Bài giảng Điều khiển số máy điện - Chương 6: Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số - Nguyễn Thanh Sơn

Nội dung text: Bài giảng Điều khiển số máy điện - Chương 6: Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số - Nguyễn Thanh Sơn

1. Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số  Chương này giới thiệu sơ bộ về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số. Hệ thống phần cứng được xây dựng từ các vi điều khiển.  Bên cạnh đó một hệ thống điều khiển số có thể được ghép nối với máy tính cá nhân, do đó các thông số có thể đặt trực tiếp trên máy tính. Máy tính còn có nhiệm vụ quan sát giá trị phản hồi của hệ thống. 1 1 Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.1 Vi điều khiển (Microcontroller)  Phần cứng dùng trong các hệ thống điều khiển số là vi điều khiển. Một bộ vi điều khiển (viết tắt là MCU hay uC) là một máy tính số được tích hợp trên một chip.  Vi điều khiển được xem như là một họ vi xử có độ tích hợp cao, tiêu thụ ít năng lượng, dễ sử dụng và giá thành thấp. 2 2 1
2. Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.1 Vi điều khiển (Microcontroller)  Vi điều khiển dùng cho các hệ điều khiển số tương phản với các bộ vi xử lý của máy tính cá nhân mà ở đó phải cần có sự ghép nối với các khâu khác mới có thể làm việc được.  Ngoài việc kết hợp với các phần tử số học và logic như một bộ vi xử lý đa năng, một số họ vi điều khiển còn được tích hợp với các phần tử khác như là bộ nhớ đọc viết để lưu giữ liệu, bộ 3 nhớ ROM hay bộ nhớ chớp nhoáng, 3 Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.1 Vi điều khiển (Microcontroller)  Với tốc độ xung nhịp một vài MHz hoặc thấp hơn, một bộ vi điều khiển thường làm việc với tốc độ thấp hơn so với bộ vi xử lý hiện đại nhưng đủ cho một số ứng dụng cụ thể.  Các vi điều khiển thường tiêu thụ công suất nhỏ cỡ một vài miliwatts và có khả năng làm việc ở chế độ chờ hay còn gọi là chế độ “sleep” trong khi đợi các sự kiện ngoại. 4 4 2
3. Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.1 Vi điều khiển (Microcontroller) 5 5 Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.1.1 Vi điều khiển Atmega16 Vi điều khiển AVR Atmega16 là bộ vi điều khiển 8 bit mạnh có tốc độ xử lý cao, tiêu thụ công suất nhỏ. Sơ đồ chân ra của vi điều khiển 40 chân có dạng như trên hình 6.1. 6 6 3
4. Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.1.1 Vi điều khiển Atmega16 7 Hình 6.1. Sơ đồ chân ra của vi điều khiển Atmega16 loại 40 chân 7 Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.1.1 Vi điều khiển Atmega16 8 8 4
5. Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.1.2 Ghép nối vi điều khiển Atmega16 với máy tính cá nhân  Cổng nối tiếp RS232 là giao diện sử dụng rộng rãi nhất. Trong các máy tính PC, cổng này còn gọi là các cổng COM1. Giao thức truyền thông RS232 được sử dụng cho các mục đích đo lường và điều khiển. Việc truyền dữ liệu qua cổng được tiến hành theo cách nối tiếp nghĩa là các bit được truyền nối tiếp nhau trên một đường 9 dẫn. 9 Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.1.2 Ghép nối vi điều khiển Atmega16 với máy tính cá nhân 10 Hình 6.2. Sơ đồ các chân của cáp nối tiếp RS232 10 5
6. Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.1.2 Ghép nối vi điều khiển Atmega16 với máy tính cá nhân Hình 6.3. Sơ đồ ghép nối vi điều khiển Atmega 16 với máy tính theo giao thức RS232 11 11 Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.2 Một số đặc điểm của chương trình phần mềm trong điều khiển số Điều khiển số máy điện đòi hỏi các bước tính toán nhanh (real-time control). Hợp ngữ (Assembly) là ngôn ngữ sử dụng hiệu quả nhất dành cho mục đích này. Tuy nhiên ngôn ngữ này đòi hỏi người lập trình điều khiển số phải am hiểu sâu về phần cứng của vi điều khiển. 12 12 6
7. Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.2 Một số đặc điểm của chương trình phần mềm trong điều khiển số  Ngôn ngữ C có những đặc điểm của ngôn ngữ bậc cao nhưng cũng có những đặc điểm của ngôn ngữ bậc thấp là ngôn ngữ rất hiệu quả cho việc xây dựng các phần mềm điều khiển số máy điện.  C có tính cấu trúc rất cao, có các toán tử rất mạnh vì thế các chương trình điều khiển lớn 13 được viết bằng C. 13 Chương 6. Đại cương về cấu trúc phần cứng và phần mềm trong điều khiển số 6.2 Một số đặc điểm của chương trình phần mềm trong điều khiển số  C cũng có thể được ghép nối trực tiếp với hợp ngữ vì thế ngày nay C trở nên thông dụng hợp ngữ nhiều.  Khi lập trình bằng C người sử dụng phải nắm vững hệ lệnh của vi điều khiển.  Một hàm C tương đương với một chương trình con viết bằng hợp ngữ. 14 14 7