Tài liệu Thực Tập: Kỹ Thuật Số và Vi Điều Khiển | Môn Vi xử lý 1 - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58931565 lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển Mục lục:
Chương 1: Nội quy phòng thí nghiệm ......................................................................................... 5 I. Thời gian thực tập
............................................................................................................. 5 II.
Tổ chức học tập và ánh giá sinh viên ........................................................................ 5 III.
Quy chế .......................................................................................................................... 5 IV.
Dụng cụ học tập ............................................................................................................. 5
Chương 2: Bài thực hành khảo sát và vận hành trạm băng tải ............................................... 6 I.
Mục ích thí nghiệm ......................................................................................................... 6 II.
Dụng cụ thí nghiệm ....................................................................................................... 6
1. Mô tả hệ thống ............................................................................................................... 6
2. Vận hành hệ thống ........................................................................................................ 7 III.
Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................... 7
1. Các thanh ghi lập trình ngõ vào, ngõ ra cho trạm mô hình băng tải ....................... 7
2. Chương trình tham khảo ............................................................................................ 10 IV.
Bài tập thực hành ........................................................................................................ 10
1. Khảo sát sơ ồ nguyên lý ............................................................................................ 10
2. Bảng kết nối input – output ....................................................................................... 11
3. Báo cáo dự án lập trình .............................................................................................. 12
Chương 3: Bài thực hành khảo sát và vận hành trạm LED, Nút nhấn, LCD ....................... 20 I.
Mục ích thí nghiệm ....................................................................................................... 20 II.
Dụng cụ thí nghiệm ..................................................................................................... 20
1. Mô tả hệ thống ............................................................................................................. 20 lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
2. Vận hành hệ thống ...................................................................................................... 21 III.
Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................. 21
1. Các thanh ghi lập trình ngõ vào, ngõ ra cho mô hình LED-BUTTON .................. 21
2. Chương trình tham khảo ............................................................................................ 23 IV.
Bài tập thực hành ........................................................................................................ 23
1. Khảo sát sơ ồ nguyên lý ............................................................................................ 24
2. Bảng kết nối input – output ....................................................................................... 24
3. Báo cáo dự án lập trình .............................................................................................. 25
Chương 4: Bài thực hành khảo sát và vận hành mô hình trạm tay gắp, xylanh - khí nén .. 30 I.
Mục ích thí nghiệm ....................................................................................................... 30 II.
Dụng cụ thí nghiệm ..................................................................................................... 30
1. Mô tả hệ thống ............................................................................................................. 30
2. Vận hành hệ thống ...................................................................................................... 32 III.
Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................. 32
1. Các thanh ghi lập trình ngõ vào, ngõ ra ................................................................... 32
2. Chương trình tham khảo ............................................................................................ 34 IV.
Bài tập thực hành ........................................................................................................ 35
1. Khảo sát sơ ồ nguyên lý ............................................................................................ 35
2. Bảng kết nối input - output ........................................................................................ 36
3. Báo cáo dự án lập trình .............................................................................................. 38
Chương 5: Bài tập thực hành: ứng dụng Timer module trong lập trình iều khiển các mô
hình thí nghiệm ........................................................................................................................... 41 lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển I.
Mục ích thí nghiệm ....................................................................................................... 41 II.
Dụng cụ thí nghiệm:.................................................................................................... 41 III.
Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................. 41
1. Các thanh ghi iều khiển timer trong vi iều khiển STM32 .................................. 41
2. Chương trình tham khảo ............................................................................................ 43 IV.
Bài tập thực hành ........................................................................................................ 43
Chương 6: Bài tập thực hành: Ứng dụng External Interrupt trong lập trình iều khiển các
mô hình thí nghiệm ..................................................................................................................... 48 I.
Mục ích thí nghiệm ....................................................................................................... 48 II.
Dụng cụ thí nghiệm ..................................................................................................... 48 III.
Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................. 48
1. Các thanh ghi lập cho phép thiết lập ngắt ngoài trên vi iều khiển STM32 ......... 49
2. Chương trình tham khảo ............................................................................................ 50 IV.
Bài tập thực hành ........................................................................................................ 51
1. Báo cáo dự án lập trình .............................................................................................. 51
Chương 7: Bài tập thực hành: Ứng dụng USART trong lập trình iều khiển các mô hình
thí nghiệm .................................................................................................................................... 52 I.
Mục ích thí nghiệm ....................................................................................................... 52 II.
