PIC18

LẬP TRÌNH VĐK PIC VỚI MPLAB C18 ĐHBK TPHCM – BKIT4U EDITTER: TRI - IUH

2

Lập trình VĐK PIC với MPLAB C18 – ĐHBK TP HCM - BKIT4U 4RUM – EDITTER : TRI - IUH

Bài 1 : Cài đặt MPLAB IDE 8.36 1.1 Giới thiệu MPLAB IDE là phần mềm được hỗ trợ bởi Microchip, dùng để soạn thảo code cho các ứng dụng của PIC. Hiện tại, tháng 8/2010 MPLAB IDE đã có phiên bản 8.51. Trong tài liệu này tôi chọn phiên bản 8.36 vì nó có khá nhiều lỗi về cấu hình . Các phiên bản khác như 8.43, bạn có thể không chọn cấu hình ban đầu nhưng bản thân nó có thể tự động tìm kiếm các thư viện cần thiết trong quá trình biên dịch. Với phiên bản 8.36 chúng ta phải cấu hình toàn bộ cho IDE. 1.2 Cài đặt MPLAB IDE 8.36 Bước 1 : Double Click vào file setup trong thư mục MPLAB IDE 8.36. Màn hình Welcome sẽ hiện ra như sau. Bạn chọn Next để tiếp tục.

Hình 1.1 : Welcome to MPLAB IDE 8.36 Bước 2 : Chọn I accept the term of the license agreement và chọn Next.

3


Hình 1.2 : License Agreement Bước 3 : Để chế độ mặc định là cài đặt Complete và chọn Next để tiếp tục.

Hình 1.3 : Chọn cài đặt complete Bước 4 : Chọn đường dẫn cài đặt, ta nên để mặc định là C:\Program Files\Microchip\

4


Hình 1.4 : Chọn đường dẫn cài đặt Bước 5 : Tiếp tục chọn I accept cho Maestro License và C32 License.

Hình 1.5 : Maestro License

5


Hình 1.6 : C32 License Bước 6 : Giao diện sau tổng kết lại các lựa chọn của bạn, nhấn Next để tiến hành cài đặt. Nếu muốn hiệu chỉnh bạn nhấn Back.

Hình 1.7 : Bắt đầu cài đặt

6


Hình 1.8 : Chờ cài đặt xong Bước 7 : Khi cài đặt xong MPLAB IDE sẽ hỏi bạn có cần cài Hi Tech không. Đây là compiler C hỗ trợ cho MPLAB IDE, tuy nhiên ta sẽ không dùng compiler này mà sẽ dùng MPLAB C18. Bạn chọn No nhấn Finish để hoàn tất việc cài đặt MPLAB IDE.

Hình 1.9 : Cài đặt hoàn tất Thông báo dưới đâu xuất hiện, thống kê các tài liệu hướng dẫn đi kèm. Các tài liệu này đều nằm trong thư mục cài đặt C:\Program Files\Microchip\

7


Hình 1.10 : Các tài liệu hướng dẫn

8


Bài 2 : Cài đặt compiler MPLAB C18 2.1 Giới thiệu Khi cài đặt xong MPLAB IDE, compiler mặc định cho nó là MPASM, dùng để dịch project viết bằng ASM sang file HEX. Muốn viết chương trình bằng C, ta cần phải cài đặt thêm 1 compiler khác có hỗ trợ cho chip PIC đang dùng. Trong phần này, tôi thí nghiệm trên vi điều khiển PIC18F4520 và chọn compiler C18 để hỗ trợ cho lập trình C chuẩn. 2.2 Các bước cài đặt Bước 1 : Double Click vào file MPLAB C18 V1.0.exe để tiến hành cài đặt, màn hình welcome của MPLAB C18 sẽ hiện ra như sau :

Hình 2.1 : Welcome MPLAB C18 Bước 2 : Chọn nơi lưu trữ cho các file biên dịch của MPLAB C18, ta có thể để mặc định là C:\mcc18 .

Hình 2.2 : Chọn đường dẫn lưu trữ Bước 3 : Chọn lựa các thành phần của gói MCC18, thông thường ta sẽ chọn hết tất cả các gói trong compier C18.

9


Hình 2.3 : Chọn các gói cài đặt Bước 4 : Nhấn Next để tiến hành cài đặt

Hình 2.4 : Cài đặt C18 Chờ cho đến khi cài đặt xong.

10


Hình 2.5 : Chờ cài đặt C18 Bước 5 : Nhấn Finish để kết thúc cài đặt MPLAB C18.

Hình 2.6 : Kết thúc cài đặt C18 2.3 Cập nhật lên C18 version 3.01 Phiên bản mà ta vừa cài đặt là C18 v1.0. Để cập nhật lên v3.01, ta sẽ double click và file MPLAB-C18-pgrade-doc-v3_01.exe. Màn hình welcome sẽ hiện ra như sau:

Hình 2.7 : Welcome C18 update Chọn I Accept và nhấn Next để tiếp tục cài đặt.

11


Hình 2.8 : License Agreement Các tài liệu hỗ trợ lập trình cho compiler C18 đi kèm.

Hình 2.9 : Các tài liệu hướng dẫn Chọn thư mục mặc định cho việc update (giống với thư mục cài đặt C18)

12


Để mặc định các thành phần sẽ được cài đặt, không cần phải check thêm.

Hình 2.10 : Các gói cài đặt C18 v3.01 Check chọn thêm các option dưới đây để MPLAB IDE tự động cấu hình các thông số tương thích với phiên bản C18 v3.01

13


Hình 2.11 : Chọn cấu hình update cho MPLAB IDE Chọn Next để tiến hành Update

Hình 2.12 : Tiến hành cài đặt Chờ cho đến khi hoàn tất.

14


Hình 2.13 : Chờ cho đến khi hoàn tất Nhấn Finish để kết thúc.

Hình 2.14 : Cài đặt hoàn tất

15


Bài 3 : Tạo project trên MPLAB 8.36 và C18 3.01 Tạo 1 project lần đầu trên MPLAB khá phức tạp. Người sử dụng cần phải cấu hình cho MPLAB khá nhiều. Tuy nhiên hầu hết các thông số cấu hình này sẽ được lưu lại cho lần sau, chúng ta chỉ cần phải thiết lập 1 lần. Phần này hướng dẫn cách tạo 1 project đơn giản trên MPLAB cho chip 18F4520 và mạch nạp PICKit2 trên board BKIT PIC. 3.1 Tạo mới project Kích hoạt chương trình MPLAB IDE 8.36 từ biểu tượng Microchip trên màn hình Desktop, cửa sổ sau đây sẽ hiện ra.

Hình 3.1 : Màn hình khởi động của MPLAB IDE 8.36 Chọn menu Project và chọn New

Hình 3.2 : Tạo mới project Cửa sổ sau đây hiện ra, bạn đặt tên cho project ở khung Project Name và chọn đường dẫn cho nó ở khung Project Directory.

16


Hình 3.3 : Đặt tên và chọn thư mục lưu trữ Cửa sổ làm việc của project sẽ hiện ra ở bên trái như hình dưới đây. Nếu cửa sổ project không hiện ra bạn sẽ chọn menu View và chọn Project.

Hình 3.4 : Cửa sổ project Chọn compile C18 cho project này bằng cách chọn vào menu Project và chọn Select Language Toolsuite.

17


Hình 3.5 : Chọn Language ToolSuite (Compiler) Chọn Active Toolsuite là Microchip C18 Toolsuite. Các đường dẫn của các chương trình trong gói compiler cho C18 đã được cấu hình trong lúc cài đặt C18 upgrade, bạn không cần phải chỉnh lại. Các gói này đều nằm trong thư mục C:\mcc18.

Hình 3.6 : Chọn compiler C18 3.2 Cấu hình cho chip Phần này có ảnh hưởng đối với quá trình dịch và nạp cho chip. Chọn menu Configure và chọn Select Device… để chọn chip.

18


Hình 3.7 : Select Device Giao diện dưới đây hiện ra và bạn chọn cho đúng chip mà mình đang dùng. Ở đây tôi chọn chip PIC18F4520.

Nhấn OK để đóng cửa sổ này lại. Tiếp theo đó là việc lựa chọn cấu hình thạch anh và 1 số cấu hình khác. Bạn vào lại menu Configure và chọn Configuration Bits…

19


Hình 3.8 : Configuration Bits Màn hình để bạn cấu hình cho chế độ hoạt động của chip dưới đây hiện ra. Check bỏ dấu chọn ở Configuration Bits set in code để bạn có thể thay đổi các thông số. Thông số đầu tiên là chế độ thạch anh, tùy vào mỗi loại chip và thạch anh mà chọn lựa khác nhau. Ở đây tôi sử dụng thạch anh ngoài 12MHz nên sẽ chọn chế độ thạch anh là HS (High Speed). Các chế độ thạch anh của PIC18F4520 sẽ được đề cập ở các bài sau. PORTB bit 4-0 ở chế độ mặt định là các chân analog. Khi không sử dụng analog bạn cần phải chỉnh sang chế độ Digital khi reset. Disable chức năng Low Voltage Programming (LVP - Nạp điện áp thấp), mạch PICKit2 không hỗ trợ chức năng này. Sau khi hoàn thành bạn check lại Configuration Bits set in code và đóng cửa sổ này lại.

20


Hình 3.9 : Thiết lập thạch anh, PortB, LVP 3.3 Tạo mới file và add thư viện cho project Bước tiếp theo là tạo file source để viết code. Từ toolbar bạn có thể chọn New File hoặc và menu File và chọn New.

Hình 3.10 : Tạo mới source file

21


Một file mới được tạo ra với tên mặc định là Untitled như hình dưới đây.

Hình 3.11 : File mới được tạo ra Bạn nhấn và menu File và chọn Save As… để lưu lại file này. Cửa số dưới đây hiện ra và bạn chọn đường dẫn để lưu cho chính xác. Thông thường ta sẽ lưu trong thư mục chứa project hiện tại cho dễ quản lý.

Hình 3.12 : Lưu file trong thư mục chứa project Nhấn Save để lưu file với tên mới là main.c và đóng cửa sổ trên lại. Bước tiếp theo là add file vừa mới lưu (main.c) và thư mục Source File của project. Click chuột phải vào Source File và chọn Add Files…

22


Hình 3.13 : Add file vào Source Files Chọn đường dẫn đến file main.c và nhấn Open.

Hình 3.14 : Browse đường dẫn đến main.c File main.c sẽ được add vào mục Source File của project như hình bên dưới.

23


Hình 3.15 : Add xong main.c cho Source Files Tiếp theo ta sẽ add các thư viện cho project. Đầu tiên là Header Files. Cũng tương tự như khi add file vào Source File, click chuột phải và chọn Add Files. Browse đường dẫn đến C:\mcc18\h và chọn file p18f4520.h hoặc gõ tên file này vào mục File name rồi nhấn Open.

Hình 3.16 : Add Header File Add file vào mục Linker Script, browse đường dẫn đến C:\mcc18\lkr và chọn file 18f4520.lkr.

24


Hình 3.17 : Add file Linker Script Add file lib vào mục Library Files, 18f4520.lib tại thư mục C:\mcc18\lib

Hình 3.18 : Add Library File 3.4 Cấu hình cho quá trình dịch project Khi dịch project, compiler cần 1 số file object của nó (chẳng hạn như c018i.o), ta cần phải chỉ đường dẫn tìm kiếm các file object này cho compiler. Đối với 1 số phiên bản MPLAB, nó tự động tìm đúng các file này. Tuy nhiên đối với phiên bản 8.36 ta cần phải chỉ định đường dẫn tìm kiếm. Từ menu Project, chọn Build Option và chọn Project.

25


Giao diện Build Option hiện ra, tại mục Show Directories for bạn chọn Include Search Path, chọn New và Browse đường dẫn đến C:\mcc18\h. Sau đó chỉnh sang Library Search Path và tạo mới 1 đường dẫn C:\mcc18\lib

Hình 3.19 : Tạo đường dẫn cho include file

26


Hình 3.20 : Tạo đường dẫn cho Library File Nhấn OK để hoàn tất việc cấu hình của quá trình dịch. 3.5 Viết code cho project Double Click vào file main.c và bắt đầu viết code cho project. Ta viết 1 đoạn code nhỏ để làm cho các led nối với PORTB của vi điều khiến sáng xen kẽ (PORTB = 0xAA) Code: #include void main() { TRISB = 0x00; PORTB = 0xAA; while(1); }

27


Hình 3.21 : Double Click và main.c và viết code Để kiểm tra code viết có lỗi hay không bạn vào menu Project và chọn Build All hoặc nhấn tổ hợp phím nóng Ctrl F10. Nếu không có lỗi thông báo BUILD SUCCEEDED sẽ xuất hiện.

Hình 3.22 : Biên dịch thành công 3.6 Kết nối với board Sau khi biên dịch thành công, bạn kết nối máy tính với board để nạp và chạy thử chương trình. Với mạch BKIT PIC bạn cắm dây USB vào chân mạch nạp, bật công tắt nguồn và gạt tất cả các switch của SW2 lên ON để kết nối mạch nạp PICKit2.

28


Hình 3.23 : Kết nối với PICKit2 trên BKIT PIC Gạt tất cả các switch của SW1 lên ON để enable nút Reset, Led ở PortB và chân thạch anh ngoài.

Hình 3.24 : Enable Reset, Led và XTAL ngoài 3.7 Cấu hình mạch nạp Từ menu Programmer chọn Select Programmer và chọn mạch nạp tương ứng là PICKit2. Muốn chọn mạch nạp khác hoặc kết nối với mạch nạp lỗi bạn phải chọn lại None rồi sau đó mới chọn lại mạch nạp.

Hình 3.25 : Chọn mạch nạp Để thuận tiện cho quá trình lập trình, ta nên thiết lập thêm 1 số thông số cho mạch nạp để có thể tự động nạp và chạy chương trình khi biên dịch không có lỗi. Để làm được điều này ta sẽ chọn Programmer và chọn Settings.

29


Hình 3.26 : Setting cho mạch nạp Giao diện sau hiện ra và bạn check chọn Program after successful build (Nạp chương trình khi biên dịch thành công) và Run after a successful program (Chạy chương trình khi nạp thành công). Nhấn OK để kết thúc.

Hình 3.27 : Cấu hình nạp và chạy chương trình Bây giờ bạn nhấn lại tổ hợp phím Ctrl F10 (Build All), MPLAB sẽ làm 1 loạt các thao tác nếu không có lỗi : Dịch chương trình – Nạp chương trình – Kéo chân VDD lên mức cao để thả chân Reset và chương trình bắt đầu chạy trên board.

30


Hình 3.28 : Dịch - Nạp - Chạy chương trình Hình ảnh chương trình chạy trên board BKIT PIC như sau :

Hình 3.29 : Chương trình chạy trên BKIT PIC

31


Bài 4 : Khảo sát các chế độ dao động 1.1 Giới thiệu Dòng PIC18F có 10 chế độ dao động khác nhau, kí hiệu và tên gọi của chúng như sau: 1. 2. 3. 4.

LP : Low Power Crystal , thạch anh có tần số dao động thấp (khoảng vài chục kHz). XT : Crystal/ Resonator, thạch anh/resonator có tần số trung bình (dưới 4MHz). HS : High Speed Crystal/Resonator, thạch anh/resonator có tần số cao (trên 4Mhz). HSPLL : High Speed Crystal/Resonator with Phase Locked Loop enabled, thạch anh tần số cao với bộ khuyết đại PLL. 5. RC : External Resistor/Capacitor with Fosc/4 output on RA6, dao động RC ngoài,output với tần số chia 4 ở chân RA6. 6. RCIO : External Resistor/Capacitor with I/O on RA6, chân RA6 là I/O. 7. INTIO1 : Internal Oscillator with Fosc/4 output on RA6 and I/O on RA7, dao động nội, output ở chân RA6, input/output ở chân RA7 với tần số Fosc/4 . 8. INTIO2 : Internal Oscillator with I/O on RA6 and RA7, dao động nội với RA6, RA7 là I/O. 9. EC : External Clock with Fosc/4 output, clock ngoài, RA6 là output tần số Fosc/4. 10. ECIO : External Clock with I/O on RA6, clock ngoài, RA6 là chân I/O. 1.2 Crystal và Resonator Đây là loại dao động đơn giản nhất. Resonator còn có tên gọi khác là Ceramic Resonator. Hình ảnh của Crystal và Resonator như hình bên dưới. Các loại dao động LP, XT, HS, HSPLL sẽ dùng Crystal hoặc Resonator.

Ở chế độ hoạt động này, Crystal/Resonator sẽ được kết nối với 2 chân OSC1 và OSC2 của vi điều khiển như hình dưới đây. Khi dùng Crystal, giá trị của tụ điện phụ thuộc vào tần số của Crystal như bảng dưới đây

Bảng 2 1 : Giá trị Capacitor cho Crystal Giá trị của tụ điện càng cao thì dao động càng ổn định, nhưng bù lại thời giai khởi động sẽ lâu hơn. Khi dùng Resonator, giá trị của tụ điện như sau:

32


Bảng 2 2 : Giá trị Capacitor cho Resonator Khi tần số resonator lớn hơn 3.5 MHz ta nên cấu hình là HS thay vì XT. 1.3 External Clock Nguồn dao động clock ngoài được nối vào chân OSC1. Đặc điểm của loại dao động này là vi điều khiển hoạt động ngay khi có nguồn cấp (hoặc thức dậy từ chế độ sleep) mà không cần tốn thời gian khởi động (start-up time). Đối với chip PIC18F thì dao động này có 2 loại : •

EC : chân RA6 output với tần số Fosc/4 (Fosc là tần số clock đưa vào chân OSC1). Chân output này có thể dùng để kiểm tra hoặc làm chân clock cho 1 số ứng dụng (như 1 tín hiệu đồng bộ). Trong cửa số Configuration Bits, tên gọi của chế độ này là EC-CLKOUT on RA6.

•

ECIO : chân RA6 truy xuất như 1 I/O bình thường. Trong cửa sổ Configuration Bits, tên gọi của chế độ này là EC-Port on RA6.

1.4 Dao động RC Đối với 1 vài ứng dụng không đòi hỏi độ chính xác về định thời cao thì dao động RC là 1 lựa chọn tiết kiệm. Do tần số dao động tại chân OSC1 phụ thuộc vào điện áp cấp, điện trở, tụ điện, nhiệt độ và thậm chí là hãng sản xuất chip, nên tần số dao động RC không được chính xác. Chế độ này cũng có 2 loại là RC (RC-CLKOUT on RA6, Port on RA7) : Clock out với tần số chia 4 ở chân RA6 và RCIO (RC-Port on RA6, Port on RA7) : RA6, RA7 sử dụng như I/O. 1.5 Bộ khuếch đại tần số PLL PLL là 1 mạch tích hợp bên trong chip, có tác dụng nâng tần số input lên nhiều lần, nâng cao tốc độ thực thi chương trình của vi điều khiển. Bộ PLL có thể được dùng kết hợp với nhiều chế độ hoạt động thạch anh của vi điều khiển PIC. •

HSPLL : PLL khi dùng với chế độ HS có thể nhân gấp 4 lần tần số input. Khi đó tần số input tối đa là 10Mhz, tần số khuếch đại đạt 40MHz. Trong cửa sổ Configuration Bits tên

33


•

gọi của chế độ này là HS-PLL enabled freq = 4xFosc1. Trong chế độ này bit PLLEN không có tác dụng. PLL và INTOSC : PLL cũng có thể được dùng kết hợp với bộ dao động nội, khi đó tần số khuếch đại có thể đạt 32Mhz. Chế độ này phải được thiết lập bằng phần mềm, không có option chọn lựa trong cửa số Configuration Bits. PLLEN bit dùng để kích hoạt chế độ này.

