WRead/Write RXB8UCSZ2TXENRXENUDRUETSCIERXCIE$0A ($2A) 1234567Bit 16 4.2.4 USART (tiếp) Hoạt động: n Thiết lập tốc độ truyền, 8/9 bit dữ liệu, truyền/nhận hoặc cả hai, có sử dụng ngắt hay không? n Truyền dữ liệu: n Đưa byte dữ liệu cần truyền vào UDR n Đợi đến khi UDRE = 1 (hoặc sử dụng ngắt) thì truyền tếp byte tiếp theo 4.2.4 USART (tiếp) n Nhận dữ liệu: n Đợi đến khi cờ RXC=1 (hoặc sử dụng ngắt) báo hiệu nhận được byte dữ liệu n Kiểm tra cờ FE và OR n Đọc byte dữ liệu từ UDR St (St/IDLE)Sp1 [Sp2][P][8][7][6][5]43210(IDLE) 17 4.2.5 EEPROM n EERIE (EEPROM Ready Intr En) n EEMWE (EEPROM Master Write En) : cho phép ghi. Bit này sẽ tự động bị xoá sau 4 chu kỳ đồng hồ n EEWE (EEPROM Write En) : khi bit này được thiết lập và EEMWE=1 thì thao tác ghi mới được thực hiện n EERE (EEPROM Read En): cho phép đọc n 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 4.2.5 EEPROM (tiếp) n Quy trình ghi: n Đợi đến khi EEWE=0 n Ghi địa chỉ mới vào EEARL và EEARH n Ghi dữ liệu mới vào EEDR n Ghi mức logic 1 vào bit EEMWE và mức logic 0 vào EEWE đồng thời n Trong vòng 4 chu kỳ đồng hồ sau ghi giá trị logic 1 vào EEWE 18 4.2.6 SPI (Serial Peripheral Interface) 4.2.6 SPI (Serial Peripheral Interface – tiếp) n Truyền song công nChọn chế độ chủ hoặc tớ nBit cao hoặc bit thấp truyền trước nBảy bít thiết lập tốc độ truyền nCờ ngắt truyền hết nCờ bảo vệ xung đột ghi nĐánh thúc từ chế độ nghỉ nChế độ nhân đôi tốc độ 19 4.2.7 So sánh tín hiệu tương tự (Analog Comparator) n Mạch so sánh tín hiệu tương tự: so sánh tín hiệu analog giữa hai chân AIN1 và AIN2 S1 Reset +5V Reset MOSI C4 22p +5V +5V CON8 R1 10K +5V SCK J5 Program 1 2 3 4 5 6 MISO U1 ATMEGA32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40PB0/XCK/T0 PB1/T1 PB2/INT2/AIN0 PB3/OC0/AIN1 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK RESET VCC GND XTAL2 XTAL1 PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP PD7/OC2 PC0/SCL PC1/SDA PC2/TCK PC3/TMS PC4/TDO PC5/TDI PC6/TOSC1 PC7/TOSC2 AVCC AGND AREF PA7/ADC7 PA6/ADC6 PA5/ADC5 PA4/ADC4 PA3/ADC3 PA2/ADC2 PA1/ADC1 PA0/ADC0 Y1 8MHz Reset C5 22p MISO + C3 4.7u MOSI SCK 4.1 Giới thiệu chung (tiếp) 20 4.3 Tập lệnh và ngôn ngữ lập trình 4.3.1 Tập lệnh n 109 lệnh n Toán học và logic (22) n Lệnh rẽ nhánh (34) n Lệnh chuyển đổi dữ liệu (31) n Lệnh bít và kiểm tra bít (31) 4.3.1 Tập lệnh (tiếp) Các chế độ định địa chỉ nĐịa chỉ trực tiếp (Direct Addressing) nĐịa chỉ qua chỉ số (Indexed Addressing) nĐịa chỉ tức thời (Immediate Addressing) nĐịa chỉ tương đối (Relative Addressing) n. 21 4.3.2 Một số ngôn ngữ lập trình nAVR Assembler nAVR Edit 3.5 (lập trình C) nCodeVisionAVR (lập trình C) 1Chương 5: CodevisionAVR n IDE (Integrated Development Environment) n Trình dịch (Compiler) n Hàm thư viện (Library Functions) n Tự động sinh mã (Automatic Program Generator) Hình 5. Giao diện chính của CodevisionAVR 25.1 IDE 5.1.1 File nTạo file nMở file nChỉnh sửa nLưu 5.1.2 Project n Tạo một project n Mở Project n Thêm chú thích/diễn giải n Cấu hình cho Project n Quan sát chương trrình dịch 35.1.3 Công cụ n Gỡ rối (debugger) n Lập trình (programmer) n Terminal n Cấu hình (Configuring) 5.1.4 Thiết lập môi trường n Tổng quan n Soạn thảo n Hiện lỗi n Đường dẫn trình gỡ lỗi n Cấu hình nạp 45.2 Trình dịch n Tiền xử lý n Chú thích n Từ khoá n Dữ liệu chuẩn, dữ liệu tự định nghĩa n Hằng, biến n Chuyển kiểu n Phép toán n Hàm n Con trỏ n Thanh ghi I/O n Truy cập EEPROM n Ngắt n Assembly 5.3 Hàm chuẩn n Hàm IO chuẩn n char getchar(void) Returns a character received by the UART, using polling. n void putchar(char c) Transmits the character c using the UART, using polling. n n Hàm toán học n unsigned char cabs(signed char x) returns the absolute value of the byte x. n unsigned int abs(int x) returns the absolute value of the integer x. n 5n LCD n void lcd_write_byte (unsigned char addr, unsigned char data) write a byte to the LCD character generator or display RAM n unsigned char lcd_read_byte(unsigned char addr); read a byte from the LCD character generator or display RAM n void lcd_gotoxy(unsigned char x, unsigned char y); set the LCD display position x=0..39 y=0..3 n . . . n I2C n void i2c_init(void) this function initializes the I2C bus. n unsigned char i2c_start (void) issues a START condition. Returns 1 if bus is free or 0 if the I2C bus is busy. n void i2c_stop (void) issues a STOP condition. n . . . 5.4 Tự động sinh mã n Cài đặt các thông số n Thiết lập RAM ngoài n Thiết lập cổng vào ra n Thiết lập ngắt n Thiết lập bộ đếm/định thời n Thiết lập UART/USART n Thiết lập bộ so sánh tương tự n Thiết lập ADC n Thiết lập SPI n Thiết lập USI n Thiết lập I2C n Thiết lập LCD n . . . 1Chương 6: Input/Output n Tổng quan n Một số ví dụ vào/ra n Lập trình điều khiển thiết bị n Thiết bị vào ra chuẩn Tổng quan n Vào ra số Vào nối tiếp Vào ra song song n Vào ra tương tự ADC DAC 2Vào ra của 8051 Vào ra của AVR 3Bàn phím 4x4 S932 K3 S921 K5 S934 S922 S924 S902 S913 S933 S901 K2 S911 S903 S914 K6 K7 S904 K0 K4 S912 S931 K1 S923 Bàn phím 4x4 n Đọc bàn phím n Chống rung 4Key Board Key Board n AT keyboard goààm moäät ma traään lôùùn caùùc phím, taáát caûû ñöôïïc giaùùm saùùt bôûûi moäät boää xöûû lyùù on-board. Boää xöûû lyùù khaùùc bieäät nhau töøø baøøn phím naøøy ñeáán baøøn phím khaùùc( chip thoângâ duïïng goààm 8048, 8049, 6868 vaøø 6805) nhöng taáát chuùùng cô baûûn laøøm gioááng moäät vieääc : Giaùùm saùùt nhöõngõ phím ñöôïïc nhaáán / thaûû vaøø gôûûi döõõ lieääu töông xöùùng tôùùi maùùy chuûû. Boää xöûû lyùù naøøy chaêmê soùùc taáát caûû döõõ lieääu ra vaøø ñeääm baáát cöùù döõõ lieääu naøøo vaøøo boää ñeääm 16-byte cuûûa noùù neááu caààn. Taáát caûû vieääc giao tieááp giöõaõ maùùy chuûû vaøø baøøn phím duøøng PS/2 protocol.