Giáo án Công nghệ 12 Điện - điện tử Kết nối bài 24: Khái quát về vi điều khiển

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- HS tham gia hoạt động Khám phá (trang 128 SGK)

Vi điều khiển được coi là một máy tính thu nhỏ trong một mạch tích hợp. Quan sát Hình 24.2 và cho biết những thành phần nào của máy tính cá nhân được thu nhỏ vào vi điều khiển? Những thành phần nào không được thu nhỏ vào vi điều khiển?

- GV giới thiệu thêm: Vi điều khiển trong hình 24.2a có hình dạng của một con chip bốn hàng chân phẳng (Quad Flat Package - QFP), một kiểu đóng gói thông dụng của mạch tích hợp (integrated circuit - IC).

- GV cho HS tổng kết các đặc điểm của một vi điều khiển.

- GV đặt câu hỏi: Phân biệt vi điều khiển với các IC thông thường.

+ Câu hỏi: Máy tính truyền thống cũng có thể lập trình được, vậy so với vi điều khiển thì có gì khác?

- HS tìm hiểu và trình bày:

Vị trí, vai trò của vi điều khiển trong các thiết bị điện/điện tử.

+ Câu hỏi mở rộng: Theo các em giữa máy tính và vi điều khiển thiết bị nào được sử dụng nhiều hơn trong cuộc sống?

Đáp án: Theo số liệu thống kê trong năm 2021 số lượng vi điều khiển được giao nhận trên toàn thế giới là 3,2 tỉ thiết bị, gấp gần 100 lần số lượng máy tính được giao nhận trong cùng thời điểm (342 triệu).

- GV giới thiệu cho HS một trong những cách phân loại vi điều khiển phổ biến nhất hiện nay.

- Câu hỏi mở rộng: Theo em ưu điểm và nhược điểm của vi điều khiển có khả năng xử lí nhiều bit dữ liệu cùng một lúc là gì?

Đáp án: Số lượng bịt càng lớn thì vi điều khiển càng xử lí được nhiều thông tin hơn tại một thời điểm, nhưng cấu tạo sẽ phức tạp hơn khiến cho giá thành thường là cao hơn và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn.

- Ngoài ra GV nêu thêm một số cách phân loại phổ biến khác như theo họ sản phẩm (ví dụ: 8051, AVR, PIC,...), theo kiến trúc tập lệnh hay kiến trúc bộ nhớ. Một số ví dụ về phân loại theo kiến trúc bao gồm CISC: 8051 (Intel), 68HC11 (Freescale),... RISC: ARM, AVR (Atmel),...

GV yêu cầu HS hoạt động với hộp chức năng Kết nối năng lực (trang 130 SGK) 

Một bo mach Arduino Uno R3 sử dụng vi điều khiển ATmega328P. Hãy tìm hiểu xem vi điều khiến này thuộc loại nào theo hai cách phân loại phổ biến phía trên.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận: DKSP

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV chuyển sang nội dung  tiếp theo.

I. Giới thiệu

1. Khái niệm về vi điều khiển

Trả lời Khám phá (trang 128 SGK)

- Thành phần nào của máy tính cá nhân được thu nhỏ vào vi điều khiển: CPU, ROM, RAM, Bộ điều khiển vào/ra. 

- Các thành phần không được thu nhỏ vào vi điều khiển: loa, màn hình, bàn phím, con chuột, ổ cứng, bộ giao tiếp mạng.

- Đặc điểm của một vi điều khiển:

1. Là một mạch tích hợp;

2. Có thể lập trình;

3. Sử dụng cho một mục đích cụ thể.

- So với các IC thông thường, vi điều khiển cho phép triển khai các giải pháp linh hoạt hơn thông qua lập trình. 

Ví dụ trên Hình 24.3 SGK, người ta có thể điều khiển đèn LED giao thông đếm ngược bằng một IC thông thường, hoặc bằng vi điều khiển. Điểm khác biệt là khi ta muốn thay đổi chu kì đếm (ví dụ từ 30 s về 0 thay vì từ 20 s về 0), nếu sử dụng IC đếm ngược thông thường, ta sẽ phải thay IC mới trong khi vẫn có thể tái sử dụng vi điều khiển cũ, chỉ cần lập trình lại phần mềm cho nó mà thôi.

- Máy tính truyền thống dùng để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau như soạn thảo văn bản, truy cập internet, nghe nhạc, hay xem phim,... 

+ Vi điều khiển, dù cũng được coi là một máy tính, thường được thiết kế tối giản cho một ứng dụng chuyên biệt như điều khiển khoá thông minh hay đếm ngược đèn giao thông. 

2. Ứng dụng của vi điều khiển

- Vi điều khiển có mặt trong hầu hết máy móc, thiết bị hiện đại quanh ta, trong các lĩnh vực giao thông vận tải, y tế, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thông tin liên lạc,... 

- Tuy được sử dụng rộng rãi nhưng vi điều khiển ít khi lộ diện vì chúng thường được tích hợp bên trong thiết bị chủ, do đó còn được gọi là các máy tính nhúng.

3. Phân loại vi điều khiển

Hai cách phân loại chính

- Theo độ rộng dữ liệu mà vi điều khiển có thể xử lí tính theo đơn vị bịt, ví dụ: vi điều khiển 8 bit, vi điều khiển 16 bit, vi điều khiển 32 bit,...

- Theo họ vi điều khiển, ví dụ vi điều khiển họ 8051, vi điều khiển họ PIC, vi điều khiển họ AVR,...

Trả lời Kết nối năng lực (trang 130 SGK) 

Theo độ rộng dữ liệu: 8 bit; 

Theo họ sản phẩm: AVR.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận, trả lời Khám phá (trang 130 SGK)

Hình 24.4 minh hoạ quá trình hoạt động của một khoá thông minh. Theo em, vì điều khiển cần có những khối chức năng nào để thực hiện hoạt động này?

- Sau đó GV khái quát hoá sơ đồ chức năng của một vi điều khiển tổng quát thông qua Hình 24.5 SGK bao gồm:

…………………

II. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN

1. Sơ đồ chức năng

Trả lời Khám phá (trang 130 SGK)

Vi điều khiển cần có những thành phần sau để đảm bảo hoạt động:

+ Bộ phận tiếp nhận tín hiệu vào có chức năng chuyển đổi dấu vân tay nhận được từ cảm biến thành định dạng mà vi điều khiển có thể hiểu được như Hình dưới.

+ Bộ nhớ có chức năng lưu trữ những vân tay hợp lệ.

+ Bộ xử lí có chức năng so sánh dữ liệu lối vào với dữ liệu lưu trữ để ra quyết định mở hay khoá cửa.

+ Bộ phận xuất tín hiệu có chức năng chuyển đổi dữ liệu từ bộ xử lí (ở đây là quyết định đóng hay mở khoá) thành dạng tín hiệu phù hợp để cơ cấu chốt cửa thực thi quyết định.

………………….