tài liệu hướng dẫn thực hành trên kit avr và mô hình xe đua tự hành

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH ĐOÀN
TP. HỒ CHÍ MINH TP. HỒ CHÍ MINH




CHƯƠNG TRÌNH VƯỜN ƯƠM
SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
X * W

Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN CHÍ NHÂN
Cơ quan chủ trì: TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2010
TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ
KIT AVR (M-DE1) VÀ
MÔ HÌNH XE ĐUA TỰ HÀNH


M
M
Ụ
Ụ
C
C


L
L
Ụ
Ụ
C
C


Trang

Mục lục
Lời giới thiệu 1
1. GIỚI THIỆU KIT AVR (M-DE1) 2
2. CÁC MÔĐUN CỦA KIT AVR 3
2.1. Đơn vị xử lý trung tâm 3

2.2. Các môđun giao tiếp vào ra 4
2.2.1. Các port của vi điều khiển Atmega32 4
2.2.2. Màn hình hiển thị-LCD 16x2 5
2.2.3. Led đơn 5
2.2.4. Led 7 đoạn (7-SEGMENT LED) 6
2.2.5. Switch DIP-8 7
2.2.6. Ma trận LED 5x7 7
2.3. Môđun giao tiếp theo chuẩn UART 7
2.4. Môđun điều khiển động cơ DC và động cơ bước 8
2.5. Môđun giao tiếp theo chuẩn I
2
C 9
2.6. Môđun bàn phím 9
2.7. Các môđun khác 10
3. TÀI LIỆU THIẾT KẾ VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG
XE ĐUA TỰ HÀNH 13
3.1. Tài liệu thiết kế xe đua tự hành 13
3.2. Tài liệu hướng dẫn sử dụng xe đua tự hành 19



1


Lời giới thiệu

Sau khi đã tham khảo một số KIT thí nghiệm vi điều khiển có trên thị trường
hiện nay và qua quá trình tìm hiểu và lựa chọn vi điểu khiển AVR, chúng tôi tiến hành
thiết kế KIT thực tập trên vi điều khiển này. Với mục tiêu phục vụ cho sinh viên trong
quá trình học tập, nghiên cứu về vi điều khiển nói chung, họ vi điều khiển AVR nói

riêng, đồng thời phát triển các ứng dụng cụ thể dựa trên KIT này.
Dưới đây là KIT AVR (M-DE1) hoàn chỉnh và mô hình xe đua tự hành:

Kit AVR hoàn chỉnh

Mô hình xe đua tự hành
2


1. Giới thiệu KIT AVR (M-DE1)
Sơ đồ khối chức năng của KIT AVR mà chúng tôi tiến hành thiết kế.

Hình 1: Sơ đồ khối chức năng của Kit AVR







Hình 2: Sơ đồ khối kết nối giữa máy tính với Kit AVR

Trong quá trình thiết kế kit chúng tôi sử dụng phương pháp thiết kết từng bước,
chia các khối trên thành các môđun. Các bước thông thường để thiết kế một sản phẩm
hoàn chỉnh là xuất phát từ ý tưởng ban đầu ta liệt kê ra những yêu cầu mà phần cứng
cần phải đáp ứng, các linh kiện cần có, vẽ lưu đồ cho phần mềm, thực hiện việc thiết kế
cuối cùng. Trước khi triển khai các
ứng dụng chúng tôi sử dụng kỹ thuật mạch thử
nghiệm. Việc xây dựng bản mẫu thử cho phép ta kiểm tra việc thiết kế mạch và đánh
giá khả năng hoạt động được của bản thiết kế với một chi phí hợp lý và nhanh chóng.


LCD 16x2 LED 7 đoạn
ATMEL
ATMEGA32

Matrix
LED 5x7
SW DIP 8x2
5V

Power
connector
I2C interface
DS1307, 24C64
Debugger
ISP
Programer

UART

LED đơn
Reset
Button
INT
Button
PORT
A
PORT
B
PORT
C
PORT
D


Cáp STK-500

(ISP Programer)

