Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG

Tải bản đầy đủ

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
-

Với 132 lệnh mạnh hầu hết các lệnh được thực thi trong một chu kỳ máy.

-

Có 32 thanh ghi 8-bit đa năng.

-

Tốc độ xử lý lên đến 16 triệu lệnh trong 1 giây (gấp 16 lần 89 C51x).

2012

I.1.1.1. Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình không tự mất dữ liệu
-

16 Kb bộ nhớ dành cho việc lập trình chịu được 10 ngàn lập trình/ xoá.

-

512 byte EEPROM, chịu được 10 ngàn lần viết/ xoá.

-

1 Kb SRAM.

-

Chế độ bảo mật cho chương trình lập trình được.

-

Giao diện JTAG.

I.1.1.2. Có nhiều thiết bị ngoại vi được tích hợp sẵn
-

Hai Timer trên bộ đếm 8-bit, với chế độ chia tầng riêng biệt và chế độ so sánh.

-

Bộ đếm thời gian thực với chế độ dao động riêng biệt.

-

Một Timer trên bộ đếm 16-bit với chế độ chia tầng riêng biệt và chế độ so sánh.

-

Bốn kênh PWM.

-

ADC 8 kênh với độ phân giải 10-bit.

-

8 kênh biến đổi ADC đơn cực.

-

2 kênh biến đổi vi sai với độ khuyếch đại 1, 10 hay 200 lần.

-

Giao tiếp I2C.

-

Khối USART lập trình được.

-

Giao diện chủ/tớ SPI.

-

Bộ định thời Watchdog lập trình được với dao động riêng lẻ.

-

Bộ so sánh Analog trên Chip.

I.1.1.3. Những điểm đặc biệt

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
11

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

-

Tự Reset khi cấp nguồn.

-

Có bộ giao động RC bên trong chip.

-

Các nguồn ngắt trong và ngắt ngoài.

-

Có 6 chế độ nghỉ (Sleep): Dừng (Idle), tiết kiệm năng lượng (Power save), nguồn
giảm (Power Down), giảm nhiều khi biến đổi ADC chế độ chờ (Standby) và
chế độ chờ mở rộng.

I.1.1.4. Số lượng I/O và dạng đóng gói
-

Có 32 đường I/O lập trình được với các chức năng khác nhau.

-

40 chân kiểu đóng gói PDIP, 44 chân kiểu TQFP và 44 chân kiểu MLF.

I.1.1.5. Điện thế
-

Từ 2.7V đến 5.5V cho ATmega 16L.

-

Từ 4.5V đến 5.5V cho ATmega 16.

I.1.1.6. Tần số
-

Từ 0 đến 8 MHz cho ATmega 16L.

-

Từ 0 đến 16 MHz cho ATmega 16.

I.1.1.7. Năng lượng tiêu thụ ở chế độ 1MHz, 3Volt, 25ºC đối với ATmega16L
-

Chế độ làm việc: 1.1 mA.

-

Chế độ dừng (Idle): 0.35mA.

-

Chế độ giảm nguồn < 1µA.

2.1.2. Nguyên lý làm việc
II.1.2.1.Mô tả các chân

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
12

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

Hình 2-1: Sơ đồ các chân của ATmega16


VCC: Chân cấp nguồn V+



GND: Chân cấp nguồn V-



PortA (PA0...PA7):
PortA có chức năng là các đầu vào của bộ biến đổi A/D. PortA cũng có

chức năng như là một cổng xuất nhập 8-bit, hai hướng. Nếu chức năng biến đổi A/D
không được sử dụng thì các chân của PortA có thể có khả năng cung cấp các điện
trở kéo lên bên trong (có khả năng lựa chọn cho từng bit). Khi PortA được sử dụng
chức năng là các cổng xuất, các bộ đệm xuất nhập của nó có một tính năng đối
xứng là có khả năng hút hoặc cấp nguồn cao. Khi PortA được sử dụng như những
chân (Input), chúng sẽ có khả năng hút dòng rất mạnh nếu những điện trở kéo
xuống bên trong được kích hoạt. Các chân của PortA sẽ ở trạng thái Tri-Stated khi
chế độ Reset được kích hoạt, thậm chí nếu xung đồng hồ bị ngưng.


