Ứng dụng vi điều khiển PIC vào thiết kế bộ volmet điện tử

BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 1 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2
DANH MỤC CÁC BẢNG 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 4
LỜI MỞ ĐẦU 6
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC
1. Giới thiệu về vi điều khiển PIC của Microchip. 43
1.1.Vài nét về lịch sử phát triển. 43
1.2. Kiến trúc của vi điều khiển PIC. 45
1.3.Các dòng vi điều khiển PIC 49
CHƯƠNG 2 – TÌM HIỂU VỀ PIC 16F877A
2.1. Sơ Đồ Chân Của Vi Điều Khiển PIC 16F877A. 67
2.2. Một Vài Thông Số Về Vi Điều Khiển PIC 16F877A. 67
2.3. Sơ Đồ Khối Của Vi Điều Khiển PIC 16F877A. 69
2.4. Tổ Chức Bộ Nhớ PIC 16F877A.
2.5. Stack.
2.6. Các Cổng Xuất Nhập Của PIC 16F877A.
2.7. Các Bộ Timer Của PIC 16F877A.
2.8. Bộ Chuyển Đổi ADC Của PIC 16F877A.
2.9. Bộ COMPARATOR Của PIC 16F877A.
2.10. Bộ CCP (Capture/Compare/PWM) PIC 16F877A.
2.10. Giao Tiếp Nối Tiếp Của PIC 16F877A.
2.11. Giao Tiếp Song Song PSP (Parallel Slave Port).
2.12. Các Ngắt Của PIC 16F877A.
2.13. WATCHDOG TIMER (WDT).
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 2 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
2.14. Chế Độ SLEEP.
2.15. Đánh Thức Vi Điều Khiển.

CHƯƠNG 3 – ỨNG DỤNG PIC 16F877A VÀO THIẾT KẾ BỘ
VOLMET.
3.1. Sơ Đồ Khối.
3.2. Sơ Đồ Nguyên Lý.
3.3. Phần Mềm.
KẾT LUẬN 78
ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 80
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ADC
Bộ chuyển đổi tương tự sang số.
CISC
Vi điều khiển có tập lệnh phức tạp.
GPR
Thanh ghi mục đích chung.
Period
Chu kỳ
PSP
Cổng song song hoạt động ở chế độ Slave
PWM
Điều chế độ rộng xung.
SFG
Thanh ghi có chức năng đặc biệt
SPI
Giao diện ngoại vi nối tiếp
RISC
Vi điều khiển có tập lệnh đơn giản.
UART
Bộ truyền thông bất đồng bộ nối tiếp.
WDT Watchdog Timer.

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 3 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1:Đặc tính nổi bật của VĐK PIC16F877A.
Bảng 2.2: Chọn Các Bank làm việc.
Bảng 2.3: Bit 2:0 PS2:PS1 lựa chọn hệ số chia xung .
Bảng 2.4: Bit 5, 4 T1CKPS1:T1CKPS0 lựa chọn hệ số chia xung.
Bảng 2.5: Các trường hợp CCPx được liệt kê trong bảng sau
Bảng 2.6: Công thức tính tốc độ baud do BRG tạo ra
Bảng 3.1: Bảng chức năng của LCD 16x2:
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1 Kiến trúc Von Neuman.
11
Hình 1.2 Kiến trúcHarvard.
11
Hình 1.3 Các dòng vi điều khiển của Microchip.
12
Hình 1.4 Sơ đồ khối vi điều khiển 8bit của Microchip.
13
Hình 1.5 Sơ đồ khối của PIC24F.
16
Hình 1.6 Sơ đồ khối của PIC24H.
22
Hình 1.7 Sơ đồ khối của dsPIC.
22
Hình 1.8 Sơ đồ khối củaPIC32.
23
Hình 2.1:Sơ đồ bố trí chân của PIC16F877A.

