Giáo án NLS Công nghệ 12 Đ-ĐT kết nối Bài 24: Khái quát về vi điều khiển
Giáo án NLS Công nghệ 12 (Điện - Điện tử) kết nối tri thức Bài 24: Khái quát về vi điều khiển. Với năng lực số được tích hợp, tiết học sẽ giúp học sinh làm quen và ứng dụng công nghệ, tin học. KHBD này là file word, tải về dễ dàng. Là mẫu giáo án mới nhất năm 2026 để giáo viên dạy tốt môn CN 12.
Xem: => Giáo án tích hợp NLS Công nghệ 12 Điện - Điện tử Kết nối tri thức
Ngày soạn:…/…/…
Ngày dạy:…/…/…
CHƯƠNG IX: VI ĐIỀU KHIỂN
BÀI 24: KHÁI QUÁT VỀ VI ĐIỀU KHIỂN
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
Trong bài học này, HS sẽ tìm hiểu:
- Khái niệm, phân loại và ứng dụng của vi điều khiển.
- Sơ đồ chức năng của vi điều khiển.
2. Năng lực
Năng lực chung:
- Năng lực tự chủ và tự học: Chủ động, tìm hiểu khái quát về vi điều khiển.
- Năng lực giao tiếp hợp tác: Chủ động học tập, tích cực giao tiếp và hợp tác nhóm để giải quyết các nhiệm vụ trong quá trình học tập.
- Năng lực vận dụng kiến thức và kĩ năng: Vận dụng những kiến thức đã học để tìm hiểu thêm nhiều kiến thức khác về vi điều khiển.
Năng lực công nghệ:
- Trình bày được khái niệm vi điều khiển.
- So sánh được vi điều khiển với IC thông thường và máy tính truyền thông.
- Trình bày được ứng dụng của vi điều khiển.
- Phân loại được vi điều khiển.
- Kể tên được các khối chức năng cơ bản của vi điều khiển và vẽ được sơ đồ chức năng của vi điều khiển.
- Mô tả được vai trò của các khối có trong sơ đồ chức năng của vi điều khiển.
Năng lực số:
- 1.1.NC1b: Áp dụng được kỹ thuật tìm kiếm để lấy được dữ liệu, thông tin và nội dung trong môi trường số.
- 2.4.NC1a: Đề xuất được các công cụ và công nghệ số khác nhau cho các quá trình hợp tác.
- 6.1.NC1a: Phân tích được cách AI hoạt động trong các ứng dụng cụ thể.
- 6.2.NC1a: Phát triển được các ứng dụng AI tùy chỉnh (câu lệnh prompt) để giải quyết các vấn đề cụ thể.
3. Phẩm chất
- Chăm chỉ học tập.
II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU
1. Đối với giáo viên:
- Máy tính, máy chiếu.
- KHBD, SGK Công nghệ 12 – Công nghệ Điện – Điện tử.
- Học liệu số: Video "Inside a Microcontroller", Hình ảnh 3D cấu trúc vi điều khiển, Video AI khởi động bài học.
- Công cụ số: Chatbot AI (ChatGPT/Copilot), Padlet (Bảng cộng tác), Quizizz.
2. Đối với học sinh:
- SGK Công nghệ 12 – Công nghệ Điện – Điện tử.
- Thiết bị di động (Smartphone/Tablet/Laptop) có kết nối Internet.
- Các dụng cụ học tập theo yêu cầu của GV.
III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
1. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG
a. Mục tiêu: HS huy động khả năng quan sát, vốn hiểu biết, kinh nghiệm thực tế của HS về vi điều khiển; tạo sự hứng thú, kích thích tính tò mò, tạo tâm thế cho HS vào bài học.
b. Nội dung: GV đặt câu hỏi, HS lắng nghe và trả lời câu hỏi.
c. Sản phẩm học tập: Câu trả lời của HS.
d. Tổ chức thực hiện:
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV yêu cầu xem video AI được thiết kế để phục vụ bài dạy.
- GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi xuất hiện trong video đó.
- GV yêu cầu HS thực hiện nhiệm vụ:
Bên trong khóa cửa thông minh (Hình 24.1) có một vi điều khiển. Theo em, vi điều khiển đóng vai trò gì trong khóa thông minh này?
- GV yêu cầu HS sử dụng Chatbot AI để tìm câu trả lời so sánh vui: "Hãy so sánh vi điều khiển với bộ não con người bằng một phép ẩn dụ dễ hiểu".
[6.2.NC1a: HS phát triển câu lệnh prompt tùy chỉnh để yêu cầu AI giải thích khái niệm trừu tượng bằng ngôn ngữ dễ hiểu (ẩn dụ).]
Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS quan sát hình và trả lời câu hỏi.
[1.2.NC1b: HS thực hiện phân tích, diễn giải dữ liệu hình ảnh và âm thanh từ nội dung số (video AI) để xác định nhân tố cụ thể.]
- GV quan sát, gợi ý câu trả lời cho HS.
Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
- GV mời đại diện 1 HS trả lời câu hỏi.
