luan van cao hoc vi dieu khien

§Ò tµi: Nghiªn cøu, x©y dùng hÖ §o l­êng l­u l­îng chÊt láng dùa trªn vi
®iÒu khiÓn MSP 430

Ng­êi thùc hiÖn: Khæng M¹nh TiÕn
Gi¸o viªn h­íng dÉn
:
:


§¹i t¸ - TiÕn sü - Phan Quèc Th¾ng
§¹i t¸ - TiÕn sü - Phan Quèc Th¾ng
tính cấp thiết của đề tài
Trong thời đại phát triển khoa học công nghệ nhanh và
ngày càng hoàn thiện với đầy đủ các tính năng tích hợp như ngay
nay. Các hãng tên tuổi lớn như Intel, Motorola, Texas Instrument,
Atmel, Phillips... lần lượt đưa ra các hệ vi điều khiển mới có khả
năng tốc độ siêu xử lý, tiết kiệm năng lượng nhất.
Họ vi điều khiển MPS 430 của hãng Texas Instrument là
một ví dụ điển hình cho các tính năng vượt trội về tốc độ xử lý tín
hiệu, tiết kiệm năng lượng, và thông minh. Hiện nay ở Việt nam,
Họ vi điều khiển MSP430 còn rất mới, chưa có một tài liệu tiếng
việt cụ thể nào nó rõ về họ này.
tính cấp thiết của đề tài
Với tính cấp thiết như vậy, tôi đã chọn đề tài Nghiên
cứu, xây dựng hệ đo lường lưu lượng chất lỏng dựa trên họ vi
điều khiển MSP430. với mục tiêu là:
1/ Nghiên cứu tổ chức phần cứng, phần mềm của MSP
430 chưa được phổ biến rộng rãi để làm sáng tỏ được các đặc
tính công nghệ mới, ưu việt của họ vi điều khiển nhằm ứng dụng
vào trong thực tiễn cuộc sống.
2/ Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng một hệ ứng dụng điển

hình: Hệ đo lường lưu lượng chất lỏng dựa trên vi điều khiển
MSP 430. Từ đó khẳng định được việc làm chủ họ vi điều khiển
MSP 430 sau thời gian nghiên cứu lý thuyết cấu trúc phần cứng
của MSP430, cũng như trình biên dịch AQ430 dành cho nó.
Chương 1. Tổng quan về vi điều khiển1
Chương 2. Tổ chức phần cứng MSP 430
2
Chương 3. Tổ chức môi trường lập trình cho MSP 4303
5
Chương 5. Thiết kế, xây dựng hệ đo lường
lưu lượng chất lỏng dựa trên vi điều khiển MSP 430
4
Chương 4. Cảm biến đo lưu lượng - vận tốc chất lưu
ứng dụng trong xây dựng hệ thống đo lường

1.1. Giới thiệu chung
Vi điều khiển là mạch tích hợp trên một chíp có thể lập
trình được. Nhằm để biểu diễn hoạt động của một hệ thống theo
các tập lệnh của người lập trình. Bộ vi điều khiển tiến hành đọc
thông tin, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành
đóng mở một cơ cấu nào đó.
Bộ vi điều khiển với dung lượng RAM, ROM trên chip và
cổng vào - ra đã trở nên trong nhiều ứng dụng yêu cầu giá thành
hạ và không gian sử dụng hạn chế. Những ứng dụng, ví dụ như bộ
điều khiển TV từ xa, điều hoà, máy giặt, điện thoại.... Các hệ thống
càng Thông minh thì vai trò của bộ vi điều khiển càng quan trọng.
1.2. Lịch sử phát triển
- Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lý, từ những
năm của thập kỷ 70, dựa trên kỹ thuật MOS ( Metal-Oxide-
Semiconductor).

- Năm 1971 xuất hiện bộ vi xử lý 4 bit loại TMS1000 do
hãng TI (Texas Instruments) phát minh.
- Năm 1976 hãng INTEL(Interlligen-Elictronics) mới cho
ra đời bộ vi điều khiển đơn chip đầu tiên trên thế giới với tên gọi
8048.
- Đến năm 1980 hãng INTEL cho ra đời thế hệ thứ hai
của bộ điều khiển đơn chip với tên gọi 8051. Sau đó hàng loạt
các vi điều khiển cùng loại với 8051 ra đời và hình thành họ vi
điều khiển MCS-51.
- Mới đây hãng TI (Texas Itruments) đã cho ra đời một
họ vi điều khiển mới có tính công nghệ cao, công nghệ RISS 16-
bit, CMOS, và trên họ vi điều khiển MSP430 còn tích hợp được
rất nhiều tính năng như: Tốc độ tính toán, hệ thống xung đồng
hồ, bộ chuyển đổi ADC, DCA...
1.3. Khảo sát họ vi điều khiển 8051
Bộ vi điều khiển 8051 là thành viên của họ 8051. Hãng INTEL
ký hiệu là MCS-51.
ặc tính Số lượng
ROM 4K Byte
RAM 128 Byte
Bộ định thời 2
Chân vào/ra 32
Cổng nối tiếp 1
Nguồn ngắt 6
Bảng giới thiệu một số thông số của 8051
1.4. Khảo sát họ vi điều khiển MSP 430:
Các tính năng kỹ thuật vược bậc nổi trội của MSP 430:
Công nghệ CMOS tiêu thụ năng lượng thấp, nguồn
nuôi RAM 0.1-mA, 0.8-mA.
Tiêu chuẩn analog cho phép đo chính xác.

