Giáo án gộp Công nghệ 12 Điện - Điện tử Cánh diều kì II

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS đọc nội dung mục I.1. Cấu trúc trong SGK và trả lời các câu hỏi: 

+ Hãy mô tả cấu trúc của bo mạch lập trình vi điều khiển.

+ Nêu chức năng của từng thành phần trong sơ đồ cấu trúc của bo mạch lập trình vi điều khiển

-  GV yêu cầu HS đọc nội dung mục 1.2. Ung dung trong SGK và trả lời câu hỏi:

1. Bo mạch lập trình vi điều khiển thường được sử dụng ở đâu? 

2. Nêu một số ví dụ ứng dụng của bo mạch lập trình vi điều khiển Arduino.

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. CẤU TRÚC, ỨNG DỤNG CỦA BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN

1. Cấu trúc

Bo mạch lập trình vi điều khiển bao gồm vi điều khiển là khối trung tâm cùng các khối hỗ trợ như khối nguồn, khối chỉ thị, khối truyền thông, kết nối tín hiệu vào/ ra,... (Hình 25.2).

– Chức năng từng thành phần:

+ Khối nguồn: cung cấp điện cho bo mạch làm việc, thông thường nguồn được cấp qua cổng USB hoặc nguồn ngoài.

+ Khối truyền thông: kết nối với máy tính để nạp chương trình và giao tiếp với máy tính qua cổng USB.

+ Khối tạo dao động: sử dụng dao động thạch anh có tần số rất lớn, hàng chục MHz để tạo xung nhịp.

+ Các LED chỉ thị: chỉ thị trạng thái của bo mạch như báo trạng thái cấp nguồn, báo trạng thái truyền và nhận dữ liệu trên cổng truyền thông,...

+ Cổng đầu vào/ra tín hiệu tương tự: nhận và đưa tín hiệu tương tự tới các thiết bị bên ngoài như cảm biến, loa,...

+ Cổng đầu vào/ra tín hiệu số: nhận tín hiệu số và đưa tín hiệu xử lí số tới các thiết bị bên ngoài.

Ví dụ (Hình 25.3) 

2. Ứng dụng

Bo mạch lập trình vi điều khiển được sử dụng trong các bộ điều khiển lập trình được ứng dụng rộng rãi trong các máy sản xuất và phục vụ đời sống như: điều khiển tín hiệu đèn giao thông; Thiết bị giám sát điện năng tiêu thụ; Bộ điều khiển tốc độ động cơ - biến tần.

- Một số ví dụ ứng dụng của bo mạch lập trình vi điều khiển Arduino.

+ Ứng dụng bo mạch lập trình vi điều khiển để bật tắt tự động hệ thống sưởi ấm gia cầm trong mùa lạnh.

+ Ứng dụng bo mạch lập trình Arudino Micro để điều khiển máy bay không người lái.

+ Ứng dụng Arduino Uno để đo khoảng cách sử dụng cảm biến siêu âm.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS đọc nội dung mục II. Công cụ lập trình của một bo mạch lập trình vi điều khiển trong SGK và trả lời các câu hỏi:

1. Công cụ để lập trình cho bo mạch lập trình vi điều khiển là gì?

2. Hãy cho biết cấu trúc công cụ lập trình của một bo mạch lập trình vi điều khiển.

- GV cho HS quan sát ví dụ về giao diện phần mềm lập trình Arduino IDE.

- GV 

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. CÔNG CỤ LẬP TRÌNH CỦA MỘT BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN

- Công cụ để lập trình cho bo mạch lập trình vi điều khiển là một phần mềm. Mỗi loại bo mạch lập trình vi điều khiển sẽ sử dụng một phần mềm lập trình riêng. Phần mềm sẽ được cài đặt trên máy tính để lập chương trình và nạp chương trình vào bo mạch vi điều khiển qua cổng truyền thông.

- Cấu trúc của công cụ lập trình vi điều khiển bao gồm các phần chính như:

• Editor: soạn thảo văn bản, dùng để viết code.

• Debugger: tìm kiếm và sửa lỗi phát sinh khi xây dựng chương trình.

• Compiler hoặc interpreter: biên dịch code thành ngôn ngữ mà vi điều khiển có thể hiểu và thực thi code theo yêu cầu.

Ví dụ:

Giao diện màn hình của phần mềm Arduino IDE gồm 4 vùng:

• Vùng 1: là thanh menu (menu bar), bao gồm các tuỳ chọn thiết lập cho phần mềm Arduino và cho các phác thảo (sketch) đang thực hiện.

• Vùng 2: là thanh biểu tượng (symbol bar), bao gồm các nút nhấn xác thực (verify) để biên dịch bản phác thảo (sketch), tải lên (upload) để nạp sketch vào bo mạch, tạo mới (new) để tạo sketch mới, mở (open) để mở sketch, lưu (save) để lưu sketch và màn hinh truyền thông nối tiếp (serial monitor) để mở công truyền thông (serial port).

• Vùng 3: vùng để soạn thảo chương trinh (code) cho sketch.

• Vùng 4: vùng hiển thị thông tin khi biên dịch, hiển thị quá trình nạp sketch và các thông báo lỗi khi biên dịch sketch (nếu có).