Dụng cụ thí nghiệm ..................................................................................................... 52 III.
Cơ sở lý thuyết ............................................................................................................. 52
1. Các thanh ghi lập trình cho module USART ........................................................... 52
2. Chương trình tham khảo. ........................................................................................... 54 lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển IV.
Bài tập thực hành ........................................................................................................ 55
1. Báo cáo dự án lập trình .............................................................................................. 55
Phụ lục 1: Tạo dự án với công cụ STM32CubeMX và KeilC ................................................. 59
1. Công cụ tạo dự án STM32CubeMS. ............................................................................. 59
2. Công cụ lập trình và biên dịch Keil C. .......................................................................... 61
Phụ lục 2: Ôn tập lập trình C .................................................................................................... 62 1.
Kiểu biến và tên biến ...................................................................................................... 62 2. Kiểu con trỏ
..................................................................................................................... 62 3. Phép toán học
.................................................................................................................. 63 4. Phép toán gán
.................................................................................................................. 63 5. Phép toán tăng, giảm
...................................................................................................... 63 6. Phép toán quan hệ
........................................................................................................... 63 7. Toán tử logic
.................................................................................................................... 64 8. Toán tử theo bit
............................................................................................................... 64 9.
Câu iều kiện ................................................................................................................... 64 10.
Toán tử lựa chọn ......................................................................................................... 66 11.
Vòng lặp ....................................................................................................................... 67 12.
Mảng 1 chiều ............................................................................................................... 68 13.
Mảng hai chiều ............................................................................................................ 69 14.
Cấu trúc của một chương trình C cơ bản ................................................................. 69
Phụ lục 3: Câu hỏi ôn tập ........................................................................................................... 70
1. Mô hình LED – BUTTON .............................................................................................. 70 lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
2. Mô hình Băng tải – ộng cơ ........................................................................................... 71
3. Mô hình trạm xylanh – khí nén ..................................................................................... 73
Phụ lục 4: Sơ ồ nguyên lý iện, iện tử của cac mô hình thí nghiệm................................... 77
1. Mô hình LED – BUTTON .............................................................................................. 77
2. Mô hình Băng tải – ộng cơ ........................................................................................... 77
3. Mô hình Xylanh tay gắp khsi nén .................................................................................. 78
Chương 1: Nội quy phòng thí nghiệm I. Thời gian thực tập
Sinh viên có mặt trước phòng thí nghiệm và vào úng giờ vào lớp. - Buổi sáng: 7h15 - Buổi chiều: 12h45
Đúng giờ thí nghiệm, các sinh viên trật tự vào phòng thí nghiệm. Sau 30 phút, các sinh viên
không vào phòng thí nghiệm thì xem như vắng mặt buổi học hôm ó. II.
Tổ chức học tập và ánh giá sinh viên
Sau khi kết thúc thời gian thực tập, sinh viên thực hiện kiểm tra ánh giá kết thúc môn học
bằng bài thi thực hành trên các mô hình trong phòng thí nghiệm. III. Quy chế
Sinh viên cần tuân thủ quy chế chung của lớp học thực hành:
− Sinh viên nghiêm chỉnh tuân thủ nội quy của phòng thí nghiệm.
− Sinh viên cần ể các ồ dùng các nhân trong các tủ ể ồ trước khi vào phòng thực hành.
− Sinh viên vắng mặt quá 3 buổi iểm danh sẽ không ược kiểm tra kết thúc cuối kỳ. IV. Dụng cụ học tập
Sinh viên sử dụng máy tính cá nhân có cài ặt các phần mềm Proteus, Keil C, STM32 CueMX. lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
Chương 2: Bài thực hành khảo sát và vận hành trạm băng tải I. Mục ích thí nghiệm
Kiến thức sinh viên cần ạt ược sau khi thực tập:
− Liệt kê các thành phần của mô hình băng tải, và trạng thái kết nối của các thiết bị với
vi iều khiển: nút nhấn, cảm biến, công tắc gạt, relay iện.
− Khởi tạo các chân của vi iều khiển với các chế ộ ngõ vào, ngõ ra thông thường.
− Giải thích ược công dụng của thanh ghi hoặc cách thức hoạt ộng của ngõ vào, ngõ ra
của vi iều khiển khi kết nối với các thiết bị.
− Lập trình iều khiển theo yêu cầu.