1.6 Bộ dao động nội Gần tương tự với bộ dao động External Clock, bộ dao động nội (Internal Oscillator Block) cũng có 2 chế độ, output tần số Fosc/4 ở chân RA6 và chế độ I/O ở chân này. Tần số của bộ dao động nội được lập trình software. Các thanh ghi ảnh hưởng đến tần số này là OSCCON và OSCTUNE. Ở bộ dao động nội có 2 nguồn clock, nguồn clock 8MHz và nguồn clock RC 31kHz. Bộ nguồn clock 8MHz sẽ đi qua 1 bộ chia (Prescaller) và cấp clock cho thiết bị hoạt động. Giá trị của bộ chia này được xác định bởi 3 bit IRCF2:IRCF0 trong thanh ghi OSCCON. Khi giá trị các bit đều là 0 thì việc chọn clock source dựa vào bit INTRC trong thanh ghi OSCTUN. Nếu INTRC = 0 thì tần số lấy từ clock source thứ 2, 31kHz. Ngược lại tần số sẽ là 8MHz/256 = 31.5kHz (bộ chia là 256 cho clock 8MHz). Khi tần số của bộ dao động nội là 4MHz hoặc 8MHz (OSCCON<6:4> = 110 hoặc 111) thì nó có thể được sử dụng kết hợp với bộ PLL. Để kích hoạt bộ PLL ta phải set bit PLLEN ở thanh ghi OSCTUNE lên 1. 1.7 Demo Kit BKIT PIC được thiết kế dùng switch gạt để kết nối với thạch anh (crystal) 20MHz, nên ta có thể sử dụng chế độ thạch anh ngoài không PLL (PLL chỉ dùng được với thạch anh nhỏ hơn 10MHz) hoặc dùng thạch anh nội kết hợp với PLL. Để demo tần số cung cấp cho chip, ta sẽ viết chương trình cứ 1s tăng giá trị của PORTB lên 1 đơn vị. Một câu lệnh trong PIC chiếm 4 chu kì dao động. 1.7.1 Thạch anh ngoài 20MHz Ta sẽ dùng 2 vòng lặp for để tạo hiệu ứng delay. Với chu kì 20MHz ta phải đếm 5 000 000 chu kì lệnh (do 1 chu kì lệnh chiếm 4 chu kì dao động). Khi muốn tính toán chính xác thời gian, ta phải dùng các câu lệnh ASM. Khi viết bằng ngôn ngữ C, ta chỉ có thể ước lượng gần đúng. Câu lệnh (for i=0 ; I < MAX_I ; i++) tốn khoảng 4 chu kì lệnh : i++ tốn 2 chu kì lệnh, i< MAX_I tốn 2 chu kì lệnh, lệnh gán i =0 chỉ thực hiện 1 lần nên ta có thể bỏ qua. Vậy hàm tạo hiệu ứng trì hoãn 1s với tần số 20MHz ta sẽ viết như sau: Code: void delay1s_20MHz() { int i,j; for(i=0;i<250;i++) { for(j=0;j<1250;j++) { } } }

Như đã đề cập ở trên, 1 vòng for thực hiện khoảng 4 chu kì lệnh nên tổng số chu kì lệnh của 2 vòng for ở trên là (250 * 4) * (1250 *4) = 5 000 000.

34


Hàm main ta có thể viết như sau: Code: void main() { TRISB = 0x00; //setup PORTB is output PORTB = 0x00; //init value while(1) { PORTB++; //increase PORTB Delay1s_20MHz(); //call delay 1s } } Chỉnh chế độ thạch anh trong cửa sổ Configuration Bits là HS, PORTB là Digital (mặc định là analog), Disable chức năng nạp điện áp thấp (LVP), dịch và nạp chương trình ta sẽ thấy giá trị PORTB tăng dần sau 1s. Chỉnh chế độ thạch anh sang chế độ LP hoặc XT, dịch và nạp lại chương trình bạn sẽ thấy chương trình không chạy hoặc chạy sai. Do với thạch anh 20MHz ta phải chọn là HS như datasheet của PIC18F4520. 1.7.2 Thạch anh nội 8MHz Cũng tương tự như trên, ở chế độ thạch anh nội 8MHz ta phải thực hiện 2 000 000 chu kì lệnh. Hàm tạo hiệu ứng trì hoãn 1s với tần số 20MHz ta sẽ viết như sau: Code: void delay1s_8MHz() { int i,j; for(i=0;i<250;i++) { for(j=0;j<1250;j++) { } } } Để sử dụng được thạch anh nội 8MHz, trước tiên ta phải cấu hình là dùng thạch anh nội trong cửa sổ Configuration Bits (chọn INT RC – Port on RA6, Port on RA7), sau đó viết code trong hàm main để lựa chọn bộ Prescaller cho nguồn clock 8MHz. Ta sẽ set 3 bit <6:4> của thanh ghi OSCCON lên 1. Hàm main sẽ viết như sau: Code: void main() { TRISB = 0x00; //setup PORTB is output PORTB = 0x00; //init value OSCCON |= 0x70 //set bit <6:4> -> freq = 8MHz while(1) { PORTB++; //increase PORTB Delay1s_8MHz(); //call delay 1s } }

1.7.3 Thạch anh nội 8MHz và PLL Khi sử dụng thạch anh nội 8MHz và bộ PLL nhân 4, tần số dao động cấp cho chip sẽ là 32MHz, vậy ta phải đếm 8 000 000 chu kì lệnh. Hàm tạo hiệu ứng delay sẽ như sau: Code:

35


void delay1s_8MHzPLL() { int i,j; for(i=0;i<500;i++) { for(j=0;j<1000;j++) { } } } Hàm main ngoài việc chọn Prescaller cho clock nội ta phải set thêm bit PLLEN (bit 6) trong thanh ghi OSCTUNE: Code: void main() { TRISB = 0x00; //setup PORTB is output PORTB = 0x00; //init value OSCCON |= 0x70 //set bit <6:4> -> freq = 8MHz OSCTUNE |= 0x40 //enable PLL while(1) { PORTB++; //increase PORTB Delay1s_8MHzPLL(); //call delay 1s } }

36


Bài 5 : Interrupt và ngắt Timer 2.1 Interrupt trong PIC Dòng PIC18F4520 (2420, 2520, 4420) có nhiều nguồn ngắt (interrupt source) và 2 mức ưu tiên ngắt (high priority interrupt và low priority interrupt). Vector ngắt có mức ưu tiên cao có địa chỉ 0x08 còn ngắt có mức ưu tiên thấp có địa chỉ 0x18. Khi hàm phục vụ ngắt quãng cho ngắt ưu tiên thấp đang xảy ra, ngắt ưu tiên cao xảy ra sẽ tạm dừng ngắt ưu tiên thấp và phục vụ cho ngắt ưu tiên cao. Đối với 1 ngắt, thông thường có 3 bit để điều khiển nó: • • •

Flag bit : Cờ báo hiệu interrupt, khi flag bit được set, ngắt sẽ xảy ra. Enable bit : Cho phép ngắt đối với các ngắt có mặt nạ (maskabled interrupt) Priority bit : Thiết lập ưu tiên ngắt, khi được set ngắt sẽ có mức ưu tiên cao.

Để có thể thiết lập mức độ ưu tiên cho các nguồn ngắt, ta phải enable chức năng ưu tiên ngắt bằng cách set IPEN bit (Interrupt Priority Enable bit : RCON<7>). Khi IPEN = 1 : GIEH bit (INTCON<7>) sẽ enable các ngắt có mức ưu tiên cao, GIEL bit (INTCON<6>) sẽ enable các ngắt có mức ưu tiên thấp. Khi ngắt toàn cục, Flag bit, Enable bit được set, ngắt sẽ được kích hoạt, con trỏ chương trình sẽ nhảy tới địa chỉ 0x08 hoặc 0x18 tùy theo ngắt đó được thiếp lập là ưu tiên cao (Priority bit là 1) hay ưu tiên thấp (Priority bit là 0). Khi IPEN = 0 : Đây là trường hợp mặc định, disable chức năng ưu tiên ngắt (gọi là chế độ compatibility mode). INTCON<6> lúc này là PEIE bit, enable hay disable các ngắt ngoại vi (peripheral interrupt). INTCON<7> lúc này là GIE bit, enable hay disable tất cả các nguồn ngắt. Ở chế độ compatibility này, tất cả các ngắt sẽ nhảy đến địa chỉ 0x08. Khi các nguồn ngắt có cùng độ ưu tiên, chúng sẽ cùng nhảy đến 1 địa chỉ ngắt. Hàm phục vụ ngắt quãng cần phải kiểm tra tất cả các cờ để xác định nguồn ngắt nào đang gây ra ngắt. Cờ ngắt cần được xóa để tránh hiện tượng ngắt đệ quy (recursive interrupt), vi điều khiển sẽ lặp vô tận trong hàm ngắt cho đến khi tràn stack. Điểm chú ý quan trọng trong thanh ghi INTCON là khi IPEN = 1 : INTCON<7> = 1 sẽ enable tất cả các ngắt có ưu tiên cao nhưng khi INTCON<7> = 0 nó lại disable tất cả các ngắt, bao gồm cả ngắt ưu tiên thấp. Một ngắt ưu tiên thấp ngoài việc thiết lập GIEL (INTCON<6>) còn phải set luôn cả bit GIEH (INTCON<7>). 2.2 Giới thiệu Timer0 Timer0 có 2 chế độ 16 bit hoặc 8 bit. Clock cấp cho timer 0 có thể là clock nội hoặc clock ngoại (lấy từ chân T0CKI). Ngoài ra Timer0 còn có bộ Prescaller để chia tần số clock.

Hình 2.1 : Thanh ghi điều khiển T0CON Timer0 được điều khiển bởi thanh ghi T0CON. Ý nghĩa các bit trong thanh ghi này như sau: Bit 7 TMR0ON : Bật tắt Timer 0. 1 : Bật Timer 0 . 0 : Tắt Timer 0. Bit 6 T08BIT : Chọn cấu hình cho Timer 0. 1 : Timer 16 bit. 0 : Timer 8 bit. Khi hoạt động ở chế độ 16 bit, giá trị của bộ định thời (counter)/ bộ đếm Timer 0 được ghi vào 2 thanh ghi TMR0H và TMR0L. Ngược lại, ở chế độ 8 bit, giá trị đếm được lưu trong thanh ghi TMR0L. Bit 5 T0CS : Chọn nguồn clock cho Timer 0. 1 : Clock ngoài từ chân T0CKI.

37


0 : Clock nội (Fosc/4). Bit 4 T0SE : Chọn chế độ kích Timer 0 khi dùng nguồn ngoài. 1 : Timer 0 đếm lên khi có tín hiệu từ High sang Low ở chân T0CKI. 0 : Timer 0 đếm lên khi có tín hiệu từ Low sang High ở chân T0CKI. Bit 3 PSA : Bật/ Tắt chế độ Prescaller cho Timer 0. 1 : Tắt Prescaller. 0 : Cho phép Prescaller. Bit 2 : 0 T0PS2 :T0PS0 : Chọn giá trị Prescaller. 111 : 1:256 011 : 1:16 110 : 1:128 010 : 1:8 101 : 1:64 001 : 1:4 100 : 1:32 000 : 1:2 Khi chọn bộ Prescaller, tần số của Timer 0 sẽ bị chia xuống. Ví dụ thạch anh dùng cho mạch là 20MHz, thì tần số của clock nội là Fosc/4 = 5MHz. Nếu ta chọn Prescaller là 1:2 thì tần số đếm của timer 0 là 2.5MHz. Khi Timer 0 đếm tràn từ FF :FF (chế độ 16 bit) hoặc FF (chế độ 8 bit) lên 0, cờ TMR0IF sẽ được bật lên 1 và gây ra ngắt nếu các bit cho phép ngắt (ngắt toàn cục, ngắt timer0) được set lên 1. 2.3 Lập trình module Timer0 2.3.1 Hàm init_timer0 Trong phần này, chúng ta sẽ khởi tạo timer0 ở chế độ 16 bit, sử dụng clock nội và prescaller 1:2, ngắt timer0 sẽ được cấu hình là ngắt ưu tiên thấp và sau mỗi 1ms sẽ xảy ra ngắt 1 lần. Timer0 sẽ đếm lên sau mỗi lần tích cực của clock. Trong chế độ 16 bit, khi giá trị trong 2 thanh ghi TMR0H:TMR0L chuyển từ FFFF sang 0000 sẽ xảy ra ngắt, cờ TMR0IF sẽ được bật lên 1. Mạch BKIT PIC sử dụng thạch anh 20MHz, nên clock nội cho timer0 sẽ là 5MHz (timer0 sẽ đếm 5 000 000 đơn vị trong 1 giây). Để có được ngắt 1ms ta sẽ nạp cho thanh ghi TMR0H:TMR0L giá trị thấp hơn FFFF 5000 đơn vị. Vì Timer0 được cấu hình sử dụng prescaller 1:2, nên con số này sẽ thấp hơn FFFF 2500 đơn vị : 65535 – 2500 = 63035 = F63B. Việc nạp giá trị này cho thanh ghi TMR0 sẽ được thực hiện trong hàm phục vụ ngắt quãng timer0_isr. Để enable ngắt timer 0, ta cần set bit ngắt toàn cục GIE, set bit ngắt thấp GIEL, set bit enable timer 0 TMR0IE và cờ ngắt timer 0 TMR0IF trong thanh ghi INTCON. Cấu hình ưu tiên ngắt timer 0 là ngắt thấp bằng cách clear bit TMR0IP trong thanh ghi INTCON2. Hàm ngắt timer0 sẽ được khởi tạo như sau: Code: void init_timer0() { counter0 = 0;//counter for virtual timer timer0_flag = 0;//flag for virtual timer T0CON = 0x00;//timer0 16bit clock, Prescaller 1:2 RCONbits.IPEN = 1;//enable interrupt priority INTCON2bits.TMR0IP = 0;//low interrupt priority INTCONbits.GIE = 1;//enable global interrupt INTCONbits.GIEL =1;//enable low priority interrupt INTCONbits.TMR0IE = 1;//enable timer0 interrupt INTCONbits.TMR0IF = 1;//force timer0 interrupt

mode,

internal

} 2.3.2 Hàm timer0_isr Hàm này được gọi khi ngắt Timer0 xảy ra. Đối với tất cả các ngắt của PIC, ta cần phải xóa cờ ngắt trước tiên vì nó không được tự động xóa bằng phần cứng. Trong hàm phục vụ ngắt quãng Timer0 này ta nên tắt nó đi bằng cách xóa bit TMR0ON, nạp lại giá trị cho 2 thanh ghi đếm

38


Timer0. Ở cuối hàm phục vụ ngắt quãng ta sẽ bật cho Timer0 đếm lên (set bit TMR0ON). Giá trị trong 2 thanh ghi đếm Timer0 sẽ tăng dần theo mỗi xung nhịp của clock, và khi đạt giá trị FFFF nó sẽ xảy ra ngắt lần tiếp theo. Code: void timer0_isr() { INTCONbits.TMR0IF = 0; //clear interrupt flag T0CONbits.TMR0ON = 0; //stop timer 0 TMR0H = 0xF6; TMR0L = 0x3B;

//reconfig timer 0 //1ms interrupt

//CODE HERE virtual_timer(); //END CODE T0CONbits.TMR0ON = 1;

//start timer 0 } Để gọi được hàm này, ta phải dùng thêm chỉ thị pragma để dịch 1 hàm tại địa chỉ nhất định và chỉ thị pragma interrupt để dịch hàm này là dạng hàm interrupt. Timer0 được cấu hình là ngắt ưu tiên mức thấp (low priority interrupt), nên khi ngắt xảy ra, con trỏ chương trình sẽ nhảy tới địa chỉ 0x18. Chương trình hiện thực lệnh gọi hàm timer0_isr được hiện thực ở cuối file main.c Code: #pragma code #pragma interrupt low_interrupt_isr void low_interrupt_isr() { if(INTCONbits.TMR0IF == 1) timer0_isr(); } #pragma code _vector_low = 0x18 void _vector_low(void) { low_interrupt_isr(); } #pragma code void main() { while(1) { } } Với chỉ thị đầu tiên, hàm vecter_low sẽ được dịch tại địa chỉ 0x18, là địa chỉ vector ngắt thấp. Do 2 địa chỉ ngắt của PIC là 0x08 cho ngắt cao và 0x18 cho ngắt thấp cách gần nhau, nên ta sẽ chỉ đặt thật ít lệnh tại 2 địa chỉ này. Trên đây chỉ đặt 1 lệnh gọi hàm low_interrupt_isr tại địa chỉ 0x18. Trong hàm này ta sẽ kiểm tra ngắt đang xảy ra có phải là Timer0 hay không bằng cách xét bit thứ 2 của thanh ghi INTCON (bit TMR0IF) trước khi gọi hàm timer0_isr. Hàm main() bây giờ phải thêm chỉ thị #pragma code để compiler dịch hàm này ở 1 vùng nhớ khác trong vùng code memory. Ngoài Timer0, PIC còn có thêm 3 Timer nữa. Về các chức năng cơ bản như Timer0, chúng còn có thêm 1 vài chức năng đặc biệt khác. 2.4 Giới thiệu Timer 1 Khác với Timer0 là 1 interrupt, Timer1 là 1 Peripheral Interrupt. Vì vậy để có thể enable cho ngắt Timer1, ta phải set bit PEIE.

39


Tương tự với Timer0, Timer1 cũng có chức năng counter từ clock ngoài (ở chân T13CKI) và tăng giá trị lên 1 mỗi khi có clock cạnh lên ở chân T13CKI. Khi chọn clock ngoài, T1SYNC bit dùng để chọn chế độ cho counter, là Ansynchronous Counter hoặc Synchronous Counter. Hai loại counter này đều tăng giá trị đếm lên 1 sau mỗi lần tích cực của clock, điểm khác biệt của chúng nằm ở kết nối phần cứng. Synchronous Counter cấp clock cho tất cả các flip flop trong khi Ansynchronous Counter chỉ cấp clock cho flip flop đầu tiên.

Hình 2.2: Synchronous Counter

Hình 2.3 : Ansynchronous Counter Bên cạnh đó, Timer1 còn có thể đếm lên nhờ dao động ngoài ở 2 chân T1OSI và T1OSO. Người ta thường dùng thạch anh 32,768kHz và biến Timer1 thành 1 bộ Real Time Clock (đồng hồ thời gian thực) . Sơ đồ kết nối như sau:

40


Hình 2.4 : Timer1 Osillator Để sử dụng được chức năng này ta cần phải set bit T1OSCEN. Chức năng đặc biệt cuối, Timer1 là ngồn clock cho module CCP. Chi tiết về module này sẽ được trình bày ở Bài 16. Hai timer còn lại thường được dùng tích hợp với các module khác, Timer2 (có thêm bộ Post Scaller) sẽ được dùng cho module PWM ở Bài 14 và Timer3 sẽ được dùng cho module Capture ở Bài 16. 2.5. Ngắt Timer1 và Timer2 Timer 1: Khi không có interrupt priority : GIE enable all interrupts, PEIE/GIEL enable all peripheral interrupt. Khi có interrupt priority : GIE enable all high interrupt, nhưng nếu bằng 0 sẽ disable all interrupts. Nên nếu set timer 1 là interrupt mức thấp thì phải set GIEH lên để enable, sau đó set tiếp GIEL để enable interrupt ưu tiên thấp. Nếu timer1 mức cao thì phải set GIEH để enable high interrupt và set PEIE vì timer1 là peripheral interrupt. Timer 2: Timer 8 bit, giá trị trong thanh ghi TMR2 khi bằng với PR2 sẽ set cờ TMR2IF và gây ra ngắt. Prescaller là bộ chia tần số input. (1,4,16) PostScaller là bộ chia tần số output. (1-16) Timer 2 là peripheral interrupt. Code:

41


void init_timer2() { T2CON = 0x00; //postscaller 1 T2CONbits.T2OUTPS0 = 1; T2CONbits.T2OUTPS1 = 0; T2CONbits.T2OUTPS2 = 0; T2CONbits.T2OUTPS3 = 0; //prescaller 4 T2CONbits.T2CKPS0 = 1; T2CONbits.T2CKPS1 = 0; } void init_timer2_interrupt() { //enable timer 2 interrupt PIE1bits.TMR2IE = 1; //enable interrupt priority RCONbits.IPEN = 1; //enable timer1 low priority interrupt IPR1bits.TMR2IP = 0; INTCONbits.GIEH = 1; INTCONbits.GIEL = 1; //force into interrupt TMR2 = 0x00; PR2 = 200; PIR1bits.TMR2IF = 1; } #pragma code vector_high = 0x08 void _vector_high(void) { _asm goto timer1_isr_high _endasm } #pragma code vector_low = 0x18 void _vector_low(void) { _asm btfsc PIR1, 0, 0 goto timer1_isr_low btfsc PIR1, 1, 0 goto timer2_isr_low _endasm } #pragma interrupt timer2_isr_low void timer2_isr_low() { static int counter = 0; counter++; PIR1bits.TMR2IF = 0; if(counter == 6250) { PORTB++; counter = 0; } }

42


Bài 6 : Ma trận phím 3.1 Khái niệm Ma trận phím là cách kết nối các phím theo hàng và cột. Cách kết nối như vậy sẽ tiết kiệm được tài nguyên của vi điều khiển. Ví dụ dưới đây là cách mắc ma trận phím 4x4 :

Hình 3.1 : Ma trận phím 4x4 Ta có 16 phím và 8 tín hiệu điều khiển. Nếu mắc 16 phím này như các phím đơn, ta phải cần đến 16 tín hiệu điều khiển. 3.2 Giải mã ma trận phím Ta xét 1 ma trận phím 2x2 như hình dưới đây:

Hình 3.2 : Ma trận 2x2 Khi phím A được nhấn thì điện áp tại C1 sẽ bằng R1. Như vậy nếu ban đầu tại C1 và C2 là mức cao, R1 là mức thấp và R2 là mức cao, thì khi phím A được nhấn, điện áp tại C1 (ban đầu là mức cao) sẽ bị kéo xuống mức thấp.