Gợi ý trả lời:
Vi điều khiển được coi là một máy tính thu nhỏ trong một mạch tích hợp và có chức năng tính toán và điều khiển cho mục đích đóng mở khóa cửa.
- Các HS khác lắng nghe và nhận xét.
Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập
- GV nhận xét và dẫn dắt vào bài học mới: Trong thời kì Công nghệ 4.0, việc sử dụng các thiết bị thông minh trong gia đình ngày càng được phổ biến với nhiều tiện ích để nâng cao cuộc sống của con người. Hơn nữa, rất nhiều thiết bị sử dụng được là nhờ có vi điều khiển. Vậy để tìm hiểu vi điều khiển, chúng ta cùng bước vào bài học ngày hôm nay – Bài 24: Khái quát về vi điều khiển.
2. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC
Hoạt động 1. Tìm hiểu về vi điều khiển
a. Mục tiêu:
- HS biết được khái niệm về vi điều khiển.
- HS nêu được vị trí, vai trò của vi điều khiển trong các ứng dụng thực tế.
- HS nêu được một số phương pháp dùng để phân loại vi điều khiển.
b. Nội dung: GV yêu cầu HS đọc SGK và thực hiện các yêu cầu của giáo viên để tìm hiểu về khái niệm vi điều khiển, ứng dụng của vi điều khiển.
c. Sản phẩm: HS ghi nhận được bản chất cốt lõi của vi điều khiển. HS biết được vị trí và vai trò của vi điều khiển trong các thiết bị điện/điện tử thông dụng. HS biết được một số loại vi điều khiển.
d. Tổ chức thực hiện:
…………………………………………..
…………………………………………..
…………………………………………..
Hoạt động 2. Tìm hiểu về sơ đồ chức năng của vi điều khiển
a. Mục tiêu:
- HS nêu được sơ đồ tổ chức các khối chức năng trong vi điều khiển.
- HS nêu được vai trò và chức năng của các khối chức năng bên trong vi điều khiển.
b. Nội dung: GV yêu cầu HS đọc SGK và thực hiện các yêu cầu của giáo viên để tìm hiểu về sơ đồ chức năng của vi điều khiển.
c. Sản phẩm: HS hiểu, nêu được cách thức tổ chức các khối chức năng trong vi điều khiển, vai trò và chức năng của các khối chức năng bên trong vi điều khiển.
d. Tổ chức thực hiện:
| HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS | DỰ KIẾN SẢN PHẨM | NLS |
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập - GV đặt vấn đề: "Trong các vi điều khiển hiện đại (như ESP32), người ta tích hợp thêm cả module AI (AI accelerator). Vậy nó khác gì VĐK thường?" + Yêu cầu HS dùng AI để giải thích khái niệm "TinyML" hoặc "Edge AI" trên vi điều khiển. - 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: + Khối đầu vào chịu trách nhiệm tiếp nhận các tín hiệu từ thế giới bên ngoài (bên cạnh dấu vân tay còn có thể kể thêm cường độ sáng, nhiệt độ, độ ẩm,...) và biến đổi chúng thành những định dạng dữ liệu phù hợp với vi điều khiển. + Bộ xử lí trung tâm được dùng để xử lí dữ liệu bên trong vi điều khiển theo các yêu cầu khác nhau của ứng dụng (bên cạnh phép so sánh còn có thể kể thêm các phép tính toán, sao chép,,...). + Bộ nhớ dùng để lưu trữ mọi dữ liệu nội tại của vi điều khiển, bao gồm số liệu (như các dấu vân tay hợp lệ ở mục khám phá) và các câu lệnh dùng để điều khiển hoạt động của bộ xử lí trung tâm. Lưu ý trao đổi dữ liệu giữa bộ xử lí trung tâm và bộ nhớ diễn ra theo hai chiều. + Khối đầu ra chuyển đổi dữ liệu từ bộ xử lí trung tâm thành dạng tín hiệu phù hợp ra thế giới bên ngoài.
- GV nêu vị trí, vai trò của Bộ xử lí trung tâm trong vi điều khiển; đặt câu hỏi:
+ Theo các em CPU có thể thực hiện các loại tính toán gì?
+ Tốc độ tính toán của CPU phụ thuộc vào yếu tố nào?
- GV cho HS tìm hiểu bộ nhớ: + Nêu vai trò của các bộ nhớ trọng vi điều khiển? + Làm thế nào để vi điều khiển quản lí được dữ liệu lưu trong bộ nhớ?
- GV mô tả và phân biệt hai loại bộ nhớ của vi điều khiển (ROM và RAM). Phân biệt: ROM tốc độ chậm nhưng không mất dữ liệu khi mất nguồn, RAM: tốc độ nhanh hơn nhưng bị mất dữ liệu khi mất nguồn.
GV đặt câu hỏi: Một vi điều khiển có thể được nối với nhiều ngoại vi khác nhau, làm thế nào để phân biệt các ngoại vi với nhau? 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. 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.