Hình 2.2:Sơ đồ khối của PIC16F877A.
24
Hình 2.3: Bộ nhớ chương trình của PIC16F877A.
25
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 4 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
Hình 2.4: Sơ đồ khối của PIC16F877A.
28
Hình 2.5: Sơ Đồ Khối Timer0.
28
Hình 2.6:Thanh ghi OPTION_REG.
32
Hình 2.7: Sơ Đồ Khối Timer1.
32
Hình 2.8: Thanh Ghi Điều Khiển Timer1 T1CON.
32
Hình 2.8: Sơ Đồ Khối Timer2.
33
Hình 2.9 :Thanh ghi T2CON.
34
Hình 2.10 :Sơ Đồ Khối Bộ Chuyển Đổi ADC.
34
Hình 2.11 :Các cách lưu kết quả chuyển Đổi ADC.
35
Hình 2.12 :Nguyên Lý Hoạt Động Của Một Bộ So Sánh Đơn
giản.
36
Hình 2.13 : Các Chế Độ Hoạt Động Của Bộ Comparator.
36
Hình 2.14 Sơ Đồ Khối Bộ Tạo Điện Áp So Sánh.

36
Hình 2.15 Sơ Đồ Khối CPP (Capture Mode).
40
Hình 2.16: Sơ Đồ Khối CPP (Compare Mode).
41
Hình 2.17: Sơ Đồ Khối CPP (PWM Mode).
42
Hình 2.18: Các Tham Số Của PWM.
46
Hình 2.19: Sơ Đồ Khối Của Khối Truyền Dữ Liệu USART.
48
Hình 2.20: Sơ Đồ Khối Của Khối Nhận Dữ Liệu USART.
49
Hình 2.21: Sơ Đồ Khối MSSP (Giao Diện SPI).
50
Hình 2.22: Sơ Đồ Khối Của PORTD và PORTE Ở Chế Độ PSP
Slave Mode.
52
Hình 2.23:Các Thanh Ghi PIE1, PIR1, PIE2, PIR2 Điều Khiển
Các Ngắt Ngoại Vi.
54
Hình 3.1: Sơ Đồ Khối VOLMET.
55
Hình 3.2: Sơ Đồ Khối Nguồn.
59
Hình 3.3: Sơ Đồ Khối Xử Lý Trung Tâm.
61
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 5 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
Hình 3.4: Sơ Đồ Khối Hiển Thị.

62
Hình 3.5: Sơ Đồ Khối Phân Áp.
63
LỜI MỞ ĐẦU
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 6 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
Ngày nay, chúng ta thấy nhiều sản phẩm điện tử được dùng trong công
nghiệp và gia dụng như các bộ điều khiển từ xa, máy in hoá đơn điện thoại,
bộ điều chỉnh công suất tự động, máy giặt tự động hay bán tự động, lò vi
sóng, các thiết bị đo, các thiết bị hiển thị và các sản phẩm khác. Điểm chung
của các thiết bị này là phải có một linh kiện gọi là ‘vi điều khiển’, cho phép
điều khiển việc phân chia khoảng thời gian và sắp đặt trình tự của các cơ cấu
và quá trình xử lý, lưu giữ và xử lý dữ liệu trong hệ thống điều khiển.
Ngoài ra với sự hỗ trợ của vi điều khiển ta có thể thực hiện các phép
tính số học và logic đơn giản. Bất kỳ hệ thống nào có một bộ điều khiển từ xa
đều có chứa một bộ vi điều khiển.
Có thể quan niệm vi điều khiển như một máy vi tính đơn chip, thích
hợp hơn đối với việc tự động hoá máy móc hoặc quá trình. Việc sử dụng vi
điều khiển không chỉ giảm chi phí cho quá trình tự động hoá mà còn làm cho
quá trình trở nên linh hoạt hơn. Nhà thiết kế bớt căng thẳng hơn do việc ghép
nối phức tạp với các thiết bị ngoại vi như ADC/DAC … và có thể tập trung
vào các đối tượng ứng dụng và nội dung phát triển. Linh kiện này có thể lập
trình được để làm cho hệ thống trở nên thông minh. Điều này hoàn toàn là có
thể bởi vì việc xử lý dữ liệu có liên quan đến dung lượng bộ nhớ của các vi
điều khiển. Các vi điều khiển có nhiều khối chức năng, có thể đáp ứng toàn
bộ các yêu cầu chung của kỹ thuật tự động hoá.
Một số dòng vi điều khiển trên thị trường là: 8051, AVR, PIC …
Với đề tài: “ Ứng dụng Vi Điều Khiển PIC vào thiết kế bộ Volmet
điện tử”.
Trong quá trình thực hiện đề tài, được sự hướng dẫn tận tình của thầy