43


Hình 3.3 : Phím A được nhấn Tương tự nếu phím B được nhấn thì C2 sẽ bị kéo xuống mức thấp. Để xác định 2 phím C và D có được nhấn hay không, ta sẽ nâng điện áp tại R1 lên mức cao, kéo điện áp tại R2 lên mức cao (chuyển hàng tích cực).

Hình 3.4 : Phím D được nhấn Như vậy, để xác định vị trí của phím nào được nhấn, ta sẽ duyệt qua tất cả các hàng và xét các phím hàng đó. Quy ước tín hiện DEACTIVE là mức 1 và tín hiện ACTIVE là mức 0, từng bước giải mã ma trận phím như sau: • • • • •

•

Cho tín hiệu các cột là DEACTIVE Cài đặt tín hiện tại các cột là INPUT Cho tín hiện các hàng là DEACTIVE Cài đặt tín hiệu các hàng là OUTPUT Lặp qua các hàng o Cho tín hiệu hàng đang xét là ACTIVE. o Xét các cột trong hàng đang cho ACTIVE, cột nào có tín hiệu ACTIVE là phím tương ứng được nhấn. Kết thúc vòng lặp

3.3 Viết chương trình

44


Chương trình dành cho giải mã ma trận gồm 2 phần : phần đầu dùng để khởi tạo các chân vi điều khiển, phần 2 là duyệt qua các hàng và cột để xác định phím nào được nhấn. File key_matrix.h định nghĩa các hằng số và 2 hàm dùng trong ma trận phím: Code: #define TRIS_BUTTON TRISC #define PORT_BUTTON PORTC #define MAX_COL 4 #define MAX_ROW 4 extern char key_data[]; extern char key_code[]; void init_key_matrix(); void scan_key_matrix(); key_code là 1 mảng 16 phần tử tương ứng với 16 phím, nếu phím được nhấn thì phần tử tương ứng có giá trị là 1. key_data cũng là 1 mảng 16 phần tử, ta có thể dùng để lưu thông tin cho phím vị trí thứ nhất, chẳng hạn như data để hiện thị số 0 (0x3F) trên led 7 đoạn. 3.3.1 Khởi tạo ma trận phím Theo như sơ đồ kết nối ma trận phím ở hình 4.1, ta sẽ khởi tạo các hàng là output và các cột là input. Quy định DEACTIVE là mức 1 nên ta sẽ gán giá trị ban đầu của PORTC là 0xFF. Code: void init_key_matrix() { TRIS_BUTTON = 0x0F; //C3-C0:input C7-C4:output PORT_BUTTON = 0xFF; } 3.3.2 Quét ma trận phím Như đã đề cập giải thuật ở trên, ta sẽ lần lượt duyệt qua tất cả các hàng bằng cách xuất tín hiệu của hàng đó là ACTIVE (mức 0) rồi xét từng cột. Code: void scan_key_matrix() { int i,j; //loop all rows for(i=0;i
45


#include "KEY_MATRIX\\key_matrix.h" void main() { int i; TRISB = 0x00; //init PORTB for output PORTB = 0x00; //initial value init_key_matrix(); while(1) { scan_key_matrix(); for(i=0;i<16;i++) { if(key_code[i] != 0) { PORTB = i; break; } } } } Code chi tiết của ma trận phím các bạn có thể tham khảo ở Bai7.

46


Bài 7 : Chống rung cho ma trận phím 4.1 Nguyên lí chống rung

Hình 4.1 : Hiện tượng rung phím Hình trên minh hoạ mức điện áp của 1 phím nhấn tích cực mức 0, ở trạng thái bình thường, điện áp vi điều khiển nhận vào là 5V còn khi nhấn là 0V. Tuy nhiên, do độ rung cơ học của phím, tại thời điểm vừa nhấn xuống, điện áp sẽ không ổn định trong 1 khoảng thời gian, trước khi ổn định ở mức 0V. Hiệu tượng này gọi là rung phím. Mặc dù khoảng thời gian điện áp ở mức 0 trong giai đoạn rung phím là nhỏ nhưng cũng đủ để vi điều khiển nhận được. Vì vậy khi ta xét nếu điện áp là 0 thì gọi hàm func() thì hàm này sẽ được gọi rất nhiều lần, là điều mà ta không mong muốn. Để khắc phục hiện tượng rung phím, có 2 hướng giải quyết : dùng phần cứng và phần mềm. Về giải pháp phần cứng : thay vì mắc đơn giản như kit thí nghiệm này (xem lại sơ đồ ), ta có thể dùng thêm tụ điện để hạn chế việc thay đổi điện áp đột ngột, sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 4.2 : Chống rung bằng phần cứng

47


Ở sơ đồ trên, khi không nhấn là mức 1, khi nhấn là mức 0. Phím nhấn trên tích cực mức 0. Mạch ở trên còn gọi là mạch RC. Nếu nút nhấn có 2 cực (3 chân), ta có thể chọn giải pháp dùng mạch RS flip flop, đây là mạch phần cứng chống rung tốt nhất, sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 4.3 : Chống rung bằng phần cứng (tt) Về giải pháp phần mềm : Ta sẽ định kì đọc tín hiệu từ nút nhấn, cho đến khi nào chúng trùng nhau n lần thì mới xử lý. Hình dưới đây minh hoạ trong trường hợp 2 lần là 0 thì mới xác nhận là phím được nhấn và mới xử lý tác vụ mà ta mong muốn.

Hình 4.4 : Chống rung bằng phần mềm Khoảng thời gian giữa 2 lần đọc là khoảng 10ms, ta sẽ hiện thực hàm đọc này và gọi nó trong timer. Giải thuật đơn giản để xử lý chống rung có thể hiện thực như sau: Code: previous_key = current_key; current_key = Port_key; If(previous_key == current_key) effective_key = current_key; Trong đó : previous_key : biến lưu giá trị phím trước đó. current_key : biến lưu giá trị phím hiện tại. Port_key : Port của vi điều khiển kết nối với phím. Ở đây chúng ta gọi hàm đọc ma trận phím để trả về giá trị của phím được nhấn. effective_key : giá trị phím hợp lệ (giá trị trong giai đoạn ổn định) Để tăng tính chính xác, ta có thể dùng nhiều biến previous_key để lưu lại các giá trị và so sánh nhiều lần. Đoạn code trên chỉ so sánh trùng nhau 2 lần. 4.2 Kết nối phần cứng

48


Sơ đồ nguyên lý của phím trong kit này như sau :

Hình 4.5 : Sơ đồ kết nối nút nhấn Phím nhấn này tính cực mức 0, được kết nối khá đơn giản, nên ta sẽ dùng phần mềm để chống rung. Ta sẽ dùng 3 biến để so sánh 2 lần trùng nhau, 2 lần liên tiếp cách nhau 10ms. Trong trường hợp nhấn đè 1 phím, ta sẽ dùng biến TimeOutForKeyPress để xác định thời gian tích cực tiếp theo. Biến này sẽ quan trọng trong trường hợp ta viết 1 ứng dụng chẳng hạn như soạn thảo văn bản. Nếu không có biến này để quản lý, nếu ta đè thì trong 1s có tới 100 lần tích cực. 4.3 Viết chương trình Module này có 2 hàm như sau : void initKey() : Khởi động các thông số ban đầu void getKey() : Hàm này được gọi trong timer0, dùng để quét phím. void SubKeyProcess() : Hàm này hiện thực tác vụ bạn cần thực hiện khi nhấn phím. Ở kit thí nghiệm này, các nút nhấn được nối thành dạng ma trận và được nối với PORTC nên ta định nghĩa ở thêm ở đầu file Key.c : Code: #define KEY_PORT PORTC 4.3.1 Hàm initkey() Code: void initKey() { KeyReg0 = 0x00; KeyReg1 = 0x00; KeyReg2 = 0x00; KeyReg3 = 0x00; } Trong đó KeyReg0, KeyReg1, KeyReg2 dùng để lưu 3 lần liên tiếp. Khi 3 biến này bằng nhau, biến KeyReg3 mới được cập nhật. Biến KeyReg3 là giá trị hợp lệ của phím nhấn. 4.3.2 Hàm getKey() Hàm này được chia làm 2 phần, phần đầu là để chống rung phím dùng 2 lần so sánh trùng nhau. Phần thứ 2 xử lí khi 1 phím được đè, phải sau 1 khoảng thời gian TimeOutForKeyPress mới được tích cực. Code:

49


void getKey(){ KeyReg2 = KeyReg1; KeyReg1 = KeyReg0; KeyReg0 = read_matrix_key();// Cho phep nut nhan nao duoc tich cuc. if ((KeyReg1 == KeyReg0) && (KeyReg1 == KeyReg2)) { TimeOutForKeyPress --; if (TimeOutForKeyPress == 0) { KeyReg3 = 0x00; } if (KeyReg2 != KeyReg3) { KeyReg3 = KeyReg2; If (FlagFirstTimeKeyPress == 1)//Day la lan dau phim duoc nhan. { TimeOutForKeyPress = 100; SubKeyProcess(); FlagFirstTimeKeyPress = 0; } else { if (KeyReg2 == 0x00) FlagFirstTimeKeyPress = 1; else { TimeOutForKeyPress = 100; SubKeyProcess(); } } } } } 4.4. Code mẫu Download code mẫu tại đây

50


Bài 8 : LCD 16x2 và bàn phím điện thoại 5.1 Chức năng các chân của LCD

Hình 5.1 : LCD 16x2 LCD thường sử dụng 14 chân, chế độ 16 chân khi cần điều khiển đèn nền. Chức năng của các chân như sau:

51


5.2 Kết nối màn hình LCD

Hình 5.2 : Kết nối màn hình LCD Hình trên mô tả kết nối LCD với chế độ 16 chân, 2 chân K và A dùng để kết nối với đèn nền. 5.3 Các vùng nhớ của LCD 5.3.1 Display Data Ram (DDRAM) Lưu trữ mã ký tự hiển thị ra màn hình. Mã này giống với mã ASCII. Có tất cả 80 ô nhớ DDRAM. Vùng hiển thị tương ứng với cửa sổ gồm 16 ô nhớ hàng đầu tiên và 16 ô nhớ hàng thứ hai. Chúng ta có thể tạo hiệu ứng dịch chữ bằng cách sử dụng lệnh dịch , khi đó cửa sổ hiển thị sẽ dịch đem lại hiệu ứng dịch chữ.

Hình 5.3 : Vùng nhớ DDRAM 5.3.2 Character Generator Ram (CGRAM) Lưu trữ tám mẫu ký tự do người dùng định nghĩa. Tám mẫu ký tự này tương ứng với các mã ký tự D7-D0 = 0000*D2D1D0 (* mang giá trị tùy định 0 hay 1).

52


Hình 5.4 : Vùng nhớ CGRAM 5.3.3 Bộ nhớ CGROM Bộ nhớ dùng để lưu trữ các kí tự hiển thị trên LCD. Các giá trị lưu trong bộ nhớ này như sau:

53


Hình 5.5 : Vùng nhớ CGROM Chúng ta muốn hiển thị chữ “CE” ở giữa hàng đầu tiên, giả sử cửa sổ hiển thị đang bắt đầu từ vị trí đầu tiên (hàng thứ nhất hiển thị dữ liệu của ô nhớ từ 0x00 đến 0x0f, hàng thứ hai hiển thị dữ liệu của ô nhớ từ 0x40 đến 0x4f, đây là vị trí home). Giá trị của ô nhớ 0x07 là 0x43 (ký tự C), của ô nhớ 0x08 là 0x45 (ký tự E). Chúng ta muốn hiển thị chữ “®” ở giữ hàng thứ hai, giả sử cử sổ hiển thị đang ở vị trí home. Trong bảng mẫu ký tự chúng ta thấy không có mẫu “®”. Lúc này chúng ta phải định nghĩa mẫu “®” 5x8 điểm, gồm có 8 byte, sau đó lưu vào vị trí của mẫu ký tự CGRAM thứ nhất. Lúc này giá trị của ô nhớ 0x47 là 0x00 hoặc 0x08 (vị trí của mẫu ký tự CGRAM thứ nhất “®”). 5.4 Các lệnh cơ bản của LCD Để truyền lệnh cho LCD thì chân RS = 0, khi đó các tín hiện trên D0-D7 được xem là lệnh. Ý nghĩa của các lệnh điều khiển LCD như sau:

54


I/D 1 = 0 = RL 1 = 0 = S 1 = 0 = DL 1 = 0 = D 1 = 0 = N 1 = 0 = U 1 = 0 =

Increment (by 1) Decrement (by 1) Shift right Shift left Display shift on Display shift off 8-bit interface 4-bit interface Display on Display off Display in two lines Display in one line Cursor on Cursor off

55


F 1 = 0 = B 1 = 0 = D/C

Character format 5x10 dots Character format 5x7 dots Cursor blink on Cursor blink off

1 = Display shift 0 = Cursor shift 5.5 Kết nối LCD với vi điều khiển LCD có 2 chế độ 8 bit và 4 bit. Ở chế độ 8 bit, ta dùng toàn bộ 8 chân D0-D7 để giao tiếp. Ở chế độ 4 bit, ta chỉ dùng 4 bit cao D4-D7 để giao tiếp với LCD. Dữ liệu gửi cho LCD ở chế độ này bao gồm 4bit cao gửi trước, sau đó sẽ đến 4bit thấp. Sơ đồ kết nối ở 2 chế độ như sau:

Hình 5.6 : Kết nối LCD với vi điều khiển Nếu muốn tiết kiệm chân, R/W có thể nối xuống GND. Ở chế độ 4bit thì 4 bit thấp của LCD có thể nối xuống GND. 5.6 Khởi tạo LCD Quá trình khởi tạo LCD ở chế độ 8 bit như sau:

56


Hình 5.7 : Khới tạo LCD 8 bit Quá trình khởi tạo ở chế độ 4 bit như sau:

57


Hình 5.8 : Khởi tạo LCD 4 bit 5.7 Kết nối phần cứng LCD được kết nối với Port B của vi điều khiển PIC như sau: Trích: LED_BACKLIGHT PIN_RS PIN_RW PIN_EN D4

58

= : : : :

PortB.0 PortB.1 PortB.2 PortB.3 PortB.4


D5 D6 D7 : PortB.7

: :

PortB.5 PortB.6

5.8 Viết chương trình & 5.9 Các hàm cơ bản Để quá trình điều khiển LCD hiệu quả, ta định nghĩa 1 số hàm cơ bản như sau: •

Hàm delay: trung bình PIC thực hiện 5 lệnh mất 1us với thạch anh 20Mhz. Code: void lcd_delay(int time) { while(--time); }

•

Hàm ghi dữ liệu ra LCD: Code: //Ghi 4 bit void lcd_write_4bits(unsigned char dat) { RW(WRITE); //kéo chân RW xuống 0 EN(SET); //set chân Enable lên 1 LCD_DATA_OUT(dat & 0xF0); //Gửi data ra lcd_delay(10); EN(CLR); //kéo chân Enable xuống 0 lcd_delay(10); } //Ghi 1 byte : ghi 4 bit 2 lần void lcd_write_cmd(unsigned char cmd){ lcd_wait_busy(); RS(CMD); lcd_write_4bits(cmd); lcd_write_4bits(cmd << 4); }

•

Một số macro trong file lcd.h, ví dụ như: Code: #define RS(x) ( (x) ? ( LCD_PORT |= 0x02 ) : ( LCD_PORT &= 0xFD ) ) //Nếu x = 1 thì thực hiện lệnh LCD_PORT |=0x02, x=0 thì thực hiện LCD_PORT &=0xFD .

5.10 Khởi tạo LCD chế độ 4 bit Code:

59


void init_lcd() { lcd_delay(15000); RS(CMD); lcd_write_4bits(0x03 lcd_delay(4100); lcd_write_4bits(0x03 lcd_delay(100); lcd_write_4bits(0x03 lcd_write_4bits(0x02 lcd_write_cmd(0x28) lcd_write_cmd(0x0C); lcd_write_cmd(0x06); }

<< 4); << 4); << 4); << 4); ;

//1 //2 //3 //4 //5 //6 //7 //8 //9 //10 //11

Ý nghĩa các lệnh trên như sau: • •

Lệnh 1 : gọi hàm lcd_delay(15000) để delay 15ms. Lệnh 2 : kéo chân RS (nối với LCD_PORT tại bit 1) xuống 0. Lệnh này được định nghĩa là 1 macro trong file lcd.h: #define RS(x) ( (x) ? ( LCD_PORT |= 0x02 ) : ( LCD_PORT &= 0xFD ) )

• • • • • • •

CMD được define là 0 nên lệnh RS(CMD) sẽ có điều kiện (x) là false và sẽ thực hiện phần thứ 2 của lệnh trên : LCD_PORT & 0xFD (kéo bit 1 xuống 0 : 1111 1101). Lệnh 3 : thực hiện trạng thái đầu tiên sau khi chờ 15ms, ghi D7 D6 D5 D4 = 0011. Các chân này được nối với 4 bit cao của vi điều khiển nên ta phải dịch trái giá trị 0x03 4 bit. Lệnh 4 : delay khoảng 41ms. Lệnh 5,6,7,8 : Thực hiện các trạng thái 2,3 và 4. Sau lệnh 7 thì LCD đã chuyển sang chế độ 4 bit, và để gửi 1 byte, ta sẽ gửi 2 lần 4 bit cao trước rồi tới 4 bit thấp. Lệnh 9 : gọi hàm lcd_write_cmd để ghi 4 bit 2 lần, giá trị 0x28 tương ứng với N = 1 (hiển thị trên 2 hàng của LCD) và B = 0 (font định dạng 5x7 điểm). Lệnh 10 : thực hiện lệnh display on (xem thêm trong bảng lệnh), D = 1. Lệnh 11 : thực hiện lệnh entry set mode, 0x06 tương ứng với chế độ dịch phải tăng dần.