− Giải thích ược trình tự lập trình ối với các bài tập yêu cầu. II. Dụng cụ thí nghiệm 1. Mô tả hệ thống
Sơ ồ kết nối hệ thống băng tải
Hình 1 là sơ ồ mô tả hệ thống iện, iện tử của mô hình băng tải. Các thành phần kết nối
chính trong mô hình gồm có: băng tải, ộng cơ iện, relay iều khiển băng tải, nút nhấn, èn, nút gạt.
Hình 1. Sơ ồ iện - iện tử lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
Bảng kết nối hệ thống STT Tên thiết bị Kết nối với Chức năng MCU 1 B1 PD11
Nút nhấn P1 trên trạm iều khiển (màu xanh) 2 B2 PC6
Nút nhấn P2 trên trạm iều khiển (màu ỏ) 3 B3 PC7
Nút nhấn P3 trên trạm iều khiển (màu vàng) 4 B4 PE14
Nút nhấn P4 trên trạm iều khiển (màu xanh) 5 B5
Vị trí trái: PA15 Vị Nút gạt 2 vị trí trên trạm iều khiển trí phải: PC8 6 D1 PA7
Đèn D1 (trên) trên trạm iều khiển 7 D2 PB2
Đèn D2 (dưới) trên trạm iều khiển 8 K1 PB0
Tác ộng motor iều khiển băng tải 8 S1 PD13
Cảm biến hành trình ở ầu băng tải 10 S2 PD12
Cảm biến hành trình ở cuối băng tải 2. Vận hành hệ thống
Đối với mô hình thí nghiệm băng tải, sinh viên thực hiện quy trình vận hành như sau:
Bước 1: Sinh viên kiểm tra kết nối iện vào hệ thống. (Đèn báo nguồn sáng).
Bước 2: Sinh viên bật công tắc nguồn tổng của mô hình ể cấp nguồn cho mô hình thí nghiệm.
Bước 3: Sinh viên thực hiện kết nối cáp nạp chương trình với máy tính và thực
hiện tải chương trình ã lập trình cho vi iều khiển.
Bước 4: Sinh viên nhấn nút Reset (màu trắng) trên mô hình ể vi iều khiển thực hiện chương trình. III. Cơ sở lý thuyết
Sinh viên thực hiện tham khảo lý thuyết lập trình ngõ vào, ngõ ra cho vi iểu khiển dựa trên
cơ sở lý thuyết trình bày dưới ây:
1. Các thanh ghi lập trình ngõ vào, ngõ ra cho trạm mô hình băng tải
Thanh ghi thiết lập input, output MODER
Mỗi một chân của vi iều khiển cùng với GPIO tương ứng (A,B,C,D,E,F,G) có thể cấu hình ể
thực hiện một trong các chức năng sau: − Input floating − Input pull up/Pull down − Analog − Output opend drain − Output Push-Pull − Alternate function mode lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
Do ó, ể thiết lập chế ộ input hoặc output cho một chân của vi iều khiển. Ta cần thiết lập
cho các thanh ghi thiết lập cần thiết.
Vi iều khiển STM32F2 Series: thanh ghi GPIOx_MODER cho phép thiết lập các chế ộ
input/output tại một chân của vi iều khiển:
Mỗi cụm 2 bit MODERy cấu hình cho một chân của của vi iều khiển: cho phép lựa chọn input hoặc output.
Hình 2. Sơ ồ khối cấu trúc của một chân trong vi iều khiển STM32F2 series.
Chức năng của thanh ghi OSPEEDR
Thanh ghi phép thiết lập tốc ộ hoạt ộng tối a cho một chân output của vi iều khiển. lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
Mỗi cụm 2 bit OSPEERy cấu hình cho một chân của của vi iều khiển các tốc ộ tại chân y của module GPIO tương ứng.
Chức năng của thanh ghi PUPDR
Thanh ghi cho phép thiết lập các các chế ộ treo trở trong Pull up/Pull Down ở một chân vi iều khiển.
Mỗi cụm 2 bit PUPDRy cho phép cấu hình cho một chân của của vi iều khiển ở trong thái input là pull-up, pull-down.
Chức năng của thanh ghi OTYPER
Thanh ghi phép thiết lập chế ộ output open drain hoặc output push-pull cho một chân ngõ ra của vi iều khiển.
Mỗi bit OTy cấu hình cho một chân của vi iều khiển output ở chế ộ Output pushpull hoặc output open drain.
