Vi điều khiển

Vi điều khiển

AVRVi điều khiển

AVR

IndexIndex

I – Lý do sử dụng AVR ?

II – Kiến trúc của AVR.

+ Kiến trúc CPU.

+ Các khối của AVR:(Timer, ADC, ...)

III – Ngôn ngữ lập trình C trên vi điều khiển

IV – Thiết kế sử dụng vi điều khiển AVR.

I – Lý do sử dụng AVR:I – Lý do sử dụng AVR:

- Các vi điều khiển hiện có ở trên thị trường VN:

+ 89C51,89S51 (Philips,atmel)

+ AVR(Atmel) (atmega8...,atmega128,Atiny)


+ Pic, dsPic (Microchip) (16F877A, 30F4011, 30F3012)

+ MSP430 (TI): MSP430F169, …..


+ PSoC (Crypess): CY8C29466

+ Một số dòng ARM của Philips, Samsung, TI: LPC2148, LPC,2292, LPC2378...

S3C44b0x


+ Phân cấp vi điều khiển: |-> AVR

MCS51 |-> PIC -> MSP430 -> PSoC ->dsPIC -> ARM


MSC 51:

+ 4 Port Vào ra (I/O), 1 UART, 2 timer.

*)Ưu điểm:

- Rẻ tiền (khoảng 15k),dễ lập trình.

*)Nhược điểm:

- Nạp phức tạp..., No SPI, No I2C, No WDT, No ADC, No DAC, No Tristate Out. No PWM. Low frequency (2 MIPS), No JTAG.

Tuy dễ nhưng không thích hợp để học.

I – Lý do sử dụng AVR:I – Lý do sử dụng AVR:Pic & AVR:

+ 8 bit uC RICS ( 8 MIPS – 16MIPS )

+ Các Port I/O, có các bus SPI, I2C, USART

+ Tristate – out

+ Timer với nhiều mode hoạt động (PWM),WDT.

+ ADC, Comparator,Low power mode (sleep), low voltage( 3V3 để dùng pin);

+ Ram rom nhiều. ( Tương đối đủ ), Có chân cho c/n debugger.

Ưu điểm: Phần cứng ngoại vi tương đối đủ,tốc độ khá nhanh đủ dùng cho các ứng dụng. Dễ dùng, nhiều thư viện sẵn + chương trình, trình complier miễn phí.

Nhược điểm: Không có DAC, ADC chỉ là 10bit, kiến trúc 8 bit, không có DSP, tốc độ không đủ để sử lý số.


AVR vs- Trình complier sẵn có của nhà sx.

(AVR studio + Winavr) miễn phí.- Mạch nạp đơn giản, dễ làm

thường dưới dạng project mở. Trình nạp tích hợp sẵn trong AVR studio đa dạng.

- Mạch nạp rẻ 40k – 100k :Nạp USB, tốc độ nhanh, không cần cài driver.

PIC- Trình complier của nhà sx (Mplab +

C16,C18) chỉ hỗ trợ bản student.- Mạch nạp chuẩn ICD2 tích hợp

trong MPLAB, còn GTP-USB phải dùng WinPIC 800.

- Mạch nạp khá phức tạp, giá thành còn chưa hợp lý. Mạch mua về còn khó chạy.


MSP430:- Là chip của TI (Texas instruments). (thích hợp với u/d

sensor...)- Siêu tiết kiệm năng lượng... (0.1–400 µA/1 MHz, 1,8 – 3,6 V)

- Có DAC 12 bit, ADC 12 bit, Gain amplifier thay đổi được gain.- Bộ sử lý 16bit RISC, max 16 MIPS.- Nhược điểm: Chưa nhiều người sử dụng. Nhưng hiện nay

phòng Mems đã khai thác thành công MSP430. Nguồn cung cấp chip MSP còn hạn chế.

- Các chíp MSP thường là linh kiện dán SMD có kích thước chân nhỏ => phải có kinh nghiệm trong thiết kế và hàn mạch.