KIT AVR

3


Những chuẩn bị cần thiết để thiết kế Kit AVR:
a.Về phần cứng:
- Chip vi điều khiển AVR (dòng Atmega).
- Linh kiện lắp ráp Kit AVR và các linh kiện dự phòng.
- Nguồn cung cấp, thiết bị đo và lắp ráp (Oscilloscope, đồng hồ đo, . . .).
b. Về phần mềm:
- Phần mềm Orcad dùng thiết kế sơ đồ mạch và layout board mạch.
- Phần mềm Proteus để chạ
y mô phỏng trước khi thiết kế mạch.
- Trình biên dịch: CodeVisionAVR và Image Craft C (ICCIMAGE) để biên dịch
chương trình và kiểm tra hoạt động của Kit.
2. CÁC MÔĐUN CỦA KIT AVR
Kit AVR gồm các môđun sau:
2.1. Đơn vị xử lý trung tâm (CENTRAL PROCESSING UNIT)
Môđun xử lý trung tâm được thiết kế gồm:
- Vi điều khiển ATmega32
- Bộ tạo dao động ngoài (thạch anh 16MHz)
- Các công tắc nhấn được nối với chân của vi điều khi
ển như sau:
Bảng 1: Bảng sơ đồ chân của Atmega32 kết nối Switch
Số
TT
Chân của
Atmega32
Ký hiệu
thiết bị

1
RESET SW1
2
INT0 SW3
3
INT1 SW2

4

PC5(TDI)
PD6
PA0
PC6
PB6
PA3
PC1
TxD
16
14
19
10
30
32
21
9
20
13
17
25

12
11
31
1
2
3
4
5
6
7
8
33
40
39
38
37
36
35
34
15
18
26
27
28
29
22
23
24
(INT0)PD2
(RXD)PD0

(OC1A)PD5
VCC
AVCC
AREF
(OC2)PD7
RESET
(ICP)PD6
XT1
(INT1)PD3
(TMS)PC3
XT2
GND
GND
(XCK/T0)PB0
(T1)PB1
(INT2/AIN0)PB2
(OC0/AIN1)PB3
(SS)PB4
(MOSI)PB5
(MISO)PB6
(SCK)PB7
(ADC7)PA7
(ADC0)PA0
(ADC1)PA1
(ADC2)PA2
(ADC3)PA3
(ADC4)PA4
(ADC5)PA5
(ADC6)PA6
(TXD)PD1

(OC1B)PD4
(TDO)PC4
(TDI)PC5
(TOSC1)PC6
(TOSC2)PC7
(SCL)PC0
(SDA)PC1
(TCK)PC2
VCC
PA4
PA5
PD7
PD4
PC0
PB3
PB0
PA7
PC4(TDO)
VCC
RST
PB5
PD3
PA1
PA2
PB2
PA6
PC7
R24
10k
104

PB1
PD5
PB7
PC2(TCK)
20P2
RxD
PC3(TMS)
R22
10k
PB4
PD2
20P1

Hình 3:
Module bộ xử lý trung tâm

2.2. Các môđun giao tiếp vào/ra (I/O)
2.2.1. Các port của vi điều khiển Atmega32
Bảng 2:Bảng ký hiệu các PORT của Atmega32
Số
TT
Port của
Atmega32
Ký hiệu
thiết bị
1
PORTA (PA) J13
2
PORTB (PB) J10
3

PORTC (PC) J11
4
PORTD (PD) J12
PC7
PC0
PC6
PC5(TDI)
PC4(TDO)
PC3(TMS)
PC1
J11
PORTC
1
2
3
4
5
6
7
8
PC2(TCK)
PD5
PD2
PD3
RxD
PD7
PD4
PD6
J12
PORTD

1
2
3
4
5
6
7
8
TxD
J10
PORTB
1
2
3
4
5
6
7
8
PB2
PB0
PB7
PB3
PB1
PB5
PB4
PB6
PA6
PA7
PA0

PA1
PA3
PA2
PA5
J13
PORTA
1
2
3
4
5
6
7
8
PA4


Hình 4: Các port của vi điều khiển Atmega32
5

2.2.2. Màn hình hiển thị-LCD 16x2
Bảng 3:Bảng kỳ hiệu PORT của LCD
Số
TT
Port của
LCD 16x2
Ký hiệu
thiết bị
1
LCD 16x2 J2