PortB (PB0...PB7):

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
13

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

PortB có chức năng như là một cổng xuất nhập 8-bit, hai hướng. PortB có thể
có khả năng cung cấp các điện trở kéo lên bên trong (có khả năng lựa chọn cho
từng bit). Khi PortB được sử dụng chức năng là các cổng xuất, các bộ đệm xuất
nhập của nó có một tính năng đối xứng là có khả năng hút hoặc cấp nguồn cao.
Khi PortB được sử dụng như những chân (Input), chúng sẽ có khả năng hút dòng
rất mạnh, nếu những điện trở kéo xuống bên trong được kích hoạt. Các chân của
PortB sẽ ở trạng thái Tri- Stated khi chế độ Reset được kích hoạt, thậm chí nếu xung
đồng hồ bị ngưng. Ngoài ra PortB cũng có chức năng đặc biệt khác.


PortC (PC0...PC7):
PortC có chức năng như là một cổng xuất nhập 8-bit, hai hướng. PortC có thể

có khả năng cung cấp các điện trở kéo lên bên trong (có khả năng lựa chọn cho
từng bit). Khi PortC được sử dụng chức năng là các cổng xuất, các bộ đệm xuất
nhập của nó có một tính năng đối xứng là có khả năng hút hoặc cấp nguồn cao.
Khi PortC được xử dụng như những chân (Input), chúng sẽ có khả năng hút dòng
rất mạnh, nếu những điện trở kéo xuống bên trong được kích hoạt. Các chân của
PortC sẽ ở trạng thái Tri- Stated khi chế độ reset được kích hoạt, thậm chí nếu xung
đồng hồ bị ngưng.
Nếu giao diện JTAG được cho phép, các điện trở kéo lên trên các
chân PC5(TDI), PC3(TMS), PC2(TCK), sẽ được kích hoạt thập chí nếu có reset
xảy ra. Ngoài hai chức năng là xuất nhập và giao diện JTAG thì PortC còn có các
chức năng đặc biệt khác.


PortD (PD7...PD0):
Cũng như PortA, PortB, PortC, PortD cũng có chức năng xuất nhập tương

tự như các Port khác, ngoài ra PortD cũng có chức năng là một giao diện nối
tiếp USART, và chân vào của các ngắt ngoài.


Reset:
Khi một mức điện áp thấp được đặc vào được đặt vào chân này kéo dài hơn

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
14

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

một thời gian tối thiểu thì trái thái Reset sẽ được kích hoạt, thậm chí nếu xung đồng
hồ bị ngưng, xung có thời gian ngắn hơn thời gian tối thiểu không được đảm bảo
sẽ phát sinh ra Reset.


XTal1: Lối vào của bộ khuyếch đại dao động đảo và là lối vào của xung
đồng hồ để vi điều khiển hoạt động.



Xtal2: Lối ra từ bộ khuyếch đại đảo.



AVCC: Là nơi cung cấp nguồn cho bộ biến đổi A/D bên trong vi điều khiển,
mặc dù nếu ta không sử dụng chế độ biến đổi A/D thì ta cũng nên mắc chân
này lên VCC.



AREF: Là chân Vref của bộ biến đổi ADC.

II.1.2.2.Giao diện nối tiếp USART
Bộ truyền nhận nối tiếp USART (Universal Synchronous And Asynchonous
Serial Receiver And Transmitter) là một bộ truyền nhận nối tiếp linh động cao
được tích hợp sẵn trong vi điều khiển. Có các chức năng chính sau:
-

Chế độ truyền phát song công hoàn chỉnh (các thanh ghi truyền nhận là
những thanh ghi độc lập với nhau).

-

Chế độ truyền nhận đồng bộ và không đồng bộ.

-

Chế độ hoạt động đồng bộ với các thiết bị chủ tớ.

-

Độ phân giải cao về các tốc độ Baud.

-

Hỗ trợ kích thước các khung truyền là: 5, 6, 7, 8 hoặc 9 bit dữ liệu và một
hay 2 bit Stop.

-

Tự động phát bit kiểm tra chẵn lẻ và tự kiểm tra chẵn lẻ.

-

Tự động dò khi dữ liệu bị tràn.

-

Tự động dò lỗi khung truyền.

-

Chế độ lọc nhiễu gồm lỗi bit Start và bộ lọc thông thấp số.

