LậP TRìNH NHúNG VớI VI Xử Lý AVR ThS. ngô thanh bình
Bộ môn Kỹ thuật điện tử
Khoa Điện - Điện tử
Trờng Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Bi báo ny trình by về một thiết kế cho lập trình nhúng với vi xử lý AVR thông
qua một KIT phát triển có các bộ phận có thể điều khiển độc lập, giúp sinh viên bớc đầu lm
quen với lập trình phần cứng ứng dụng vo thực tế.

Summary:
This report introduces a design for programming embedded with AVR
microcontroller by an evolution KIT whose parts can be controlled separately so as to assist
students in familiarizing with hardware programs and applications.I. Đặt vấn đề
Với các chuyên ngành về điện, điện tử, cơ khí tự động hoá, các kỹ s để làm việc tốt đòi hỏi
rất cao các kiến thức về vi xử lý. Lập trình nhúng là môn học liên quan nhiều tới thực tế, lập trình
vi xử lý với phần cứng và thiết bị ngoại vi cụ thể. Môn học yêu cầu nhiều tới các kiến thức về kỹ
thuật điện tử, vi xử lý và kỹ thuật lập trình, ngoài ra sinh viên còn cần có kiến thức về kỹ thuật
điện, cảm biến đo lờng Với một lợng kiến thức lớn, lại đòi hỏi có ghép nối phần cứng cụ thể
nên thật khó tởng tợng môn học này khi học mà không có thiết bị thực tế. Với các thiết kế
ghép nối ngoại vi khác nhau nếu sinh viên phải tự mua sắm linh kiện và bản mạch thô để hàn
nối sẽ không thể đủ thời gian để làm đợc một vài ứng dụng, thêm vào đó là khoản kinh phí tốn
kém mà sinh viên phải bỏ ra là không nhỏ. Để giải quyết vấn đề này, tác giả đã thiết kế, chế tạo
sẵn một KIT phát triển với các cụm thiết bị độc lập, đi kèm với nó là trên 10 bài toán lập trình cụ
thể, có thể lập trình độc lập hoặc kết hợp với nhau thành một bài toán lớn. Điều này sẽ gây hứng

một chip ở những thời điểm khác nhau trong một ứng dụng. CYPRESS phát triển họ PSoC
(Programmable System on Chip) có đặc điểm linh động phần cứng từ phần mềm, tự tạo cấu
hình phần cứng từ tài nguyên có sẵn phục vụ các bài toán cụ thể đòi hỏi yêu cầu phần cứng
khác nhau. Thực chất các chip chế tạo theo công nghệ PSoC cho phép thay đổi cấu hình phần
cứng bằng cách gán chức năng cho các khối tài nguyên có sẵn trên chip, ghép nối mềm dẻo
giữa các khối với nhau và với các cổng In/Out. Ngoài ra thành phần của chip PSoC bao gồm cả
các khối ngoại vi số và tơng tự có thể tự cấu hình đợc, lập trình cho chip thông qua phơng
pháp kéo/thả các khối tài nguyên này vào vùng làm việc. Việc thiết lập ngắt trên chân nào, loại
ngắt gì, các chân In/Out đợc thiết lập hoạt động thế nào đều tuỳ thuộc vào thiết lập của ngời
lập trình. Với khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ này một thiết bị Đo lờng - Điều khiển có thể
đợc gói gọn trên một chip duy nhất. Chính vì vậy ngời ta không gọi chip này là vi điều khiển
( C) mà gọi là thiết bị PSoC (PsoC Device - Thiết bị lập trình trên chip), với hy vọng rằng ngời
sử dụng sẽ có đợc những thiết bị nhỏ gọn, giá rẻ, tin cậy bởi chỉ dùng riêng chip PSoC mà
không cần các kết nối ngoại vi khác và sản phầm này sẽ thay thế dần các thiết bị sử dụng vi xử
lý kinh điển trớc đây. Một số dạng thiết kế chip nhằm mục đích chủ yếu cho các bài toán xử lý
dữ liệu nh CPLD (Complex Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Logic
Array) có hỗ trợ kết nối máy tính với các phần mềm tiêu chuẩn, tái cấu hình lại nhiều lần. Lập
trình mảng tơng tự đã xuất hiện trong nhiều năm, nhng chỉ mới gần đây mới đợc phát triển
mạnh, và nền công nghiệp điện tử đã chấp nhận phát triển đầy đủ các công cụ phát triển và các
phiên bản phần mềm phát triển mới. Lập trình mảng tơng tự FPAAs (Field Programmable
Analog Arrays) cung cấp cho nhà thiết kế tính mềm dẻo nh trong phần thiết kế mạch tơng tự
của họ. Những dạng linh kiện này giải quyết tốt hầu hết các vấn đề ứng dụng trong những thành
phần của hệ thống (Vi xử lý lõi, khối logic, khối tơng tự). Ví dụ, một mạch chứa đựng thành
phần chính là logic sẽ có lợi nhất khi sử dụng linh kiện lập trình logic, nhng một thiết kế với
nhiều thành phần tơng tự sẽ không thích hợp với những linh kiện đó. Nh vậy sử dụng các chip
thế hệ sau để nghiên cứu về vi xử lý và lập trình nhúng là không phù hợp, chúng dành cho ngời
CT 2 chuyên nghiệp với các ứng dụng cao cấp, còn với sinh viên khi đang học cần có một họ chip với