giáo Lê Mạnh Long và các thầy cô khác trong khoa em đã có cơ hội chuyển
kiến thức lý thuyết thành sản phẩm thực tế qua đề tài “Thiết kế bộ volmet
điện tử sử dụng vi điều khiển PIC”, qua đó cũng đã hoàn thành được đề tài
của mình. Tuy nhiên, với thời gian ngắn, trang thiết bị để phục vụ làm báo
cáo chưa đầy đủ nên báo cáo không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, em
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 7 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
rất mong nhận được sự đóng góp, góp ý kiến của các thầy và các thầy,cô
trong khoa điện tử và các bạn trong lớp là một điều rất tốt để báo cáo thực tập
tốt nghiệp của chúng em thêm hoàn thiện.
Em xin chân thành cảm ơn!
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 8 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
1.1. Vài Nét Về Lịch Sử Phát Triển.
PIC (Programmable Intelligent Computer) là một sản phẩm của hãng
General Instruments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650. Vào
thập kỷ 70 của thế kỷ 20, General Instrument và Honeywell kết hợp sản xuất
ra bộ vi xử lý 16 bit CP1600. Đây là một bộ vi xử lý khá mạnh vào thời điểm
đó nhưng lại hạn chế về hoạt động vào/ra. PIC1650 được sản xuất để hỗ trợ vi
xử lý CP1600 trong các máy tính sử dụng bộ vi xử lý này.
PIC1650 hoạt động với tập lệnh đơn giản nằm trong ROM. Vào thời
điểm đó chưa có khái niệm về RISC (Reduced Instructions Set Code), tuy
nhiên PIC1650 thực sự là một bộ vi điều khiển được thiết kế theo kiểu kiến
trúc RISC. Tập lệnh của PIC1650 với khoảng 30 lệnh và độ dài của mỗi lệnh
là 14 bit. Mỗi lệnh được PIC1650 thực hiện trong 1 chu kỳ máy (4 chu kỳ của
bộ dao động).
Năm 1985 General Instruments bán bộ phận sản xuất vi điện tử của họ
và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án liên quan (do các dự án lúc đó đã
quá lỗi thời).

Năm 1989 Microchip Technology tiếp tục phát triển PIC, bắt đầu bằng
việc thêm bộ nhớ EEPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình.
Tiếp đến là tích hợp các tính năng như ngắt , ADC (Analog Digital
Converter) để tạo thành các bộ vi điều khiển (Micocontroller).
Đến năm 1992 Microchip Technology đã cho ra đời 6 loại chip với 3
dòng khác nhau:
Dòng chip có độ dài mã lệnh bằng 12 bit gồm 4 chip PIC16C5x. Các
chip này có từ 12 đến 28 chân vào/ra;
Dòng chip độ dài mã lệnh bằng 14 bit là PIC16C71. Bộ vi điều khiển
này đã được tích hợp thêm hai tài nguyên là ngắt và ADC.
Dòng chip độ dài mã lệnh bằng 16 bit là PIC17C41, tuy nhiên dòng
chip này không được chú trọng phát triển vào thời điểm đó.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 9 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
Cùng thời gian này, hàng loạt các công cụ hỗ trợ cũng được các công ty
khác nhau cho ra đời. Điển hình là PICMASTER emulator, PIC Pro II
programmer và cả trình dịch C (C Compiler). Các công cụ này cùng với việc
thay bộ nhớ OTP (one-time programmable parts) bằng bộ nhớ EEP
(Electrically Erasable Parts) đã mang đến rất nhiều tiện lợi cho người lập
trình, ví dụ như: người lập trình có thể nạp chương trình mà không cần gỡ
chip ra khỏi mạch. PIC16C84 là bộ vi điều khiển đầu tiên có bộ nhớ kiểu
EEP.
Không lâu sau đó Microchip Technology tiếp tục đưa vào bộ vi điều
khiển với mã lệnh dài 14 bit PIC16F877 tính năng gỡ rối (Flash debugging).
Tính năng này cho phép người lập trình có thể kiểm soát từng thanh ghi, từng
câu lệnh trong chương trình. Nhờ những cải tiến liên tiếp, PIC16F877 trở
thành bộ vi điều khiển bán chạy nhất vào thời điểm đó (năm 1995 đến 1998).
Đến năm 2000, Microchip Technology tái phát triển lại dòng chip có độ
dài mã lệnh bằng 16 bit đã có trước đó 8 năm. Đại diện cho dòng chip này là
PIC18F452 với tốc độ, dung lượng bộ nhớ được cải thiện và khá nhiều tính