5.11 Xoá màn hình Hàm này chỉ đơn giản là gửi lệnh clear màn hình lcd (xem thêm trong bảng lệnh của LCD). Code: void lcd_clear() { lcd_write_cmd(0x01); lcd_goto_xy(0, 0); } 5.12 Thiết lập vị trí con trỏ Hàm này thiết lập vị trí bắt đầu xuất dữ liệu trên màn hình LCD 2 hàng 16 cột. Để hiện thực hàm này ta phải tính được địa chỉ tương ứng với toạ độ (row,col) và dùng lệnh SET DDRAM ADDRESS (bit 7 của lệnh này bằng 1). Code:

60


char lcd_goto_xy(unsigned char row, unsigned char col) { unsigned char addr = 0x00; if(col >= 20 || row >= 4) return FALSE; if(row < 2) { addr = (row * 0x40) + col; addr = 0x80 | (addr & 0x7F); } else { addr = (row * 0x40) + col; addr = 0x94 | (addr & 0x7F); } lcd_write_cmd(addr); current_row = row; current_col = col; return TRUE; } 5.13 In kí tự ra màn hình Hàm này nhận thông số là 1 kí tự và hiển thị kí tự đó ra màn hình LCD. Việc hiện thực hàm này khá đơn giản, ta chỉ cần kéo chân RS xuống 0 là LCD sẽ hiểu các bit D7-D4 là dữ liệu. Code: void lcd_print_char(unsigned char dat) { lcd_wait_busy(); //find next position if(current_row == 0 && current_col == 16) lcd_goto_xy(1,0); if(current_row == 1 && current_col ==16) lcd_goto_xy(0,0); RS(DAT); //RS = 0 lcd_write_4bits(dat); lcd_write_4bits(dat << 4); current_col ++; //update new position } Từ những hàm cơ bản này, bạn có thể hiện thực thêm các hàm để xuất 1 string hay 1 giá trị số ra màn hình LCD. Code chi tiết có thể xem thêm ở file đính kèm. 5.14 Thiết lập bàn phím điện thoại Tóm tắt : bàn phím 4x4 có đánh các kí tự số (0-9) và chữ (A,B,C,D,*,#) sẽ là các phím chức năng mô phỏng theo bàn phím điện thoại. Các trạng thái cũng như thông tin sẽ được hiển thị trên màn hình LCD. Để làm được bài này các bạn cần có những hàm về quét ma trận phím (trong thư mục button_matrix) cũng như xuất ra LCD (trong thư mục lcd). Trước hết bạn cần phải biết qua bài quét ma trận phím. Trong Button.c chúng ta có hàm button_process(void); Hàm này được gọi định kì trong timer để kiểm tra xem có nút nào được nhấn không.Hàm read_matrix_key(void) khi không có nút nào được nhấn, nó sẽ trả về giá trị 0. Khi có nút nhấn nó sẽ trả về giá trị từ 1-16 tùy theo vị trí của nút nhấn. Việc kiểm tra này được thực hiện nhiều lần và chúng ta sẽ chỉ xử lí nó khi có ít nhất 3 lần đọc giá trị giống nhau (theo nguyên lí chống rung, đọc thêm bài chống rung cho phím). Bài thứ 2 cần biết là bài về xuất lcd. Trong lcd.c đã hỗ trợ cho bạn sẵn các hàm để ghi lên lcd (Tham khảo thêm trong lcd.h). Chúng ta bắt đầu bằng việc tạo một project mới với những thiết lập phù hợp. copy thư mục button_matrix, lcd, timer, interrupt vào nơi chứa chương trình để hoàn chỉnh project mới. Thêm những file .h trong các thư mục này vào main.c. Tạo thư mục Phone và chứa các file phone.c, phone.h . add vào project. Các sự kiện và trạng thái của chiếc điện thoại của chúng ta sẽ được xử lí chính ở trong file phone.c này. Include file .h của button_matrix và lcd.

61


Định hình: trước hết chúng ta định hình lại vị trí và chức năng của từng nút. Vì để thực hiện được chức năng nhắn tin cũng như gọi điện nên mỗi nút từ 0-9 đề có thêm các chức năng riêng. Ta khai báo một mảng lưu giữ những giá trị mà ta muốn nút nhấn có thể thực hiện. Code: unsigned char key[16][5] = { '0',' ',0,0,0, '1','.',',',0,0, '2','a','b','c',0, '3','d','e','f',0, '4','g','h','i',0, '5','j','k','l',0, '6','m','n','o',0, '7','p','q','r','s', '8','t','u','v',0, '9','w','x','y','z', '*',0,0,0,0, '#',0,0,0,0, 'A',0,0,0,0, 'B',0,0,0,0, 'C',0,0,0,0, 'D',0,0,0,0}; Ở đây có các nút có nhiều kí tự (7-p-q-r-s) cũng có nút có ít kí tự (1-.) nên để thuận tiện ta tạo thêm một mảng chứa giá trị là số kí tự được sử dụng của nút đó: Code: unsigned char limit_key[16]={2,3,4,4,4,4,4,5,4,5,1,1,1,1,1,1}; Bây giờ coi lại trong button.c có hàm quét ma trận phím. Tuy nhiên, giá trị trả về của hàm này là vị trí của các nút trên bàn phím (vd:1=1,2=2,3=3,A=4…). Ta sẽ cần phải chuyển đổi sang một hệ khác để thuận tiện trong việc lập trình thông qua một mảng sau: Code: unsigned char convert_key[16]={1,2,3,12,4,5,6,13,7,8,9,14,10,0,11,15}; Chương trình chính của chúng ta là hàm Phone() được gọi liện tục trong hàm main(). Hàm này đầu tiên sẽ xét biến ActiveKey xem có nút nhấn nào được nhấn không . Khi có nút nhấn thì sẽ có một chuyển đổi nhỏ Code: KeyPress = convert_key[ActiveKey-1]; Và biến KeyPress này chính là giá trị chúng ta xử lí chính. Biến PhoneStatus chứa giá trị của của các trạng thái của điện thoại. Các trạng thái chính là đợi (WAIT_STATUS), gọi điện (ENTERING_NUMBER_STATUS, CALLING_STATUS,ENDCALL_STATUS), nhắn tin (MESS_STATUS, TYPING_MESS_STATUS, SENDING_STATUS, ENDSEND_STATUS). Với mỗi trạng thái ta xử lí nút C là quay lại, D là xóa kí tự, A là enter… tùy theo quy định mỗi người. Tiếp theo chúng ta xử lí nút nhấn tại mỗi trạng thái. Tại trạng thái đợi, nếu nhập vào là số thì sẽ chỉ hiện số key[KeyPress][0]. Còn nếu ở trong chế độ nhắn tin thì nếu như phím được nhấn lặp lại trong khoảng thời gian timeout thì coi như sẽ chuyển kí tự ngay tại nút đó: Code: KeyMessIndex = (KeyMessIndex +1)%(limit_key[KeyPress]); lcd_putChar(key[KeyPress][KeyMessIndex]); , nếu không thì in kí tự mới.: Code: KeyMessIndex = 1; lcd_putChar(key[KeyPress][KeyMessIndex]); Download code mẫu Tại đây

62


Bài 9 : Quét led 7 đoạn và led ma trận 6.1 Điều khiển led 7 đoạn và led ma trận. 6.1.1 Cấu tạo Led 7 đoạn LED 7 đoạn gồm có 7 đoạn được đánh dấu: a, b, c, d, e, f, g và một điểm dp. Mỗi đoạn là một led, kết hợp tắt/sáng của các led này để hiển thị số mà chúng ta hiểu được.

Hình 6 1 Led 7 đoạn LED 7 đoạn có hai loại là Common Anode và Common Cathode, tương ứng các LED nối chung Anode hay nối chung Cathode. Mạch thí nghiệm BKIT PIC sử dụng loại Common Anode.

Hình 6.1 : Sơ đồ nguyên lý led 7 đoạn 6.1.2 Cấu tạo led ma trận LED ma trận 8x8 hai màu được bố trí thành 8 hàng và 8 cột.

Hình 6 3. Led ma trận Mỗi điểm có hai LED tương ứng với hai màu. Các LED trên cùng một hàng nối chung Anode, các LED cùng màu trên cùng một cột nối chung Cathode.

63


Hình 6 4 Sơ đồ nguyên lý led ma trận 6.1.3 Nguyên lý quét LED Để hiện thị 1 led 7 đoạn, ta cần 8 đường tín hiệu để gửi dữ liệu cho nó. Như vậy, với 8 led 7 đoạn, theo kết nối bình thường, ta cần tổng cộng 64 đường tín hiệu để thắp sáng 8 led cùng lúc. Việc này rất tốn tài nguyên về phần cứng. Để khắc phục, người ta dùng kĩ thuật quét led. Các đường dữ liệu của các led sẽ được nối với nhau.

Hình 6 5 Kết nối khi quét led 7 đoạn Với kĩ thuật quét led này, tại 1 thời điểm, chỉ có 1 led sáng. Tại thời điểm t1 chỉ có led 1 sáng, tại thời điểm t2 = t1 + t0 chỉ có led 2 sáng, khi t0 rất nhỏ, mắt người không thể nhận biết được độ nhấp nháy giữa 2 lần luân chuyển, và sẽ có cảm giác là 2 đèn sáng cùng lúc. Thường thì t0 này phải nhỏ hơn 1/24 giây, tức là trong một giây sẽ có nhiều hơn 24 lần luân chuyển giữa các led. Bảng mô tả quá trình quét Led 7 đoạn:

64


Tương tự đối với led ma trận, ta dùng 16 đường tín hiệu để điều khiển hai màu led và 8 đường tín hiệu để tích cực dòng (ROW). Tại mỗi thời điểm chỉ có một dòng led ma trận được hiển thị dữ liệu.

Hình 6 6 Nguyên lý quét led ma trận 6.2 Sơ đồ kết nối mạch

65


Hình 6-7 Sơ đồ kết nối led 7 đoạn và led ma trận Mục đích của bài này là để mọi người làm quen với led 7 đoạn và led ma trận cho nên các led 7 đoạn và led ma trận được kết nối theo kiếu song song, các chân dữ liệu và điều khiển led được gắn trực tiếp với chân vi điều khiển PIC, vì vậy chương trình sẽ đơn giản và dễ thực hiện hơn. 6.3 Xây dựng chương trình 6.3.1 Ý tưởng hiện thực Để có thể hiện thực giải thuật quét led chúng ta cần sử dụng tới bộ đinh thời(timer) và ngắt quãng để thiết lập thời gian quét. Ví dụ chúng ta quét 1 led với tần số 50Hz(nghĩa là led sáng 50 lần/giây) như vậy ta cần cấu hình cho timer là cứ sau 1000ms/50 = 20ms thì ngắt 1 lần và trong hàm xử lý ngắt ta sẽ đưa dữ liệu ra cho led. Nếu số led nhiều hơn thì ta chỉ cần lấy tần số chuẩn cho mỗi led nhân với số lượng led. Ví dụ nếu quét cùng luc 8 led 7 đoạn với tấn số mỗi led là 50Hz thì tần số ngắt của timer là 8*50 = 400Hz. 6.3.2 Các hàm phục vụ quét led 2.6.3.1 Hàm quét led 7 đoạn Code: void display_led7(void) { PORTE = 0; PORTD = led7_buffer[index_led7]; PORTE = 1 << index_led7; index_led7 = (index_led7 + 1) % 3; } Theo sơ đồ nguyên lý PORTD là port đưa dữ liệu ra led 7 đoạn và PORTE là port chọn led(ở đây chúng ta có 3 led 7 đoạn).Trước mỗi lần xuất led, ta cần phải tắt tất cả các led để tránh trường hợp dữ liệu cũ được đưa vào led được chọn tiếp theo,hay ngược lại dữ liệu mới được đưa vào led trước đó. 2.6.3.2 Hàm quét led ma trận Code:

66


void display_ledmatrix(void) { PORTA = 0; PORTB = green_buffer[index_matrix]; PORTC = red_buffer[index_matrix]; PORTA = 1 << index_matrix; index_matrix = (index_matrix + 1) % 8; } Theo sơ đồ nguyên lý, PORTA là port lựa chọn led, PORTB và PORTC tương ứng là các dữ liệu xanh và đỏ của led ma trận, cách quét vẫn giống với việc quét led 7 đoạn. Đối với việc quét led ta nên tạo ra những mảng buffer để tiện cho việc xuất dữ liệu và cập nhập chúng, cùng với việc hiện thực 1 số hàm cập nhập buffer như update_led7_buffer(), update_green_bugffer(), update_red_buffer() chương trình của chúng ta trở nên thân thiện, trong sáng, đơn giản hơn rất nhiều và phù hợp với việc phát triển lên thành những bài khó hơn như chạy chữ hay các hiệu ứng led river.

67


Bài 10 : Giao tiếp nối tiếp SPI 7.1 Giới thiệu về SPI SPI (Serial Peripheral Interface) là một dạng giao thức truyền nối tiếp được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi(EEPROM,SDcard…) và các vi điều khiển khác. 7.2 Chế độ SPI trong vi điều khiển PIC Giao tiếp SPI được hiện thực qua 4 chân của vi điều khiển: SDI( Serial Data In ): Tín hiệu nối tiếp được đưa vào vi điều khiển SDO( Serial Data Out): Tín hiệu nối tiếp từ vi điều khiển đi ra CLK(Clock): xung clock tạo ra bới master SS(Slave Select): tích cực mức thấp, dùng để chọn slave để truyền dữ liệu

Hình 7-1 Sơ đồ khối của SPI 7.2.1 Các thanh ghi điều khiển SPI Chế độ SPI được điều khiển bằng 4 thanh ghi sau • • • •

MSSP Control Register 1 (SSPCON1) MSSP Status Register (SSPSTAT) Serial Receive/Transmit Buffer Register(SSPBUF) MSSP Shift Register(SSPSR) – thanh ghi này không được truy xuất bởi người dùng

68


Hai thanh ghi SSPCON1 và SSPSTAT là hai thanh ghi điều khiển, còn than ghi SSPSR là thanh ghi dùng để dịch dữ liệu ra/vào vi điều khiển, SSPBUF là thanh ghi dùng để đọc dữ liệu từ ngoài vào hoặc ghi dữ liệu để truyền ra ngoài. Ở chế độ nhận, 2 thanh SSPBUF và SSPSR là 1 bộ buffer đôi, khi dữ liệu từ ngoài truyền vào được lưu đầy đủ trong SSPSR(8 bits) thì dữ liệu này được truyền tới thanh ghi SSPBUF để người dùng lấy ra. Còn ở chế độ truyền thì khi dữ liệu được ghi vào thanh ghi SSPBUF thì cùng lúc dữ liệu đó cũng được ghi vào thanh ghi SSPSR để dịch ra ngoài. 2.7.2.1 Thanh ghi SSPSTAT

Bit 7: SMP Sample bit SPI Master mode 1 = dữ liệu vào sẽ được lấy ở cuối chu kỳ xung clock 0 = dữ liệu vào sẽ được lấy ở giữa chu kỳ cung clock SPI Slave mode SMP phải được gán bằng 0 Bit 6: CKE SPI Clock Select bit Bit 0: BF BuFffer Full Status bit(dành cho quá trình nhận) 1 = quá trình nhận hoàn thành, SSPBUF đầy 0 = quá trình nhận đang thực hiện, SSPBUF trống 2.7.2.1 Thanh ghi SSPCON1

Bit 7: WCOL Write Collision Detect bit(chỉ dùng ở chế độ truyền tín hiệu) 1 = thanh ghi SSPBUF được ghi đè dữ liệu trong khi dữ liệu cũ truyền chưa hết 0 = không có đụng độ Bit 6: SSPOV Receive Overflow Indicator bit(dùng ở chế độ nhân tín hiệu) 1 = có dữ liệu mới nhận về ghi đè lên thanh ghi SSPBUF trong khi dữ liệu trước đó chưa được đọc. 0 = dữ liệu không bị ghi đè Bit 5: SSPEN Synchronous Serial Port Enable bit 1 = bật chế độ SPI và các chân SDI, SDO, SCK, SS được cấu hình tương ứng. 0 = tắt chế độ SPI Bit 4: CKP Clock Polarity Select bit 1 = thiết lập trạng thái rảnh khi xung clock ở mức cao 0 = thiết lập trạng thái rảnh khi xung clock ở mức thấp Bit 3-0: SSPM3:SSPM0 Synchronous Serial Port Mode Select bit 0101 = chế độ slave, clock = chân SCK, tắt chức năng của chân SS 0100 = chế độ slave, clock = chân SCK, bật chức năng của chân SS

69


0011 0010 0001 0000

= = = =

chế chế chế chế

độ độ độ độ

master, master, master, master,

clock clock clock clock

= = = =

tần số của timer 2 /2 Fosc / 64 Fosc / 16 Fosc / 4

7.2.2 Cấu hình SPI Để cấu hình chế độ SPI cho vi điều khiển PIC ta sử dụng các bit SSPCON1<5:0> và SSPSTAT<7:6>, khi cấu hình các bit này SPI của PIC sẽ được cấu hình ở chế độ master hoặc slave, cung clock cho SPI, và thiết lập việc nhận dữ liệu xảy ra ở cạnh lên hoặc xuống của xung clock. Thanh ghi SSPSR có chức năng dịch dữ liệu ra và vào vi điều khiển và luôn là bit trọng số cao trước. Ở trong chế độ truyền, thanh ghi SSPBUF sẽ chờ cho đến khi thanh ghi SSPSR sẵn sàng nhận dữ liệu rồi mới ghi dữ liệu lên thanh ghi SSPSR, nếu có hành động ghi dữ liệu vào thanh ghi SSPBUF trong lúc dữ liệu truyền chưa xong thì hành động đó được bỏ qua và bitWCOL được bật lên báo hiệu có xảy ra đụng đô. Ở trong chế độ nhận, sau khi SSPSR nhận đủ 8 bit dữ liệu sẽ được chuyển đến thanh ghi SSPBUF và bit BF được bật lên để báo hiệu, nếu dữ liệu trước đó được lưu trong thanh ghi SSPBUF chưa được đọc mà lại có thêm dữ liệu mới thì dữ liệu mới sẽ ghi đè lên dữ liệu cũ và bitSSPOV được bật lên.

Hình 7-2 Kết nối SPI master/slave Hàm cấu hình chế độ SPI master cho vi điều khiển PIC Code: void init_spi_master(void) { SSPSTATbits.CKE = 1; // when CKP = 0,CKE = 0 transmit data on falling clock,CKE = 1 transmit data on rising clock // when CKP = 1,CKE = 1 transmit data on rising clock,CKE = 1 transmit data on falling clock SSPCON1bits.CKP = 1; // CKP=0 data first,second is clock; CKP=1 clock SSPCON1bits.SSPEN = 1; // enable SPI master SSPCON1bits.SSPM0 = 0; // SSPCON1bits.SSPM1 = 0; // SSPCON1bits.SSPM2 = 0; // SSPCON1bits.SSPM3 = 0; // preacaler 1:4 }

70


Bài 11 : Điều khiển led 7 đoạn và mâ trặn bằng SPI 8.1 Kết nối phần cứng

Hình 8-1 Sơ đồ kết nối led 7 và led ma trận Ở bài này chúng ta sẽ sử dụng mạch rời số1, mạch bao gồm 8 led 7 đoạn và 1 led ma trận được sử dụng giao tiếp với vi điều khiển thông qua giao thức SPI. Trong mạch này vi điều khiển PIC đóng vai trò là master và các IC TPIC595, 74HC595 đóng vai trò là slave với chức năng dịch bit, ngoài chức năng dịch bit IC TPIC595 còn có tác dụng đệm và đảo tín hiệu đầu vào, IC này được sử dụng để phù hợp với nguyên lý hoạt động của led 7 đoạn và led ma trận. Cách thức hoạt động của mạch là vi điều khiển sẽ dịch dữ liệu cần xuất ra ngoài đến các con IC dịch, và khi nào dịch đủ dữ liệu cần xuất ra ngoài vi điều khiển sẽ khóa dữ liệu lại bằng cách tạo một xung từ thấp lên cao trên chân LATCH của các IC dịch này, lúc này các IC dịch sẽ lấy dữ liệu được cất trong bộ đệm trong quá trình dịch dữ liệu của vi điều khiển và xuất ra ngoài. 8.2 Xây dựng chương trình Ngoài hàm cấu hình chế độ SPI cho PIC nhu ở bài trên, chúng ta cần hiện thực thêm hàm tạo tín hiệu LATCH, hàm quét led 7 đoạn và led ma trận, hàm xóa led 7 đoạn và led ma trận.