2
LCD PORT J20

LCD2
LCD4
LCD1
J20
LCD
1
2
3
4
5
6
7
8
LCD0
LCD6
LCD2
LCD0
LCD7
VCC
LCD1
LCD5
R99
330
12
LCD6
LCD5
J2

LCD16x2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
LCD4
LCD7

Hình 5:Môđun màn hình hiển thị-LCD 16x2
2.2.3. Led đơn: có 8 led đơn

Bảng 4: Bảng ký hiệu LED đơn
Số
TT
LED đơn Ký hiệu
thiết bị
1
LED0 D4

2
LED1 D5
3
LED2 D6
4
LED3 D7
5
LED4 D8
6
LED5 D9
7
LED6 D10
8
LED7 D11
6

R4
PA6
PB0
D5
LED
R3 R11
PA4
PA0
D4
LED
PA1
D9
LED
PA2

R5
D6
LED
D8
LED
R6
D10
LED
PA3
VCC
U11
74LS373
3
4
7
8
13
14
17
18
1
11
2
5
6
9
12
15
16
19

2010
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
OE
LE
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
VCCGND
D11
LED
PA7
PA5
D7
LED
R9 R10R7

Hình 6:Môđun LED đơn
2.2.4. Led 7 đoạn (7-SEGMENT LED)

Bảng 5: Bảng ký hiệu LED 7 đoạn
Số
TT
LED 7 đoạn Ký hiệu
thiết bị
1
LED7SEG0 J21
2
LED7SEG1 J22
3
LED7SEG2 J23
4
LED7SEG3 J24

R59 300
G
U13
74LS373
3
4
7
8
13
14
17
18
1
11
2
5

6
9
12
15
16
19
2010
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
OE
LE
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
VCCGND
C
R63 300
R61 300
A

R66 300
PB1
R60 300
PA4
Q6
PNP
Q8
PNP
C
J22
LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
D
F
J23
LED
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
E
D
A
Q9
PNP
DP
C
R64 300
A
DP
B
F
G
PA0
Q7
PNP
PB6
DP
G
R62 300
C
PA6
R43
1K
J21

LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
PB5
PA7
PA3
PA2
VCC
E
F
D
E
PB4
PA5
R42
1K
R41
1K
R44
1K
DP
BB

PB7
PA1
A
J24
LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
D
G
F
B
R65 300
E
VCC

Hình 7:Môđun Led 7 đoạn
7

2.2.5. Switch DIP-8: được kết nối như hình sau, có ký hiệu là SW10
PC6
R51
4.7K

PC4(TDO)
U16
74LS373
3
4
7
8
13
14
17
18
1
11
2
5
6
9
12
15
16
19
2010
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7

OE
LE
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
VCCGND
VCC
PC5(TDI)
PC2(TCK)
R40
4.7K
R50
4.7K
PC3(TMS)
R53
4.7K
R58
4.7K
VCC
PC0
R39
4.7K
R52
4.7K
PB2

R49
4.7K
PC7
SW10
SW DIP-8
PC1

Hình 8:Môđun Switch DIP-8
2.2.6. Ma trận LED 5x7 (2 màu): được kết nối như hình sau, có ký hiệu là U6
PA4PC4(TDO)
R19
R18
PC0
R13
R17
PA1
PA5
PA6
R14
PA2
PC3(TMS)
R15
PC2(TCK)
PA0
PC1
R16
U6
MATRIX 5x7 (2 COLORs)
1
2

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
17
18
PA3

Hình 9:Môđun Ma trận LED 5x7
2.3. Môđun giao tiếp theo chuẩn UART
Môđun này được thiết kế để truyền thông giữa máy tính với vi điều khiển thông qua
chuẩn UART. Môđun này được kết nối như hình sau, có ký hiệu là DB9
C1
104
TxD
C4
104
13
14
15
7
6
2
8
16
12
11
1
10
3
4
9

5
R1I
T1O
GND
T2O
Vs-
Vs+
R2I
VCC
R1O
T1I
C1+
T2I
C1-
C2+
R2O
C2-
C3
104
DB9
5
9
2
7
3
6
4
1
8
C2

104
RxD
VCC

Hình 10:Môđun UART/ISP
8


2.4. Môđun điều khiển động cơ DC và động cơ bước (STEP MOTOR)
Dưới đây là sơ đồ mạch được thiết kế để ghép nối động cơ DC và động cơ bước với Vi
điều khiển.
VCC
DK1A
C11
104
C9
104
15
VCC
1
DK2A
DK2B
GND
DK1B
OUT1A
U6
LM7805
1
2
3

VI
GND
VO
+12V
GND
VCC
C12
100u
OUT1A
J1
L298
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
VCCVCC
OUT2B
VCC
OUT1B

