Bài 24. Khái quát về vi điều khiển
Nội dung lý thuyết
I. KHÁI QUÁT CHUNG
1. Khái niệm
- Vi điều khiển là một mạch tích hợp (IC) có thể lập trình để:
+ Thực hiện các chức năng tính toán.
+ Điều khiển cho một mục đích sử dụng 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, để thay đổi chu kì đếm của đèn LED điều khiển giao thông:
+ Phải thay IC mới nếu sử dụng IC đếm ngược thông thường.
+ Vẫn có thể tái sử dụng vi điều khiển cũ, chỉ cần viết và nạp lại chương trình.
- Khác với máy tính truyền thống có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau:
+ Từ soạn thảo văn bản, truy cập internet, cho đến nghe nhạc, hay xem phim,...
- Vi điều khiển được thiết kế tối giản cho một mục đích sử dụng cụ thể, chủ yếu là đảm nhiệm:
+ Chức năng đo lường.
+ Điều khiển trong một hệ thống.
2. Phân loại vi điều khiển
Có nhiều cách để phân loại vi điều khiển, thông thường sử dụng hai cách phân loại chính:
- Theo độ rộng dữ liệu mà vi điều khiển có thể xử lí theo đơn vị bit.
- Theo họ vi điều khiển.
3. Ứng dụng của vi điều khiển
* Vi điều khiển có mặt trong hầu hết thiết bị hiện đại, trong các lĩnh vực:
- Giao thông vận tải:
- Thông tin liên lạc.
- Sản xuất công nghiệp, nông nghiệp,...
* Cụ thể, vi điều khiển được sử dụng phổ biến trong:
- Các phương tiện giao thông:
+ Thiết bị phun xăng điện tử.
+ Thiết bị giám sát hành trình.
- Thiết bị y tế:
+ Nhiệt kế điện tử.
+ Máy đo huyết áp điện tử, máy siêu âm.
+ Máy chụp X - quang, máy chụp cộng hưởng từ.
- Máy công nghiệp:
+ Máy CNC.
+ Tay máy robot.
+ Dây chuyền sản xuất tự động.
- Công cụ nông nghiệp: nhà màng, nhà kính, lò ấp trứng.
- Thiết bị viễn thông:
+ Điện thoại di động.
+ Bộ thu phát wifi.
+ Trung tâm dữ liệu.
II. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN
1. Sơ đồ chức năng
- Một vi điều khiển thường có cấu tạo gồm bốn khối chức năng cơ bản:
+ Khối đầu vào.
+ Khối đầu ra.
+ Bộ xử lí trung tâm.
+ Bộ nhớ.
- Tín hiệu mang dữ liệu và thông tin trao đổi giữa các khối được truyền trên các đường bus.
2. Vai trò của các khối chức năng
a. Bộ xử lí trung tâm
- Mọi thao tác tính toán và điều khiển của vi điều khiển đều được thực hiện tại bộ xử lí trung tâm CPU.
=> CPU được coi như não bộ đối với cơ thể người.
- Các tính toán mà CPU đảm nhiệm gồm:
+ Các phép tính số học (cộng, trừ,...).
+ Logic (AND, OR, XOR,...).
=> Đọc dữ liệu bên ngoài vào CPU và chuyển dữ liệu từ CPU ra ngoài.
- Tất cả hoạt động phải đồng bộ chính xác theo xung nhịp của một đồng hồ.
- Tần số xung càng cao thì tốc độ xử lí của CPU càng nhanh.
b. Bộ nhớ
- Bộ nhớ dùng để lưu trữ mọi dữ liệu của vi điều khiển, gồm:
+ Câu lệnh.
+ Số liệu.
- Dữ liệu trên bộ nhớ:
+ Được tổ chức thành các đơn vị cơ bản (thường 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.
=> Thường được dùng để lưu câu lệnh.
Đa số sử dụng loại ROM cho phép xóa và ghi lại dữ liệu bằng tín hiệu điện (EEPROM).
+ Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM):
Là bộ nhớ mà dữ liệu sẽ mất khi vi điều khiển bị tắt nguồn nuôi.
Thường được dùng để lưu các dữ liệu tạm thời.
So với bộ nhớ ROM, tốc độ bộ nhớ RAM nhanh hơn đáng kể.
- Trao đổi dữ liệu CPU và bộ nhớ gồm hai hoạt động cơ bản:
+ Đọc dữ liệu.
+ Ghi dữ liệu.
c. Khối đầu vào và khối đầu ra
- Hai khối chức năng đầu vào và đầu ra thường gộp chung thành khối vào ra (I/O).
- Nhận nhiệm vụ ghép nối vi điều khiển với các thiết bị ngoại vi thông qua các cổng vào ra.
- Mỗi cổng vào/ra được gắn một địa chỉ cố định.
- Thông thường mỗi khối vào/ra được chia thành hai loại:
+ Cổng số.
+ Cổng tương tự.
=> Để ghép nối với các thiết bị ngoại vi tương ứng.
