Giáo án Công nghệ 12 Điện - điện tử Kết nối bài 25: Bo mạch lập trình vi điều khiển

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV cho HS tìm hiểu

+ Bo mạch lập trình vi điều khiển là gì?

+ Tóm tắt nhiệm vụ của bo mạch lập trình vi điều khiển. 

- GV có thể đặt câu hỏi vận dụng cho HS: 

Trên Hình 25.1 ngoài giao diện USB dùng để kết nối vi điều khiển với máy tính, theo em bo mạch lập trình vi điều khiển còn cung cấp nhiều giao diện khác để làm gì?

-  GV có thể cho HS tìm hiểu Thông tin bổ sung (SGK).

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 VỀ BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN

- Bo mạch lập trình vi điều khiển là một thiết bị cho phép nạp đoạn mã chương trình sau khi biên dịch từ máy tính vào vi điều khiển thông qua các giao diện kết nối về điện và cơ khí.

- Nhiệm vụ của một bo mạch lập trình là cung cấp các giao diện kết nối về điện và cơ khí nhằm đảm bảo tính tương thích và thuận tiện khi kết nối vì điều khiển với các thiết bị khác. 

- Ngoài kết nối với máy tính, thông qua các giao diện này, ta có thể dễ dàng kết nối vi điều khiển với các cảm biến hay cơ cấu chấp hành bên ngoài, tạo ra nhiều giải pháp đo lường và điều khiển hữu ích trong cuộc sống.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV mô tả cấu trúc của bo mạch lập trình vi điều khiển theo Hình 25.3 SGK.

- HS tìm hiểu về chức năng của các thành phần chính trong bo mạch.

- GV có thể cho HS vận dụng kiến thức vừa tìm hiểu được để:

Nêu tên khối chức năng tương ứng cho các linh kiện trên bo mạch Arduino Uno ở Hình 25.4.

Đáp án:

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.

- 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.

II. CẤU TRÚC CỦA BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN

- Một bo mạch điển hình thường được tổ chức theo sơ đồ trên Hình 25.3 với các thành phần chính sau đây:

• Khối nguồn gồm giao diện với nguồn cấp điện ngoài và các mạch ổn áp, có nhiệm vụ cung cấp nguồn nuôi ổn định cho các khối chức năng khác trên bo mạch.

• Vi điều khiển là thành phần chính của bo mạch lập trình, nơi lưu trữ và thực thi các chương trình phần mềm được nạp từ máy tính vào bo mạch.

• Khối dao động phát ra chuỗi xung tuần hoàn để đồng bộ hoạt động của các khối chức năng bên trong vi điều khiển.

• Khối truyền thông: đa số vì điều khiển hiện nay truyền hay nhận dữ liệu theo chuẩn kết nối UART, trong khi thiết bị bên ngoài thường sử dụng chuẩn kết nối khác. Khối truyền thông cung cấp giao diện chuyển đổi giữa các chuẩn truyền thông, giúp trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển với các thiết bị bên ngoài trở nên thuận lợi.

• Khối tín hiệu vào/ra cung cấp giao diện thuận tiện để kết nối các cổng vào/ra của vi điều khiển với cảm biến hay thiết bị chấp hành.

- Ví dụ: một bo mạch lập trình vi điều khiển Arduino Uno (Hình 25.4):

Bên cạnh linh kiện của các khối chức năng cơ bản, còn có một số LED chỉ thị hay phim bấm reset dùng để hỗ trợ quá trình kiểm thử và sửa lỗi phần mềm trên vi điều khiển.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- HS tìm hiểu và trình bày về:

Ứng dụng của bo mạch lập trình vi điều khiển trong đo lường và trong điểu khiển.

- GV giới thiệu câu lệnh Arduino analogRead (pin) để đọc dữ liệu từ cổng vào tương tự cho ví dụ ở Hình 25.5 SGK.

GV giới thiệu hai câu lệnh Arduino pinMode (pin, OUTPUT) và digitalWrite (pin, value) để ghi dữ liệu lên một cổng ra số cho ví dụ ở Hình 25.6 SGK.

- GV cho HS trả lời mục Kết nối năng lực (SGK trang 136)

Hãy tìm hiểu thêm các ứng dụng khác của bo mạch lập trình vi điều khiển trong cuộc sống. Trong ứng dụng mà em tìm được, vi điều khiển thực hiện chức năng đọc hay ghi dữ liệu trên các cổng vào/ra của nó.

-  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.

…………………

III. ỨNG DỤNG BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN

Bo mạch lập trình vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị đo lường và điều khiển.

- Trong đo lường, bo mạch lập trình vi điều khiển được kết nối với cảm biến cho phép đọc dữ liệu từ cảm biến thông qua lệnh đọc cổng vào tương ứng phục vụ cho các ứng dụng giám sát thông số như giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng môi trường,... 

Ví dụ: (Hình 25.5) sử dụng bo mạch Arduino Uno kết nối với cảm biến để đo và giám sát độ ẩm đất.

- Trong điều khiển, bo mạch lập trình vi điều khiển kết nối với các thiết bị chấp hành cho phép điều khiển chúng theo kịch bản định trước, thông qua các lệnh ghi vào cổng ra tương ứng. Điều này cho phép, chúng ta phát triển các ứng dụng tự động như bật, tắt đèn, đóng, mở cửa,... 

Ví dụ (Hình 25.6) sử dụng bo mach Arduino Uno để điều khiển LED.

Kết nối năng lực (SGK trang 136)

HS tìm hiểu các ví dụ.

Ví dụ: 

- Ứng dụng bo mạch lập trình vi điều khiển Arduino Uno điều khiển hệ thống sưởi ấm gia cầm trong mùa lạnh có tín hiệu đầu vào là tín hiệu tương tự nhận từ cảm biến nhiệt độ.

+ Vi điều khiển thực hiện chức năng đọc dữ liệu.

- Ứng dụng bo mạch lập trình vì điều khiển Arduino Micro điều khiển từ xa thiết bị bay không người lái.

+ Vi điều khiển thực hiện chức năng ghi dữ liệu.

…………………