2. Chương trình tham khảo lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
Chương trình ơn giản dưới ây mang ý nghĩa tham khảo ể iều khiển trạm băng tải bằng 2
nút nhấn trên mô hình thí nghiệm: xanh (PD11), ỏ (PC6). int main (void) {
RCC->APB2ENR |= (1<<1) | (1<<2) | (1<<3);
GPIOB -> MODER |= (1<<0); // output PB0
GPIOB-> OSPEEDR |= (1<<0);
GPIOD-> MODER &= ~(3 << 22); // input PD11
GPIOC->MODER &= ~(3 << 12); // input PC6 GPIOB-
>ODR |= (1<<0); // off relay PB0 while(1) {
if ((GPIOD->IDR & (1<< 11)) == 0)
GPIOB->ODR |= (1 <<0);
else if ((GPIOC->IDR & (1<< 6)) == 0)
GPIOB->ODR &= ~(1 <<0); } } IV. Bài tập thực hành
Sinh viên thực hiện khảo sát mô hình trạm băng tải dựa trên sơ ồ nguyên lý và chương
trình tham khảo ã cho ở trên. Sau ó, sinh viên tiến hành lập trình cho mô hình theo các bài
tập cho sẵn dưới ây và iền các thông tin vào mẫu báo cáo tham khảo. Nội dung thực hành:
Khảo sát và lập trình iều khiển trạm băng tải. Sinh viên: MSSV: Phòng học: Ngày báo cáo: Tuần học:
Nội dung: Khảo sát và lập trình iều khiển trạm băng tải
1. Khảo sát sơ ồ nguyên lý
Sinh viên vẽ sơ ồ nguyên lý khối Digital Input và giải thích lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
Sinh viên vẽ sơ ồ nguyên lý khối Digital Output và giải thích
2. Bảng kết nối input – output
Sinh viên tiến hành khảo sát hệ thống, và iền các trạng thái của cá thiết bị vào bảng bên dưới. STT Tên phần cứng Trạng thái phần Mức logic tại
Vị trí chân vi iều cứng chân vi iều khiển tương ứng khiển 1 Đèn D1 Sáng 2 Đèn D1 Tắt 3 Đèn D2 Sáng 4 Đèn D2 Tắt 5 MOTOR băng tải Chạy 6 MOTOR băng tải Ngừng lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển 7 Nút nhấn B1 (Xanh) Được nhấn 8 Nút nhấn B1 (Xanh) Chưa ược nhấn 9 Nút nhấn B2 (Đỏ) Được nhấn 10 Nút nhấn B2 (Đỏ) Chưa ược nhấn 11 Nút nhấn B3 (Vàng) Được nhấn 12 Nút nhấn B3 (Vàng) Chưa ược nhấn 13 Nút nhấn B4 (Vàng) Được nhấn 14 Nút nhấn B4 (Vàng) Chưa ược nhấn 15 Công tắt gạt Vị trí bên trái 16 Công tắt gạt Vị trí bên giữa 17 Công tắt gạt Vị trí bên phải
3. Báo cáo dự án lập trình
Sinh viên thực hiện các bái tập dưới ây trên mô hình băng tải và iền các thông tin vào báo cáo lập trình. Yêu cầu 1
− Khi mới mở iện: èn D1, D2 tắt; Motor M ngừng.
− Sau khi mở iện 1 giây: Đèn D1 chớp tắt chu kỳ 500ms.
Bảng cấu hình GPIO: (GPIO configuration) PIN Signal GPIO mode Max speed User label
Bảng ịnh nghĩa trạng thái (#define nếu cần) Tên trạng thái Giá trị Ý nghĩa lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển Lưu ồ giải thuật
Mã nguồn chương trình (chỉ copy nội dung ã thêm hoặc chỉnh sửa từ code dự án) Yêu cầu 2
− Khi mới mở iện: èn D1, D2 tắt; Motor M ngừng.
− Khi nhấn nút nhấn B1 làm ộng cơ M chạy. (Dùng tay nhấn vào một lần rồi thả tay ra)
− Khi nhấn nút nhấn B2 làm ộng cơ M ngừng. (Dùng tay nhấn vào một lần rồi thả tay ra)
Bảng cấu hình GPIO: (GPIO configuration) PIN Signal GPIO mode Max speed User label lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
Bảng ịnh nghĩa trạng thái (#define nếu cần) Tên trạng thái Giá trị Ý nghĩa Lưu ồ giải thuật
Mã nguồn chương trình (chỉ copy nội dung ã thêm hoặc chỉnh sửa từ code dự án) lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển Yêu cầu 3
− Khi mới mở iện: èn D1, D2 tắt; Motor M ngừng.
