Bài 25. Bo mạch lập trình vi điều khiển SVIP

I. GIỚI THIỆU VỀ BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN

- Vi điều khiển có phần cứng hạn chế, không kết nối trực tiếp với các thiết bị tiêu chuẩn như:

+ Bàn phím.

+ Chuột.

+ Màn hình.

- Lập trình cho vi điều khiển thường được thực hiện trên:

+ Máy tính và nạp vào vi điều khiển qua bo mạch lập trình.

- Bo mạch lập trình cung cấp các giao diện kết nối điện và cơ khí:

+ Đảm bảo tính tương thích.

+ Thuận tiện khi kết nối vi điều khiển.

- Các giao diện này giúp kết nối vi điều khiển với cảm biến và cơ cấu chấp hành.

=> Tạo ra các giải pháp đo lường và điều khiển hữu ích.

II. CẤU TRÚC CỦA BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN

Bo mạch điển hình thường gồm các thành phần chính sau đây:

- Khối nguồn:

+ Gồm giao diện với nguồn cấp điện ngoài và các mạch ổn áp.

+ Chức năng: cung cấp nguồn nuôi ổn định cho các khối chức năng khác trên bo mạch.

- Vi điều khiển:

+ Là bộ phận trung tâm của bo mạch lập trình.

+ Chịu trách nhiệm lưu trữ và thực thi các chương trình phần mềm được nạp từ máy tính.

- Khối dao động:

+ Sinh ra chuỗi xung tuần hoàn để đồng bộ hoạt động của các khối chức năng bên trong vi điều khiển.

- Khối truyền thông:

+ Vi điều khiển hiện nay chủ yếu sử dụng giao thức UART để truyền và nhận dữ liệu.

+ Các thiết bị bên ngoài thường sử dụng các chuẩn kết nối khác.

+ Khối này cung cấp giao diện chuyển đổi giữa các chuẩn truyền thông, giúp dễ dàng trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển và các thiết bị ngoài.

- Khối tín hiệu vào/ra:

+ Cung cấp giao diện thuận tiện.

=> Để kết nối các cổng vào/ra của vi điều khiển với cảm biến hay thiết bị chấp hành.

- Ví dụ: Bo mạch điều khiển hệ thống nhà thông minh có thể bao gồm các linh kiện ngoài các khối chức năng cơ bản như:

+ Cảm biến chuyển động.

+ Mạch relay điều khiển thiết bị.

+ Các đèn LED báo hiệu trạng thái hoạt động

=> Hỗ trợ kiểm tra và sửa lỗi, giúp hệ thống hoạt động mượt mà và chính xác.

III. ỨNG DỤNG BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN

- Bo mạch vi điều khiển lập trình được sử dụng trong các thiết bị đo lường và điều khiển, kết nối với cảm biến để giám sát các thông số như:

+ Nhiệt độ.

+ Độ ẩm.

+ Ánh sáng môi trường.

- Ví dụ: sử dụng bo mạch Arduino Uno kết nối với cảm biến để đo và giám sát độ ẩm đất.

- Trong điều khiển:

+ Bo mạch vi điều khiển kết nối với thiết bị chấp hành để:

• Điều khiển theo kịch bản đã định trước thông qua lệnh ghi vào cổng ra.

+ Điều này cho phép, phát triển các ứng dụng tự động như:

• Bật, tắt đèn.
• Đóng, mở cửa,...

+ Ví dụ: sử dụng bo mạch Arduino Uno để điều khiển LED.

IV. CÔNG CỤ LẬP TRÌNH CHO BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN

1. Các bước lập trình cho vi điều khiển

- Ngôn ngữ lập trình phổ biến:

+ Lập trình vi điều khiển phổ biến bằng C, cần trình biên dịch riêng cho từng loại chip để tạo mã máy.

- Các bước lập trình cho một bo mạch lập trình:

+ Viết mã (bậc cao).

+ Kiểm tra và sửa lỗi.

+ Biên dịch mã nguồn sang mã máy.

+ Nạp mã máy vào vi điều khiển.

\

2. Môi trường lập trình tích hợp

- Hiện tại, đa số các hãng sản xuất bo mạch lập trình vi điều khiển đều đi kèm với một phần mềm hỗ trợ.

=> Gọi là môi trường trình tích hợp (IDE).

- Giao diện của một Arduino IDE với ba thành phần chính:

+ Thanh công cụ.

+ Cửa sổ lập trình.

+ Cửa sổ thông báo.

- Thanh công cụ cung cấp các chức năng quan trọng cho lập trình như:

+ Biên dịch đoạn lệnh thành mã máy.

+ Nạp mã máy vào bộ nhớ của vi điều khiển.

+ Lưu mã nguồn vào file trên máy tính.

+ Mở một file mã nguồn mới,...

- Cửa sổ lập trình là công cụ soạn thảo văn bản được tích hợp các tính năng hỗ trợ lập trình như:

+ Đánh dấu từ khoá.

+ Đánh số dòng lệnh.

+ Tự động căn lề.

+ Tự động gợi ý hoàn thiện câu lệnh,...

=> Lập trình viên chủ yếu làm việc trên cửa sổ này.

- Cửa sổ thông báo 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.

- Ví dụ: Các lỗi xảy ra khi biên dịch mã nguồn, vị trí lỗi và chi tiết về bộ nhớ mã máy như kích thước bộ nhớ cần thiết.