Bộ so sánh điện áp thấp, có khả năng kết nối với thiết
bị ngoại vi cực kỳ thông minh.
Bộ giám sát điện áp 16-bit RISC CPU cho phép các
ứng dụng mới tại một phần nhỏ của kích thước mã.
Hệ thống lập trình Flash bên trong cho phép thay đổi
mã mềm dẻo.
Bộ định thời cảnh giới (WDT). có chức năng là thực
hiện khởi động lại hệ thống sau khi suất hiện vấn đề ở
phần mềm.
Kết luận chương 1:

Đã định nghĩa và làm rõ được khái niệm về vi điều khiển,
các khả năng ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực đời
sống, khoa học kỹ thuật.

Khái quát được các dòng và họ vi điều khiển của các
hãng tên tuổi trên thế giới như INTEL, TI, Motorola....., nêu
sơ qua được các đặc tính kỹ thuật của chúng

Khảo sát sơ bộ về họ vi điều khiển MSP 430 mà mục đính
của luận văn cần đề cập. Nêu được các đặc tính nổi trội về
công nghệ so với các hộ vi điều khiển cổ điển. Đây là họ vi
điều khiển đang còn rất mới với thị trường Việt Nam.
Ch­¬ng 2
Tæ chøc phÇn cøng MSP 430

2.1- S¬ ®å kiÕn tróc
2.2- Đặc điểm phần cứng
Bảng thông số của MSP430F169
ặc tính Số lượng

ROM
60KB
RAM
2KB
Timer/Counter 2
Chân vào/ra 48
UART 2
SPI 1
I2C 1
PWM 10
DMA 1
ADC 8 kênh 12bit
DAC 2 kênh 12bit
2.3.Xử lý ngắt
Có 3 kiểu ngắt:
- Reset hệ thống.
- Không che được NMI.
- Che được.
Quy trình thực hiện ngắt như sau:
1. Lệnh hiện hành được hoàn thành.
2. Con trỏ chương trình PC, trỏ tới lệnh tiếp theo, được cất vào
ngăn xếp.
3. Thanh ghi trạng thái được cất vào ngăn xếp.
4. Ngắt với mức ưu tiên cao nhất được chọn, nếu có nhiều ngắt
xuất hiện sau lệnh cuối cùng và đang chờ được phục vụ.
5. Yêu cầu ngắt tự động thiết lập lại cờ.
6. Thanh ghi trạng thái SR được xóa với việc không tính đến
SCG0.
7. Nội dung của vecto ngắt được nạp vào PC: Chương trình tiếp
tục với trình phục vụ ngắt tại địa chỉ đó.

2.4. CPU
Các đặc trưng CPU bao gồm:
- Kiến trúc RISC với 27 lệnh và 7 chế độ định địa chỉ.
- Kiến trúc trực giao với mỗi lệnh có thể sử dụng mỗi chế độ định địa chỉ.
- Truy cập thanh ghi đầy đủ bao gồm PC, SR, và SP.
- Các hoạt động thanh ghi một chu kỳ.
- Tập thanh ghi rộng 16-bit giảm tìm nạp tới bộ nhớ. Bus địa chỉ 16-bit
cho phép truy cập trực tiếp và rẽ nhánh khắp nơi toàn bộ bộ nhớ.
- Bus dữ liệu 16-bit cho phép thao tác trực tiếp các đối số có độ rộng từ.
- Bộ phát hằng số cung cấp nhiều nhất 6 giá trị được sử dụng tức thì làm
giảm kích thước mã.
- Bộ chuyển đổi trực tiếp bộ nhớ không cần các thanh ghi trung gian.
- Địa chỉ byte và từ, và định dạng lệnh.
2.5. Bộ nhân phần cứng
Bộ nhân phần cứng là một ngoại vi và không là bộ phận của
CPU MSP430. Cách thức này, hoạt động của nó không gây trở
ngại với hoạt động của CPU. Các thanh ghi bộ nhân và thanh
ghi ngoại vi được nạp và đọc bởi các lệnh CPU
-
Bộ nhân phần cứng hỗ trợ:
-
Nhân không dấu.
-
Nhân có dấu.
-
Nhân dấu tích không dấu.
-
Nhân tích lũy có dấu
- 16x16 bit, 16x8 bit, 8x16 bit, 8x8 bit.