Tìm hiểu về vi điều khiển

Vi điều khiển là gì

Là một máy tính được tích hợp trên một con chip (single chip microcomputer) được tạo ra qua VLSI. Vi điều khiển cũng được gọi là bộ điều khiển nhúng bởi vì vi điều khiển và các mạch điện hỗ trợ được tích hợp hoặc nhúng vào thiết bị mà nó kiểm soát. Vi điều khiển có nhiều bit khác nhau giống như vi xử lý (cho đến nay thì có các loại vi điều khiển 4bit, 8bit, 16bit, 32bit, 64bit và 128 bit)

Vi điều khiển thường chứa các linh kiện sau:

Bộ xử lý trung tâm (CPU)

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM)

Bộ nhớ chỉ đọc (ROM)

Cổng đầu vào / đầu ra

Bộ đếm thời gian và bộ đếm

Bộ chuyển đổi analog sang digital

Bộ chuyển đổi digital sang analog

Cổng giao tiếp nối tiếp

Mạch dao động

Bên trong vi điều khiển chứa đầy đủ tất cả các tính năng cần thiết cho một hệ thống máy tính và các chức năng như một máy tính mà không cần thêm các bộ phận kỹ thuật số bên ngoài.

Hầu hết các chân trong chip vi điều khiển có thể được lập trình bởi người dùng.

Vi điều khiển có khả năng xử lý các hàm logic.

Tốc độ và hiệu suất cao.

Cấu trúc on-chip ROM trong vi điều khiển giúp bảo mật firmware tốt hơn.

Dễ thiết kế với chi phí thấp và kích thước nhỏ.

Cấu tạo của vi điều khiển

Cấu tạo cơ bản và sơ đồ khối của vi điều khiển như hình bên dưới

CPU

CPU là bộ não của vi điều khiển. CPU chịu trách nhiệm tìm nạp lệnh, giải mã và thực thi. CPU kết nối tất cả bộ phận của vi điều khiển vào một hệ thống duy nhất. Chức năng chính của CPU là tìm nạp và giải mã lệnh. Lệnh được lấy từ bộ nhớ chương trình sau đó được CPU giải mã.

Bộ nhớ

Chức năng bộ nhớ trong vi điều khiển giống như bộ vi xử lý. Nó được sử dụng để lưu trữ dữ liệu và chương trình. Vi điều khiển thường có một lượng RAM và ROM nhất định (EEPROM, EPROM…) hoặc bộ nhớ flash để lưu trữ mã nguồn chương trình.

Cổng đầu vào / đầu ra

Cổng đầu vào / đầu ra được sử dụng chủ yếu điều khiển hoặc giao tiếp các thiết bị như màn hình LCD, đèn LED, máy in, bộ nhớ…cho vi điều khiển.

Cổng nối tiếp

Cổng nối tiếp tạo ra giao diện nối tiếp giữa vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi khác như cổng song song.

Bộ đếm thời gian  / bộ đếm

Đây là một trong những chức năng hữu ích của vi điều khiển. Một vi điều khiển có thể có nhiều bộ đếm thời gian và bộ đếm. Bộ đếm thời gian và bộ đếm có chức năng đếm thời gian và đếm bên trong vi điều khiển. Hoạt động chính của bộ phận này là làm chức năng đồng hồ, phát xung, đo tần số, tạo ra dao động… Nó cũng được sử dụng để đếm xung bên ngoài.

Bộ chuyển đổi analog sang digital (ADC)

Bộ chuyển đổi ADC được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu analog sang dạng digital. Tín hiệu đầu vào trong bộ chuyển đổi này phải ở dạng analog (ví dụ: đầu ra cảm biến) và đầu ra từ thiết bị này ở dạng digital. Đầu ra digital có thể được sử dụng cho các ứng dụng kỹ thuật số (ví dụ: các thiết bị đo lường).

Bộ chuyển đổi Digital sang Analog (DAC)

Hoạt động của DAC là đảo ngược của ADC. DAC chuyển đổi tín hiệu digital thành định dạng analog. Nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị analog như động cơ DC, các ổ đĩa…

Điều khiển ngắt

Điều khiển ngắt được sử dụng để ngắt (trễ) một chương trình làm việc. Việc ngắt có thể ở bên ngoài (được kích hoạt bằng cách sử dụng chân ngắt) hoặc bên trong (bằng cách sử dụng lệnh ngắt trong khi lập trình).

Khối chức năng đặc biệt

Một số vi điều khiển chỉ được sử dụng cho một số ứng dụng đặc biệt (ví dụ: hệ thống không gian và rô bốt) các bộ điều khiển này có chứa các cổng bổ sung để thực hiện các hoạt động đặc biệt đó. Đây được coi là khối chức năng đặc biệt.

Ưu điểm của vi điều khiển

Những ưu điểm chính của vi điều khiển là:

a) Vi điều khiển hoạt động như một máy vi tính không có bất kỳ bộ phận kỹ thuật số nào.

b) Tích hợp cao hơn bên trong vi điều khiển làm giảm chi phí và kích thước của hệ thống.

c) Việc sử dụng vi điều khiển rất đơn giản, dễ khắc phục sự cố và bảo trì hệ thống.

d) Hầu hết các chân được lập trình bởi người dùng để thực hiện các chức năng khác nhau.

e) Dễ dàng kết nối thêm các cổng RAM, ROM, I / O.

f) Cần ít thời gian để thực hiện các hoạt động.

Nhược điểm của vi điều khiển

a) Vi điều khiển có kiến trúc phức tạp hơn so với vi xử lý.

b) Chỉ thực hiện đồng thời một số lệnh thực thi giới hạn.

c) Chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị vi mô.

d) Không thể trực tiếp giao tiếp các thiết bị công suất cao.

Ứng dụng

Bạn có thể tìm thấy vi điều khiển trong tất cả các loại thiết bị điện tử hiện nay. Bất kỳ thiết bị nào liên quan đến đo lường, lưu trữ, điều khiển, tính toán hoặc hiển thị thông tin đều phải có chip vi điều khiển bên trong. Ứng dụng lớn nhất của vi điều khiển là trong ngành công nghiệp ô tô (vi điều khiển được sử dụng rộng rãi để kiểm soát động cơ và điều khiển công suất trong ô tô). Bạn cũng có thể tìm thấy vi điều khiển bên trong bàn phím, chuột, modem, máy in và các thiết bị ngoại vi khác. Trong thiết bị thử nghiệm, vi điều khiển giúp bạn dễ dàng thêm các tính năng như khả năng lưu trữ số đo, tạo và lưu trữ các thói quen của người dùng và hiển thị thông báo cũng như dạng sóng. Sản phẩm tiêu dùng sử dụng bộ vi điều khiển bao gồm máy quay kỹ thuật số, đầu phát quang, màn hình LCD / LED…