Giáo án NLS Công nghệ 12 Đ-ĐT kết nối Bài 25: Bo mạch lập trình vi điều khiển

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 yêu cầu HS sử dụng điện thoại tìm kiếm cụm từ "Arduino Uno Pinout Diagram" (Sơ đồ chân) để xem hình ảnh chi tiết các chân chức năng mà SGK có thể chưa hiển thị hết (ví dụ: chân PWM, chân ngắt).

- 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.

1.1.NC1b: HS áp dụng kỹ thuật tìm kiếm hình ảnh/tài liệu kỹ thuật để lấy được thông tin chi tiết về sơ đồ chân phần cứng.

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.

- 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. 

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.

PHIẾU TRẮC NGHIỆM

Câu 1: Bo mạch lập trình vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trong: 

A. các thiết bị y tế và điều khiển 

B. các thiết bị đo lường và điều khiển 

C. các thiết bị điện và y tế 

D. các thiết bị ngoại vi và đo lường 

Câu 2: 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 3: Khối nguồn không bao gồm thành phần nào dưới đây: 

A. Giao diện 

B. Nguồn cấp điện ngoài 

C. Bo mạch lập trình

D. Các mạch ổn áp

Câu 4: Cho hình ảnh sơ đồ bố trí linh kiện trên bo mạch Arduino Uno

Đèn LED chỉ thị trong bo mạch lập trình tại ví trí “ON” sáng lên, nghĩa là: 

A. Báo trạng thái đang truyền dữ liệu 

B. Báo trạng thái đang nhận dữ liệu 

C. Báo trạng thái nguồn nuôi 

D. Báo trạng thái bo mạch tạm dừng lập trình

Câu 5: Trong giao diện của một Arduino IDE, thanh công cụ 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. Liệt kê tất cả các thông báo của chương trình biên dịch khi lập trình viên yêu cầu IDE dịch mã nguồn sang mã máy 

D. Giúp phát triển các ứng dụng tự động 

Câu 6: …………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..
 

PHIẾU BÀI TẬP

Câu 1: Trong ví dụ trên Hình 25.5, nếu muốn chuyển dữ liệu từ cảm biến vào vi điều khiển thông qua cổng A0 thay vì cổng A2 thì ta cần thay đổi như thế nào?

Câu 2: Trong ví dụ trên Hình 25.6, nếu muốn bật LED thì ta cần ghi giá trị nào ra cổng số 9? Biết giá trị 1 tương ứng với mức điện áp 5 V và giá trị 0 tương ứng với mức điện áp 0 V.

Câu 3: 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