- Kết hợp PWM và LED đơn tạo ra chơng chình điều khiển đèn quảng cáo có thể nháy và
thay đổi cờng độ sáng theo chu trình khác nhau.
- Điều khiển động cơ một chiều và động cơ bớc thông qua phím bấm. Kết hợp PWM tăng
giảm tốc độ động cơ một chiều. - Kết hợp Sensor đo nhiệt độ hiển thị trên LCD, sử dụng phím bấm đặt ngỡng cảnh báo và
tác động quạt.
- Kết hợp thu phát hồng ngoại điều khiển từ xa LED, động cơ một chiều, động cơ bớc,
thay đổi ngỡng đặt nhiệt độ từ xa.
- Ghép nối máy tính tạo chơng trình quản lý giám sát hệ thống.
- Quản lý thời gian thực của các thiết bị hoạt động thông qua RTC DS1307.
Đi kèm với KIT phát triển này là trên 10 bài toán nhỏ điều khiển các cụm thiết bị độc lập và
một số bài toán ứng dụng. Phiên bản KIT đầu tiên đợc thiết kế nhỏ gọn với các bài toán cơ bản
nằm trong phạm vi các bài toán trên, kết hợp một bảng cắm đa năng nhằm tạo điều khiện cho
sinh viên tự làm lấy một KIT với giá thành rẻ. Trên cơ sở KIT phát triển này ngời học sẽ đợc
tiếp cận với các bài toán thực tế thông qua các ví dụ nhỏ, từ đó tự phát huy khả năng sáng tạo
của mình phát triển các bài toán cao cấp hơn.
Tit le
Size Document Number Rev
Date: Sheet
of
1 <RevCode>
Lap trinh nhung v oi AVR - Designed by BinhNT.
A2
11Sunday , October 28, 2007
J10
CON2
1
2

PB1/OC 1A/PCINT1
15
PB2/#SS/OC 1B/PCINT2
16
PB3/MOSI/OC 2A/PCINT3
17
PB4/MISO/PCINT4
18
PB5/SCK/PCINT5
19
AVCC
20
AREF
21
GND
22
PC0/ADC0/PCINT8
23
PC1/ADC1/PCINT9
24
PC2/ADC 2/PCINT10
25
PC3/ADC 3/PCINT11
26
PC4/ADC4/SDA/PCINT12
27
PC5/ADC5/SCL/PCINT13
28
Character LCD
U1

K
16
R8 5K1
Y1
32.768kHz
Q7
TI P41C
Q3
C2383
J21
1
2
3
4
5
6
R15 5K1
24C16B
U4
A0
1
A1
2
A2
3
GND
4
SDA
5
SCLK

R45
1K
Temperature Sensor
Chanel 2
Temperature Sensor
Chanel 4
+5V
TEMP 4
D23
LM335/TO92
R2
10K
R3
10K
SCL
J9
1
2
3
4
5
6
SDA
R9 5K1
PB5
R46 100
PB4
+5V
PB3
PC6