OUT2A
C10
100u

Hình 11:Môđun động cơ DC


J8
1
2
3
4
+12V
J9
1
2
3
4
J11
1
2
3
J7
1
2
3
4
U1
ULN2803
1

2
3
4
5
6
7
8
9 10
11
12
13
14
15
16
17
18
1
2
3
4
5
6
7
8
GND 10
11
12
13
14
15

16
17
18
J10
1
2
3
4


Hình 12:Môđun động cơ bước


9

2.5. Môđun giao tiếp theo chuẩn I
2
C
Môđun này được thiết kế để giao tiếp giữa vi điều khiển với các chip ngoại vi như:
EEPROM, Real Time Clock(RTC), thông qua chuẩn giao tiếp I
2
C.
U9
DS1307
8
1
2
34
7
5

6
VCC
X1
X2
VBATGND
SQW
SDA
SCL
VCC
U7
PIN 3V
12
R12 4K7
D12
LED
Y2
U10
24C64
8
1
2
3
4
7
5
6
VCC
A0
A1
A2

GND
WP
SDA
SCL
R1
300R
R2 4K7
PC1
PC0
J4
CONG TAC
8
7
6
5
1
2
3
4

Hình 13:Môđun I2C
2.6. Môđun bàn phím

Hình 14:Môđun bàn phím
10

2.7. Các môđun khác
- Môđun cấp nguồn:

VCC
J3
POWER
1
2
D3
LED
R8
1k
C5
100uF/16V
C6
104

VCC
U8
USB_B
1
23
4
D+
GNDVCC
D-

Hình 15:Môđun cấp nguồn

-Môđun debugger dùng để chạy debugger chương trình.
VCC PC4(TDO)
J1
DEBUGGER

1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
PC2(TCK)
PC5(TDI)
PC3(TMS)

Hình 16:Môđun debugger

-Môđun ISP Programer: dùng để nạp chương trình vào vi điều khiển
PB6
RST
PB5
VCC
PB7
J18
ISP PROGRAMER
1 2
3 4
5
7
9
6

8
10

Hình 17:Môđun ISP Programer














11

Bộ KIT M-DE1 hoàn chỉnh gồm: board AVR và các phụ kiện đi kèm theo



Hình 18: Bộ KIT M-DE1 hoàn chỉnh

12

MẠCH IN CÁC MODULE CỦA KIT M-DE1

PB7
PB5
Q8
PNP
RST
PA1
B
E
R61 300
R59 300
PA7
DP
PA6
R7
J12
PORTD
1
2
3

4
5
6
7
8
PC6
PC2(TCK)
R6
C4
104
PA6
PD4
R12 4K7
Tx D
R42
1K
U6
MATRIX 5x7 (2 COLORs)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13
14
15
16
17
18
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
VCC
PD7
PA6
20P1
D12
LED

J2
LCD16x2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
16
14
19
10
30
32
21
9
20
13
17
25

12
11
31
1
2
3
4
5
6
7
8
33
40
39
38
37
36
35
34
15
18
26
27
28
29
22
23
24
(INT0)PD2
(RXD)PD0

(OC1A)PD5
VCC
AVCC
AREF
(OC2)PD7
RESET
(ICP)PD6
XT1
(INT1)PD3
(TMS)PC3
XT2
GND
GND
(XCK/T0)PB0
(T1)PB1
(INT2/AIN0)PB2
(OC0/AIN1)PB3
(SS)PB4
(MOSI)PB5
(MISO)PB6
(SCK)PB7
(ADC7)PA7
(ADC0)PA0
(ADC1)PA1
(ADC2)PA2
(ADC3)PA3
(ADC4)PA4
(ADC5)PA5
(ADC6)PA6
(TXD)PD1

(OC1B)PD4
(TDO)PC4
(TDI)PC5
(TOSC1)PC6
(TOSC2)PC7
(SCL)PC0
(SDA)PC1
(TCK)PC2
R15
PB3
PC5(TDI)
VCC
PB2
DP
VCC
PA2
Y2
R17
PA0
G
D10
LED
PA1
U13
74LS373
3
4
7
8
13

14
17
18
1
11
2
5
6
9
12
15
16
19
2010
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
OE
LE
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5

Q6
Q7
VCCGND
LCD2
J3
POWER
1
2
PA1
PB2
DP
R99
330
12
PA3
PC2(TCK)
F
PA5
PC3(TMS)
PB3
U8
USB_B
1
23
4
D+
GNDVCC
D-
R49
4.7K

PA6
VCC
LCD4
PB5
J23
LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
PD6
D
R52
4.7K
R24
10k
PB7
R64 300
J24
LED
1
2
3
4