năng được bổ sung như các bộ định thời (Timer), truyền thông nối tiếp Dòng
vi điều khiển PIC 8 bit đã dẫn đầu về số lượng bộ bán ra mỗi năm liên tục từ
năm 2002 đến nay.
Trước nhu cầu về tốc độ xử lý cũng như các tính năng đặc biệt khác,
Microchip Technology tiếp tục cho ra đời các dòng vi điều khiển tiên tiến
hơn như: PIC24, PIC33, dsPIC
Ngày nay đã có đến hàng chục dòng PIC với hàng trăm loại chip khác
nhau. Tại Việt Nam cũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử
dụng khá rộng rãi. Điều này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và
phát triển các ứng dụng như: Số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã
được phát triển thành công; dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ
dẫn khi gặp khó khăn,…
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 10 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
1.2. Kiến Trúc Của Vi Điều Khiển PIC.
Kiến trúc của một bộ vi điều khiển được thiết kế theo hai dạng cơ bản:
Kiến trúc Von Neuman và kiến trúc Harvard. (hình 1.1 và hình 1.2)
Von Neumann là một nhà toán học, vật lí người Mỹ, gốc Do thái.
Năm 1944, Von Neumann làm cố vấn cho dự án chế tạo máy tính
ENIAC, để phục vụ cho các mục đích quân sự của Mỹ. Năm 1945, Sau khi dự
án ENIAC hoàn thành, Von Neumann cùng nhóm một vài thành viên trong
nhóm làm việc của ông lại tiến hành một dự án mới, là xây dựng một máy
tính hiện đại hơn.
Năm 1945, Von Neumann đã viết một bài báo có tính bước ngoặc với
tựa: "Bản thảo đầu tiên về máy tính EDVAC " ("The First Draft of a Report
on the EDVAC "), chứa đựng những ý tưởng về cầu trúc cơ bản mà một máy
tính cần có . Bài báo này được Von Neumann trao đổi giới hạn với các thành
viên trong nhóm làm việc, tuy nhiên, sau đó đã được phổ biến rộng rãi và ảnh
hưởng mạnh đến sự phát triển của máy tính ở Mỹ và thế giới. Theo đó, cấu
trúc của máy tính là sự kết hợp của các thành phần sau:

Bộ xử lý số học và logic (ALU - Arithmetic-Logic Unit ).
Bộ nhớ (Memory).
Bộ điều khiển (Von Neumann Control Unit).
Các bộ phận vào/ra.
Một điểm đáng chú ý nhất trong kiến trúc Von Neumann là dữ liệu
(data) cùng với lệnh (instruction) được dùng để xử lí dữ liệu đó có thể được
lưu giữ trên cùng một vùng nhớ của máy tính. Do dữ liệu và các lệnh được
lưu trong cùng một vùng nhớ (vùng nhớ ở đây là RAM), nên cần thiết phải
phân biệt chúng, khối điều khiển Von Neumann (Von Neumann Control Unit)
sẽ thực hiện nhiệm vụ này.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 11 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
Hình 1.1 Kiến trúc Von Neuman
Khi khối điều khiển Von Neumann bắt đầu gọi một lệnh để xử lí, nó
gọi tới bộ đếm chương trình (PC - Program Counter) để trỏ tới địa chỉ của
lệnh trong bộ nhớ, rồi lệnh này sẽ được nạp và thực thi bởi CPU. Địa chỉ của
dữ liệu cần xử lí được chứa trong chính lệnh cần thực thi. Khi thực thi các
lệnh, bộ đếm chương trình sẽ tăng lên để trỏ tới lệnh tiếp theo cần thực thi.
Quá trình này là tuần tự, nghĩa là các lệnh được thực thi một cách tuần tự, tại
mỗi thời điểm chỉ có một lệnh được thực thi (one instruction at a time). Đây
là đặc điểm tiêu biểu của kiến trúc Von Neumann.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
CP
U
Dat
a
Bu
s
A
Y