- Một số câu lệnh cơ bản thường sử dụng trong phần mềm Arduino IDE

(Bảng đính kèm phía dưới)

Câu lệnh

Cú pháp

Tham số đầu vào

Ví dụ

Chú thích

Thiết lập chức năng vào/ra cho chân

pinMode (pin, mode)

pin: tên của chân mà bo mạch cần thiết lập. mode: INPUT (đầu vào), INPUT_PULLU (đầu vào ở mức logic cao) hoặc OUTPUT (đầu ra).

pinMode (13, OUTPUT);

Thiết lập chân 13 có chức năng là chân đầu ra số

Xuất dữ liệu số ở đầu ra

digitalWrite (pin, value)

pin: tên của chân mà bo mạch cần xuất. value: HIGH (logic cao) hoặc LOW (logic thấp).

digitalWrite (13, HIGH);

Xuất dữ liệu số với mức logic cao ở chân 13

Hàm trễ

delay(ms)

ms: thời gian ở mức mili giây

delay (1000);

Chương trình dừng lại một khoảng thời gian là 1000 ms

Đọc tín hiệu tương tự ở đầu vào

analogRead (pin)

pin: tên của chân mà bo mạch cần đọc.

analogRead (A0)

Đọc tín hiệu tương tự ở chân A0

Đọc tín hiệu số ở đầu vào

digitalRead (pin)

pin: tên của chân mà bo mạch cần đọc.

digitalRead (2)

Đọc tín hiệu số ở chân 2

Chương trình con khởi tạo ban đầu

void setup() 

{ 

// Các câu lệnh khởi tạo 

}

Không có tham số đầu vào.

void setup() {

pinMode(13, OUTPUT); 

}

Chương trình con setup () định nghĩa chân số 13 là chân tín hiệu số đầu ra

Chương trình chính

void loop() 

{ 

// Các câu lệnh chương trinh 

}

Không có tham số đầu vào.

void loop() {

digitalWrite (13, HIGH); 

}

Xuất dữ liệu số với mức logic cao ở chân 13

PHIẾU TRẮC NGHIỆM

Câu 1: Đâu là một trong những thành phần chính của bo mạch lập trình: 

A. Mạch ổn áp 

B. Nguồn cấp điện 

C. Vi điều khiển 

D. Máy tính 

Câu 2: Khối nguồn trong hệ thống vi điều khiển có chức năng gì?

A. Cung cấp điện cho bo mạch làm việc.
B. Kết nối với máy tính để nạp chương trình.
C. Tạo xung nhịp sử dụng thạch anh.
D. Cung cấp tín hiệu điều khiển cho các thiết bị ngoại vi.

Câu 3: Trong giao diện của phần mềm lập trình Arduino IDE, thanh biểu tượng (symbol bar) có vai trò:

A. Cung cấp các nút chức năng cần thiết cho việc lập trình

B. Cửa sổ làm việc chủ yếu của lập trình viên

C. hiển thị thông tin khi biên dịch

D. Giúp phát triển các ứng dụng tự động.

Câu 4: Câu lệnh: pinMode(LED_BUILIN, OUTPUT) có nhiệm vụ:

A. Thiết lập chức năng đầu ra 

B. Thiết lập chương trình dừng lại 1 khoảng thời gian.

C. Thiết lập chương trình con khởi tạo ban đầu.

D. Xuất dữ liệu: bật đèn.

Câu 5: Trên bo mạch lập trình vi điều khiển, chuỗi xung điện dao động tuần hoàn cần thiết cho sự hoạt động của vi điều khiển được tạo ra bởi

A. khối tạo dao động.

C. cổng vào ra.

B. khối truyền thông.

D. khối nguồn.

Câu 6: Trong công cụ lập trình, Compiler hoặc interpreter có chức năng:

A. tìm kiếm, sửa lỗi phát sinh khi xây dựng chương trình.

B. viết code.

C. biên dịch code và thực thi code theo yêu cầu.

D. soạn thảo văn bản.

Câu 7: Trên bo mạch lập trình vi điều khiển, khối chức năng có nhiệm vụ cấp nguồn cho vi điều khiển hoạt động ở điện áp 3,3 V hoặc 5 V một chiều (DC) là

A. khối tạo dao động.

B. khối truyền thông.

C. cổng vào/ra.

D. khối nguồn.

PHIẾU BÀI TẬP

Câu 1: Kể tên một số ứng dụng của bo mạch lập trình vi điều khiển trong các thiết bị điện tử mà em biết.

Câu 2. Các nhận định sau đúng hay sai

Bo mạch lập trình vi điều khiển bao gồm vi điều khiển là khối trung tâm cùng các khối hỗ trợ như khối nguồn, khối chỉ thị, khối truyền thông, kết nối tín hiệu ra/vào,… Trong đó khối truyền thông có vai trò: 

a) Cung cấp điện cho bo mạch làm việc.

b) Kết nối các máy tính để nạp chương trình.

c) Giao tiếp với máy tính qua cổng USB.

d) Tạo xung nhịp.

1C

2A

3A

4A

5A

6C

7D