Đáp án Công nghệ 12 Điện - Điện tử kết nối Bài 24: Khái quát về vi điều khiển

BÀI 24. KHÁI QUÁT VỀ VI ĐIỀU KHIỂN

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Bên trong khoá cửa thông minh (Hình 24.1) có một vi điều khiển. Theo em, vi điều khiển đóng vai trò gì trong khoá thông minh này?

Hướng dẫn chi tiết:

Vai trò của vi điều khiển: điều khiển việc mở và đóng cửa, gửi tín hiệu cho các cảm biến để kiểm tra trạng thái của cửa (như cửa đã được mở hay đóng), và kết nối với các thiết bị khác như điện thoại thông minh hoặc hệ thống nhà thông minh qua Wi-Fi hoặc Bluetooth.

I. GIỚI THIỆU

KHÁM PHÁ

Câu 1: 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?

Hướng dẫn chi tiết:

Thành phần của máy tính cá nhân được thu nhỏ vào vi điều khiển: CPU, bộ điểu khiển vào/ra, bộ nhớ Rom, bộ đếm thời gian.

LUYỆN TẬP:

Câu hỏi: Hãy chỉ ra một ứng dụng của vi điều khiển trong thiết bị điện gia dụng

Hướng dẫn chi tiết:

Ứng dụng của vi điều khiển trong lò vi sóng:

• Điều chỉnh mức công suất của magnetron dựa trên cài đặt người dùng, đảm bảo thực phẩm được nấu chín đều và chính xác.

• Tính toán thời gian nấu dựa trên cài đặt người dùng, tự động tắt lò khi hết thời gian.

• Cho phép người dùng lựa chọn các chương trình nấu nướng được cài đặt sẵn cho các loại thực phẩm khác nhau.

• Cung cấp thông tin cho người dùng.

• Xử lý tín hiệu từ bảng điều khiển, cho phép người dùng điều khiển lò vi sóng.

• Kích hoạt khóa an toàn để ngăn trẻ em sử dụng lò vi sóng mà không có sự giám sát của người lớn.

II. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN

1. Sơ đồ chức năng

KHÁM PHÁ

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

Hướng dẫn chi tiết:

Vi điều khiển cần có những khối chức năng sau để thực hiện hoạt động này:

• Khối chức năng xử lý trung tâm (CPU): xử lý các lệnh, tính toán và điều khiển hoạt động của các khối chức năng khác.

• Khối chức năng bộ nhớ: Lưu trữ dữ liệu. Cần có dung lượng bộ nhớ đủ lớn để lưu trữ lượng dữ liệu vân tay cần thiết.

• Khối chức năng giao tiếp: Cần có các giao thức truyền thông phù hợp với các thiết bị ngoại vi khác nhau.

• Khối chức năng quản lý nguồn: Cung cấp năng lượng cho các khối chức năng khác. Cần có khả năng điều chỉnh mức tiêu thụ điện năng dựa trên trạng thái hoạt động của khóa.

• Khối chức năng bảo mật: Bảo vệ dữ liệu vân tay và các cài đặt. Cần có các thuật toán mã hóa và xác thực mạnh mẽ.

LUYỆN TẬP

Câu hỏi: Một vi điều khiển được dùng để điều khiển LED nhấp nháy theo chu kì thay đổi. Hãy cho biết LED cần được kết nối với cổng vào hay cổng ra của vi điều khiển

Hướng dẫn chi tiết:

LED cần được kết nối với cổng ra (output pin) của vi điều khiển.

VẬN DỤNG

Câu hỏi: Một vi điều khiển có CPU hoạt động ở tần số 1MHz.

1. Một xung nhịp của CPU có chu kì bao nhiêu giây?

2. Biết vi điều khiển cần 100 xung nhịp để hoàn thành một câu lệnh, tính thời gian cần thiết để thực hiện câu lệnh.

3. Biết vi điều khiển được lập trình để điều khiển bật và tắt LED thông qua hai câu lệnh khác nhau, tính tần số nhấp nháy tối đa của LED.

Hướng dẫn chi tiết:

1. Chu kỳ của một xung nhịp CPU: Chu kỳ = 1 / Tần số

CPU hoạt động ở tần số 1 MHz = 1.000.000 Hz. Vậy, chu kỳ của một xung nhịp CPU là: Chu kỳ = 1/1.000.000 Hz = 0.000001 giây = 1 µs (micro giây).

2. Vi điều khiển cần 100 xung nhịp để hoàn thành một câu lệnh. Do đó, thời gian cần thiết để thực hiện một câu lệnh: 

Thời gian = Chu kỳ*Số xung nhịp = 1 µs/xung nhịp * 100 xung nhịp = 100 µs

3. Giả sử vi điều khiển được lập trình để điều khiển bật và tắt LED thông qua hai câu lệnh khác nhau. Để LED nhấp nháy, vi điều khiển cần thực hiện luân phiên hai câu lệnh này liên tục. 

Giả sử không có thời gian chờ, ta có: Tần số nhấp nháy = 1/(Thời gian thực hiện 1 câu lệnh * 2) = 1/(100 µs/câu lệnh * 2) = 5.000 Hz

Vậy, tần số nhấp nháy tối đa của LED là 5.000 Hz, tương đương 5.000 lần bật/tắt LED mỗi giây.