5
6
7
8
9
10
PB6
PC5(TDI )
R2 4K7
PC0
PC3(TMS)
PB4
LCD2
VCC
C2
104
J4
CONG TAC
8
7
6
5
1
2
3
4
VCC
PC5(TDI )
PA4
PB2

PD5
R40
4.7K
VCC
LCD0
PA1
F
PA7
F
PA4
J13
PORTA
1
2
3
4
5
6
7
8
PC4(TDO)
PA7
C3
104
PA0
LCD6
PA4
PC4(TDO)
R41
1K

G
R11
G
PC1
PA7
PC3(TMS)
Tx D
J20
LCD
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
J11
PORTC
1
2
3
4
5
6
7
8
PB6
PC7

PD3
R44
1K
PB0
PC0
U11
74LS373
3
4
7
8
13
14
17
18
1
11
2
5
6
9
12
15
16
19
2010
D0
D1
D2
D3

D4
D5
D6
D7
OE
LE
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
VCCGND
VCC
PC0
A
PA3
PA4
PB6
D
J10
PORTB
1
2
3
4
5
6

7
8
LCD1
U7
PIN 3V
12
B
PC6
PC0
R58
4.7K
R60 300
Q9
PNP
PD4
C
E
PA2
RST
PA3
Tx D
PA1
Q6
PNP
R14
VCC
RxD
PC5(TDI)
D
D5

LED
VCC
LCD4
Q7
PNP
VCC
PB1
PD3
D3
LED
SW10
SW DIP-8
LCD0
PC0
R51
4.7K
PC2(TCK)
U10
24C64
8
1
2
3
4
7
5
6
VCC
A0
A1

A2
GND
WP
SDA
SCL
J22
LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
R9R3
R1
300R
R50
4.7K
PC1
PB7
LCD6
U9
DS1307
8
1
2

34
7
5
6
VCC
X1
X2
VBATGND
SQW
SDA
SCL
PC2(TCK)
R43
1K
PA6
PC4(TDO)
R62 300
PD7
PA0
R22
10k
LCD1
D4
LED
C5
100uF/ 16V
PD6
PC3(TMS)
R66 300
VCC

RxD
D7
LED
PB4
A
PA2
C
R16
13
14
15
7
6
2
8
16
12
11
1
10
3
4
9
5
R1I
T1O
GND
T2O
Vs-
Vs+

R2I
VCC
R1O
T1I
C1+
T2I
C1-
C2+
R2O
C2-
PB4
20P2
E E
B
PA5
PA5
J21
LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
R63 300
PB5

PB0
PC7
C
R13
D
104
PC6
U16
74LS373
3
4
7
8
13
14
17
18
1
11
2
5
6
9
12
15
16
19
2010
D0
D1

D2
D3
D4
D5
D6
D7
OE
LE
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
VCCGND
PD2
R5
R53
4.7K
R8
1k
D8
LED
J1
DEBU GGER
1
3
5

7
9
2
4
6
8
10
DP
D9
LED
R10
VCC
PA5
R4
PB1
R39
4.7K
PB7
PC4(TDO)
PC1
PA4
R19
PA2
RxD
D11
LED
C1
104
PC4(TDO)
LCD5

A
PA5
PC7
LCD5
LCD7
G
R18
PA2
R65 300
J18
ISP PROGRAMER
1 2
3 4
5
7
9
6
8
10
PC1
PD5
F
LCD7
C
PA0
PC2(TCK)
PA3
C6
104
PB5

PA0
D6
LED
PB6
DB9
5
9
2
7
3
6
4
1
8
PB1
A
PD2
B
PC1
PB0
PC3(TMS)
PA3





Hình 19: Mạch in các môđun của KIT M-DE1

13

3. TÀI LIỆU THIẾT KẾ VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG XE ĐUA TỰ HÀNH
Đi kèm theo bộ KIT AVR, chúng tôi đã phát triển một ứng dụng cụ thể đó là thiết kế
mô hình xe đua tự hành. Đây là một công cụ rất tốt giúp cho việc nghiên cứu và giảng
dạy đối với sinh viên chuyên ngành điện tử, tự động hóa tại các trường đại học và cao
đẳng. Việc thiết kế mô hình xe đua t
ự hành làm công cụ hỗ trợ học tập môn học vi xử
lý, vi điều khiển sẽ giúp cho sinh viên tiếp cận nhanh với lĩnh vực thiết kế robot và điều
khiển tự động và đồng thời giúp cho môn học thêm trực quan, sinh động và thực tế hơn.

