Giới thiệu về vi điều khiển PIC.pdf

DKS GROUP

1

Chương 1: Giới thiệu chung về vi điều khiển

I. Giới thiệu chung
- Lịch sử vi điều khiển
Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các
lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hoá và điều
khiển từ xa. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nghệ chế tạo vi
mạch tích hợp thay đổi từng ngày từng giờ đáp ứng yêu cầu sản xuất công nghiệp về
tính chuyên dụng hoá, tối ưu (thời gian, không gian, giá thành), bảo mật, tính chủ động
trong công việc... ngày càng đòi hỏi khắt khe. Việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực
chế tạo mạch điện tử để đáp ứng những yêu cầu trên là hoàn toàn cấp thiết mang tính
thực tế cao.
Lịch sử của Vi điều khiển bắt đầu khi
- Kiến trúc của vi điều khiển (RISC + CISC)

II. Các khối chính trong vi điều khiển
I.1 Khối bộ nhớ ROM + RAM
I.2 Khối xử lý trung tâm (CPU)
I.3 Tổ chức Bus
I.4 Các đường vào/ra
I.5 Khối giao tiếp nối tiếp
I.6 Khối Timer
I.7 Watchdog
I.8 Bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC)

DKS GROUP

2
Chương 2: Vi điều khiển PIC

Giới thiệu chung
Trong chương này chúng ta sẽ đi tìm hiểu về Vi điều khiển PIC, mà cụ thể là dòng Vi
điều khiển PIC18F4331. Tại sao lại chọn PIC18F4331, điều này khá đơn giản. Thực ra khi
bắt đầu học PIC thì bạn có thể chọn bất cứ con PIC nào để tìm hiểu, bởi hầu hết các
dòng PIC đều có cấu trúc phần cứng về cơ bản là giống nhau, và tùy từng dòng PIC mà
sẽ có những tính năng nâng cao khác, chính điều đó giúp ta làm việc được với nhiều
loại PIC một cách nhanh chóng.
Đầu tiên chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về cấu trúc phần cứng chung của PIC, các khối
chức năng và cách và cách lập trình ứng dụng. Sau đó sẽ tìm hiều về những tính năng
riêng của PIC18F4331 và PIC18F4550

- Kiến trúc RISC của vi điều khiển PIC
PIC được tổ chức phần cứng theo kiến trúc Harvard, và tập lệnh RISC (reduced

instruction set computer - máy tính với tập lệnh giản lược). Trong kiến trúc Harvard, bộ
nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình nằm riêng biệt, do đó CPU có thể làm việc trực tiếp
với cả hai bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình cùng một lúc, làm cho tốc độ xử lý
nhanh hơn.
Việc bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu được tách riêng, do đó, tập lệnh
trong kiến trúc Harvard có thể được tối ưu tùy theo yêu cầu kiến trúc của vi điều khiển.
Bằng chứng, độ dài lệnh của dòng PIC16 luôn luôn là 14 bit. Trong khi đó, độ dài lệnh
của các vi điều khiển kiến trúc von-Neumann là bội số của 1 byte (8 bit). PIC là một Vi
điều khiển RISC, tập lệnh của PIC chỉ có 35 lệnh, phần lớn các lệnh này chỉ thực hiện
trong một chu kỳ máy. Chính nhờ kiến trúc phần cứng tiên tiến, PIC tỏ ra vướt trội so
với các loại Vi điều khiển 8 bít khác về mặt tốc độ và hiệu năng sử dụng.

- Xử lý song song (Pipeline)
Việc xử lý lệnh trong PIC được thực hiện song song, trong khi xử lý một lệnh thì
đồng thời CPU cũng nạp lệnh mới vào để quá trình xử lý lệnh là liên tục. Chính phương
thức xử lý đó giúp cho tốc độ hoạt động của PIC nhanh hơn rất nhiều.

DKS GROUP

3
- Sơ đồ chân PIC18F4331

DKS GROUP

4

- Sơ lược tính năng nổi bật của PIC18F4331
 Nguồn dao động nội đến 8MHz, dao động thach anh lên tới 40MHz
 Tiêu thụ nguồn thấp (nanoWatt)
 5 Kênh vào ra (Port A, B, C, D, E)
 ADC 10 - bit tốc độ cao với 9 kênh vào (AN0 ~ AN8)
 4 kênh PWM 14-bit
 Khối phản hồi chuyển động (Encoder)
 2 kênh CCCP
 3 chân ngắt ngoài
 Giao tiếp nối tiếp RS232, RS485, I2C, SPI
 ICSP và ICD

DKS GROUP

5

- Cấu trúc bên trong vi điều khiển PIC
DKS GROUP

6


DKS GROUP

7
Cấu trúc và khối chức năng cơ bản trong Vi điều khiển PIC

2.1 Khối tạo xung dao động
Mạch tạo dao động được sử dụng để cung cấp xung đồng hồ cho Vi điều khiển.
Xung đồng hồ là cần thiết để Vi điều khiển có thể thực thi chương trình lập trình bên
trong nó. Mỗi loại Vi điều khiển PIC hỗ trợ những kiểu mach tạo dao động khác nhau
như mạch dao động thạch anh (XT, HS), mạch dao động RC, mạch dao động nội, các
nguồn dao động chuẩn bên ngoài khác. Trong các loại mạch dao động trên thì mạch dao
động RC và mạch dao động thạch anh là 2 loại thường hay được sử dụng, nhất là mạch
dao động thạch anh.
Mạch dao động thạch anh (XT, HS): Sơ đồ mạch dao động thạch anh dưới đây là
mạch dao động phổ biến cho PIC. Đây chính là nguồn cung cấp xung đồng hồ chính cho
CPU và tất cả các khối trong PIC. Hai chân OSC1 (chân 13) và OSC2 (chân 14) được mắc
với mạch dao động thạch anh bên ngoài. Các điện trở C1 và C2 là cần thiết khi mắc
mạch dao động thạch anh cho PIC. Trị số của chúng xem bảng dưới đây.
Ưu điểm của mạch này là tần số dao động chính xác và cho tần số dao động cao.








Mạch dao động RC: Mạch này gồm một điện trở và một tự điện mắc nối tiếp như
hình dưới đây. Xung dao động đươc đưa vào chân OSC1, khi đó chân OSC2 là chân
xuất dao động, có thể cung cấp dao động cho các IC PIC khác.

DKS GROUP

8

2.2 . Khối Reset, Chân MCLR và mạch Reset cho PIC
Reset is used for putting the microcontroller into a 'known' condition. That
practically means that microcontroller can behave rather inaccurately under
certain undesirable conditions. In order to continue its proper functioning it
has to be reset, meaning all registers would be placed in a starting position.
Reset is not only used when microcontroller doesn't behave the way we want
it to, but can also be used when trying out a device as an interrupt in
program execution, or to get a microcontroller ready when loading a
program.