I – Lý do sử dụng AVR:I – Lý do sử dụng AVR:Device Flash

(Kbytes)EEPROM (Kbytes)

SRAM (Bytes)

Max I/O Pins

F.Max(MHz)

Vcc (V)

10-bit A/D Channels

AnalogComparator

16-bit Timers

ATmega128 128 4 4096 53 16 2.7-5.5 8 Yes 2

ATmega16 16 0.5 1024 32 16 2.7-5.5 8 Yes 1

ATmega32 32 1 2048 32 16 2.7-5.5 8 Yes 1

ATmega48 4 0.25 512 23 20 1.8-5.5 06-th8 Yes 1

ATmega64 64 2 4096 54 16 2.7-5.5 8 Yes 2

ATmega8 8 0.5 1024 23 16 2.7-5.5 06-th8 Yes 1

ATmega8535 8 0.5 512 32 16 2.7-5.5 8 Yes 1

Device 8-bit Timer

Brown Out Detector

Ext IRQ

IRQ ISP On Chip Oscillator

PWM RTC Self Program Memory

SPI TWI UART WDT

ATmega128 2 Yes 8 34 Yes Yes 8 Yes Yes 1 Yes 2 Yes



ATmega48 2 Yes 26 26 Yes Yes 6 Yes Yes 1+USART Yes 1 Yes



ATmega8535 2 Yes 3 20 Yes Yes 4 -- Yes 1 Yes 1 Yes

- Là uC có CPU kiểu RISC và kiến trúc Hardvard. Và là uC 8 bit.

+ Vậy RISC và Hardvard là gì ???

Harvard vs Von Neumann

II – Kiến trúc AVR:1. CPU:

II – Kiến trúc AVR:1. CPU:

II – Kiến trúc AVR:2. Memory:


Do có kiến trúc Hardvard nên memory của AVR được tổ chức như sau:

bộ nhớ ctrình bộ nhớ dữ liệu EEPROM dữ liệu

0x0000 tệp thanh ghi 0x000x00

0x1F

thanh ghi 0x20vào/ra 8BIT

16 bit

Sram trong

địa chỉ cuốiSram ngoài

8 bit

địa chỉ cuối địa chỉ cuối


a. Flash (bộ nhớ ctrình)


a. Flash (bộ nhớ ctrình)- Độ rộng 16bit- 16 bit địa chỉ nên quản lý

64k Word- Cho nên atmega128có 128kB flash = 64k x 16bit- Flash (bộ nhớ ctrinh): dùng

để chứa chương trình. Cũng có thể dùng để chứa các hằng số các tham số không thay đổi bao giờ trong quá trình hoạt động.

( do flash có số lần rewrite hạn chế )

0x00

0x01

0x02

0x03

0x04

0x05

......

0x12

------

0x....

Reset Handler

IRQ0 Handler

IRQ1 Handler

Timer2 Compare Handler

Timer2 Overflow Handler

Timer1 Capture Handler

...............

Store Program Memory Ready Handler

----------------------------------------------------

Start main program (chương trình bắt đầu chạy từ đây) tùy vào vi xử lý mà địa chỉ bắt đầu này khác nhau


b. Sram (bộ nhớ dữ liệu)


b. Sram (bộ nhớ dữ liệu)- Độ rộng 8 bit.- 16 bit địa chỉ, chỉ quản lý

được 64kB

- Sram(bộ nhớ dữ liệu): dùng để chứa các dữ liệu thay đổi liên tục, như các biến số, các tham số, stack, rồi các giá trị của các I/O vào ra. Các thanh ghi cũng là một phần của Sram.(Sram có độ bền lớn nhất nhưng không lưu trữ khi mất điện)

0x00 – 0x1F

0x20 – 0x5F

0x60 – 0xFF

0x0010

0x10FF

0x1100

0x.........

32 thanh ghi

64 thanh ghi vào ra I/O

160 thanh ghi I/O mở rộng

SRAM trong

( từ 128B – 4kB)

SRAM ngoài

(up to 64kB)


Ví dụ về thanh ghi I/O


Ví dụ về thanh ghi I/OVí dụ: PORT A: có 3 thanh Ghi: DRRA, PORTA, PINA.