71


Ngoài ra chúng ta cũng cần bổ sung thêm các hàm tiện ích trong việc xuất led 7 đoạn và led ma trận, chi tiết các bạn có thể tham khảo trong thư viện source code. 8.2.1 Hàm tạo tín hiệu LATCH Code: void latch_spi(void) { unsigned char j; LATCH = 0;// create a rising clock to push data into output register for (j = 0; j <10;j++); LATCH = 1; for (j = 0; j< 10; j++); } 8.2.2 Hàm xuất led 7 đoạn và led ma trận Với cùng giải thuật quét led như ở bài trên chỉ khác là trong chương trình ngắt của timer ta gọi hàm xuất trực tiếp dữ liệu ra các port của vi điều khiển thì ra gọi hàm dịch dữ liệu từ vi điều khiển ra các IC ngoại vi.Chi tiết hàm dịch như sau: Code: void scan_led7_matrix(void) { SSPBUF = 0x00; // select column for led matrix while (!SSPSTATbits.BF); SSPBUF = 0x00; // green matrix's data while (!SSPSTATbits.BF); SSPBUF = 0x00; // red matrix's data while (!SSPSTATbits.BF); SSPBUF = column[index]; // select column for led 7 segment while (!SSPSTATbits.BF); SSPBUF = code[buffer[index]]; // led7's data while (!SSPSTATbits.BF); latch_spi(); index = (index+1) % 8; } 8.2.3 Hàm xóa dữ liệu trên led 7 đoạn và led ma trận Code: void clear_spi(void) { unsigned char i; for (i =0; i< 5; i++) { SSPBUF = 0xff; while (!SSPSTATbits.BF); } latch_spi(); }

72


Bài 12 : Quét 2 led ma trận bằng SPI 9.1 Kết nối phần cứng

Hình 9 1 Sơ đồ kết nối 2 led ma trận Ở trong bài này chúng ta sử dụng mạch rời có 2 led ma trận. Trong sơ đồ này đường dữ liệu(16 bits) được truyền theo giao thức SPI, dịch từng bit dữ liệu ra cho con IC TPIC595; còn đường để chọn hàng của led ma trận(8 bits) được kết nối trực tiếp với PORTD của vi điều khiển PIC,nên cơ chế truyền ở đây là truyền theo kiểu song song. 9.2 Xây dựng chương trình Tương tự đối với những bài quét led trên, chỉ khác ở đây chúng ta kết hợp cả phương pháp truyền song song và phương pháp truyền nối tiếp SPI.Với mạch rời được thiết kế 2 led ma trận sẽ tạo thêm điều kiện để thực hiện những hiệu ứng chạy chữ đa dạng đẹp mắt, như những bảng quang báo hay thấy ở thực tế. Code: void scan_2_led_matrix(void) { PORTD = 0; SSPBUF = green_buffer[index]; // high byte green color while (!SSPSTATbits.BF); SSPBUF = green_buffer[MAX + index]; // low byte green color while (!SSPSTATbits.BF); SSPBUF = red_buffer[index]; // low byte red color while (!SSPSTATbits.BF); SSPBUF = red_buffer[MAX + index]; // high byte red color while (!SSPSTATbits.BF); latch_spi(); PORTD = 1 << index; index = (index+1) % 8; } Trong thư viện source code, chúng tôi co demo mẫu hiệu ứng chữ chạy với hai màu xanh và đỏ, các bạn có thể tham khảo trong tài liệu đính kèm. 9.3 Code mẫu Download tại đây

73


Bài 13 : Giao tiếp nối tiếp I2C và DS1307 Mục đích: Tìm hiểu chuẩn giao tiếp I2C và module I2C của PIC18F. Tìm hiểu IC thời gian thực DS1307. Yêu cầu: Viết chương trình hiển thị thông tin ngày giờ lên LCD. 10.1 Giới thiệu I2C I2C là 1 chuẩn truyền nối tiếp theo mô hình Master – Slave. Một Master có thể giao tiếp với nhiều Slave. Muốn giao tiếp với slave nào, master phải gửi đúng địa chỉ để tích cực slave đó rồi mới được phép ghi hoặc đọc dữ liệu từ slave.

Hình 10.1 : I2C interface Bus I2C gồm 2 dây tín hiệu SCL (Serial Clock Line) và SDA (Serial Data Line) đều được kéo lên nguồn. Dữ liệu được truyền từng bit ở SDA theo từng clock của SCL.

Hình 10.2 : I2C Protocol Hình 11.2 là giao thức I2C. Trước khi truyền dữ liệu, ta cần khởi động I2C bằng cách kéo lần lượt SDA và SCL xuống mức thấp. Sau đó 8 bit dữ liệu sẽ được ra tuần tự theo từng cạnh xuống ở chân SCL. Clock thứ 9 sẽ dành cho bit ACK. Bit ACK này có thể là do master gửi xuống hoặc do slave gửi về. Khi kết thúc giao tiếp I2C, ta phải stop nó bằng cách kéo 2 chân SCL và SDA lên mức cao. 10.2 I2C trong PIC18F4520 Module I2C trong PIC18F4520 hỗ trợ mode master và cả slave (7bit địa chỉ và 10bit địa chỉ). Trong tài liệu này chúng tôi chỉ giới thiệu chính mode master của PIC18F4520 để giao tiếp với

74


IC real time clock DS1307. File i2c.h định nghĩa 1 số hằng số và 4 hàm cơ bản của giao tiếp I2C. Code: #ifndef __I2C_H #define __I2C_H /* PIC18 I2C peripheral library header */ /* SSPCON1 REGISTER */ #define SSPENB 0x20 // Enable serial I2C port #define SLAVE_7 6 // I2C Slave 7bit mode #define SLAVE_10 7 // I2C Slave 10bit mode #define MASTER 8 // I2C Master mode /*I2C interface*/ void i2c_init(unsigned char sync_mode,unsigned char slew, unsigned char baudrate ); //open I2C port void i2c_start(); //start condition void i2c_stop(); //stop condition void i2c_write_byte(unsigned char abyte); unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ACK); #endif 10.2.1 Hàm i2c_init Đầu tiên ta phải thiết lập chiều input cho 2 chân SCL và SDA bằng cách thiết lập 2 bit tương ứng trong thanh ghi TRISC là 1. PIC18F4520 sẽ đóng vai trò là master giữ clock, nội dung trong thanh ghi SSPADD sẽ được dùng cho bộ sinh clock. Tần số cho giao tiếp I2C sẽ được tính theo công thức sau đây Code: f = Fosc/4*(SSPADD + 1) Ta sẽ chọn tần số cho SCL là 100kHz và phải nạp vào thanh ghi này giá trị 49 (0x31) cho thạnh anh 20MHz. Tiếp theo đó là chọn mode master cho PIC18F4520, thiết lập SSPM3:SSPM0 = 1000 và enable bit SSPEN trong thanh ghi SSPCON1. Code: void i2c_init(unsigned char sync_mode,unsigned char baudrate ) { SSPSTAT &= 0x3F; // power on state SSPCON1 = 0x00; // power on state SSPCON2 = 0x00; // power on state SSPCON1 |= sync_mode; // select serial mode DDRCbits.RC3 = 1; //Set SCL to input DDRCbits.RC4 = 1; //Set SDA to input SSPADD = baudrate; SSPCON1 |= SSPENB;//enable I2C } 10.2.2 Hàm i2c_start Để khởi động I2C (Start condition) ta chỉ cần set bit Start Enable, SEN (SSPCON2<0>) và chờ cho đến khi quá trình này kết thúc. Quá trình khởi động I2C gồm nhiều gian đoạn, kết thúc mỗi giai đoạn sẽ có các cờ báo hiệu.

75


Hình 10.3 : Khởi động I2C Ban đầu 2 chân SDA và SCL ở mức cao. Khi SEN = 1, bộ sinh baudrate bắt đầu đếm và khi hết time out, chân SDA kéo xuống mức thấp, bit S (SSPSTAT<3>) bật lên 1 báo hiệu giai đoạn 1 của quá trình khởi động I2C kết thúc. Sau đó bộ sinh baudrate được load lại và bắt đầu đếm. Khi hết time out, chân SCL sẽ được kéo xuống thấp, kết thúc quá trình khởi động I2C. Lúc này bit SEN được xóa bằng phần cứng và bit SSPIF được bật lên 1. Khi hiện thực code nếu viết kĩ ta có thể chờ từng giai đoạn, tuy nhiên module I2C được tích hợp sẵn trong PIC nên xác suất lỗi cũng rất thấp. Ta có thể làm đơn giản hơn bằng cách set bit SEN lên và chờ cho đến khi SSPIF bật lên 1. Ta cần phải xóa SSPIF cho lần kiểm tra tiếp theo vì bit này không được tự động xóa bằng phần cứng. Code: void i2c_wait() { while(PIR1bits.SSPIF != 1){}; //wait SSPIF set PIR1bits.SSPIF = 0; //clear SSPIF } void i2c_start() { SSPCON2bits.SEN = 1; //set start enable bit i2c_wait(); //wait SSPIF set } 10.2.3 Hàm i2c_stop

76


Hình 10.4 : Stop I2C Quá trình kết thúc I2C được bắt đầu bằng cách set bit PEN (SSPCON2<2>). Cũng giống như quá trình khởi động, quá trình kết thúc gồm 2 giai đoạn chính và ở mỗi giai đoạn đều có bit báo hiệu nhưng ta có thể lập trình đơn giản bằng cách set bit PEN và chờ cho đến khi SSPIF được set lên 1. Code: void i2c_stop() { SSPCON2bits.PEN = 1; //set stop enable bit i2c_wait(); //wait SSPIF is set } 10.2.4 Hàm i2c_write_byte Việc gửi 1 byte dữ liệu từ master xuống slave được bắt đầu khi có lệnh gán vào thanh ghi SSPBUF. Ngay lúc này cờ BF (Buffer Full) sẽ bật lên 1. Quá trình gửi dữ liệu bắt đầu theo từng xung clock ở chân SCL. Sau 8 clock, 8 bit dữ liệu trong thanh ghi SSPBUF được shift hết và cờ BF bật xuống 0. Master sẽ thả chân SDA để slave có thể gửi tín hiệu ACK về master. Nếu nhận được ACK, bit ACKSTAT sẽ được xóa, ngược lại bit này sẽ được bật lên 1. Giá trị ACK được lưu trong bit ACKDT. Quá trình gửi ACK từ slave lên master được thực hiện trong clock thứ 9 của SCL và sau đó bit SSPIF được set lên 1. Người lập trình có thể check qua các cờ BF, ACKSTAT và sau cùng là SSPIF để kiểm tra lỗi. Đoạn code dưới đây chỉ kiểm tra có nhận được ACK hay không chứ chưa kiểm tra ACK đúng hay sai. Code: void i2c_write_byte(unsigned char abyte) { SSPBUF = abyte; //wait BF is set while(SSPSTATbits.BF != 0){} //wait ACK received, ACKSTAT is set while(SSPCON2bits.ACKSTAT != 0){} i2c_wait(); } Tuy nhiên trong 1 vài ứng dụng đơn giản ta có thể viết như sau: Code:

77


void i2c_write_byte(unsigned char abyte) { SSPBUF = abyte; //byte to send i2c_wait(); //wait SSPIF is set } 10.2.5 Hàm i2c_read_byte Hàm này dùng để đọc 1 byte dữ liệu từ slave và. Khi bit RCEN (SSPCON2<3>) được set lên 1, dữ liệu từ slave bắt đầu gửi vào thanh ghi SSPBUF. Sau 8 clock dữ liệu sẽ được shift đủ vào thanh ghi SSPBUF và cờ BF sẽ được bật lên 1. Đồng thời cờ SSPIF cũng được set và RCEN được clear bằng phần cứng. Khi đọc xong, cờ SSPIF sẽ được xóa, ta cần set ACKEN lên 1 (SSPCON2<4>) để gửi ACK về cho slave. Bit ACK là 0 hay 1 được quy định trong bit ACKDT (SSPCON2<5>). Khi gửi xong ACK ở clock thứ 9, cờ SSPIF sẽ được bật lên lại. Code: unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack) { SSPCON2bits.RCEN = 1; //enable receive i2c_wait(); //wait SSPIF is set SSPCON2bits.ACKDT = ack; i2c_wait(); SSPCON2bits.ACKEN = 1; return SSPBUF;

//set ACK value //wait SSPIF is set //enable ACK feedback

} 10.3 Real Time Clock DS1307 DS1307 là IC thời gian thực (Real time clock) đếm giờ, phút, giây, tháng, ngày của tháng, ngày của tuần, năm kể cả năm nhuận (đến năm 2100). 56 byte Ram để lưu trữ dữ liệu, nhưng dữ liệu không Sử dụng 2 dây tín hiệu để truyền dữ liệu theo giao thức I2C.

bị

mất

khi

tắt

nguồn.

Có thể lập trình được để xuất tín hiệu xung vuông. Tự động phát hiện ra nguồn cung cấp bị lỗi (ngắt nguồn) và chuyển qua mạch bảo vệ sử dùng nguồn pin dự trữ.

10.3.1 Nguyên lý hoạt động DS1307 hoạt động như một slaver trên bus dữ liệu nối tiếp. Để truy xuất nội dung ta phải thiết lập một điều kiện Start và cung cấp mã nhận dạng của IC (Device Identification Code) theo sau bởi thanh ghi địa chỉ. Các thanh ghi theo sau được truy xuất tuần tự cho đến khi gặp tín hiệu Stop. Khi VCC = 1.25Vbat thì DS1307 sẽ kết thúc việc truy xuất và reset lại bộ đếm địa chỉ. Các Input sẽ không được nhận ra tại thời điểm này để ngăn ngừa một số lượng lớn dữ liệu được ghi tới DS1307 từ hệ thống bên ngoài. Khi VCC < Vbat thì ic này sẽ chuyển sang mode sử dụng pin dự trữ. Khi nguồn chính được bật lên thì IC này sẽ chuyển từ dùng nguồn pin sang dùng nguồn chính. Hình sau mô tả những phần chính của DS1307.

78


Hình 10.5 : Sơ đồ khối DS1307 10.3.2 Các tín hiệu Input và Output VCC, GND : Nguồn DC được cung cấp cho IC qua những chân này. Khi gắn vào nguồn 5V thì IC này có thể đọc ghi bình thường. Nhưng khi nguồn giảm xuống còn 3V thì việc đọc ghi sẽ không được phép. Tuy nhiên, các chức năng của timer vẫn tiếp tục với nguồn cung cấp thấp. Khi Vcc giảm xuống dưới VBAT thì RAM và timekeeper được chuyển qua sử dụng nguồn cung cấp tại VBAT. VBAT : Cung cấp nguồn dữ trữ 3V. Để hoạt động ở chế độ sử dụng nguồn Vbat thì 2.0V < Vbat < 3.5V. Khi VCC gần bằng 1.25VBAT thì chúng ta sẽ không được phép truy xuất vào RTC (Real time clock) và Ram bên trong của IC. SCL (Serial Clock Input) : SCL được dùng để đồng bộ dữ liệu trên đường truyền nối tiếp. SDA (Serial Data Input/Output) : SDA là chân I/O. SDA là chân Open drain nên cần có điện trở kéo lên ở bên ngoài. SQW/OUT (Square Wave/Output Driver) : Khi được bật lên, thì bit SQWE set lên 1, và chân này sẽ output ra 1 trong 4 tần số sóng vuông là 1hz, 4khz, 8khz, 32khz. Chân này cũng là chân Open drain nên cũng yêu cầu có điện trở kéo lên nguồn ở bên ngoài. SQW/OUT sẽ hoạt động khi có nguồn cung cấp vào cho dù đó là nguồn VCC hay là VBAT. X1, X2 : Kết nối với thạch anh 32.768Khz. Mạch tạo xung bên trong được thiết kế để hoạt động với thạch anh và tụ CL = 12.5 pF.

79


10.3.3 RTC và sơ đồ địa chỉ Ram Sơ đồ địa chỉ của RTC và các thanh ghi Ram của DS1307 như ở hình dưới. Các thanh ghi RTC được định địa chỉ từ 00h đến 07h. Các thanh ghi Ram được định địa chỉ tiếp theo sau đó và từ 08h đến 3fh. Trong khi truy suất nhiều byte và khi con trỏ địa chỉ chỉ tới ô 3fh, vị trí cuối của vùng nhớ Ram, thì nó sẽ quay lại địa chỉ 00h để truy xuất tiếp.

Hình 10.6 : RTC và sơ đồ RAM 10.3.4 Thông tin thời gian và lịch Thông tin thời gian và lịch được chứa trong trong các thanh ghi tương ứng. Các thanh ghi RTC như ở hình trên. Thời gian và lịch được set hoặc khởi tạo bằng cách ghi ra các byte thanh khi tương ứng. Nội dung của các thanh ghi thời gian và lịch được định dạng theo kiểu BCD. Bit 7 của thanh ghi 0 là clock halt bit (CH). Khi bít này được set lên 1 thì mạch dao động sẽ bị ẩn không được sử dụng nữa, khi clear xuống 0 thì mạch dao động sẽ được kích hoạt trở lại. DS1307 có thể chạy ở chế độ 12h hay 24h. Bít thứ 6 của thanh ghi hours được định nghĩa để set xem sử dụng IC này ở chế độ nào. Khi bit này bằng 1 thì chế độ 12h được chọn. Trong chế độ 12h thì bit 5 chỉ AM/PM (PM khi bit này là 1). Trong chế độ 24h, thì bít 5 là bít thứ 2 của 10hour (20:23).

Hình 10.7 : Định dạng dữ liệu 10.3.5 Ghi dữ liệu vào DS1307

80


Hình 10.8 : Ghi dữ liệu vào DS1307 Đây là quá trình truyền dữ liệu từ master xuống slave. Khi master gửi xong 1 byte, slave sẽ gửi lại bit ACK. Quá trình giao tiếp như sau: • • • • •

Master gửi tín hiệu Start. Master gửi địa chỉ của DS1307 (1101 000) và bit R/W, trong trường hợp này là 0. Byte đầu tiên mà master gửi xuống sau khi start là D0. Master gửi địa chỉ pointer dữ liệu cần ghi, chẳng hạn là 0x00 (register pointer, word address) Master gửi các byte data cần ghi. Master gửi tín hiện stop.

Code hiện thực cho quá trình này như sau Code: void rtc_write(unsigned char *buff) { i2c_start(); i2c_write_byte(0xD0); //Address + Write bit i2c_write_byte(0x00); //Pointer i2c_write_byte (*(buff+0)); //Second i2c_write_byte (*(buff+1)); //Minute i2c_write_byte (*(buff+2)); //Hour i2c_write_byte (*(buff+3)); //Day i2c_write_byte (*(buff+4)); //Date i2c_write_byte (*(buff+5)); //Month i2c_write_byte (*(buff+6)); //Year i2c_stop(); } buff là 1 mảng có 7 phần tử, tương ứng với các giá trị giây, phút, giờ, thứ, ngày, tháng và năm. 10.3.6 Đọc dữ liệu từ DS1307

Hình 10.9 : Đọc dữ liệu từ DS1307 Đây là quá trình truyền dữ liệu từ slave lên master. Như đã trình bày ở phần trước, khi gửi nhận từng byte, sẽ có bit ACK đi kèm ngoại trừ byte cuối cùng trước khi stop. Để có thể đọc chính xác giá trị mong muốn, thông thường ta phải ghi vào thanh ghi địa con trỏ dữ liệu (register pointer). Quá trình này chính là trình truyền dữ liệu từ master xuống slave nên R/W bit sẽ là 0. Sau khi ghi dữ liệu và register pointer xong, quá trình đọc dữ liệu mới bắt đầu, và bit R/W sẽ là 1. Từng bước đọc dữ liệu từ DS1307 như sau:

81


• • • • • • •

Master Master Master Master Master Master NACK. Master

gửi tín hiệu start. gửi địa chỉ DS1307 + R/W = 0 : 0xD0. gửi byte ghi vào register pointer : 0x00. gửi tín hiệu start gửi địa chỉ DS1307 + R/W = 1 : 0xD1. đọc các byte dữ liệu và gửi bit ACK. Byte cuối cùng trước khi stop, master gửi bit gửi tín hiện stop.

Code hiện thực cho quá trình này như sau Code: void rtc_read(unsigned char * buff) { //send address to slave and reset pointer i2c_start(); i2c_write_byte(0xD0); //Address + Write bit i2c_write_byte(0x00); //Pointer i2c_start(); //Restart i2c_write_byte(0xD0); //Address + Read bit *(buff+0)=i2c_read_byte(ACK); // Second *(buff+1)= i2c_read_byte(ACK); // Minute *(buff+2)= i2c_read_byte(ACK); // Hour *(buff+3)= i2c_read_byte(ACK); // Day *(buff+4)= i2c_read_byte(ACK); // Date *(buff+5)= i2c_read_byte(ACK); // Month *(buff+6)= i2c_read_byte(ACK); // Year i2c_stop(); } 10.4 Xây dựng chương trình Ở đây sẽ giới thiệu cấu trúc chương trình hiển thị thông tin ngày tháng năm, giờ phút giây của DS1307 lên LCD. Chương trình gồm 3 module 9 là I2C, RTC và LCD.