3.1. TÀI LIỆU THIẾT KẾ XE ĐUA TỰ HÀNH
Xe đua tự hành gồm những module như sau: module driver board điều khiển 2
động cơ sau, module sensor dò đường, module mạch nạp vi điều khiển, module động cơ
servo điều khiển 2 bánh trước.
3.1.1. Module Driver board điều khiển 2 động cơ sau


Hình 20: Mạch driver board động cơ sau
Hai động cơ sau là hai động cơ DC được điều khiển đồng bộ bằng mạch driver board.

Hình 21: Sơ đồ thiết kế và kết nối driver board với động cơ sau
14

Chúng tôi thiết kế mạch driver board điều khiển 2 động cơ DC cho Motor DC
quay thuận và nghịch bằng IC chuyên dụng điều khiển công suất và dòng cấp là L298
chịu dòng 2A. Đây là IC được tích hợp 2 mạch cầu H và bộ logic bên trong.

Hình 22: Kết nối động cơ DC với driver board qua IC L298
Trong mạch trên động cơ trái được kết nối với chân số 2 và chân số 3 của L298
còn động cơ phải được kết nối với chân số 13 và số 14 của L298. Board driver được kết
nối với Vi điều khiển thông qua 4 dây tín hiệu là: left PWM ( Port B3 của vi điều khiển)
và left DIM ( Port B4 của vi điều khiển) để điều khiển motor trái, tương tự right PWM
(Port D7 của vi điều khiển ) và right DIM( port D6 của vi đ
iều khiển) điều khiển motor
phải. Motor trái được điều khiển bằng độ rộng xung của Timer 0 và motor phải được
điều khiển bằng độ rộng xung của Timer 2.

Hình 23: Nguyên lý hoạt động của IC L298


15


+ Khi tín hiệu : thì tín hiệu lúc đó
=>Khi đó motor quay thuận.
Và ngược lại khi : thì tín hiệu lúc đó
=>Khi đó motor quay nghịch.
Bên cạnh đó bộ IC 7408 (4 cổng AND ) và IC LM324 (4 Opamp ) có khả năng thích
ứng tốt với các bộ timer, không làm mất xung PWM từ Timer do ngay bên trong mạch
đã tích hợp khối logic làm nhiệm vụ đệm tín hiệu PWM trước khi đưa vào IC điều
khiển L298. Phải cấp nguồn 9V cho Motor, và cấp nguồn 5V cho khối logic bên trong.
3.1.2. Module sensor dò đường

Hình 24:Mặt trên và dưới sensor dò đường.

16


Hình 25: Sơ đồ nguyên lý mạch sensor dò đường
Mạch gồm có 1 led thu và led phát hồng ngoại đặt gần nhau. Led phát hồng
ngoại chiếu hồng ngoại xuống đường và thông qua IC LM324 dùng 4 Opamp để so
sánh tín hiệu:
+ Khi gặp vạch trắng thì hồng ngoại bị phản xạ về led thu, làm giảm nội trở của
led thu và truyền logic 1 về cho Vi điều khiển.
+ Khi hồng ngoại gặp nền đen thì không bị phản xạ và led thu không nhận được
hồng ngoại nên không làm giảm nộ
i trở và truyền logic 0 về cho Vi điều khiển.
Trong mạch trên dùng 8 cặp led thu phát hồng ngoại do đó truyền song song 8 bit về Vi
điều khiển thông qua Port C.

Hình 26: Kết nối sensor dò đường với vi điều khiển
17

3.1.3. Module mạch nạp Vi điều khiển

Hình 27:Board nạp vi điều khiển và vi điều khiển.
Chúng ta sử dụng mạch nạp đơn giản nhất đó là nạp qua cổng LPT. Rất dễ thiết kế với
các chân tác dụng trên vi điều khiển: MOSI, MISO, SCK, RESET và GND.


Hình 28: Sơ đồ chân vi điều khiển dùng để nạp chương trình

18

3.1.4. Module ghép nối motor Servo điều khiển bánh trước

Hình 29: Ghép nối motor servo điều khiển bánh trước

Chúng tôi sử dụng động cơ servo R/C thông dụng (các động cơ servo điều khiển bằng
liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo R/C (radio- controlled) được thiết kế cho
những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều
khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ
được hồi tiếp về mạch điều khiển này.
Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ
nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh
sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.