Z
ALU

IN
OU
T
Flags
PC
IR
CU
MAR
Data
Buffer
System Bus
Data Line
Addres Line
Control Line
A: Thanh ghi tích lũy.
Y,Z: Temporary Register (thanh ghi đệm).
Flags: Thanh ghi cờ.
PC: Bộ đếm chương trình (Program Counter).
IR: Thanh ghi lệnh (Instruction Register).
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 12 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
Chính kiến trúc này, như Von Neumann đã tự thừa nhận là làm giới hạn
tốc độ thực thi của chương trình do tại mỗi thời điểm chỉ thực thi được một
lệnh. Tình trạng này được John Backus, một người tiên phong trong lĩnh vực
máy tính gọi là tình trạng "Thắt cổ chai Von Neumann" (von Neumann
bottleneck). Tình trạng "Thắt cổ chai von Neumann" chỉ ra rằng, tốc độ hệ
thống bị giới hạn do tốc độ thực thi của CPU nhanh hơn tốc độ cung cấp
thông tin cho CPU từ bộ nhớ (tốc độ truy xuất bộ nhớ).

Ngày nay, có nhiều kỹ thuật nhằm giúp hạn chế tình trạng “Thắt cổ
chai von Neumann” như tăng độ rộng bus dữ liệu, kỹ thuật dùng bộ nhớ
cache, cùng các kỹ thuật tiên tiến khác, tuy nhiên, bất chấp những cải tiến
trên, kiến trúc dựa trên kiến trúc Von Neumann vẫn là kiến trúc máy tính phổ
biến nhất hiện nay.
Kiến trúc Harvard được nghiên cứu tại trường đại học Harvard (Mỹ),
dưới sự lãnh đạo của Howard Aiken. Nhóm nghiên cứu đã tách các bộ nhớ dữ
liệu và bộ nhớ chương trình với các bus riêng rẽ cho từng bộ nhớ, các bus này
cũng được điều hành độc lập. Bởi thế, tại một thời điểm CPU có thể vừa đọc
mã lệnh, vừa đọc dữ liệu, điều này làm tăng đáng kể tốc độ xử lý của toàn hệ
thống. Vi điều khiển PIC được thiết kế theo kiến trúc này.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 13 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
Hình 1.2 Kiến trúcHarvard.
Một điểm cần chú ý nữa là tập lệnh trong kiến trúc Havard có thể được
tối ưu tùy theo yêu cầu kiến trúc của vi điều khiển mà không phụ thuộc vào
cấu trúc dữ liệu. Ví dụ, đối với vi điều khiển dòng PIC16F, độ dài mã lệnh
luôn là 14 bit trong khi dữ liệu được tổ chức thành từng byte.
Vi điều khiển được tổ chức theo kiến trúc Havard còn được gọi là vi
điều khiển RISC (Reduced Instruction Set Computer- vi điều khiển có tập
lệnh rút gọn). Vi điều khiển được thiết kế theo kiến trúc Von-Neuman còn
được gọi là vi điều khiển CISC (Complex Instruction Set Computer - vi điều
khiển có tập lệnh phức tạp), mã lệnh của các bộ vi điều khiển này không phải
là một số cố định mà luôn là bội số của 8 bit (1 byte).
Ngoài hai kiểu kiến trúc cơ bản nêu trên, Analog Devices còn đưa ra
một kiểu kiến trúc dựa trên kiến trúc Harvard, đó là SHARC (Super Harvard
Architecture). Kiến trúc này được áp dụng cho các bộ xử lý số (DSP – Digital
Signal Processing) của hãng (ví dụ như ADSP-2106x). Ngoài các đặc điểm
như kiến trúc Harvard, SHARC được bổ sung thêm bộ nhớ đệm chỉ lệnh và
điều khiển vào/ra nhằm cải thiện thông lượng dữ liệu. Dòng vi điều khiển

DsPIC được thiết kế theo kiểu kiến trúc này.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 14 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
1.3.Các dòng vi điều khiển PIC.
Nếu phân chia theo độ rộng bus dữ liệu thì có 3 dòng vi điều khiển PIC
Hình 1.3 Các dòng vi điều khiển của Microchip.
1.3.1. Vi điều khiển 8bit.
Đây là dòng sản phẩm bán chạy nhất của Microchip, vi điều khiển 8bit
có một số đặc điểm chính sau:
- Thiết kế theo kiến trúc Harvard.
- Độ rộng bus dữ liệu: 8bit.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
PIC1
0
PIC1
2
PIC1
6
PIC1
8
PIC24
F
PIC24
H
dsPIC3
0
dsPIC3
3
PIC32
Vi điều

khiển 8bit
Vi điều
khiển 32bit
Vi điều
khiển 16bit
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 15 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
- Mỗi lệnh được thực hiện trong 1 chu kỳ máy.
- Độ rộng của bus giữa CPU và bộ nhớ chương trình có thể là 12, 14
hoặc 16 bit tùy theo mục đích thiết kế của từng loại vi điều khiển.