Hình 10.10 : Cấu trúc chương trình Chi tiết chương trình được hiện thực trong thư mục Bai11_I2C. Để chạy được chương trình bạn cần bật 2 switch của RTC (SW4) lên ON, bật nguồn của LCD (SW3) và tắt led ở PortB (SW1).

82


Hình 10.11 : Chương trình DS1307 trên BKIT PIC 10.5 Code mẫu Download tại đây

83


Bài 14 : Analog to Digital Converter ADC Mục đích: Tìm hiểu module ADC của PIC18F. Yêu cầu: Viết chương trình hiển thị giá trị ADC ở chân AN0 lên LCD. 11.1 Giới thiệu Vi điều khiển chỉ có thể xử lý được tín hiệu số rời rạc (digital signal), chúng không thể xử lý được các tín hiệu tương tự (analog signal). Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (analog to digital converter) hay còn gọi là ADC, sẽ chuyển điện áp tương tự (analog voltage hay analog signal) sang dạng số rời rạc (digital number). Vi xử lý sẽ biểu diễn tín hiệu điện áp tương tự thành 1 số nguyên (non-fractional number) và sẽ xử lý trên số nguyên này.

Hình 11.1: Analog to Digital Converter Theo ví dụ ở trên, điện áp 2.343volt sẽ được chuyển đổi thành số nguyên 87. Người lập trình có thể dùng số 87 này để biểu diễn cho giá trị điện áp ngõ vào 2.343 volt. Việc vi điều khiển xử lý trên số 87 sẽ đạt hiệu quả cao hơn, vì nó là 1 số nguyên. 11.2 Nguyên lý chuyển đổi ADC

Hình 11.2 : Chuyển đổi ADC Quá trình chuyển đổi ADC gồm 3 giai đoạn: •

•

•

Giai đoạn 1 : Nạp điện cho tụ ở chân ADC (Holding Capacitor). Giai đoạn này tốn 1 khoảng thời gian được gọi là Acquisition time (TACQ). Trong vi điều khiển PIC, thời gian này có thể được cấu hình bằng tay hoặc tự động. Khi chọn cấu hình bằng tay, người lập trình phải tự tính toán thời gian delay để có thể nạp đầy tụ trước khi ban hành lệnh chuyển đổi. Khi chọn cấu hình tự động, vi điều khiển sẽ đảm bảo là sau khi ban hành lệnh chuyển đổi 1 khoảng TACQ, quá trình chuyển đổi mới bắt đầu. Thời gian này là 1 hằng số và tùy thuộc vào vi điều khiển. Chúng ta cần đọc kĩ datasheet của nó để xác định cho đúng. Giai đoạn 2 : Ngắt kết nối với tụ Holding Capacitor bằng 1 lệnh SLEEP. Quá trình này được thực hiện tự động bởi vi điều khiển, người lập trình không cần phải quan tâm. Thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào độ phân giải của giá trị ADC (8bit, 10bit hay 13 bit) và clock cấp cho module ADC. Khi lập trình, chúng ta thường không quan tâm đến thời gian này vì khi chuyển đổi xong, vi điều khiển sẽ set cờ báo hiệu. Người lập trình chỉ cần polling xét cờ này hoặc sử dụng ngắt để lấy giá trị chuyển đổi. Giai đoạn 3 : Xả tụ Holding Capacitor. Giai đoạn này chỉ chiếm 1 khoảng thời gian nhỏ và nó được thực hiện tự động bởi vi điều khiển. Giai đoạn này xảy ra sau khi cờ báo hiệu chuyển đổi hoàn tất. Để có thể bắt đầu tiếp việc chuyển đổi lần thứ 2, vi điều khiển sẽ cần phải chờ thêm 1 khoảng thời gian xả tụ và acquisition time. Nếu không chờ đúng thời gian này, quá trình chuyển đổi bắt đầu sớm hơn, kết quả thu được có thể không còn chính xác nữa.

11.3 ADC trong PIC18F Đối với dòng chip PIC 40/44 chân có 13 kênh ADC, dòng 28 chân thì có 10 kênh ADC. Module ADC sẽ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số 10 bit. Module ADC trong PIC có 5 thanh ghi:

84


• • •

ADRESH : Thanh ghi kết quả, chứa phần bit cao. ADRESL: Thanh ghi kết quả, chứa phần bit thấp. ADCON0, ADCON1, ADCON2 : Các thanh ghi điều khiển.

Thanh ghi ADCON0

Hình 11.3 : Thanh ghi ADCON0 Bit 7-6 : Không sử dụng. Bit 5-2 CHS3-CHS0 : Lựa chọn kênh Analog. 0000 : Kênh 0 (AN0) 0001 : Kênh 1 (AN1) 0010 : Kênh 2 (AN2) 1101 : Kênh 11 (AN11) 1100 : Kênh 12 (AN12) 1101,1110,1111 : Không sử dụng. Bit 1 GO/DONE : Bit trạng thái của quá trình chuyển đổi khi ADON = 1. 1 : Đang chuyển đổi A/D. 0 : Chuyển đổi hoàn tất. Bit 0 ADON : A/D On bit 1 : Cho phép chuyển đổi. 0 : Tắt chức năng chuyển đổi. Thanh ghi ADCON1

Hình 11.4 : Thanh ghi ADCON1 Bit 7 – 6 : Không sử dụng. Bit 5 : VCFG1 Voltage Reference Configuration bit (bit cấu hình điện áp tham khảo VREF-) 1 : Điện áp tham khảo VREF- là điện áp ở chân AN2 0 : Điện áp thao khảo VREF- = VSS Bit 4 : VCFG0 Voltage Reference Configuration bit (bit cấn hình điện áp tham khảo VREF+) 1 : Điện áp tham khảo VREF+ là điện áp ở chân AN3 0 : Điện áp tham khảo VREF+ là VDD Bit 3-0 A/D Port Configuration Control bits : Cấu hình chân là Analog hay Digital Thanh ghi ADCON2

Hình 11.5 : Thanh ghi ADCON2 Bit 7 ADFM : Định dạng kết quả trong 2 thanh ghi ADRESH và ADRESL 1 : Canh phải

0 : Canh trái

Bit 6 : Không sử dụng Bit 5-3 : A/D Acquisition Time Select bit : Bit chọn thời gian nạp cho tụ Holding Capacitor.

85


111 : 20 TAD 110 : 16 TAD 101 : 12 TAD 100 : 8 TAD 011 : 6 TAD 010 : 4 TAD 001 : 2 TAD 000 : 0 TAD TAD là thời gian để chuyển đổi 1 bit ADC, phụ thuộc vào clock được lựa chọn bên dưới. Thời gian để nạp cho tụ Holding Capacitor cố định là 2.4us, sau khi chọn clock cho module ADC, ta sẽ phải tính toán để chọn hệ số nhân với TAD Lưu ý trong trường hợp 000, đây là chế độ lập trình bằng tay cho thời gian Acquisition Time, người lập trình phải tự tạo 1 khoảng thời gian delay cho quá trình nạp tụ Holding Capacitor. Bit 2-0 : A/D Conversion Clock Selection bit : Bit chọn clock cho bộ chuyển đổi A/D 111 : FRC 110 : FOSC/64 101 : FOSC/16 100 : FOSC/4 011 : FRC 010 : FOSC/32 001 : FOSC/8 000 : FOSC/2 Nếu ta chọn là 000 thì TAD = 2 TOSC = 2/FOSC, FOSC là chu kì lệnh, bằng ¼ tần số dao động. 11.4 Cấu hình ADC trong PIC18F Việc cấu hình module ADC trong PIC18F đi theo trình tự sau: • • • • •

Cấu hình chân A/D (số kênh AD, chiều của chân AD là input), điện áp tham khảo (ADCON1) Chọn kênh A/D (ADCON0) Chọn thời gian acquisition time (ADCON2) Chọn clock. Bật chế độ AD (bit ADON trong ADCON0).

Nếu chọn lựa chế độ acquisition time là tự động, bạn chỉ cần set bit GO_DONE để bắt đầu quá trình chuyển đổi và polling bit này để chờ cho đến khi quá trình chuyển đổi hoàn tất. Nếu acquisition time được chọn là chế độ chỉnh bằng tay (manual mode), bạn phải tự viết delay để chờ, sau đó mới được phép set bit GO_DONE. 11.5 Hiện thực chương trình

Hình 11.6 : Kiến trúc chương trình ADC 11.5.1 Hàm init_adc() Hàm này dùng để khởi tạo ban đầu cho module ADC, được hiện thực đúng theo trình tự cấu hình ADC trong PIC 18F. Ở mạch BKIT PIC, chỉ có 1 kênh ADC nối với chân AN0, bit 0 của PortA. Ở thanh ghi ADCON1, ta sẽ lần lượt chọn điện áp tham khảo là VSS và VDD, các bit 5,4 set là 0. Cấu hình chỉ dùng 1 kênh AD ở chân AN0, bit 3:0 PCFG3:PCFG0 = 1110, ADCON1 = 0x0E. Cấu hình chiều input cho chân ADC này. Chọn kênh AD0 để chuyển đổi bằng cách thiết lập CHS3:CHS0 = 0000, ADCON0 = 0x00. Chọn clock là FOSC /2 (ADCS2:ADCS0 = 000), lúc đó TAD = 2TOSC = 2/(5MHz) = 2/(510^6) (s).

86


Thời gian acquisition time là hằng số 2.4us = 2.4 10^-6 (s). Ta phải thỏa mãn được 2.4 10^-6 <= 2k/(510^6) => k >= 1.2 Ta sẽ chọn k = 2 AQCT2:AQCT0 = 001. Như vậy ADCON2 = 0x04. Bật bit ADON ở thanh ghi ADCON0. Code: void init_adc() { TRISA = 0x01; //input for analog pin ADCON1 = 0x0E; //config ADC pins ADCON0 = 0x00; //select AN0 ADCON2 = 0x04; //select acquisition time ADCON0bits.ADON = 1; //enable ADC } 11.5.2 Hàm get_adc_value Sau khi khởi tạo xong module ADC, ta có thể lấy kết quả bất cứ lúc nào. Trước tiên ta sẽ set bit GO_DONE lên 1 để bắt đầu quá trình chuyển đổi và chờ cho nó xuống 0, việc chuyển đổi hoàn tất, kết quả sẽ được lưu trong 2 thanh ghi ADRESH:ADRESL (chế độ canh trái). Code: int get_adc_value() { int result = 0; ADCON0bits.GO_DONE = 1; //start conversion while(ADCON0bits.GO_DONE == 1){} //polling result = ADRESH; result = (result<<2) + (ADRESL>>6); return result; } Nếu người dùng chỉ cần 8 bit thì có thể sử dụng giá trị trong thanh ghi ADRESH là đủ.

Hình 11.7 : Chương trình ADC trên BKIT PIC 11.6 Code mẫu Download tại đây

87


Bài 15 : Điều chế xung PWM Mục đích: Tìm hiểu module CCP1 của PIC18F, thiết lập chế độ hoạt động PWM. Yêu cầu: Viết chương trình điều khiển tốc độ động cơ, hiển thị tốc độ ra màn hình LCD. 12.1 Khái niệm PWM PWM viết tắt của từ Pulse Width Modulation. PWM được sử dụng nhiều trong hệ thống điều khiển tự động ngày nay. Nó được ứng dụng trong điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng tối của led, màn hình LCD, pha màu cho bang quang báo, sử dụng trong các thuật toán điều khiển vận tốc cho Robot như PI, PD, PID … Hiểu đơn giản PWM hoạt động như một công tác đóng mở rất nhiều lần trong 1 giây. Nếu tần số đóng mở càng nhanh thì điện áp cấp trung bình càng lớn.

Một số khái niệm cơ bản của PWM : • • •

Tần số (Hz, Khz…). Chu kỳ T, thời gian xung mức cao TH + thời gian xung mức thấp TL. Duty Cycle: tỉ lệ thời gian xung mức và thời gian xung mức thấp.

Như hình trên ta có Duty Cycle lần lượt là 0%, 25%, 50%, 75%, 100%. Một số công thức :

88


Khi đó nếu TOn = 0 thì VoltOutput = 0 (V) còn TOn = TTotal thì VoltOutput = VoltInput . 12.2 PWM trong PIC18F4520 PIC18F4520 có 2 module CCP. Ở đây chúng tôi giới thiệu module CCP1. Module này ngoài chức năng PWM thông thường, nó còn có chức năng Enhanced PWM dùng để điều khiển một số loại mạch cầu H thông dụng. Nguyên lý hoạt động chung của các module PWM tích hợp sẵn trong vi điều khiển là nó sẽ sử dụng 1 bộ timer để đếm. Khi giá trị đếm của timer bằng với Chu kì hoặc Duty Cycle thì ngõ ra sẽ thay đổi. Hình ở dưới đây minh họa cách hoạt động của module PWM trong PIC18F4520, nó sử dụng timer2 cho bộ đếm.

Hình 12.1 : Nguyên lý hoặt động của PWM Trình tự thiết lập PWM trong PIC18F4520 như sau: 12.2.1 Thiết lập chu kì PWM Chu kì của module CCP1 được tính như sau : PWM Period = (PR2 + 1)*4*TOSC*(TMR2 Prescaller) Trong đó TOSC = 1/FOSC, FOSC = 20MHz nếu sử dụng thạch anh ngoài. TMR2 Prescaller được xác định trong thanh ghi T2CON. Ở chế độ mặc định ban đầu, TMR2 Prescaller=1. Trên thực tế, người ta dùng thuật ngữ tần số PWM, là nghịch đảo của chu kì :

89


PWM Frequence = FOSC/ [ (PR2+1) * 4 * (TMR2 Prescaller) ] Tần số để điều khiển PWM tùy thuộc vào từng loại thiết bị. Đối với động cơ, tần số PWM phải phù hợp với độ đáp ứng của driver điều khiển động cơ. Trong mạch BKIT PIC, chúng tôi chọn tần số là 2 kHz. Giả sử ta chọn TMR2 Prescaller là 16 (T2CKPS1 = 1), thì giá trị của PR2 là PR2 = 20MHz/ (4 * 16 * 2KHz) - 1 ~ 155 12.2.2 Thiết lập PWM Duty Cycle Duty Cycle của CCP1 được thiết lập trong 2 thanh ghi CCPR1L (8bit) và 2 bit DC1B1:0 trong thanh ghi CCP1CON. Tuy nhiên đối với động cơ nhỏ thì với 8 bit là đủ, ta có thể để mặc định DC1B1:0 = 00 ngay khi khởi tạo. Giá trị của CCPR1L càng cao thì duty cycle càng lớn, và như vậy điện áp ngõ ra của CCP1 (RC2) càng cao. Sau khi đã thiết lập xong 2 thông số trên, các bước còn lại là thiết lập chiều output cho chân RC2, cho phép timer2 đếm bằng cách set bit TMR2ON lên 1, và cấu hình CCP1CON là chế độ Single PWM. 12.3 Xây dựng chương trình Kiến trúc chương trình gồm có 2 module chính PWM và LCD.

Hình 12.2 : Kiến trúc chương trình PWM Module PWM gồm có 2 file pwm.h khai báo các interface và pwm.c để hiện thực các interface đó. Interface trong pwm.h như sau: Code: #ifndef _PWM_H_ #define _PWM_H_ #include void init_pwm(); void set_DC(unsigned char duty_cycle); #endif 12.3.1 Hàm init_pwm Hàm này hiện thực quá trình khởi động cho module PWM. Trước tiên là cấu hình prescaller cho timer2, nạp giá trị PWM Period và chọn chế độ PWM trong thanh ghi CCP1CON. Code:

90


void init_pwm() { T2CONbits.TMR2ON = 0;

//turn off timer2

T2CONbits.T2CKPS0 = 0; T2CONbits.T2CKPS1 = 1; //prescaler 1:16 PR2 = 155; //PWM period CCP1CONbits.DC1B0 = 0; //PWM duty cycle CCP1CONbits.DC1B1 = 0; //2 bits LSB CCPR1L = 0x00; //8bits MSB CCP1CONbits.P1M0 = 0; //PWM single mode CCP1CONbits.P1M1 = 0; CCP1CONbits.CCP1M0 = 0;//select PWM function CCP1CONbits.CCP1M1 = 0; CCP1CONbits.CCP1M2 = 1; CCP1CONbits.CCP1M3 = 1; TRISCbits.TRISC2 = 0; //config RC2 output T2CONbits.TMR2ON = 1; //start timer2 } 12.3.2 Hàm set_DC Hàm này chỉ đơn giản là thiết lập duty cycle trong thanh ghi CCPR1L. Giá trị trong thanh ghi này càng cao thì áp ra ở chân RC2 càng cao, giá trị tối đa là 255 tương ứng với khoảng 5V. Code: void set_DC(unsigned char duty_cycle) { CCPR1L = duty_cycle; } Chương trình demo cho phần này được hiện thực trong thư mục Bai13_PWM. Hàm main sẽ tăng dần duty cycle lên và động cơ sẽ quay nhanh dần. Giá trị của duty cycle (hay tốc độ của động cơ) sẽ được hiển thị ra LCD.

12.4 Code mẫu Download tại đây

91


Bài 16 : Giao tiếp UART RS232 13.1 Nguyên lý giao tiếp UART Uart RS232 là chuẩn giao tiếp khá phổ biến và được hỗ trợ ở hầu hết các dòng vi điều khiển vì khoảng cách xa và chi phí thấp. Dòng 8051 hỗ trợ 1 kênh giao tiếp uart. Dữ liệu được truyền đi trên chân TX gồm 1 start bit (mức 0), data và 1 stop bit (mức 1). Tốc độ truyền : đơn vị bit per second (bps) còn gọi là Baud (số lần thay đổi tín hiệu trong 1 giây – thường sử dụng cho modem). Đối với đường truyền thì Baud và bps là như nhau. UART là phương thức truyền nhận bất đồng bộ. nghĩa là bên nhận và bên phát không cần phải có chung tốc độ xung clock (ví dụ : xung clock của vi điều khiển khác xung clock của máy tính) . Khi đó bên truyền muốn truyền dữ liệu sẽ gửi start bit (bit 0) để báo cho bên thu biết để bắt đầu nhận dữ liệu và khi truyền xong dữ liệu thì stop bit (bit 1) sẽ được gửi để báo cho bên thu biết kết thúc quá trình truyền. Khi có start bit thì cả hai bên sẽ dùng chung 1 xung clock (có thể sai khác một ít) với độ rộng 1 tín hiệu (0 hoặc 1) được quy định bởi baud rate, ví dụ baud rate = 9600bps nghĩa là độ rộng của tín hiệu 0(hoặc 1) là 1/9600 = 104 ms và khi phát thì bên phát sẽ dùng baud rate chính xác (ví dụ 9600bps) còn bên thu có thể dùng baud rate sai lêch 1 ít(9800bps chẳng hạn). Truyền bất đồng bộ sẽ truyển theo từng frame và mỗi frame có cấu trúc như sau:

Ngoài ra trong frame truyền có thể có thêm bit odd parity (bit lẻ) hoặc even parity (bit chẵn) để kiểm tra lỗi trong quá trình truyền. Bit parity này có đặc điểm nếu sử dụng odd parity thì số các bit 1 + odd parity bit sẽ ra 1 số lẻ còn nếu sử dụng even parity thì số các bit 1 + even parity bit sẽ ra 1 số chẵn. 13.2 Giao tiếp UART với máy tính Để giao tiếp COM giữa vi điều khiển và máy tính, ta kết nối mạch theo sơ đồ như sau:

92


Hình 13.1 : Kết nối máy tính và vi điều khiển Do mức điện áp của tín hiệu logic 1/0 ở cổng COM của máy tính khác với vi điều khiển, nên MAX 232 có tác dụng chuẩn hoá mức điện áp giữa máy tính và điều khiển trong quá trình truyền nhận dữ liệu. Nếu giao tiếp trực tiếp giữa 2 vi điều khiển, ta không cần phải sử dụng MAX 232.