II – Kiến trúc AVR:3. Timer:

a. Clock Source:


a. Clock Source:


b. Counter:


b. Counter:


c. Normal mode:


c. Normal mode:


d. CTC mode:


d. CTC mode:


e. fast PWM mode:


e. fast PWM mode:

II – Kiến trúc AVR:4. Interrupt:(Ngắt)

a. Hoạt động của Ngắt


a. Hoạt động của Ngắt


b. Bảng vector ngắt


b. Bảng vector ngắtReset Handler

IRQ0 Handler

IRQ1 Handler

Timer2 Compare Handler

Timer2 Overflow Handler

Timer1 Capture Handler

...............

Store Program Memory Ready Handler

----------------------------------------------------

Start main program (chương trình bắt đầu chạy từ đây) tùy vào vi xử lý mà địa chỉ bắt đầu này khác nhau

0x00

0x01

0x02

0x03

0x04

0x05

......

0x12

------

0x....

II – Kiến trúc AVR:II – Kiến trúc AVR:

Với mục đích ghép nối với Sensor, RTC, Các bộ điều khiển, truyền thông => tìm hiều các Cổng giao tiếp ( Các Bus ):

+ SPI: realtime, sensor đo W...

+ I2C (TWI): realtime, sensor nhiệt,...

+ UART: Dao tiếp với PC, 2 thiết bị ...

Đối với các bộ sensor lối ra là tương tự thì cần đến ADC.

II – Kiến trúc AVR:5. SPI:(Serial Peripheral Interface)

II – Kiến trúc AVR:5. SPI:(Serial Peripheral Interface)

Giao diện SPI gồm có 4 chân:

+ MISO ( Master in slave out) dữ liêu shift sang Master

+ MOSI ( Master out slave in) dữ liệu shift sang slave

+ SCK ( Master clock ) clock đồng bộ do Master cấp

+ SS ( Select slave)

- Chỉ có Master mới có quyền cấp Clock- Khi đã bị Select như là slave ( SS xuống thấp) thì không

có quyền cấp clock.- Master phải tự điều khiển SS bằng phần mềm

II – Kiến trúc AVR:6. I2C:(Two wire interface)


Bus I2C: là bus sử dụng ít chân nhất chỉ có 2 chân SDA(Serial Data) và SCL(Serial Clock), và chân đất GND.

- Các chân của bus I2C hoạt động ở mode Open Colector (Colector hở), do đó bus có trở kéo.



Phân biệt: Open colector & Tri-state.



Phân biệt: Open colector & Tri-state.



Truyền 1 Byte từ Master sang Slave



Nhận 1 Byte từ Slave về Master



Trạng thái khi truyền 1 bit: dữ liệu chuyển khi SCL thấp. Dữ liệu chấp nhận tại giữa SCL cao



Để đánh dấu đầu và cuối khung truyền, dùng các trạng thái Start và Stop

Start: sườn xuống SDA trong khi SCL cao.

Stop: sườn lên SDA trong khi SCL cao.



Do bus I2C không có các chân chọn slave. Nên master của I2C chọn slave bằng cách truyền địa chỉ của slave. Đó luôn là byte đầu tiên sau Start. Định dạng của byte địa chỉ:



Địa chỉ của Slave luôn có 7 bit nên 1 Master có thể có đến 128 Slave. Bit cuối trong byte địa chỉ là bít đánh dấu để báo cho slave biết tiếp theo nó sẽ nhận hay là truyền 1 byte



Truyền nhận mặc định có các bước như sau:Start => Adress+R/W => Trans/Rec 1 byte =>Stop

(đợi ACK bit) (đợi ACK bit nếu truyền)

(trả ACK nếu là nhận)

II – Kiến trúc AVR:7.ADC:(chuyển đổi Tương tự - Số)

II – Kiến trúc AVR:7.ADC:(chuyển đổi Tương tự - Số)

Documents

Vi điều khiển