Bài 24. Khái quát về vi điều khiển SVIP

I. GIỚI THIỆU

1. Khái niệm về vi điều khiển

- Vi điều khiển là một IC có khả năng lập trình, được sử dụng để:

+ Thực hiện các phép toán.

+ Điều khiển các thiết bị cho mục đích cụ thể.

- Khác với các IC thông thường, vi điều khiển mang lại sự linh hoạt hơn nhờ vào khả năng lập trình lại.

- Ví dụ, nếu muốn điều chỉnh mức độ sáng của đèn chiếu sáng:

+ Với mạch điều khiển đơn giản, cần thay đổi linh kiện để điều chỉnh độ sáng.

+ Vi điều khiển, chỉ cần thay đổi chương trình và nạp lại mà không cần thay thế phần cứng.

- Khác với máy tính truyền thống có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ như:

+ Soạn thảo văn bản, duyệt web, nghe nhạc hay xem phim,...

- Vi điều khiển được thiết kế đơn giản và chuyên biệt cho mục đích nhất định, chủ yếu thực hiện:

+ Chức năng đo lường.

+ Điều khiển trong hệ thống.

2. 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:

+ Hệ thống phun nhiên liệu tự động trên ô tô.

+ Thiết bị định vị và theo dõi hành trình GPS trên xe tải hoặc xe buýt.

- Thiết bị y tế (chăm sóc sức khỏe):

+ Máy đo thân nhiệt.

+ Máy đo huyết áp.

+ Máy chẩn đoán hình ảnh.

- Máy công nghiệp:

+ Máy CNC.

+ Tay robot thực hiện hàn, lắp ráp linh kiện.

+ Dây chuyền sản xuất tự động.

- Công cụ nông nghiệp:

+ Hệ thống nhà kính.

+ Máy ấp trứng tự động.

- Thiết bị viễn thông:

+ Smartphone.

+ Thiết bị phát wifi.

+ Hệ thống máy chủ.

3. Phân loại vi điều khiển

Vi điều khiển 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.

II. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN

1. Sơ đồ chức năng

- Vi điều khiển 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

- Vi điều khiển thực hiện các tác vụ tính toán và điều khiển thông qua bộ xử lí trung tâm (CPU), tương tự như não bộ của con người.

- Các phép tính CPU thực hiện:

+ Các phép tính số học (cộng, trừ,...).

+ Logic (AND, OR,...).

=> Đọc dữ liệu bên ngoài vào CPU và chuyển dữ liệu từ CPU ra ngoài.

- Mọi hoạt động đều phải đồng bộ hóa chính xác với tín hiệu từ đồng hồ điều khiển.

- Tốc độ xử lí của CPU tăng khi tần số xung của đồng hồ càng cao.

b. Bộ nhớ

- Bộ nhớ của vi điều khiển lưu trữ mọi dữ liệu 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 có địa chỉ cố định.

- Vi điều khiển thường được trang bị hai loại bộ nhớ:

+ Bộ nhớ chỉ đọc (ROM):

• Dữ liệu không bị mất khi mất nguồn điện.
• Thường dùng để lưu câu lệnh.
• Một số ROM có thể xóa và ghi lại dữ liệu qua tín hiệu điện (EEPROM).

+ Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM):

• Dữ liệu mất khi tắt nguồn.
• Dùng để lưu dữ liệu tạm thời.
• RAM nhanh hơn ROM.

- Hoạt động trao đổi dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ:

+ 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).

- Khối vào ra (I/O) kết nối vi điều khiển với thiết bị ngoại vi qua các cổng.

- Mỗi cổng vào/ra được gắn một địa chỉ cố định.

- Thường được chia thành hai loại:

+ Cổng số.

+ Cổng tương tự.

=> Để ghép nối với các thiết bị ngoại vi tương ứng.