Hình 30: Kết nối động cơ servo

Hình 31: Điều khiển vị trí của trục ra động cơ bằng điều chế độ rộng xung.
19

Liên hệ giữa độ rộng xung và góc quay
Độ rộng xung Góc quay(độ)
10% 0
10.067% 1
12.016% 30

7.984% -30
Công thức liên hệ giữa độ rộng xung và góc quay:
Độ rộng xung=10+(21.5*100*góc quay)/32000 (%).

3.2. TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG XE ĐUA TỰ HÀNH
-Mô hình xe: gồm thân xe và 2 cặp bánh xe trước và sau. Trên thân xe được lắp các
mạch điều khiển.

Hình 32: Mô hình xe đua tự hành

20

3.2.1. Mô hình đường đua: Phần đường đi được thiết kế khép kín nhưng cơ bản bao
gồm: một đường đi thẳng, một góc cua cong, hai góc cua 90
0
, một đoạn đường uốn và
một làn chuyển đường.

Hình 33: Mô hình đường đua
3.2.2. Nguyên tắc hoạt động của xe: trên board vi điều khiển chúng tôi lắp thêm công
tắc DIP với các chế độ để lựa chọn các đoạn code lập trình khác nhau cho xe hoạt động,
đây cũng là một trong những cách để ta tăng tính cơ động các ứng dụng của xe.
.Khi nạp code cho AVR , công tắc SW6 và công tắc SW9 ở vị trí nhấn.
.Nhấn công tắc SW11để cấp nguồn 5V cho vi điều khiển.
.Nhấn công tắc J15 để
cấp nguồn cho board sensor.
.Nhấn công tắc SW10 để cấp nguồn cho DC Motor và Servo Motor.
.Quá Trình nhấn công tắc để xe chạy tự động trên đường đua:
+Công tắc J15 đã ở vị trí nhấn.
+Nhấn công tắc SW11 cấp nguồn cho AVR và board sensor.

+Nhấn công tắc SW10 cấp nguồn cho Servo Motor và Motor DC.
+Nhấn key SW4( vị trí giữa công tắc SW10 ,SW11) và xe khởi động chạy
trên đường đua.
Xe thực hiện hoàn tất một vòng đua khép kín một cách tự động bao gồ
m cơ chế
xử lý góc cua cong 12
0
do động cơ servo xử lý quay 12
0
sau đó xe sẽ chạy thẳng sensor
sẽ nhận biết những led giữa nên servo chỉ quay trong vòng 10
0
trở lại, và xe sẽ thực hiện
2 lần góc cua 90
0
với cơ chế xử lý của servo quay 40
0
và bánh trái quay nhanh hơn
bánh phải (do sự điều chỉnh độ rộng xung của Timer), xe tiếp tục thực hiện đoạn
chuyển đường với cơ chế servo quay trái 25
0
khi gặp nền đen và chạy cho đến khi gặp
vạch trắng thi servo quay phải 25
0
và trở vòng đua ban đầu.
MẠCH IN CÁC MODULE CỦA KIT M-DE1
PB7
PB5
Q8
PNP

RST
PA1
B
E
R61 300
R59 300
PA7
DP
PA6
R7
J12
PORTD
1
2
3
4
5
6
7
8
PC6
PC2(TCK)
R6
C4
104
PA6
PD4
R12 4K7
TxD
R42

1K
U6
MATRIX 5x7 (2 COLORs)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17
18
VCC
PD7
PA6
20P1
D12
LED
J2
LCD16x2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

14
15
16
16
14
19
10
30
32
21
9
20
13
17
25
12
11
31
1
2
3
4
5
6
7
8
33
40
39
38

37
36
35
34
15
18
26
27
28
29
22
23
24
(INT0)PD2
(RXD)PD0
(OC1A)PD5
VCC
AVCC
AREF
(OC2)PD7
RESET
(ICP)PD6
XT1
(INT1)PD3
(TMS)PC3
XT2
GND
GND
(XCK/T0)PB0
(T1)PB1

(INT2/AIN0)PB2
(OC0/AIN1)PB3
(SS)PB4
(MOSI)PB5
(MISO)PB6
(SCK)PB7
(ADC7)PA7
(ADC0)PA0
(ADC1)PA1
(ADC2)PA2
(ADC3)PA3
(ADC4)PA4
(ADC5)PA5
(ADC6)PA6
(TXD)PD1
(OC1B)PD4
(TDO)PC4
(TDI)PC5
(TOSC1)PC6
(TOSC2)PC7
(SCL)PC0
(SDA)PC1
(TCK)PC2
R15
PB3
PC5(TDI)
VCC
PB2
DP
VCC