Hình 1.4 Sơ đồ khối vi điều khiển 8bit của Microchip.
Các dòng PIC 8bit bao gồm:
1.3.1.1.PIC10.
Đây là dòng PIC với độ dài mã lệnh là 12 bit, tốc độ thực hiện lệnh: 1
triệu lệnh/giây. Ngoài bộ nhớ (ROM và RAM) dòng PIC này còn một số tài
nguyên cơ bản như: Port xuất/nhập, Timer.
1.3.1.2.PIC12.
PIC12 được chế tạo theo công nghệ nanoWatt, ngoài các tính năng như
PIC10, dòng chip này còn được bổ sung thêm công cụ gỡ rối (debugging)
tương thích với bộ công cụ MPLAB ICE-2.
1.3.1.3.PIC16
Khác với PIC10 và PIC12 là loại vi điều khiển cỡ nhỏ (chỉ gồm 8
chân), PIC16 là loại vi điều khiển 8bit loại trung. Dòng vi điều khiển này
được bổ sung thêm khá nhiều module như ADC, Timer, PWM, truyền thông
nối tiếp Ngoài ra PIC16 còn được bổ sung tính năng “tiết kiệm nguồn điện”
nhờ có thể hoạt động ở chế độ “Power Saving Sleep”.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 16 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
1.3.1.4.PIC18.
PIC18 được Microchip nâng tốc độ thực hiện lệnh lên 10 MIPS (10

triệu lệnh/giây), ngoài ra dòng chip này còn được bổ sung một số tính năng
như: Có thể hoạt động ở chế độ nghỉ (sleep mode) với dòng tiêu thụ chỉ
0.1uA; có thể chuyển sang nguồn dao động dự phòng nếu nguồn dao động
chính bị hỏng.
Các chip thuộc dòng 18FxxJxx còn được tích hợp thêm module
Ethernet chuẩn IEEE 802.3.
1.3.2. Vi Điều Khiển 16 Bit.
Dòng vi điều khiển 16bit của Microchip gồm PIC24 và dsPIC.
1.3.2.1. PIC24.
PIC24 bao gồm hai dòng PIC24F và PIC24H.
Một số đặc điểm chính của dòng PIC24F:
CPU:
- Thiết kế theo kiến trúc Harvard.
- Độ rộng bus dữ liệu: 16bit, độ dài mã lệnh: 24bit.
- Tốc độ thực hiện lệnh: 16 triệu lệnh/giây.
- Bộ nhân phần cứng 16bit x 16bit, thực hiện lệnh nhân trong 1 chu
kỳ.
- Bộ chia phần cứng 32bit : 16bit .
- Có hỗ trợ bộ dao động nội với tần số từ 31Khz đến 8 Mhz hoặc 32
Mhz nếu qua bộ nhân 4 lần.
- Được tích hợp bộ điều chỉnh điện áp, cho phép chíp có thể hoạt
động khi điện áp nguồn bị rơi đột ngột (LDO- Low-Dropout)
- Được tích hợp chuẩn JTAG.
- Có tính năng giám sát nguồn dao động, vi điều khiển sẽ chuyển
sang chế độ shutdown khi bị sự cố ở nguồn xung cung cấp.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 17 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
- Được tích hợp Watchdog Timer với bộ dao động RC độc lập.
Hình 1.5 Sơ đồ khối của PIC24F.
Ngoại vi:

- 10-bit ADC, 10 kênh, tốc độ lấy mẫu: 500.2
10
mẫu/giây
- 03 bộ so sánh tương tự (analog comparator)
- 02 module truyền thông nối tiếp (UART), hỗ trợ các chuẩn giao
tiếp LIN (Local Interconnect Network) và IRDA (Infrared Data
Association)
- 02 module SPI (Serial_Peripheral_Interface_Bus)
- 02 module I2C (Inter-Integrated Circuit)
- 05 bộ Timer 16-bit.
- 05 module Capture và 05 bộ PWM (Pulse Width Modulation)
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 18 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
- 01 module thời gian thực (RTCC - Real-Time Clock Calendar)
- Hỗ trợ giao tiếp song song (PMP - Parallel Master Port) với 16
đường địa chỉ và 8/16 đường dữ liệu .
Hình 1.6 Sơ đồ khối của PIC24H.
So với PIC24F thì PIC24H có thêm module DMA (Direct Memory
Access) và 16 kênh ADC với độ phân giải 12bit.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 19 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
1.3.2.2. Bộ điều khiển xử lý tín hiệu số 16-bit (dsPIC).
Hình 1.7 Sơ đồ khối của dsPIC.
Một số đặc tính cơ bản của dsPIC:
CPU:
- Tốc độ: 40 MIPS
- Dải nhiệt độ hoạt động: -40°C to +85°C
- Độ rộng bus dữ liệu: 16bit, độ dài mã lệnh: 24bit
- Không gian địa chỉ dành cho bộ nhớ chương trình lên đến 4M
words, bộ nhớ dữ liệu: 64 Kbytes