A
2
B
6
C
9
D
11
E
12
F
3
G
8
DOT
10
CA1
5
CA2
4
CA3
1
R13
10K
Q20
Q17
R14
10K
Q16
KEY2

IN7
8
GND
9
COM
10
OUT7
11
OUT6
12
OUT5
13
OUT4
14
OUT3
15
OUT2
16
OUT1
17
OUT0
18
R26
DC Motor
R28
R31
+5V
SCK
D1
1N4007

13
14
15
16
17
RST
R7 2K2
SQW_OU T
C19
10n
J1
CON3
1
2
3
C20
100n
J3
CON2
1
2
Q15
TI P41C
D13
1N4007
DC3
External crystal
KEY3
D20LED
K

VEE
STEP2
DC1
PD0
PD1
PD2
PD3
Q19
TI P41C
PD4
P2
MALE DB25
13
25
12
24
11
23
10
22
9
21
8
20
7
19
6
18
5
17

PB6
PB7
PB0
PD6
R55
4K7
+5V
PD5
PD7
LS1
8 Ohm
GND
KEY1 KEY2
U8
IN
1
OUT
3
GND
2
KEY3
J181
D6
LED
KEY4
J201
KEY5
D5
LED
J17 1

2
3
R72
STEP1
+5V
Q23
D30
R73
R74
+5V
+5V
IR transmit
IR receiver
J23
1
J24
1
R57
30K
+5V
CONNECTOR 14x2
J4
1
2
3
4
5
6
7
8

2
3
4
TEMP 2
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
AVCC
AREF
AGND
TEMP 4
TEMP 3
LED 4
LED 5
L3 10uH
M
LED 7
GND
LED 6
AGND
+5V
L2 10uH
AVCC
U5
IN
1
OUT
3

STEP4
DC3
R22 5K1
SW2
J12
CON8
1
2
3
4
5
6
7
8
R27 5K1
R67220
D21
LM335/TO92
C21
100n
+5V
D25
4148
R47
1K
R62
10K
J6
1
2

D28
4148
R120-470
R65
10K
1-MO
1-MO
R230-470
+5V
DC4
R290-470
C5
12VAC
input
R52
10K
TEMP3
MAX232
U10
C1+
1
C1-
3
C2+
4
C2-
5
VCC
16
GND

6
7
8
9
10
11
12
13
14
SW1
R61
10K
Q18
+12V
+12V
D24
4148
C18
1u
C17
1u
C16
1u
-+
D17
2
1
3
4
R53

8
A7
9
GND
10
B7
11
B6
12
B5
13
B4
14
B3
15
B2
16
B1
17
B0
18
#OE
19
VCC
20
Temperature Sensor
Chanel 3
TEMP 2
D22
LM335/TO92

Q5
C828
+5V
R491K
AC2/DC2
R56100
RS232 interface
C23
100n
+5V
AC1/DC1
R581K
R24
P1
FEMALE DB9
5
9
4
8
3
7
2
6
1
Q8
A1015
+5V
R39
4K7
R38

C14
1u
AREF
J26
1
2
3
4
Q11
C2383

CT 2 SảN PHẩM KIT PHIÊN BảN RúT GọN

III. KếT LUậN
CT 2
AVR là vi xử lý phù hợp với chơng trình học, khả năng của sinh viên về kiến thức và tài
chính. Sau khi đã đợc học vi xử lý cơ bản với họ MCS51 bằng Assembly, sinh viên cần đợc
tiếp xúc và làm việc với vi xử lý mới bằng ngôn ngữ lập trình cấp cao nh C. Với một KIT phát
triển nhỏ này, ngời học sẽ giảm bớt thời gian và kinh phí cho việc lắp ráp phần cứng cho mỗi ví
dụ thực hành trong bài toán lập trình. Thêm vào đó ngời học sẽ đợc phát huy khả năng sáng
tạo của mình thông qua các phơng pháp kết hợp khác nhau các cụm thiết bị trên KIT vào các
bài toán cụ thể. Để giảm kinh phí nhng vẫn mở rộng khả năng của KIT, tác giả đa ra một kết
cấu rút gọn kèm với một bảng cắm đa năng để ngời học tự phát triển bài toán của mình, phục
vụ nghiên cứu khoa học, sản phẩm cho bảo vệ tốt nghiệp Hy vọng phơng pháp học tập này
sẽ đợc áp dụng trong nhiều môn học khác.

Tài liệu tham khảo