2. Vai trò của các khối chức năng a) Bộ xử lí trung tâm - Bộ xử lí trung tâm trong vi điều khiển (Central Processing Unit – CPU): là bộ phận thực hiện mọi tác vụ xử lí dữ liệu bên trong vi điều khiển theo sự điều khiển của các câu lệnh trong các chương trình phần mềm. Mỗi bước trong chu trình hoạt động của CPU được đồng bộ chính xác theo xung nhịp của một đồng hồ.
Hình ảnh. Chu trình hoạt động của CPU - Về cơ bản, các tính toán mà CPU đảm nhiệm gồm có các phép tính số học (cộng, trừ, nhân, chia,...) và logic (AND, OR, XOR, NOT,...); cũng như đọc dữ liệu từ bên ngoài vào CPU và chuyển dữ liệu từ CPU ra ngoài. - Tần số xung nhịp của CPU - giả sử số lượng xung nhịp để thực hiện một câu lệnh không đổi, tần số càng cao thì tổng thời gian thực hiện câu lệnh càng nhỏ.
Hình ảnh. Tiến trình thực hiện lệnh đồng bộ với xung nhịp CPU b) Bộ nhớ - Bộ nhớ: là nơi dùng để lưu trữ mọi dữ liệu của vi điều khiển, bao gồm câu lệnh và số liệu. + Dữ liệu trên bộ nhớ được tổ chức thành các đơn vị cơ bản (thường là theo byte), mỗi đơn vị được chứa trong một ô nhớ có địa chỉ cố định. - Vi điều khiển thường được trang bị hai loại bộ nhớ:
c) Khối đầu vào và khối đầu ra Hai khối chức năng đầu vào và đầu ra thường được gộp chung thành khối vào ra (I/O), đảm nhận nhiệm vụ ghép nối vì điều khiển với các thiết bị ngoại vi thông qua các cổng vào ra. - Mỗi cổng vào/ra cũng được gắn với một địa chỉ cố định. Thông thường, các công tại mỗi khối vào/ra lại được chia thành hai loại là cồng số và công tương tự để ghép nối với các thiết bị ngoại vi tương ứng.
|
6.1.NC1a: HS phân tích được cách AI hoạt động ngay trên vi điều khiển (TinyML/Edge AI) để thấy sự tiến bộ của công nghệ so với kiến trúc truyền thống. |
3. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP
a. Mục tiêu: Củng cố những kiến thức, kĩ năng đã học về vi điều khiển.
b. Nội dung: GV trình chiếu câu hỏi, HS suy nghĩ trả lời các câu hỏi trắc nghiệm liên quan đến vi điều khiển.
c. Sản phẩm học tập: câu trả lời của HS.
d. Tổ chức thực hiện:
…………………………………………..
…………………………………………..
…………………………………………..
4. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG
a. Mục tiêu: Vận dụng những kiến thức, kĩ năng đã học để giải quyết vấn đề được nêu.
b. Nội dung: GV giao nhiệm vụ về nhà và yêu cầu HS nghiêm túc thực hiện.
c. Sản phẩm học tập: Câu trả lời của HS về nhiệm vụ học tập GV đã giao
d. Tổ chức thực hiện:
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV hướng dẫn HS làm việc cá nhân, hoàn thành nội dung Vận dụng (SGK – tr.132)
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.
+ Yêu cầu HS sử dụng Chatbot AI để viết một đoạn mã lập trình (C/C++ cho Arduino) điều khiển đèn LED nhấp nháy với tần số 1Hz.
+ Prompt: "Viết đoạn code Arduino để làm đèn LED ở chân 13 nhấp nháy với chu kỳ 1 giây (bật 0.5s, tắt 0.5s). Giải thích từng dòng code".
Bước 2: HS tiếp nhận, thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS thực hiện nhiệm vụ theo GV đã hướng dẫn tại nhà.
- HS viết prompt, nhận code từ AI.
- GV theo dõi, động viên, hỗ trợ HS trong quá trình thực hiện.
Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận
- HS nộp sản phẩm cho GV vào tiết học tiếp theo.
[6.2.NC1a: HS phát triển ứng dụng AI tùy chỉnh (yêu cầu viết code mẫu) để giải quyết vấn đề cụ thể (lập trình điều khiển đơn giản), bước đầu làm quen với tư duy lập trình.]
Đáp án:
1. 1MHz = 106Hz
Chu kì một xung nhịp của CPU là 
giây = 1 
(micro giây).
2.
Thời gian để thực hiện một câu lệnh là: 1 .100 = 100 µs
Vậy, cần 100 micro giây để vi điều khiển thực hiện một câu lệnh.
3.
Tần số nhấp nháy tối đa của LED: 
.
Vậy, tần số nhấp nháy tối đa của LED là 5.000 Hz, tương đương 5.000 lần bật/tắt LED mỗi giây.
Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập
- GV nhận xét, đánh giá sản phẩm của HS.
- GV tổng kết nội dung chính và hướng dẫn HS tự đánh giá sau bài học.
* HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ
- Xem lại kiến thức đã học ở Bài 24
- HS hoàn thành nội dung Vận dụng.
- Xem trước nội dung Bài 25. Bo mạch lập trình vi điều khiển.
=> Giáo án Công nghệ 12 Điện - điện tử Kết nối bài 24: Khái quát về vi điều khiển