- Tập lệnh gồm 83 lệnh cơ bản.
- Module DSP:
- 16 thanh ghi công dụng chung 16bit
- Hai bộ tích lũy (Accumulator) 40bit
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 20 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
- Bộ nhân 16bit x 16bit
- Bộ chia 32bit/16bit và 16bit/16bit
- Bộ ghi dịch 40bit cho phép thực hiện các lệnh dịch/quay trong 1
chu kỳ lệnh.
- Thực hiện biểu thức gồm phép toán nhân và cộng trong 1 chu kỳ
nhờ bộ MAC (Multiply-Accumulate Unit)
- 8 kênh DMA với các tính năng:
- 2 Kbytes bộ đệm cho phép đọc/ghi dữ liệu từ/đến thiết bị ngoài
trong khi CPU đang thực hiện lệnh.
- Hỗ trợ ngắt DMA cho các thiết bị ngoài muốn trao đổi dữ liệu kiểu
DMA
- 67 nguồn ngắt với 118 vector ngắt, trong đó:
- 5 nguồn ngắt ngoài.
- 7 mức ưu tiên (đặt bởi phần mềm).
Ngoại vi:
- Nguồn xung đồng hồ có thể được cung cấp cho chíp từ ngoài, từ bộ
dao động thạch anh, từ bộ cộng hưởng hoặc bộ dao động RC nội.
Xung clock được cấp từ ngoài được đồng bộ hóa nhờ vòng khóa
pha (PLL-Phase Locked Loop) được tích hợp ngay trên chip. Tự
động chuyển sang nguồn clock khác khi nguồn hiện tại bị sự cố
mà không ảnh hưởng tới hoạt động của chip.
- Module WT (Watchdog Timer) được tích hợp bộ dao động RC
riêng.
- Được tích hợp tới 16 bộ Timer/Counter 16bit (tùy loại chip):

- Các bộ Timer này có thể hợp thành 4 bộ Timer 32bit
- 01 bộ Timer có thể hoạt động như đồng hồ thời gian thực (Real-
Time Clock) với nguồn dao động ngoài tần số 32.768 kHz.
- 08 kênh Capture, xung đầu vào có thể là sườn lên hoặc xuống, 04
bộ đệm FIFO được trang bị cho 1 kênh.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 21 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
- 08 kênh PWM 16bit.
- Truyền thông nối tiếp:
- 02 module 3-wire SPI
- 02 module I2C™, hỗ trợ các chế độ chủ tớ, 7-10 bit địa chỉ, tự phát
hiện xung đột bus.
- module UART, hỗ trợ ngắt khi truyền/nhận, khi xảy ra lỗi, trở lại
trạng hoạt động khi đang ở chế độ ngủ (sleep mode) nếu nhận
được bit start, bộ đệm truyền nhận có kích thước 4 byte.
- Hỗ trợ chuẩn giao tiếp CAN (Controller Area Network) với 8 bộ
đệm truyền và 32 bộ đệm nhận.
- 08 kênh PWM hỗ trợ điều khiển động cơ
- 01 module Encoder hỗ trợ đọc các tín hiệu pha A, pha B từ
Encoder ngoài.
- 02 module ADC, tốc độ 1.1 Mbps (ADC 10 bit) hoặc 500Kbps
(ADC 12 bit).
1.3.3.Vi Điều Khiển 32 Bit.
CPU:
- 32 bit, kiến trúc RISC.
- Xử lý song song 5 giai đoạn thực hiện lệnh (5-Stage Pipeline).
- Tần số làm việc tối đa: 80 MHz, tốc độ xử lý: 1.56 DMISP/Mhz
(Dhrystone MIPS).
- Thực hiện phép nhân chia trong 1 chu kỳ.
Embedded System:

- 02 tệp thanh ghi 32 bit.
- Bộ nhớ đệm (Cache) cho phép tăng tốc đọc mã lệnh từ bộ nhớ
Flash.
- Tính năng:
- Dải điện áp hoạt động: 2.3V đến 3.6V.
- Dung lượng bộ nhớ Flash: 32K đến 512Kb.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 22 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
- Dung lượng bộ nhớ SRAM: 8K đến 32K
- Ngoại vi:
- 04 kênh DMA với tính năng tự động nhận dạng kích thước dữ liệu.
- 01 cổng USB 2.0
- Xung clock cung cấp cho hệ thống có thể lấy từ bộ dao động thạch
anh (10 MHz đến 40 MHz), từ bộ dao động nội (8 MHz hoặc 32
kHz); 02 bộ vòng khóa pha (PLL) cho CPU và bộ điều khiển cổng
USB riêng biệt.
- module I2C™ .
- 02 module UART bao gồm: 01 module RS232 và 01 module
RS485
- 01 module hồng ngoại (IrDA) hỗ trợ đọc Encoder.
- Hỗ trợ trao đổi dữ liệu song song với chế độ 8/16 bit dữ liệu và 16
đường địa chỉ.
- 01 module thời gian thực (RTCC- Real-Time Clock/Calendar).
- 05 bộ Timers/Counters 16-bit, có hỗ trợ kết hợp hai bộ 16 bit thành
một bộ 32 bit.
- 05 đầu vào Capture.
- 05 đầu ra Compare/PWM.
- 05 chân ngắt ngoài
- Các chân vào/ra có thể hoạt động xuất nhập ở tốc độ lên tới
80MHz

- Tính năng gỡ rối (Debugging):
- 02 giao diện cho phép lập trình (Programming) và gợi rối bao gồm:
Giao diện
- 2 Wire Microchip và JTAG 4 Wire.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 23 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
Hình 1.8 Sơ đồ khối củaPIC32.
Các tính năng tương tự (Analog)
- 16 kênh ADC:
+ Độ phân giải: 10bit.
+ Tốc độ biến đổi: 500Kbps.
+ Có thể biến đổi trong khi CPU đang ở chế độ Sleep hoặc Idle.
- 02 bộ so sánh tương tự (Analog Comparators).
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 24 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
CHƯƠNG 2 – TÌM HIỂU VỀ PIC 16F877A
2.1. Sơ Đồ Chân Của Vi Điều Khiển PIC16F877A.
Hình 2.1:Sơ đồ bố trí chân của PIC16F877A.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÁO CÁO: THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - 25 - SV: PHÙNG XUÂN QUÂN
2.2. Một Vài Thông Số Về Vi Điều Khiển PIC 16F877A.
Là bộ vi điều khiển 8 bit, có các đặc tính nổi bật sau:
Bảng 2.1:Đặc tính nổi bật của VĐK PIC16F877A.
VĐK PIC16F877A
Đặc tính Số lượng
ROM trên chip 8K
RAM 368 byte
Bộ định thời (timer) 3
Các chân vào ra 33
Cổng nối tiếp 2

Nguồn ngắt 14
- Vi điều khiển có tập lệnh rút gọn RISC(Reduced Instruction Set
Computer).
- Tập lệnh gồm có 35 lệnh với độ dài 14 bit.
- Tất cả các câu lệnh thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ một
số câu lệnh rẽ nhánh thực hiện trong 2 chu kì lệnh.
- Tốc độ hoạt động tối đa là 20MHz với 1 chu kỳ lệnh là 200ns.
- Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 từ mã.
- Bộ nhớ Ram 368x8 bytes.
- Bộ nhớ EFPROM 256x 8 bytes.
Khả năng của bộ vi xử lí này :
- Khả năng ngắt ( lên tới 14 nguồn ngắt trong vụ ngắt ngoài ).
- Ngăn nhớ Stack được phân chia thành 8 mức.
- Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
- Nguồn khởi động lại (POR).
- Bộ tạo xung thời gian (PWRT) và bộ tạo dao động (OST).
- Bộ đếm xung thời gian (WDT) với nguồn dao động trên chip
(nguồn dao động RC ) hoạt động đáng tin cậy.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI