Đề tài Thiết kế một mạch đo nhiệt độ đơn giản

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày này, việc ứng dụng máy tính vào các kỹ thuật đo lường và điều khiển không còn mới vì khi các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển được ghép nối với máy tính sẽ có thời gian thu thập và xử lý dữ liệu ngắn trong khi mức độ chính xác vẫn được đảm bảo, nhưng điều đáng quan tâm hơn cả là khả năng tự động hoá trong việc thu thập và xử lý dữ liệu. Chính vì điều này làm cho máy tính được ứng dụng trong hầu hết vào các lĩnh vực trong cuộc sống hàng ngày đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp.

Một bước tiến quan trọng trong kỹ thuật vi xử lý là sự ra đời của các bộ vi xử lý kỹ thuật số. Đây là một vi mạch điện tử có mật độ tích hợp cao bao gồm rất nhiều các mạch số có khả năng nhận, xử lý và xuất dữ liệu. Đặc biệt là quá trình xử lý dữ liệu được thực hiện theo một chương trình là một tập hợp các lệnh từ bên ngoài mà người sử dụng có thể thay đổi dễ dàng tùy thuộc vào từng ứng dụng. Do đó một bộ vi xử lý có thể thực hiện được rất nhiều các yêu cầu điều khiển khác nhau tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng.

Sự ra đời của kỹ thuật vi xử lý là sự kết hợp giữa kỹ thuật phần cứng và phần mềm đã làm cho hoạt động của các mạch điện tử trở nên mềm dẻo hơn với những phần mềm rất linh hoạt mà người sử dụng có thể sửa chữa, thay đổi hoặc bổ sung làm cho ứng dụng ngày càng trở nên hoàn thiện mà không cần phải thiết kế lại toàn bộ ứng dụng.

Trong đồ án này, em sử dụng vi mạch điều khiển AT90S8535 của hãng Atmel để thiết kế một mạch đo nhiệt độ đơn giản. Đây là một bộ vi xử lý 8 bit năng lượng thấp (theo kiểu chíp CMOS) trên cơ sở cấu trúc RICS của hãng Atmel, tốc độ xử lý dữ liệu của IC AT90S8535 rất cao (xấp xỉ 8 MISP tại tần số 8MHz) cho phép hệ thống có thể được thiết kế tối ưu làm tăng tốc độ xử lý. Do đó, nó cung cấp khả năng linh hoạt rất cao trong các ứng dụng nhúng. Vì vậy, việc tìm hiểu cấu trúc và đặc tính của vi mạch điều khiển AT90S8535 có thể giúp chúng ta sử dụng vi mạch điều khiển này cho các ứng dụng cần thiết.

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô đã tận tình hướng dẫn để em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, do trình độ còn nhiều hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô cũng như của những người đi trước trong lĩnh vực này để đồ án của em hoàn thiện hơn qua đó em có thể xây dựng được những ứng dụng trong thực tế.

 

doc253 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 22/01/2013 | Lượt xem: 2633 | Lượt tải: 21download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Thiết kế một mạch đo nhiệt độ đơn giản, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI NÓI ĐẦU Ngày này, việc ứng dụng máy tính vào các kỹ thuật đo lường và điều khiển không còn mới vì khi các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển được ghép nối với máy tính sẽ có thời gian thu thập và xử lý dữ liệu ngắn trong khi mức độ chính xác vẫn được đảm bảo, nhưng điều đáng quan tâm hơn cả là khả năng tự động hoá trong việc thu thập và xử lý dữ liệu. Chính vì điều này làm cho máy tính được ứng dụng trong hầu hết vào các lĩnh vực trong cuộc sống hàng ngày đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp. Một bước tiến quan trọng trong kỹ thuật vi xử lý là sự ra đời của các bộ vi xử lý kỹ thuật số. Đây là một vi mạch điện tử có mật độ tích hợp cao bao gồm rất nhiều các mạch số có khả năng nhận, xử lý và xuất dữ liệu. Đặc biệt là quá trình xử lý dữ liệu được thực hiện theo một chương trình là một tập hợp các lệnh từ bên ngoài mà người sử dụng có thể thay đổi dễ dàng tùy thuộc vào từng ứng dụng. Do đó một bộ vi xử lý có thể thực hiện được rất nhiều các yêu cầu điều khiển khác nhau tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng. Sự ra đời của kỹ thuật vi xử lý là sự kết hợp giữa kỹ thuật phần cứng và phần mềm đã làm cho hoạt động của các mạch điện tử trở nên mềm dẻo hơn với những phần mềm rất linh hoạt mà người sử dụng có thể sửa chữa, thay đổi hoặc bổ sung làm cho ứng dụng ngày càng trở nên hoàn thiện mà không cần phải thiết kế lại toàn bộ ứng dụng. Trong đồ án này, em sử dụng vi mạch điều khiển AT90S8535 của hãng Atmel để thiết kế một mạch đo nhiệt độ đơn giản. Đây là một bộ vi xử lý 8 bit năng lượng thấp (theo kiểu chíp CMOS) trên cơ sở cấu trúc RICS của hãng Atmel, tốc độ xử lý dữ liệu của IC AT90S8535 rất cao (xấp xỉ 8 MISP tại tần số 8MHz) cho phép hệ thống có thể được thiết kế tối ưu làm tăng tốc độ xử lý. Do đó, nó cung cấp khả năng linh hoạt rất cao trong các ứng dụng nhúng. Vì vậy, việc tìm hiểu cấu trúc và đặc tính của vi mạch điều khiển AT90S8535 có thể giúp chúng ta sử dụng vi mạch điều khiển này cho các ứng dụng cần thiết. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô đã tận tình hướng dẫn để em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, do trình độ còn nhiều hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô cũng như của những người đi trước trong lĩnh vực này để đồ án của em hoàn thiện hơn qua đó em có thể xây dựng được những ứng dụng trong thực tế. CHƯƠNG I NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG THỰC HIỆN 1.1. Nhiệm vụ của đồ án. Từ mục đích tổng quát của đề tài là thiết kế và xây dựng một hệ thống đo nhiệt độ đơn giản, có thể phân tách ra thành các nhiệm vụ chính cần thực hiện như sau: Thiết kế và xây dựng hệ thống ghép nối vi điều khiển ((C) AT90S8535 với module LCD (4x20 character), keypad (16 keys), cảm biến nhiệt LM335. Ngoài ra hệ thống còn phải có khả năng giao tiếp với máy tính (PC) qua cổng RS 232. Hình 1.1 : Sơ đồ tổng thể của hệ thống cần thiết kế Thiết kế và xây dựng phần mềm điều khiển (C để thu thập dữ liệu từ cảm biến nhiệt nhiệt LM335, từ keypad hoặc từ PC. Xử lý dữ liệu nhận được để hiển thị trên LCD hoặc truyền sang PC. Xây dựng phần mềm trên PC để có thể giao tiếp được với (C qua cổng RS 232 1.2. Phân tích nhiệm vụ. Để có thể thiết kế và xây dựng được hệ thống như trên cần phải thực hiện các bước sau : Nghiên cứu và tìm hiểu bộ vi xử lý AT90S8535. Tìm hiểu sự hoạt động của module LCD và cảm biến nhiệt LM 335. Tìm hiểu sự hoạt động và phương pháp mã hoá keypad để có thể ghép nối với (C. Tìm hiểu phương pháp truyền thông sử dụng chuẩn RS 232. Thiết kế sơ đồ mạch nối ghép giữa (C với LCD, keypad, IC LM335 và giữa (C với máy tính thông qua cổng RS 232. Lập trình phần mềm nạp cho (C để thực hiện các kết nối trên. Viết phần mềm trên PC để giao tiếp với (C qua cổng RS 232. Lắp giáp mạch đã thiết kế, chạy kiểm thử và đánh giá kết quả. Viết báo cáo tốt nghiệp. 1.3. Phương hướng thực hiện. 1.3.1. Lựa chọn thiết bị. Lựa chọn vi điều khiển : Trong thực tế có rất nhiều các họ vi xử lý khác nhau có thể sử dụng được trong ứng dụng này như họ vi điều khiển 8051 của Intel, 68hC11 của Motorola hay họ vi điều khiển 8515 của ATMEL... Tuy nhiên, trong đồ án sử dụng bộ vi xử lý AT90S8535 của ATMEL, do đây là một sản phẩm mới của hãng ATMEL nên việc tìm hiểu nó sẽ đem lại rất nhiều lợi ích trong việc thiết kế các ứng dụng đo lường và điều khiển. Về mặt cấu tạo nó cũng tương tự như bộ vi xử lý AT90S8515 đã có từ khá lâu với 4 cổng I/O lập trình được. Nhưng về mặt công dụng thì bộ vi xử lý AT90S8535 được tích hợp nhiều chức năng hơn so với bộ vi xử lý AT90S8515, đặc biệt trên (C AT90S8535 được tích hợp một bộ ADC cho phép mỗi chân của port A được sử dụng là đầu vào cho bộ ADC, làm cho việc sử dụng (C AT90S8535 trong các ứng dụng linh hoạt hơn rất nhiều so với (C AT90S8515 đang được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam. Thiết bị hiển thị dữ liệu : Đối với các loại dữ liệu được hiển thị dưới dạng số thì giải pháp tối ưu là sử dụng các LED 7 thanh do loại thiết bị hiển thị này có giá thành tương đối rẻ. Tuy nhiên, do ứng dụng không chỉ hiển thị chữ số (giá trị nhiệt độ) mà còn phải hiển thị cả các ký tự trong bảng chữ cái, do đó lựa chọn thiết bị hiển thị LCD vì loại thiết bị hiển thị này có khả năng hiển thị cả chữ cái và chữ số một cách rõ nét. Mặc dù so với các loại đèn LED thì LCD có giá thành cao hơn, nhưng bù lại thiết bị hiển thị LCD có nhiều đặc tính ưu việt hơn hẳn so với các loại đèn LED. Đặc biệt, thiết bị LCD cung cấp khả năng hiển thị dữ liệu vô cùng linh hoạt do ta có thể điều khiển xuất dữ liệu một cách trực tiếp thông qua tập lệnh điều khiển của vi mạch điều khiển và bộ mã ký tự sẵn có trong CGRAM của LCD. Một điều cần quan tâm khác là thiết bị LCD tiêu tốn rất ít năng lượng. Trên thị trường hiện nay có khá nhiều module LCD của các hãng khác nhau như Samsung, Hitachi, Motorola... với nhiều loại kích thước. Trong đồ án sử dụng module LCD có kích thước 4x20 characters với 16 chân ghép nối. Không nhất thiết phải chọn hãng cung cấp vì các module LCD đều được xây dựng theo cùng một tiêu chuẩn, do đó cách thức điều khiển và ghép nối các module LCD thông dụng hiện nay cũng tương tự nhau. Thiết bị vào dữ liệu và điều khiển (Keypad) : Để người sử dụng có thể giao tiếp được với hệ thống, cần phải ghép nối (C với một module keypad. Do ứng dụng có thể làm việc với cả chữ cái và chữ số nên ta sử dụng keypad loại 16 keys, trong đó mỗi một phím được thiết kế như một công tắc để có thể nhập được dữ liệu có dạng như sau : 10 chữ số trong hệ thập phân từ 0..9. 26 chữ cái la tinh từ A..Z. Các phím điều khiển bao gồm : Send, Bspace, (, (, (/(, Clear. Do số ký tự có thể được sử dụng cùng với các phím chức năng lớn hơn rất nhiều so với tổng số phím sẵn có trên module keypad. Vì vậy, bắt buộc phải sử dụng phương pháp Multikey, tức là sử dụng phần mềm để mỗi một phím trên module keypad có thể mã hoá được không ít hơn hai ký tự khác nhau. Bằng cách này, với keypad có 16 phím ta có thể mã hoá được toàn bộ bảng chữ cái và chữ số đồng thời vẫn có thể thực hiện được các chức năng điều khiển như trình bầy ở trên. Giao tiếp giữa (C và PC : Mặc dù hệ thống được thiết kế dựa trên (C AT90S8535 đã có thể làm việc độc lập trong qua trình thu thập, xử lý và hiển thị dữ liệu tới người sử dụng mà không cần có sự trợ giúp của PC. Tuy nhiên, trong hầu hết các ứng dụng đều cần phải lưu trữ lại dữ liệu mà nếu thực hiện việc này dựa trên (C AT90S8535 đòi hỏi rất nhiều kỹ thuật và chi phí. Trong khi đó, thao tác lưu trữ dữ liệu trên PC lại rất đơn giản, vì vậy giải pháp tối ưu nhất là sử dụng PC để làm nhiệm vụ phức tạp này. Vấn đề còn lại chỉ là thao tác truyền dữ liệu cần lưu trữ từ (C sang PC, việc này được thực hiện khá đơn giản vì bản thân (C AT90S8535 đã được tích hợp một bộ UART để sử dụng trong hoạt động truyền tin với các thiết bị ở xa. Như vậy, dựa vào mạch UART của (C ta có thể thực hiện truyền nhận dữ liệu với PC theo chuẩn RS 232. Một vấn đề cần quan tâm khi ghép nối (C với PC theo chuẩn RS 232 là sự tương quan về mặt điện áp tín hiệu dạng TTL của (C và điện áp tín hiệu dạng RS 232 của PC. Để thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu dạng TTL sang dạng tín hiệu RS 232 ta sử dụng IC Max232, IC này có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu (10V từ mức điện áp TTL để tạo sự tương thích về mức điện áp với chuẩn RS 232. 1.3.2. Phương hướng thiết kế. Từ sơ đồ tổng thể của hệ thống như trên hình 1.1 và từ việc lựa chọn thiết bị như trình bầy ở trên, hệ thống cần thiết kế có thể được thể hiện như trong sơ đồ hình 1.2, trong đó : Khối LCD display : Sử dụng module LCD sẵn có trên thị trường được ghép nối với (C để hiển thị các thông tin cần thiết cho người sử dụng. Khối Keypad : Được nối ghép với (C để người sử dụng có thể nhập dữ liệu hoặc điều khiển sự hoạt động của hệ thống. Module này được thiết kế dưới dạng các công tắc và sử dụng trực tiếp các đặc tính của các cổng I/O lập trình được của (C để thực hiện mà không cần nguồn hỗ trợ bên ngoài. Khối LM 335 : Là một IC cảm biến nhiệt làm nhiệm vụ biến đổi nhiệt độ môi trường sang dạng điện áp để làm đầu vào cho bộ ADC của (C làm việc. Khối Max 232 : Sử dụng IC Max 232 ghép nối trược tiếp với (C làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa (C và PC theo chuẩn RS 232. Khối nguồn : Làm nhiệm vụ biến nguồn xoay chiều 220V sang nguồn một chiều (5V ổn định để cấp nguồn cho các khối khác hoạt động. Hình 1.2 : Sơ đồ khối thiết kế phần cứng CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN LINH KIỆN THIẾT KẾ VÀ MỘT SỐ LÝ THUYẾT VỀ CHUYỂN ĐỔI A/D 2.1. Lựa chọn linh kiện thiết kế. 2.1.1. Giới thiệu vi mạch điều khiển AT90S8535. AT90S8535 là một vi mạch điều khiển năng lượng thấp 8 bit (công nghệ chíp CMOS) trên cơ sở cấu trúc RICS của hãng ATMEL, nó thuộc họ vi điều khiển AT90S/LS8535. Bằng cách thực hiện mỗi lệnh trong một đơn chu kỳ, AT90S8535 có thể đạt tới 1 MIPS cho mỗi MHz cho phép hệ thống có thể được thiết kế một cách tối ưu nhất sự tiêu thụ năng lượng làm tăng tốc độ xử lý. Về mặt cấu tạo (C này cũng tương tự như (C AT90S8515 với 4 cổng I/O lập trình được, tuy nhiên về mặt chức năng thì (C AT90S8535 được tích hợp thêm nhiều tính năng mới mà (C AT90S8515 không có. Các đặc trưng chính của (C AT90S8535 được trình bầy dưới đây : 8KB bộ nhớ chương trình 512 byte EEPROM 512 byte SRAM 32 line (4 cổng) I/O lập trình được 32 thanh ghi đa năng 8 bit 8 kênh đầu vào ADC riêng biệt với 10 bit kết quả 2 bộ Timer/Counter 8 bit với bộ đếm độc lập và chế độ so sánh 1 bộ Timer/Counter 16 bit với bộ đếm độc lập và các chế độ PWM 1 bộ UART lập trình trao đổi thông tin nối tiếp 1 bộ Watchdog Time lập trình được với bộ tạo giao động trong 1 bộ so sánh analog 1 cổng phối ghép nối tiếp thiết bị ngoại vi SPI 3 chế độ làm việc là : Idle, Power-Save và Power-down Nguồn cung cấp từ 4.0 - 6.0V, tần số làm việc 0 - 8MHz. Vi mạch điều khiển AT90S8535 được chế tạo theo công nghệ chíp nhớ cố định với mật độ cao. Bộ nhớ Flash ISP trên chíp cho phép bộ nhớ chương trình có thể được lập trình lại thông qua một cổng SPI phối ghép nối tiếp với thiết bị ngoại vi. Ngoài ra, (C AT90SS8535 còn hỗ trợ cho việc lập trình thông qua các công cụ pháp triển hệ thống như C, assemblers... Vi điều khiển AT90S8535 có 4 cấu hình chân khác nhau là : PDIP (Có 40 chân), PLCC, TQFP, MLF (Có 44 chân). Sơ đồ chân của mỗi loại như sau. Hình 2.1 : Cấu hình chân của (C AT90S8535 Chức năng các chân của (C AT90S8535 như sau : VCC : Chân cấp nguồn 5V GND : Chân nối đất RESET : Là đầu vào reset. Tín hiệu reset ở bên ngoài sẽ tạo ra bởi mức thấp của trở kháng trên chân Reset. Xung reset dài quá 50ns sẽ tạo ra tín hiệu reset. Xung ngắn hơn sẽ không đảm bảo phát sinh tín hiệu reset. XTAL1 : Là một đầu vào có tác dụng đảo chiều bộ khuếch đại tạo dao động và là đầu vào của mạch điều khiển đồng hồ bên trong. XTAL2 : Là đầu ra của tín hiệu đảo từ bộ khuếch đại tạo dao động AVCC : Là chân cung cấp điện áp cho cổng A và bộ chuyển đổi ADC, nếu ADC không được sử dụng thì chân này phải được nối với nguồn 5V (chân VCC), nếu ADC được sử dụng thì chân này phải được nối tới nguồn 5V qua bộ lọc thông thấp. AREF : Là đầu vào chuẩn của tín hiệu tương tự cho bộ chuyển đổi ADC. Để cho ADC hoạt động được, nguồn sử dụng cho chân này phải có phạm vị từ 2V đến AVCC. AGND : Chân nối đất của tín hiệu analog, nếu bo mạch có một mức nối đất riêng của tín hiệu analog, thì chân này phải được nối tới mức nối đất này. Nếu không có, chân này được nối tới chân GND. Port A (PA7..PA0) : Là một cổng vào ra hai chiều 8 bit. Các chân của cổng có thể cung cấp các trở kháng trong cho phép chọn từng bit. Đệm ra của cổng A có khả năng kéo dòng lên tới 20mA và có thể điều khiển trực tiếp sự hiển thị LED. Khi các chân PA0 đến PA7 được sử dụng như các cổng vào và ở mức thấp, chúng sẽ là đầu vào hiện thời nếu các điện trở trong được kích hoạt. Cổng A cũng có thể được sử dụng như những đầu vào analog để đưa tín hiệu tới bộ bộ chuyển đổi ADC. Các chân của cổng A ở trạng thái không xác định khi reset, ngay cả khi đồng hồ không hoạt động. Port B (PB7..BP0) : Là một cổng vào ra hai chiều 8 bit với các trở kháng trong. Đệm ra của cổng B có khả năng kéo dòng lên tới 20mA. Khi là đầu vào, các chân của cổng B trong trạng thái trở kháng thấp sẽ là đầu vào hiện thời nếu các điện trở trong được kích hoạt. Cổng B là cổng cung cấp các chức năng khác nhau với những đặc tính đặc biệt của (C AT90S8535. Các chân của cổng B ở trạng thái không xác định khi reset, ngay cả khi đồng không hoạt động. Port C (PC0..PC7) : Là một cổng vào ra hai chiều 8 bit với các trở kháng trong. Đệm ra của cổng C có khả năng kéo dòng lên tới 20mA. Khi là đầu vào, các chân của cổng C trong trạng thái trở kháng thấp sẽ là đầu vào hiện thời nếu các điện trở được kích hoạt. Hai chân của cổng C có thể được lựa chọn để sử dụng giống như bộ tạo dao động cho bộ Timer/Counter2. Các chân của cổng C ở trạng thái không xác định khi reset, ngay cả khi đồng không hoạt động. Port D (PD0..PD7) : Là một cổng vào ra hai chiều 8 bit với các trở kháng trong. Đệm ra của cổng C có khả năng kéo dòng lên tới 20mA. Khi là đầu vào, các chân của cổng D trong trạng thái trở kháng thấp sẽ là đầu vào hiện thời nếu các điện trở được kích hoạt. Cổng D cũng cung cấp những chức năng có đặc tính đặc biệt của (C AT90S8535. Các chân của cổng D ở trạng thái không xác định khi reset, ngay cả khi đồng không hoạt động. Hình 2.2 : Sơ đồ khối vi mạch điều khiển AT90S8535 2.1.1.1. Cấu trúc của vi mạch AT90S8535. Vi mạch điều khiển AT90S8535 có những phương thức truy cập nhanh tới tâp thanh ghi đa năng bao gồm 32 thanh ghi 8 bit với thời gian truy cập trong một đơn chu kỳ đồng hồ. Điều này có nghĩa trong một đơn chu kỳ, một thao tác của bộ ALU được thực hiện sẽ lấy hai toán hạng từ hai thanh ghi trong tập thanh ghi, sau khi thao tác được thực hiện và kết qua trả sẽ được lưu trở lại tập thanh ghi trong một chu kỳ đồng hồ. Sáu trong số 32 thanh ghi đa năng này có thể được sử dụng như 3 thanh ghi địa chỉ gián tiếp 16 bit trỏ đến không gian địa chỉ dữ liệu, làm cho phép tính địa chỉ đạt được hiệu quả cao. Một trong 3 con trỏ địa chỉ này cũng được sử dụng giống như con trỏ địa chỉ tới vùng nhớ dữ liệu cố định. Các thanh ghi địa chỉ này là các thanh ghi 16 bit X, Y, Z. Hình 2.3 : Sơ đồ khối kiến trúc của (C AT90S8535 Bộ ALU cung cấp các chức năng tính toán số học và logic giữa các thanh ghi hoặc giữa một hằng số và một thanh ghi. Những thao tác của một thanh ghi đơn cũng được thực hiện trong bộ ALU. Sự hoạt động của ALU được phân chia làm 3 loại chính là số học, logic và các chức năng bit. Ngoài các chức năng của thanh ghi, các chế độ đánh địa chỉ bộ nhớ thông thường cũng có thể được sử dụng trên các tập các thanh ghi. Điều này được thực hiện qua việc tập thanh ghi được gán 32 địa chỉ thấp nhất của không gian địa chỉ dữ liệu ($00..$1F), Cho phép chúng có thể được truy nhập như là là các địa chỉ nhớ bình thường. Không gian vùng nhớ I/O bao gồm 64 địa chỉ ($20..$5F) dành cho các chức năng điều khiển thiết bị ngoại vi của (C như : Các thanh ghi điều khiển, bộ Timer/Couter, bộ chuyển đổi ADC và các chức năng I/O khác. Vùng nhớ I/O có thể được truy nhập trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua tập các thanh ghi. (C AT90S8535 sử dụng kiến trúc Harvard - với bộ nhớ và bus độc lập cho chương trình và dữ liệu. Bộ nhớ chương trình được thực hiện với một “pipeline” hai trạng thái. Trong khi một lệnh đang được thực hiện, lệnh tiếp theo được nạp trước từ bộ nhớ chương trình. Cách thức này cho phép các lệnh liên tiếp được thực hiện trong từng đơn chu kỳ đồng hồ. Bộ nhớ chương trình là bộ nhớ Flash cho phép nạp dữ liệu trong hệ thống. Với những lệnh nhẩy và lệnh gọi, toàn bộ không gian địa chỉ 4K được truy nhập trực tiếp. Hầu hết các lệnh của AVR đều có độ dài 16 bit. Mỗi địa chỉ bộ nhớ chương trình bao gồm một lệnh 16 bit hoặc 32 bit. Mỗi một module ngắt có những thanh ghi điều khiển trong không gian I/O với một bit cho phép ngắt chung được đặt trong thanh ghi trạng thái. Mỗi ngắt khác nhau có một vector ngắt độc lập trong bảng vector ngắt ở tại vị trí bắt đầu của bộ nhớ chương trình. Mỗi ngắt khác nhau đều có mức độ ưu tiên tuân theo vị trí vector ngắt của chúng. Địa chỉ của vector ngắt càng thấp, mức độ ưu tiên càng cao. Khi xẩy ra ngắt, một chương trình con phụ vụ ngắt được gọi, địa chỉ trở về PC được đẩy vào ngăn xếp. Vùng nhớ ngăn xếp được cấp phát trong vùng nhớ dữ liệu của SRAM và do đó, dung lượng của ngăn xếp bị giới hạn bởi tổng dung lượng của SRAM và cách sử dụng thông thường của SRAM. Tất cả các chương trình của người sử dụng phải được khởi đầu bằng con trỏ ngăn xếp (SP) trong thủ tục reset (trước khi các chương trình con hoặc các ngắt được thực thi). Con trỏ stack sử dụng 10 bit để truy nhập ghi/đọc trong không gian I/O. 512 byte dữ liệu SRAM có thể được truy cập dễ dàng bởi 5 chế độ địa chỉ khác nhau được cung cấp bởi (C AT90S8535. Hình 2.4 : Bản đồ bộ nhớ của (C AT90S8535 2.1.1.2. Tập thanh ghi đa năng của (C AT90S8535. Tất cả các thanh ghi trong tập thanh ghi của (C AT90S8535 khi thực một hiện lệnh trong tập lệnh đều có thể được truy cập trực tiếp trong một đơn chu kỳ đồng hồ. Ngoại trừ 5 lệnh trực tiếp SBCI, SUBI, CPI, ANDI, ORI giữa một hằng số và một thanh ghi và lệnh LDI sử dụng để nạp tức thì hằng dữ liệu, những lệnh này phải sử dụng các thanh ghi của nửa thứ hai trong tập thanh ghi (từ R16..R31). Các lệnh còn lại đều có thể sử dụng bất kỳ thanh ghi nào trong tập thanh ghi. Hình 2.5 : Địa chỉ 32 thanh ghi đa năng của (C Qua hình 2.5 có thể thấy, mỗi thanh ghi đều được gán một địa chỉ trong không gian địa chỉ dữ liệu, chúng được đặt trong 32 vị trí đầu tiên của không gian dữ liệu sử dụng. Mặc dù không được thực hiện một cách vật lý như trong SRAM, việc tổ chức bộ nhớ này cung cấp sự linh hoạt lớn trong việc truy nhập tới các thanh ghi, như các thanh ghi X, Y, Z có thể được thiết lập để trỏ tới bất kỳ thanh ghi nào trong tập thanh ghi. Các thanh ghi từ R26..R31 được thêm vào một số chức năng nhằm mở rộng khả năng sử dụng của tập thanh ghi. Những thanh ghi này là những con trỏ địa chỉ được sử dụng trong chế độ địa chỉ gián tiếp của không gian dữ liệu. Ba thanh ghi địa chỉ gián tiếp là X, Y, Z được mô tả như trong hình 2.6 : Hình 2.6 : Mô tả các thanh ghi địa chỉ gián tiếp X, Y, Z Trong các chế độ địa chỉ khác nhau, các thanh ghi này có chức năng điều chỉnh linh hoạt đối với từng trường hợp, tự động tăng, giảm hoặc không đổi. 2.1.1.3. Bộ số học và Logic - ALU. Bộ ALU của (C AT90S8535 được nối trực tiếp với 32 thanh ghi đa năng. Trong một đơn chu kỳ đồng hồ, các thao tác của ALU giữa các thanh ghi trong tập thanh ghi được thực hiện và giữa một thanh ghi với một hằng số hoặc trên một đơn thanh ghi. Các hoạt động của ALU được chia làm 3 loại chính là : số học, logic và các phép toán trên bit. 2.1.1.4. Đặc điểm các bộ nhớ trong của (C AT90S8535. Bộ nhớ chương trình (Flash program memory) : Trong (C AT90S8535 chứa đựng 8KB bộ nhớ Flash lập trình được dùng để lưu trữ chương trình. Nó được tổ chức như một bộ nhớ 4Kx16 bit để phù hợp với sự làm việc của các lệnh có độ dài 16 hoặc 32 bit. Bộ nhớ Flash này có thể chịu được ít nhất 1000 chu kỳ ghi/xoá. Vì bộ đếm chương trình (PC) của (C AT90S8535 có độ dài 12 bit, do đó nó có thể mã hoá 4096 địa chỉ trong bộ nhớ chương trình. Bộ nhớ SRAM : 608 vị trí địa chỉ thấp nhất trong vùng nhớ dữ liệu được dùng để địa chỉ hoá cho tập thanh ghi, bộ nhớ I/O và SRAM. 96 vị trí địa chỉ đầu tiên là của tập thanh ghi và bộ nhớ I/O, 512 vị trí địa chỉ tiếp theo là của bộ nhớ SRAM. Một địa chỉ bất kỳ trong trong không gian địa chỉ dữ liệu SRAM đều có thể được xác định thông qua 5 chế độ địa chỉ khác nhau là : trực tiếp, tương đối, gián tiếp, gián tiếp với sự giảm trước và gián tiếp với sự tăng sau. Trong tập thanh ghi, các thanh ghi từ R26 tới R31 được sử dụng như các thanh ghi con trỏ địa chỉ gián tiếp. Ở chế độ địa chỉ trực tiếp có cho phép truy cập tới toàn bộ không gian dữ liệu. Chế độ địa chỉ tương đối cho phép xác định 63 vị trí địa chỉ từ địa chỉ cơ sở cho bởi các thanh ghi Y hoặc Z. Khi sử dụng các chế độ thanh ghi gián tiếp với sự tự động giảm trước hoặc tăng sau, nội dung của các thanh ghi địa chỉ X, Y và Z đều tự động tăng hoặc giảm sau khi thực hiện. 32 thanh ghi đa năng, 64 thanh ghi I/O và 512 byte của bộ nhớ trong SRAM trong AT90S8535, tất cả đều có thể được truy nhập thông qua các chế độ địa chỉ này. Hình 2.7 : Tổ chức bộ nhớ SRAM của (C Bộ nhớ EEPROM : (C AT90S8535 có 512 byte bộ nhớ EEPROM, được tổ chức như một không gian dữ liệu riêng biệt cho phép mỗi byte có thể được ghi/đọc. Bộ nhớ EEPROM có thể thực hiện ít nhất 100.000 chu kỳ ghi/xoá. Sự truy nhập giữa EEPROM và (C được thực hiện thông qua các thanh ghi địa chỉ, thanh ghi dữ liệu và thanh ghi điều khiển của EEPROM, các thanh ghi này có thể được truy cập trong không gian I/O. Thời gian truy cập ghi EEPROM trong phạm vi từ 2.5 đến 4 ms, tuỳ thuộc vào điện áp trên chân VCC. EEPROM có một chức năng tự động tính thời gian cho phép phần mềm của người sử dụng kiểm tra khi byte tiếp theo có thể được ghi/đọc. Một ngắt đặc biệt kiểm tra sự sẵn sàng của EEPROM có thể được thiết lập để kích hoạt khi EEPROM sẵn sàng tiếp nhận dữ liệu mới. Để ngăn cản việc ghi EEPROM ngoài ý muốn, một quy trình ghi cụ thể phải được tuân theo. Khi đọc EEPROM, (C bị tạm dừng trong 4 chu kỳ đồng hồ trước khi lệnh tiếp theo được thực hiện. Khi ghi EEPROM, (C tạm dừng trong 2 chu kỳ đồng hồ trước khi thực hiện lệnh tiếp theo. Thanh ghi địa chỉ EEPROM : EEARH và EEARL Các thanh ghi địa chỉ của EEPROM (EEARH và EEARL) chỉ định địa chỉ của một byte trong không gian 512 byte EEPROM. Các byte dữ liệu của EEPROM được địa chỉ hóa từ 0 đến 511. Thanh ghi dữ liệu EEPROM : EEDR Trong thao tác ghi của EEPROM, thanh ghi EEDR chứa dữ liệu được ghi tới EEPROM theo địa chỉ được xác định bởi thanh ghi EEAR. Trong thao tác đọc EEPROM, thanh ghi EEDR chứa dữ liệu đọc ra từ EEPROM tại địa chỉ cho trong thanh ghi EEAR. Thanh ghi điều khiển EEPROM : EECR Bit 3 - EERIE : Bit cho phép sẵn sàng ngắt của EEPROM Khi bit I trong thanh ghi SREG và bit EERIE được thiết lập, ngắt trạng thái sẵn sàng của EPROM được cho phép. Khi bị xoá ngắt bị vô hiệu hoá. Ngắt trạng thái sẵn sàng EEPROM tạo ra một ngắt cứng khi bit EEWE bị xoá. Bit 2 - EEMWE : Bit cho phép thao tác ghi EEPROM Bit EEMWE xác định có hay không sự thiết lập bit EEWE để gây ra thao tác ghi EEPROM. Khi bit EEMWE được thiết lập, thì sự thiết lập của bit EEWE sẽ ghi dữ liệu vào EEPROM tại địa chỉ đã lựa chọn. Nếu bit EEMWE là 0, thì sự thiết lập của bit EEWE sẽ không có kết quả. Khi bit EEMWE đã được thiết lập bởi phần mềm, phần cứng xoá bit này về 0 sau 4 chu kỳ đồng hồ. Bit 1 - EEWE : Bit cho phép ghi EEPROM Tín hiệu cho phép ghi EEPROM (EEWE) là một xung chọn ghi tới EEPROM. Khi địa chỉ và dữ liệu đã được thiết lập phù hợp, bit EEWE phải được thiết lập để ghi giá trị vào trong EEPROM. Bit EEEMWE phải được thiết lập khi giá trị logic 1 được ghi vào bit EEWE, nếu không thì không xẩy ra thao tác ghi EEPROM. Quy trình dưới đây phải được tuân theo khi ghi EEPROM (thứ tự của bước 2 và 3 không cần quan tâm). 1. Đợi cho đến khi bit EEWE trở về 0 2. Ghi địa chỉ mới của EEPROM tới thanh ghi địa chỉ EEPROM (tuỳ chọn) 3. Ghi dữ liệu mới vào thanh ghi EEDR (tuỳ chọn) 4. Ghi giá trị logic 1 vào bit EEMWE trong thanh ghi EECR (Để có thể ghi giá trị logic 1 vào bit EEMWE, thì bit EEWE phải được ghi là 0 trong cùng một chu kỳ đồng hồ) 5. Trong vòng 4 chu kỳ đồng hồ sau khi thiết lập bit EEMWE, ghi giá trị logic 1 tới bit EEWE. Chú ý : Một ngắt giữa bước 4 và 5 sẽ làm lỗi chu kỳ ghi, vì bit EEMWE sẽ hết thời gian. Nếu một thủ tục ngắt truy xuất tới EEPROM trong khi một ngắt khác cũng đang truy xuất EEPROM, thì nội dung của các thanh ghi EEAR và EEDR sẽ bị thay đổi, gây lỗi ngắt truy xuất EEPROM. Để tránh những vấn đề này cần xoá các cờ ngắt chung trong thời gian thực hiện 4 bước cuối cùng. Khi thời gian truy cập ghi kết thúc (2.5ms và VCC = 5V hoặc 4ms và VCC = 2.7V), bit EEWE được xoá bởi phần cứng, Sử dụng phần mềm có thể thăm dò bít này và đợi nó trở về không trước khi thực hiện g

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docThiết kế một mạch đo nhiệt độ đơn giản.doc