13.3 UART trong PIC18F Trong phần này xin giới thiệu các bước thiết lập việc truyền 1 byte UART, việc cấu hình nhận UART cũng tương tự như truyền. Trình tự các bước như sau : • • • • • •

Nạp giá trị vào 2 thanh ghi BRGH: BRG để thiết lập tốc độ truyền theo công thức Baudrate = Fosc/ (64 * ([BRGH : BRG] + 1)). Enable serial port bằng cách clear bit SYNC và set bit SPEN Nếu muốn thiết lập interrupt, thì set thêm TXIE, GIE và PEIE. Set bit TXEN để cho phép truyền. Nạp dữ liệu vào thanh ghi TXREG. Khi truyền xong cờ TXIF sẽ bật lên 1, ta sẽ kiểm tra cờ này trước khi truyền dữ liệu mới.

Hiện thực bằng code như sau :

93


Code: void init_uart_transmit() { //step 1 : Select baurate TXSTAbits.BRGH = 0; BAUDCONbits.BRG16 = 1; SPBRGH = 0; SPBRG = 25; //9600 //step 2 : enable ASYN TXSTAbits.SYNC = 0; RCSTAbits.SPEN = 1; //step 3 : enable uart transmission interrupt PIE1bits.TXIE = 1; PIR1bits.TXIF = 0; INTCONbits.GIE = 1; INTCONbits.PEIE = 1; //step 4 : disable bit 9 TXSTAbits.TX9 = 0; //step 5 : enable transmission TXSTAbits.TXEN = 1; } Sau khi enable việc truyền, ta chỉ cần ghi dữ liệu và thanh ghi TXREG và kiểm tra cờ TXIF bật lên: Code: void uart_transmit(unsigned char data) { TXREG = data; while(PIR1bits.TXIF == 1){} } 13.4 Kiểm tra truyền nhận UART Để kiểm tra việc truyền nhận uart có đúng hay không ta thường dùng 1 số ứng dụng hyper terminal để kiểm tra. Lúc này máy tính của chúng ta sẽ là đối tượng dùng để giao tiếp với BKIT PIC. Trong đĩa CD này có phần mềm hyper terminal khá thông dụng chứa trong thư mục Terminal, bạn chỉ cần double click vào file Terminal.exe là khởi động được chương trình.

94


Hình 13.2 : Hyper Terminal Công việc còn lại là cấu hình cho cổng COM truyền nhận uart cho tương thích với giao thức truyền nhận của board 89. Các thông số thông thường là Baud rate 9600, Data bit 8bit, không có Parity (chọn none) và 1 Stop bit. Nhấn nút Connect để kết nối. Kể từ đây nếu board 89 có gửi dữ liệu lên, dữ liệu này sẽ nằm trong phần Receive. Ngược lại, muốn gửi dữ liệu xuống board 89 ta gõ vào textbox và ấn Send. 13.5 Download • •

Code mẫu Phần mềm Terminal

95


Bài 17 : Giao tiếp với bàn phím PS2 13.6 Ngắt ngoài 13.6.1 Giới thiệu ngắt ngoài Ngắt ngoài trên vi điều khiển thường là một chân vào có khả năng phát hiện sự thay đổi tín hiệu bên ngoài. Có thể chia ngắt thành hai loại : Ngắt cạnh và ngắt mức. Ngắt cạnh có hai loại: ngắt cạnh lên xảy ra khi có sự chuyển tín hiệu từ mức thấp lên mức cao ở chân ngắt ngoài. Tương tự ngắt cạnh xuống xảy ra khi có sự chuyển tín hiệu từ mức cao xuống mức thấp. Ngắt mức cũng có hai loại: ngắt mức cao và mức thấp. Ngắt mức cao (thấp) xảy ra khi tín hiệu tại chân ngắt ngoài ở mức cao (thấp) trong tối thiểu 1 chu kì. Trong vi điều khiển PIC chí có chế độ ngắt cạnh(lên/xuống) không tồn tại chế độ ngắt mức. 13.6.2 Ngắt ngoài trong vi điều khiển PIC Trong vi điều khiển PIC, có 3 ngắt ngoài INT0, INT1, INT2 nắm tương ứng với các chân RB0, RB1, RB2. Và trong vi điều khiển PIC chỉ có hai loại ngắt là ngắt cạnh lên và ngắt cạnh xuống. Đối với ngắt ngoài INT1 và INT2 có hai mức ưu tiên ngắt là ngắt có độ ưu tiên cao và độ ưu tiên thấp, còn đối với ngắt ngoài INT0 thì luôn cố định là ngắt có độ ưu tiên cao. Các chân ngắt ngoài khi sử dụng phải được cấu hình ở chế độ input. 13.6.3 Các thanh ghi để cấu hình ngắt ngoài cho PIC Ngắt trong ci điều khiển PIC được cấu hình qua các thanh ghi INTCON, INTCON2, INTCON3. Thanh ghi INTCON

•

Code: Bit 7

Bit 6

Bit 4

Bit 0

96

GIE Global Interrupt Enable Nếu IPEN = 0 1 = cho phép ngắt 0 = cấm tất cả các ngắt Nếu IPEN = 1 1 = cho phép ngắt mức cao 0 = cấm tất cả các ngắt PEIE Peripheral Interrupr Enable Nếu IPEN = 0 1 = cho phép ngắt ngoại vi 0 = cấm các ngắt ngoại vi Nếu IPEN = 0 1 = cho phép ngắt mức thấp 0 = cấm ngắt mức thấp INT0IE External Interrupt 0 Enable 1 = cho phép ngắt ngoài 0 0 = tắt ngắt ngoài 0 INT0IF External Interrupt Flag


1 = cờ báo ngắt của ngắt ngoài 0 0 = không có tín hiệu ngắt ngoài 0 Thanh ghi INTCON2

•

Code: Bit 6

INTEDG0 External Interrupr 0 Edge Select 1 = ngắt ngoài 0 khi có cạnh lên 0 = ngắt ngoài 0 khi có cạnh xuống INTEDG1 External Interrupr 1 Edge Select 1 = ngắt ngoài 1 khi có cạnh lên 0 = ngắt ngoài 1 khi có cạnh xuống INTEDEG2 External Interrupt 2 Edge Select 1 = ngắt ngoài 2 khi có cạnh lên 0 = ngắt ngoài 2 khi có cạnh xuống

Bit 5

Bit 4

Thanh ghi INTCON3

•

Code: Bit 7

INT2IP External Interrupt 2 Priority 1 = độ ưu tiên cao 0 = độ ưu tiên thấp Bit 6 INT1IP External Interrupt 1 Priority 1 = độ ưu tiên cao 0 = độ ưu tiên thấp Bit 4 INT2IE External Interrupt 2 Enable 1 = cho phép ngắt ngoài 2 0 = tắt ngắt ngoài 2 Bit 3 INT1IE External Interrupt 1 Enable 1 = cho phép ngắt ngoài 1 0 = tắt ngắt ngoài 1 Bit 1 INT2IF External Interrupt 1 Flag 1 = cờ báo ngắt của ngắt ngoài 0 0 = không có tín hiệu ngắt ngoài 0 Bit 0 INT1IF External Interrupt 1 Flag 1 = cờ báo ngắt của ngắt ngoài 0 0 = không có tín hiệu ngắt ngoài 0 Các cờ ngắt ngoài INT0IF, INT1IF, INT2IF phải được xóa bằng chương trình trong hàm xử lý ngắt của chúng. 13.7 Giao tiếp PS/2 Dữ liệu trong giao tiếp PS/2 được truyền nối tiếp từng bit. Khi một phím được nhấn, 11 bit bao gồm Start bit, 8 bit dữ liệu (bit trọng số thấp truyền trước), 1 bit parity và 1 stop bit sẽ được gửi đi:

97


Hình 14.1 Dạng sóng của giao tiếp PS/2 Ta sẽ lấy dữ liệu tại cạnh xuống của clock, chân của clock được nối vào chân ngắt ngoài INT0 của vi điều khiển Atmega32 (PD2) như sau:

Hình 14 14.2 Sơ đồ kết nối PS/2 Khi 1 phím được nhấn xuống, mã make_code sẽ được gửi lên. Trong khoảng thời gian phím đó được đè xuống thì mã make_code vẫn được định kì gửi lên. Khi thả phím ra thì bàn phím gửi lên mã break_code và make_code. Bảng mã make_code và break_code của các phím như sau:

98


Dễ dàng nhận ra mã break_code của 1 phím gồm 0xF0 và mã make_code của phím đó. 13.8 Xây dựng chương trình Gạt bit 2 của Switch3 lên ON để gắn điện trở kéo lên cho chân CLOCK và DATA của bàn phím PS/2 13.8.1 Khởi tạo ngắt ngoài Code: void init_ext_int0(void) { INTCONbits.INT0IE = 1; INTCONbits.INT0IF = 0; INTCON2bits.INTEDG0 = RB0/INT0 TRISBbits.TRISB0 = 1; TRISBbits.TRISB1 = 1; }

99

// set external interrupt0 // clear external interrupt0 flag 0;// interrupt when appear an falling edge on // set input for CLOCK pin // set input for DATA pin


13.8.2 Xử lý ngắt Phần chính của bài thực hành này là lấy cho được dữ liệu truyền lên từ bàn phím. Quá trình dịch từng bit để lấy dữ liệu 8 bit trong chuỗi 10 bit được hiện thực trong hàm phục vụ ngắt ngoài INT0. Code: #pragma code #pragma interrupt high_isr void high_isr(void) { if (INTCONbits.INT0IF) { INTCONbits.INT0IF = 0; count_bits ++; if (count_bits == 1) ps2_scan_code = 0; if (count_bits >1 && count_bits < 10) { ps2_scan_code = ps2_scan_code >> 1; if (PS2_DATA == 1) ps2_scan_code |= 0x80; parity ^= PS2_DATA; } if (count_bits == 12) { scan_code = ps2_scan_code; ps2_scan_code = 0; parity = 0; } } } Biến count_bits dùng để đếm số bit gửi về, khi count_bit_input = 11 ta sẽ có được dữ liệu scan_code từ bàn phím truyền lên. Bạn sẽ phải xử lý để phân loại đây là mã make_code hay break_code, có được nhấn kèm với phím Shift hay Caps Lock hay không để chuyển sang mã ASCII cho kí tự được nhấn. 13.9 Download •

Code mẫu

100


Bài 18 : Graphics LCD 128x64 14.1 Giới thiệu GLCD 128x64 Graphic LCD được sử dụng trên mạch BKIT PIC là loại LCD chấm, không màu, có độ phân giải 128x64 tức 8192 chấm. GLCD được thiết kế để điều khiển được từng chấm, nên có thể dùng để hiển thị bất kỳ ký tự hay hình ảnh nào. Với mỗi chấm tương ứng một bit dữ liệu, GLCD 128x64 cần 8192 bits RAM hay 1024 bytes RAM để hiển thị toàn màn hình. Loại GLCD YM12864J sử dụng 2 chip điều khiển KS0108 rất phổ biến của Samsung, mỗi chip có 512 bytes RAM. Do đó, nó tương tự như 2 LCD 64x64 ghép lại với nhau.

Hình 15 1 GLCD 128x64

14.1.1 Chức năng các chân của GLCD 128x64 Chức năng các chân:

101


Các chân từ 4 đến 17 được kết nối trực tiếp đến vi điều khiển. Các chân còn lại được kết nối tùy theo chức năng tương ứng của nó. Chân EN Khi thực hiện một quá trình giao tiếp với GLCD, ban đầu, chân EN được kéo xuống thấp. Trong khi đó, các chân điều khiển khác được thiết lập. Sau khi thiết lập xong, chân EN được kích lên mức cao để cho phép tín hiệu. Sau khoảng thời gian cần thiết cho quá trình hoàn tất, chân EN lại được kéo xuống thấp để sẵn sàng cho một quá trình khác. Chân RS và RW Hai chân này được kết hợp để thiết lập cho các thanh ghi của GLCD theo bảng sau:

Chân CS1 và CS2 Chọn chip điều khiển GLCD – KS0108 để giao tiếp, tích cực mức cao. 14.1.2 Tổ chức bộ nhớ RAM Chip điều khiển GLCD KS0108 chỉ có một loại bộ nhớ là RAM, không có bộ nhớ chứa bộ font CGROM hay chứa mã font tự tạo CGRAM như của Text LCD. Dữ liệu ghi vào RAM sẽ được hiển thị trực tiếp trên GLCD. Mỗi chip KS0108 có 512 bytes RAM tương ứng với 4096 chấm trên một nửa (64x64) LCD. RAM của KS0108 được truy cập theo từng byte, nghĩa là mỗi lần viết một giá trị vào một byte nào đó trên RAM của GLCD, sẽ có 8 chấm bị tác động, 8 chấm này nằm trên cùng 1 cột. Do đó, 64 dòng GLCD được chia thành 8 pages, mỗi page có độ cao 8 bit và rộng 128 cột (tính cả 2 chip). Sơ đồ bố trí RAM:

Hình 15 2 Sơ đồ bố trí RAM của GLCD 128x64

102


Với mỗi chip KS0108, RAM chia thành 8 page, mỗi page bao gồm 64 cột, mỗi cột bao gồm 8 chấm. Các page được gọi là địa chỉ X, mang giá trị từ 0 đến 7, X = 0 tương ứng với page 0 và tương tự. Các cột được gọi là địa chỉ Y, cột đầu tiên có giá trị Y = 0 và cột cuối cùng có giá trị Y = 63. Mỗi cột là một byte RAM, D0 đến D7, với D0 tương ứng điểm trên cao và D7 tương ứng điểm bên dưới. Các lệnh di chuyển được hỗ trợ theo cặp địa chỉ X, Y. Minh họa hiển thị ký tự “a” trên GLCD:

Hình 15 3 Ký tự "a" trên GLCD Như hình trên, ký tự “a” được xác định bằng cách ghi dữ liệu vào X = 0 và Y = 0...7 theo bảng sau:

Hình 15 4 Dữ liệu RAM cho ký tự "a" Giá trị Data là các giá trị cần nạp cho vùng RAM tương ứng. 14.1.3 Các lệnh của GLCD 128x64 Bảng lệnh

103


1. Lệnh hiển thị ON/OFF Dữ liệu được hiển thị lên màn hình khi bit D (DB0) bằng 1 và ngược lại khi D bằng 0. Khi D bằng 0, dữ liệu vẫn tồn tại trong DDRAM. Lập trình: • RW = 0 • RS = 0 • Opcode = 0x3E + D (D = 0:1) 2. Hiển thị Start Line Chọn một dòng nào đó của RAM để làm dòng đầu tiên được hiển thị lên, nghĩa là “cuộn” hình ảnh trong RAM lên một khoảng LOffset, với LOffset có giá trị từ 0 đến 63. Phần bị che khuất khi cuộn sẽ được hiển thị tiếp ngay bên dưới. Ví dụ với LOffset = 20:

Hình 15 5 Cuộn lên 20 dòng Lập trình: • RS = 0 • RW = 0 • Opcode = 0xC0 + LOffset 3. Thiết lập trang (địa chỉ X)

104


Thiết lập địa chỉ X để truy xuất RAM. Lập trình: • RS = 0 • RW = 0 • Opcode = 0xB8 + X 4. Thiết lập địa chỉ Y Thiết lập địa chỉ Y để truy xuất RAM. Lập trình: • RS = 0 • RW = 0 • Opcode = 0x40 + Y 5. Đọc trạng thái Đọc trạng thái của GLCD, chủ yếu kiểm tra bit BUSY (bit 7). Lập trình: • RS = 0 • RW = 1 6. Ghi dữ liệu hiển thị Ghi dữ liệu vào RAM tại địa chỉ X, Y. Sau khi ghi xong, giá trị Y sẽ tự động được tăng lên 1 đơn vị, chuyển sang cột tiếp theo hoặc trở về cột đầu tiên, tức Y = 0. Lập trình: • RS = 1 • RW = 0 7. Đọc dữ liệu hiển thị Đọc dữ liệu từ RAM tại địa chỉ X, Y. Sau khi đọc xong, giá trị Y sẽ tự động được tăng lên 1 đơn vị, chuyển sang cột tiếp theo hoặc trở về cột đầu tiên, tức Y = 0. Lập trình: • RS = 1 • RW = 1

14.2 Xây dựng chương trình 14.2.1 Khởi tạo graphic LCD Quá trình khởi tạo được thực hiện như sau: • • • • • • • •

Khởi tạo các chân liên kết với glcd(thiết lập input/output). Chọn chip điều khiển thứ nhất. Thiết lập chân RS ở chế độ ghi lệnh. Gửi lệnh bât màn hình (0x3F). Gửi lệnh để thiết lập địa chỉ Y (0x40 + Y). Gửi lệnh để thiết lập địa chỉ X (địa chỉ trang) (0xB8 + X). Gửi lênh chọn dòng nào trong RAM để hiển thị lên. Làm tương từ bước thứ 2 cho chip thứ 2.

Tương ứng với từng lệnh trên trong chương trình như sau: Code:

105


glcd_write_byte(GLCD_ON_DISPLAY); glcd_write_byte(GLCD_SET_Y_ADDR); glcd_write_byte(GLCD_SET_PAGE); glcd_write_byte(GLCD_START_LINE); Với các tham số truyền vào có giá trị như sau: Code: #define #define #define #define

GLCD_ON_DISPLAY 0x3F GLCD_START_LINE 0xC0 GLCD_SET_PAGE 0xB8 GLCD_SET_Y_ADDR 0x40

// // // //

DB0: turn 11XXXXXX: 10111XXX: 01YYYYYY:

display set lcd set lcd set lcd

on start line page (X) address Y address

14.2.2 Ghi dữ liêu lên GLCD Hàm ghi dữ liêu(một byte) có thể viết như sau: Code: GLCD_CTRL_PORTbits.GLCD_CTRL_RW = 0;// chế độ ghi GLCD_DATA_PORT = abyte; // ghi dữ liệu GLCD_CTRL_PORTbits.GLCD_CTRL_E = 1; // sau khi ghi bật chân EN lên 1 để cho phép tín hiệu _nop();_nop();_nop(); GLCD_CTRL_PORTbits.GLCD_CTRL_E = 0;// cho chân EN xuống 0 lại để chuẩn bị cho lần thiết lập tiếp theo _nop();_nop();_nop(); Chi tiết cụ thể về quá trình xuất dữ liệu lên GLCD các bạn có thể tham khảo chương trình mẫu kèm theo. 14.3 Download Code mẫu

106


Bài 19 : Giao tiếp SD Card bằng SPI 15.1 Giới thiệu tổng quan về Sdcard 15.1.1 Sơ lược về SD card

Hình 18 18.1 Các loại SD Card Secure Digital (SD) Card là bộ nhớ flash tích hợp cao với khả năng truy xuất tuần tự và ngẫu nhiên. Với tốc độ truyền nhận dữ liệu nhanh và ổn định, kích thước nhỏ gọn, khả năng lưu trữ cao từ 4MB đến 2GB, SD thích hợp cho các thiết bị kỹ thuật số cầm tay như máy nghe nhạc, điện thoại di động, PDA, máy quay phim, chụp ảnh… 15.1.2 Sơ đồ khối của SD card

Hình 18 18.2 Sơ đồ khối của SD Card

107


15.1.3 Sơ đồ chân

15.1.4 Các thanh ghi bên trong

15.1.5 Chuẩn giao tiếp với SD card SD Card hỗ trợ 2 chế độ giao tiếp là chế độ SD Card và SPI. Host (hệ thống chủ - vi điều khiển) có thể chọn một trong hai chế độ này để thực hiện giao tiếp với SD Card. Chế độ SD Card hỗ trợ 2 chế độ con là 1-bit và 4-bit, tốc độ truyền dữ liệu nhanh. Chế độ SPI tuy có tốc độ thấp hơn nhưng dễ sử dụng và được hỗ trợ trong hầu hết các hệ thống – vi điều khiển. Trong tài liệu này, chúng ta sẽ sử dụng SPI để giao tiếp với SD Card.

15.2 Giới thiệu về FAT 15.2.1 Tổng quan FAT FAT (File Allocation Table – Bảng cấp phát tập tin) là kiến trúc hệ thống tập tin được sử dụng cho máy tính và hầu hết các loại thẻ nhớ. Được phát triển bởi Microsoft từ năm 1976. FAT quản lý bộ nhớ bằng cách chia nhỏ bộ nhớ (sector, cluster) và đánh dấu các khối nhỏ đó bằng các bit địa chỉ. Một sector chứa 512 byte bộ nhớ. Một cluster chứa nhiều sector. Số sector

108


trong

một

cluster

là

cố

định

và

do

người

dùng

chọn

lúc

định

dạng

bộ

nhớ.