− Nút nhấn B1 làm chuyển trạng thái chạy – ngừng của ộng cơ M: Nếu ộng cơ ang ngừng
thì nhấn B1 rồi thả tay ra, ộng cơ chạy. Nếu ộng cơ ang chạy thì nhấn B1 rồi thả tay ra, ộng cơ ngừng.
Bảng cấu hình GPIO: (GPIO configuration) PIN Signal GPIO mode Max speed User label
Bảng ịnh nghĩa trạng thái (#define nếu cần) Tên trạng thái Giá trị Ý nghĩa Lưu ồ giải thuật lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
Mã nguồn chương trình (chỉ copy nội dung ã thêm hoặc chỉnh sửa từ code dự án) Yêu cầu 4
Viết chương trình xử lý các tín hiệu tra về của cảm biến trên băng tải theo yêu cầu sau.
− Cảm biến S1 tác ộng, băng tải hoạt ộng − Cảm biến
S2 tác ộng, băng tải dừng hoạt ộng.
Bảng cấu hình GPIO: (GPIO configuration) PIN Signal GPIO mode Max speed User label lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
Bảng ịnh nghĩa trạng thái (#define nếu cần) Tên trạng thái Giá trị Ý nghĩa Lưu ồ giải thuật
Mã nguồn chương trình (chỉ copy nội dung ã thêm hoặc chỉnh sửa từ code dự án) Yêu cầu 5
Viết chương trình thực hiện ọc các tín hiệu của nút gạt switch trên mô hình băng tải: lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
− Nút gạt ở vị trí 1, èn D1 sáng, èn D2 tắt. − Nút
gạt ở vị trí 2, èn D1 tắt, èn D2 sáng. Yêu cầu 6
Viết chương trình thực hiện ọc các tín hiệu nút gạt switch trên mô hình băng tải và kết
hợp với nút nhấn màu xanh và nút nhấn màu ỏ.
− Nút gạt ở vị trí 1, èn D1 sáng, èn D2 tắt. Hệ thống hoạt ộng với chế ộ Manual. Với chế
ộ này, nhấn nút màu xanh băng tải hoạt ộng. Nhấn nút màu ỏ, băng tải dừng hoạt ộng.
− Nút gạt ở vị trí 2, èn D2 sáng. Hệ thống chuyển qua chế ộ Auto. Mỗi khi có sản phẩm
ặt vào ầu cảm biến băng tải thì băng tải mới hoạt ộng. lOMoAR cPSD| 58931565
Tài liệu thực tập kỹ thuật số và vi iều khiển
Chương 3: Bài thực hành khảo sát và vận hành trạm LED, Nút nhấn, LCD I. Mục ích thí nghiệm
Kiến thức sinh viên cần ạt ược sau khi hoàn thành bài thực hành:
− Liệt kê các thanh ghi liên quan, và thực hiện thiết lập ngõ ra, ngõa vào cho các chân cửa vi iều khiển.
Khởi tạo các chân của vi iều khiển ể có thể thực hiện giao tiếp với các IC số; 74HC595 và 74HC165.
Giải thích ược cách thức hoạt ộng của các IC số và cách thức kết nối với vi iều khiển.
Lập trình iều khiển theo yêu cầu cho trước.
Giải thích ược nguyên lý hoạt ộng của các chương khi trình thực hiện giao tiếp với IC số 74HC595 và 74HC165. II. Dụng cụ thí nghiệm 1. Mô tả hệ thống
Sơ ồ kết nối hệ thống
Hình 3 là sơ ồ mô tả hệ thống iện, iện tử của mô hình LED-BUTTON. Các thành phần kết
nối chính trong mô hình gôm có: LED 7 oạn, nút nhấn, IC số 74HC165 và 74HC595.
Hình 3. Sơ ồ kết nối iện - iện tử của mô hình LED - BUTTON
Bảng kết nối hệ thống STT Tên thiết bị Kết nối với Chức năng MCU 1 IC74HC594 PE0
Làm nhiệm vụ cấp xung cho IC 2 PE2 Kích hoạt IC 3 PB3
Chân tín hiệu cấp dữ liệu cho IC 4 IC74HC165 PE1
Kết nối với chân SH của IC