Nội dung chính Công nghệ 12 Điện - điện tử Kết nối bài 24: Khái quát về vi điều khiển

BÀI 24: KHÁI QUÁT VỀ VI ĐIỀU KHIỂN

I. Giới thiệu

1. Khái niệm về vi điều khiển

Trả lời Khám phá (trang 128 SGK)

- Thành phần nào của máy tính cá nhân được thu nhỏ vào vi điều khiển: CPU, ROM, RAM, Bộ điều khiển vào/ra. 

- Các thành phần không được thu nhỏ vào vi điều khiển: loa, màn hình, bàn phím, con chuột, ổ cứng, bộ giao tiếp mạng.

- Đặc điểm của một vi điều khiển:

1. Là một mạch tích hợp;

2. Có thể lập trình;

3. Sử dụng cho một mục đích cụ thể.

- So với các IC thông thường, vi điều khiển cho phép triển khai các giải pháp linh hoạt hơn thông qua lập trình. 

Ví dụ trên Hình 24.3 SGK, người ta có thể điều khiển đèn LED giao thông đếm ngược bằng một IC thông thường, hoặc bằng vi điều khiển. Điểm khác biệt là khi ta muốn thay đổi chu kì đếm (ví dụ từ 30 s về 0 thay vì từ 20 s về 0), nếu sử dụng IC đếm ngược thông thường, ta sẽ phải thay IC mới trong khi vẫn có thể tái sử dụng vi điều khiển cũ, chỉ cần lập trình lại phần mềm cho nó mà thôi.

- Máy tính truyền thống dùng để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau như soạn thảo văn bản, truy cập internet, nghe nhạc, hay xem phim,... 

+ Vi điều khiển, dù cũng được coi là một máy tính, thường được thiết kế tối giản cho một ứng dụng chuyên biệt như điều khiển khoá thông minh hay đếm ngược đèn giao thông. 

2. Ứng dụng của vi điều khiển

- Vi điều khiển có mặt trong hầu hết máy móc, thiết bị hiện đại quanh ta, trong các lĩnh vực giao thông vận tải, y tế, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thông tin liên lạc,... 

- Tuy được sử dụng rộng rãi nhưng vi điều khiển ít khi lộ diện vì chúng thường được tích hợp bên trong thiết bị chủ, do đó còn được gọi là các máy tính nhúng.

3. Phân loại vi điều khiển

Hai cách phân loại chính

- Theo độ rộng dữ liệu mà vi điều khiển có thể xử lí tính theo đơn vị bịt, ví dụ: vi điều khiển 8 bit, vi điều khiển 16 bit, vi điều khiển 32 bit,...

- Theo họ vi điều khiển, ví dụ vi điều khiển họ 8051, vi điều khiển họ PIC, vi điều khiển họ AVR,...

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:

• Bộ nhớ chỉ đọc (ROM): là loại bộ nhớ mà dữ liệu không bị mất đi khi vi điều khiển bị ngắt khỏi nguồn điện, do đó thường được dùng để lưu câu lệnh. Đa số các vi điều khiển hiện nay sử dụng loại ROM cho phép xoá và ghi lại dữ liệu bằng tín hiệu điện gọi là EEPROM.

• Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM): là loại bộ nhớ mà dữ liệu sẽ bị mất đi khi vi điều khiển bị tắt nguồn nuôi và thường được dùng để lưu các dữ liệu tạm thời. So với bộ nhớ ROM, tốc độ bộ nhớ RAM nhanh hơn đáng kể.

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.