Ở chế độ mặc định một cluster chứa 8 sector. Khi lưu trữ một file, FAT cấp phát một hoặc nhiều cluster có tổng kích thước không nhỏ hơn kích thước file đó. Ví dụ file có kích thước 5kB sẽ được cấp phát 2 cluster (8 sector/cluster) để lưu trữ. Nếu số sector trong mỗi cluster càng lớn sẽ gây nhiều lãng phí bộ nhớ, ngược lại nếu số này càng nhỏ thì hệ thống hoạt động càng chậm. Các phiên bản FAT là FAT12, FAT16, FAT32. Điểm khác nhau cơ bản giữa các phiên bản là về giới hạn quản lý bộ nhớ. FAT12 dùng 12 bit để đánh dấu địa chỉ các cluster, nên có thể quản lý gần 212 cluster (trừ một số địa chỉ để đánh dấu các vùng đặc biệt). Tương tự FAT16 dùng 16 bit, FAT32 dùng 28 bit để đánh dấu địa chỉ. 15.2.2 Cấu trúc phân vùng FAT Một hệ thống file FAT gồm 4 phần: 1. Reserved sectors: Nằm ở vị trí đầu tiên (sector 0) là Boot sector (tên đầy đủ là Partition Boot Record). Sector này chứa một vùng gọi là BIOS Parameter Block (với một số thông tin của hệ thống file, chi tiết về kiểu file, và con trỏ tới các phần khác) và thường chứa boot loader code của hệ điều hành. Tổng số Reverved sector cũng được lưu trong một trường của Boot sector. Những thông tin quan trọng của Boot sector một cấu trúc gọi là Drive Parameter Block trong DOC và OS/2. Riêng FAT32 có thêm một File System Information Sector (sector 1) và một Backup Boot Sector (sector 6). 2. FAT Region: Gồm hai bảng, là bản đồ của vùng Data Region, cho biết những cluster nào đã được dùng. 3. Root Directory Region: Đây là Directory Table, chứa thông tin về file và thư mục trong thư mục gốc (root directory), chỉ có trên FAT12 và FAT16. 4. Data Region: Đây là nơi thực sự file và thư mục được lưu trữ và chiếm hầu hết dung lượng của phân vùng ổ đĩa. FAT32 lấy cluster đầu tiên của Data Region làm Root Directory Table. 15.2.3 Bảng cấp phát tập tin Phân vùng bộ nhớ được chia nhỏ thành những phần nhỏ kề nhau, có kích thước bằng nhau gọi là cluster. Kích thước của cluster thường từ 2kB đến 32kB, phụ thuộc vào kiểu FAT, kích thước phân vùng bộ nhớ và lựa chọn của người dùng. Mỗi file chiếm một hoặc nhiều cluster tùy thuộc vào kích thước của file đó; như vậy, một file được chứa bởi một dãy các cluster tạo thành một danh sách liên kết. Các cluster của một file không nhất thiết phải liền kề nhau, điều này thường gây ra tình trạng phân mảnh (fragmented). Bảng cấp phát tập tin FAT là một danh sách các mục (entry) vẽ nên bản đồ của từng cluster trên phân vùng ổ đĩa. Mỗi entry chứa các thông tin: • • • • •

số của cluster tiếp theo trong dãy các cluster entry đánh kết thúc của dãy cluster (end of clusterchain – EOC) entry đặc biệt đánh dấu một cluster lỗi (bad cluster) entry đặc biệt đánh dấu cluster không dùng cờ zero đánh dấu cluster chưa dùng

Kích thước FAT entry khác nhau ở mỗi phiên bản. FAT12 và FAT16 dùng 12 và 16 bit cho mỗi entry. Trong FAT32, mỗi entry là 32 bit, nhưng thực sự chỉ dùng 28 bit, 4 bit cao dự trữ (không dùng, thường là 0). 15.2.4 Directory table

109


Mỗi file/directory (cũng hiểu là một folder) khi lưu trữ được biểu thị là một entry 32-byte trong bảng Directory Table. Mỗi entry ghi: tên, thuộc tính (attributes: archive, directory, hidden, read-only, system and volume), ngày tạo lập, địa chỉ của cluster dữ liệu đầu tiên, và kích thước của file/directory. Tất cả các Directory Table đều được chứa trong vùng Data Region (trừ ở FAT12 và FAT16, Root Directory Table chiếm một vùng riêng gọi là vùng Root Directory Region). Mô tả một Directory entry (cả Root Directory và subdirectory):

15.3 Giới thiệu bộ thư viện MDD SD card giao tiếp thông qua SPI, chúng ta có thể làm tất cả các bước từ cấu hình SPI cho PIC, sau đó gửi lệnh từ vi điều khiển xuống SD card rồi chờ tín hiệu trả về, đọc master boot record, boot sector, đọc ghi FAT …Với cách làm này đòi hỏi bạn tốn nhiều thời gian hơn để xây dựng các hàm API giao tiếp với SDcard nhưng bạn sẽ nắm được nhiều kiến thức hơn về SDcard. Ngoài ra còn một cách khác nữa để làm là sử dụng thư viện các hàm có sẵn ở trên mạng để sử dụng như vậy chúng ta sẽ tốn ít thời gian hơn cho việc viết các hàm giao tiếp thẻ nhớ và tập trung hơn vào xây dựng ứng dụng sử dụng SD card. MDD là thư viện chứa các hàm và thiết lập để giao tiếp với SD card,nằm trong bộ thư viện đầy đủ hỗ trợ các chức năng gồm SD card, mTouch, GraphicLCD, USB, audio… do Microchip cung cấp và được đặt tên là Microchip solutions. Ở đây chúng tôi tập trung vào cách sử dụng thư viện MDD vào giao tiếp với SD card bằng SPI. 15.3.1 Hướng dẫn sử dụng MDD Đây là một bộ thư viện của Microchip cung cấp có thể chạy trên các dòng PIC 8 bit (PIC18F), PIC 16bit (PIC24F, PIC24H, dsPIC30) và PIC 32bit (dsPIC33) nên thư viện cũng khá lớn, đòi hỏi bộ chương trình của vi điều khiển sử dụng cũng phải nhiều, cụ thể nếu sử dụng thư viện và chỉ có thể đọc file từ SDcard thì cần gần 22000 bytes bộ nhớ chương trình để lưu trữ(chứ tính không gian lưu trữ cho code chương trình ứng dụng tự viết) và để sử dụng toàn bộ chức năng của thư viện (có thể đọc ghi file, format thẻ nhớ, tìm kiếm file, tạo xóa quản lý thư mục, sử dụng các hàm mở rộng pgm, sử dụng được hàm Fsfprintf, hỗ trợ thẻ nhớ định dạng FAT32) thì cần gần 35000 bytes bộ nhớ chương trình. Đó là thông tin do Microchip cung cấp nhưng thực thế sử dụng thì với vi điều khiển chỉ có 32KB bộ nhớ chương trình thì hoàn toàn không thế sử dụng được bộ thư viện(trừ chế độ chỉ đọc file) mà vi điều khiển PIC18F4520 chỉ có 32KB bộ nhớ chương trình nên chúng tôi chọn một chip khác cùng dòng với vi điều khiển là vi điều khiển PIC18F4620 với bộ nhớ chương trình là 64KB, nhưng vẫn còn một vài chức năng phụ mà chúng tôi đã bỏ không sử dụng để thu gọn chương trình sau khi biên dịch, nên nếu bạn muốn sử dụng toàn bộ chức năng của thư viện thì nên chọn vi điều khiển có bộ nhớ chương trình 96KB trở lên.

110


Hình 18-3 Chi tiết sử dụng bộ nhớ chương trình cho thư viện MDD

Hình 18-4 Các tính năng được lựa chọn của thư viện Muốn bỏ bớt chức năng nào của thư viện chúng ta cần phải tìm và khóa tất cả các dòng code define cho tính năng đó(vd #ifdef ALLOWS_DIRS … #endif). Bước 1: Tạo 1 project mới, sau đó vào trang của Microchip download xuống thư viện Microchip Solutions(hoặc có sẵn trong đĩa CD kèm theo) , trong đó bao gồm luôn cả thư viện MDD. Vào thư mục Microchip Solutions chép thư mục MDD File System và thư mục Microchip vào thư mục chứa project. Sau đó vào thư mục MDD File System xóa hết những file không cần thiết trừ thư mục PIC18F, tương tự trong thư mục Microchip chúng ta chỉ để lại thư mục PIC18 salloc và thư mục Include, trong thư mục Include chúng ta cũng xóa hết và chỉ để lại những file .h ở trong thư mục này và thư mục PIC18 salloc,MDD File System. Tiếp theo chúng ta include những file sau vào project với đường dẫn ./ là thư mục mà chứa project. • • • • • • • •

.\Microchip\MDD File System\FSIO.c .\Microchip\MDD File System\SD-SPI.c .\Microchip\PIC18 salloc\salloc.c .\MDD File System-SD Card\PIC18F\Fsconfig.h .\MDD File System-SD Card\PIC18F\HardwareProfile.h .\Microchip\Include\MDD File System\FSIO.h .\Microchip\Include\MDD File System\SD-SPI.h .\Microchip\Include\MDD File System\FSDefs.h

111


• • •

.\Microchip\Include\PIC18 salloc\salloc.h .\Microchip\Include\Compiler.h .\Microchip\Include\GenericTypeDefs.h

Hình 18-5 Project sau khi thêm các file header File tmp.c là file chứa hàm main do chúng ta tự viết. Sau đó vào tab Project →Build Options → Project, chọn Include Search Path, chọn New sau đó thêm vào các đường dẫn như trên.

112


Hình 18-6 Thêm đường dẫn cho project Bước 2: Thiết lập buffer đọc và ghi, buffer cho FAT Mở file linker tương ứng với vi điều khiển PIC đang sử dụng(ở đây là file 18f4620.lkr ), rồi chỉnh sửa lại với nội dung như sau

113


Hình 18-7 Chỉnh sửa file linker cho project Bước 3: Thiết lập bộ nhớ cache và xung clock Thiết lập bộ nhớ cache Trong file Fsconfig.h đã cấu hình sẵn bộ nhớ cache sử dụng là 512bytes thông qua câu lệnh định nghĩa Code: #define MEDIA_SECTOR_SIZE 512 Nếu bạn muốn thay đổi bộ nhớ của cache thì chỉ cần chỉnh sửa trong câu lệnh này nhưng nhớ là bộ nhớ cache là bội số của 512.Ngoài ra còn một số thiết lập chức năng khác như bật/tắt chức năng ghi, tìm file… đều có trong file FSconfig.h các bạn có thể tự đọc để tìm hiểu thêm. Thiết lập xung clock Để cấu hình xung clock bạn mở file HardwareProfile.h tìm đến dòng lệnh define sau Code: #define GetSystemClock()

20000000

// System clock frequency (Hz)

Ở đây vi điều khiển đang được cấu hình sử dụng xung tần số 20MHz, và tùy vào nhu cầu sử dụng các bạn có thể thay đổi con số này.

114


Bước 4: Thiết lập các chân giao tiếp và các thanh ghi của chế độ SPI Trong thư viện này của Microchip chỉ hỗ trợ cho một số con PIC18F (PIC18F87J50, PIC18F8722, PIC18F46J50), toàn bộ PIC24F,PIC32F và dsPIC.Cho nên để sử dụng cho những con PIC khác(ví dụ là PIC18F4620) thì cần phải chỉnh sửa thêm một số file sau. Trong file HardwareProfile.h bạn thêm vào ở trong mục define dành cho PIC18F những dòng định nghĩa sau Code:

115


#elif defined PIC18F4520_PIM #define USE_PIC18 #define USE_SD_INTERFACE_WITH_SPI #define INPUT_PIN 1 #define OUTPUT_PIN 0 #define USE_SD_INTERFACE_WITH_SPI #define TRIS_CARD_DETECT #define CARD_DETECT

TRISBbits.TRISB4 PORTBbits.RB4

// Input

#define TRIS_WRITE_DETECT #define WRITE_DETECT

TRISDbits.TRISD7 PORTDbits.RD7

// Input

// Chip Select Signal #define SD_CS #define SD_CS_TRIS

PORTAbits.RA5 TRISAbits.TRISA5

// Card detect signal #define SD_CD #define SD_CD_TRIS

PORTBbits.RB4 TRISBbits.TRISB4

// Write protect signal #define SD_WE #define SD_WE_TRIS

PORTDbits.RD7 TRISDbits.TRISD7

// TRIS #define #define #define

pins for the SCK/SDI/SDO lines SPICLOCK TRISCbits.TRISC3 SPIIN TRISCbits.TRISC4 SPIOUT TRISCbits.TRISC5

// Latch pins for SCK/SDI/SDO lines #define SPICLOCKLAT LATCbits.LATC3 #define SPIINLAT LATCbits.LATC4 #define SPIOUTLAT LATCbits.LATC5 // Port #define #define #define

pins for SCK/SDI/SDO lines SPICLOCKPORT PORTCbits.RC3 SPIINPORT PORTCbits.RC4 SPIOUTPORT PORTCbits.RC5

// Registers for the SPI module you want to use #define SPICON1 SSPCON1 #define SPISTAT SSPSTAT #define SPIBUF SSPBUF #define SPISTAT_RBF SSPSTATbits.BF #define SPICON1bits SSPCON1bits #define SPISTATbits SSPSTATbits #define SPI_INTERRUPT_FLAG #define SPIENABLE

PIR1bits.SSPIF SSPCON1bits.SSPEN

// Will generate an error if the clock speed is too low to interface to the card #if (GetSystemClock() < 400000) #error System clock speed must exceed 400 kHz #endif Và trước đó bạn cần phải định nghĩa các nhãn PIC18F4520_PIM bằng cách ở phần định nghĩa nhãn cho các con PIC khác bạn thêm vào đoạn code sau Code:

116


#elif defined(__18F4620) #define DEMO_BOARD PIC18F4620_PIM #define PIC18F4620_PIM

Bước 5: Cấu hình bộ nhớ Trong MPLAB IDE, chọn Project → Build Options → Project, chọn thẻ MPLAB C18 rồi chọn Memory Model trong Categories và thiết lập như sau: • • •

Code model : Small code model Data model : Large code model Stack model : Multibank model

Hình 18-8 Cấu hình Memory Model Các bước thiết lập để sử dụng đã hoàn tất, bây giờ các bạn có thể tạo 1 file source của mình và sử dụng các hàm có sẵn trong thư viện để giao tiếp với SDcard.

117


Hình 18-9 Chương trình mẫu 15.3.2 Các hàm trong thư viện • •

• •

•

•

FSInit Initializes the card,loads the master boot record(partition information),loads the boot sector and updates the parameters passed into it with its information FSfclose Updates the file information, writes the remaining entry in and frees the RAM from the heap that was used to hold the information about the file.This also updates the time-stamp information for thr file. FSfeof Verifies if the end of the file has been reached FSfopen Allocates space in the heap for file information.If the file being opened already exist, Fsfopen can open it so that the data would be appended at the end of the line, erase it and create a new file qith the same name to be written to,or simply open it for reading.If the file does nont exist, Fsfopen can creat it. This function then returns a pointer to the tructure in the heap that contains information for this file FSfread Reads information from an open file to a buffer. The number of bytes written can be specified by its parameters. If Fsfread is called consecutively on the same open file, the read will continue from the place it stopped after the previous read. This function returns the number of data objects read Fsfseek Changes the position in a file. When a user calls FSfseek, they specify the base address to set, which can either be at the beginning or end of the file, or at the current position in the file. The user also specifies an offset to add to the base (note that if the base address is at the end of the file, the offset will be subtracted). Hence, if FSfseek is called with the base set to the beginning of the file and a specified offset of ë0í, the position would be changed to the first byte of the file.

•

Fsftell Returns the current position in the file. The first position in the file is the first byte in the first sector of the first cluster, which has the value ë0í. Hence, if a file was

118


•

• •

•

• • • • •

• •

•

•

•

•

•

created and 2000 bytes were written to it, FSftell would return the number 1999 if it was called. Fsfwrite Writes information from a buffer to an open file. The algorithm it uses reads a sector from the data region of the disk to SRAM, modifies the relevant bytes and then writes the sector back to the disk. Because each FSfwrite call reads the data first, the ability to open multiple files at a time is supported. This also means that writing data in larger blocks takes less time than writing the same data in smaller blocks as fewer sector reads and writes will be needed. Fsremove Searches for a file based on a filename parameter passed into it. If the file is found, its directory entry is marked as deleted and its FAT entry is erased. Fsremovepgm Deletes the file identified by a given filename. If the file is opened with FSfopen, it must be closed before calling FSremovepgm. The filename must be specified in ROM. This function is necessary only on the PIC18 architecture. Fsfopenpgm Opens a file on the SD card and associates an FSFILE structure (stream) with it using arguments specified in ROM. This function is necessary only on the PIC18 architecture. FSrename Changes the name of a file or directory. If the pointer passed into this function is NULL, the name of the current working directory will be changed. Fsrewind Resets the position of the file to the beginning of the file. Fsmkdir Creates a new subdirectory in the current working directory. Fschdir Changes the current working directory to the one specified by the user. FSrmdir Deletes the specified directory. The user may also choose to specify whether subdirectories and files contained within the deleted directory are removed. If the user does not permit the function to delete subdirectories, it fails if the user attempts to delete a non-empty directory. Fsgetcwd Returns the name of the current working directory to the user. FindFirst Locates files in the current working directory that meet the name and attribute criteria. A SearchRec Structure Pointer will be passed into the function. Once a file is located, the file-name, file size, create time and date stamp, and attributes fields in the SearchRec structure will be updated with the correct file information. FindFirstpgm Operates in the same manner as the FindFirst function, except the name criteria for the file to be found will be passed into the function in ROM. This function is necessary only on the PIC18 architecture. FindNext Locates the next file in the current working directory that matches the criteria specified in the last call of FindFirst or FindFirstpgm. It will then update the SearchRec structure provided by the user with the file information. Fsformat Erases the root directory and file allocation table of a card. The user may also call the function in a mode that causes it to create a new boot sector based on the information in the master boot record. Fsfprintf Writes a formatted string to a file. It automatically replaces any format specifiers in the string with dynamic values from variables passed into the function. Integer promotion must be enabled in the build options menu when using this function with the PIC18 architecture. SetClockVars Used in user-defined Clock mode to manually set the current date and time. This date and time would be applied to files as they are created or modified.

15.4 Xây dựng chương trình 15.4.1 Kết nối phần cứng

Hình 18-10 Sơ đồ kết nối Sdcard Vì SDcard hoạt động ở điện áp 3V3 mà tín hiệu ra của vi điều khiển là 5V nên các chân SDI,SDO,SS,SCK được gắn thông qua các điện trở để chia áp xuống 3V3 cho phù hợp với giao tiếp SDcard.

119


15.4.2 Chương trình mẫu Code: 1 #include 2 #include 3 void blocking(void) 4 { 5 while (1); 6 } 7 void main(void) 8 { 9 FSFILE *file1; 10 unsigned char txt[] = "Giao tiep SDcard!!"; 11 while (!MDD_MediaDetect()); 12 while(!FSInit()); 13 file1 = FSfopenpgm("file_test_1.txt","w+"); 14 if (file1 == NULL) 15 blocking(); 16 if (FSfwrite((void*)txt,1,18,file1) != 18) 17 blocking(); 18 if (FSfclose(file1) != 0) 19 blocking(); 20 while (1); 21 } Giải thích các lệnh: • • • • • • • • • •

Dòng Dòng Dòng Dòng Dòng Dòng Dòng Dòng Dòng Dòng

120

2: include file header chính của thư viện. 3→6: tạo hàm blocking hệ thống nếu có lỗi. 9: khai báo con trỏ sẽ trỏ đến file cần xử lý. 10: khai báo chuỗi sẽ được ghi vào file. 11: đợi tín hiệu báo có thẻ nhớ thông qua chân card dectec. 12: khởi tạo thẻ nhớ để bắt đầu giao tiếp với thẻ nhớ. 13: khởi tạo cho file, đặt tên file , truyền vào đối số cho phép ghi lên file. 14→15: kiểm tra có khởi tạo được file hay không. 16→17: ghi chuỗi vào file. 18→19: đóng file


Hình 18-11 Kết quả của chương trình 15.5 Download Code mẫu

121


PIC18

Recommend Documents