PA2
Y2
R17
PA0
G
D10
LED
PA1
U13
74LS373
3
4
7
8
13
14
17
18
1
11
2
5
6
9
12
15
16
19
2010
D0

D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
OE
LE
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
VCCGND
LCD 2
J3
POWER
1
2
PA1
PB2
DP
R99
330
12
PA3

PC2(TCK)
F
PA5
PC3(TMS)
PB3
U8
USB_B
1
23
4
D+
GNDVCC
D-
R49
4.7K
PA6
VCC
LCD4
PB5
J23
LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
PD6
D
R52
4.7K
R24
10k
PB7
R64 300
J24
LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
PB6
PC5(TDI)
R2 4K7
PC0
PC3(TMS)
PB4
LCD2
VCC
C2

104
J4
CONG TAC
8
7
6
5
1
2
3
4
VCC
PC5(TDI)
PA4
PB2
PD5
R40
4.7K
VCC
LCD0
PA1
F
PA7
F
PA4
J13
PORTA
1
2
3

4
5
6
7
8
PC4(TDO)
PA7
C3
104
PA0
LCD 6
PA4
PC4(TDO)
R41
1K
G
R11
G
PC1
PA7
PC3(TMS)
TxD
J20
LCD
1
2
3
4
5
6

7
8
VCC
J11
PORTC
1
2
3
4
5
6
7
8
PB6
PC7
PD3
R44
1K
PB0
PC0
U11
74LS373
3
4
7
8
13
14
17
18

1
11
2
5
6
9
12
15
16
19
2010
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
OE
LE
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
VCCGND

VCC
PC0
A
PA3
PA4
PB6
D
J10
PORTB
1
2
3
4
5
6
7
8
LCD 1
U7
PIN 3V
12
B
PC6
PC0
R58
4.7K
R60 300
Q9
PNP
PD4

C
E
PA2
RST
PA3
Tx D
PA1
Q6
PNP
R14
VCC
RxD
PC5(TDI)
D
D5
LED
VCC
LCD 4
Q7
PNP
VCC
PB1
PD3
D3
LED
SW10
SW DIP-8
LCD 0
PC0
R51

4.7K
PC2(TCK)
U10
24C64
8
1
2
3
4
7
5
6
VCC
A0
A1
A2
GND
WP
SDA
SCL
J22
LED
1
2
3
4
5
6
7
8

9
10
R9R3
R1
300R
R50
4.7K
PC1
PB7
LCD6
U9
DS1307
8
1
2
34
7
5
6
VCC
X1
X2
VBATGND
SQW
SDA
SCL
PC2(TCK)
R43
1K
PA6

PC4(TDO)
R62 300
PD7
PA0
R22
10k
LCD1
D4
LED
C5
100uF/16V
PD6
PC3(TMS)
R66 300
VCC
RxD
D7
LED
PB4
A
PA2
C
R16
13
14
15
7
6
2
8

16
12
11
1
10
3
4
9
5
R1I
T1O
GND
T2O
Vs-
Vs+
R2I
VCC
R1O
T1I
C1+
T2I
C1-
C2+
R2O
C2-
PB4
20P2
E E
B
PA5

PA5
J21
LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
R63 300
PB5
PB0
PC7
C
R13
D
104
PC6
U16
74LS373
3
4
7
8
13
14

17
18
1
11
2
5
6
9
12
15
16
19
2010
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
OE
LE
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6

Q7
VCCGND
PD2
R5
R53
4.7K
R8
1k
D8
LED
J1
DEBUGGER
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
DP
D9
LED
R10
VCC
PA5
R4
PB1

R39
4.7K
PB7
PC4(TDO)
PC1
PA4
R19
PA2
RxD
D11
LED
C1
104
PC4(TDO)
LCD5
A
PA5
PC7
LCD 5
LCD7
G
R18
PA2
R65 300
J18
ISP PROGRAMER
1 2
3 4
5
7

9
6
8
10
PC1
PD5
F
LCD 7
C
PA0
PC2(TCK)
PA3
C6
104
PB5
PA0
D6
LED
PB6
DB9
5
9
2
7
3
6
4
1
8
PB1

A
PD2
B
PC1
PB0
PC3(TMS)
PA3