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
15

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
-

2012

Hỗ trợ ba ngắt riêng biệt: TX (ngắt khi truyền xong), RX (ngắt khi thu
xong), ngắt khi thanh ghi truyền rỗng.

-

Hỗ trợ chế độ thông tin đa vi điều khiển.

-

Hỗ trợ tốc độ truyền gấp đôi ở chế độ truyền bất đồng bộ. Sơ đồ khối của bộ
USART như sau:

Hình 2-2: Sơ đồ khối của bộ USART
II.1.2.3.Tốc độ Baud
Tốc độ baud phụ thuộc vào tần số thạch anh chuẩn mắc vào vi điều khiển ta
có thể sử dụng những giá trị chuẩn để gán giá trị cho thạch anh phù hợp với tốc độ
baud.

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
16

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

Hình 2-3: Sơ đồ khối cách phát tốc độ Baud


Txclk: Xung clock phát (tín hiệu bên trong).



Rxclk: Xung clock thu (tín hiệu bên trong).



Fosc: Tần số dao động của hệ thống.

-

Cách thông dụng nhất để đặt tốc độ baud là cài đặt các giá trị tương ứng với
tốc độ baud mà ta mong muốn vào thanh ghi tốc độ baud UBRR. Bảng giá
trị tương ứng với tốc độ baud mà ta muốn đặt trong trường hợp sử dụng
một số thạch anh thông dụng.

II.1.2.4.Bộ biến đổi A/D
Vi điều khiển ATmega16 có một bộ biến đổi ADC tích hợp trong chip với
các đặc điểm:


Độ phân giải 10bit.



Sai số tuyến tính: 0.5LSB.



Độ chính xác +/-2LSB.

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
17

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây


Thời gian chuyển đổi: 65-260s.



8 kênh đầu vào có thể lựa chọn được.



Có hai chế độ chuyển đổi free running và single conversion.



Có nguồn báo ngắt khi hoàn thành chuyển đổi.



Loại bỏ nhiễu trong chế độ ngủ.

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
18

2012

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

Hình 2-4: Sơ đồ bộ biến đổi A/D
Tám đầu vào của ADC là tám chân của PORTA và chúng được chọn thông
qua một MUX. Để điều khiển hoạt động vào ra dữ liệu của ADC và CPU chúng ta
có 3 thanh ghi: ADMUX là thanh ghi điều khiển lựa chọn kênh đầu vào cho ADC,
ADCSRA là thanh ghi điều khiển và thanh ghi trạng thái của ADC, ADCH và

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
19

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

ADCL là 2 thanh ghi dữ liệu.
2.2.

MÀN HÌNH HIỂN THỊ LCD TG240128A-04
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng rất

nhiều trong các ứng dụng của vi điều khiển. Modul LCD được kết nối với vi
điều khiển thông qua các port xuất nhập, cũng có thể kết nối trực tiếp với bus dữ
liệu kết hợp với mạch giải mã địa chỉ. Kiểu modul LCD được sử dụng ở đây là
TG240128A-04 của TINSHARP được thiết kế trên cơ sở vi điều khiển T6963C
(TOSHIBA). Sau đây là những mô tả chính về LCD:
2.2.1. Đặc điểm chung

Hình 2-5: Đặc điểm của LCD TG240128A-04
2.2.2. Sơ đồ khối

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
20

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

Hình 2-6: Sơ đồ khối của LCD TG240128A-04
2.2.3. Chức năng các chân điều khiển
Modul LCD có các chân được bố trí thành một hàng ngang trên một bo
mạch, được dùng để kết nối với vi điều khiển có tất cả 21 chân được đánh số thứ
tự. Chức năng của các chân này được mô tả trong bảng dưới đây:
Số thứ tự

Ký Hiệu

Chân

Chân

1

FGND

0V

Nối đất vỏ

2

VSS

0V

Đất

3

VDD

+5.0V

Nguồn cho LCD

4

V0

--

Điện áp input cho LCD

5

/WR

H/L

Ghi (từ AVR vào LCD)

6

/RD

H/L

Đọc (từ LCD vào AVR)

7

/CS(CE)

H/L

Chọn chíp (tích cực mức thấp)

Mức

Mô tả

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
21