Mạch Vi Điều khiển

Vi Điều khiển (Micro – Controller: mC)

          1.1.    Mô hình Tổng quát

                   1.1.1. Định nghĩa/Khái niệm về Vi Điều khiển

Với những tiến bộ Công nghệ vượt bậc, càng ngày người ta càng chế tạo được các Chip với mật độ tích hợp cao hơn và nhờ vậy trong một Chip Công nghệ cao có thể được tích hợp với tất cả các bộ phận kết nối/giao tiếp với các Thiết bị ngoài và cả Bộ nhớ cũng được tích hợp vào bên trong Chip Vi Xử lý nên được gọi là Vi Điều khiển.

Điều đó có nghĩa là khác với các Dòng Vi Xử lý trước đây chỉ được chế tạo với Công nghệ Tích hợp mật độ thấp nên bên trong Vi Xử lý chỉ có các bộ phận quan trọng là Vi Xử lý Trung tâm (CPU – Central Processing Unit) còn các Khối Nhớ và các bộ phận Ghép nối Vào/Ra đều riêng biệt ở bên ngoài dưới dạng là những Linh kiện/Phụ kiện kèm theo.

          Đối với Vi Điều khiển thì bên trong nó đã tích hợp cả các Bộ nhớ cần thiết (mặc dầu vậy Dung lượng Bộ nhớ trong của Vi Điều khiển vẫn không mạnh bằng Bộ nhớ ngoài nên nhiều ứng dụng vẫn phải ghép thêm Bộ nhớ ngoài) và một số các phần tử/bộ phận Ghép nối Vào/Ra nên cấu trúc bên ngoài của các Hệ thống Điều khiển có ứng dụng các Chip Vi Điều khiển thường có cấu trúc gọn hơn so với những Mô hình ứng dụng Vi Xử lý.

          Chính vì vậy, Mô hình Vi Điều khiển tối thiểu có thể được minh họa thông qua hình dưới đây để minh chứng cho vai trò của một Chip Vi Điều khiển:

          Hình trên đây cho thấy đây là một Hệ thống Điều khiển có cấu hình tối thiểu chỉ cần một Chip Vi Xử lý thuộc Họ 8051 là đã có thể trực tiếp đảm đương được mọi khả năng giao tiếp với bên ngoài để thực hiện được mọi chức năng giao tiếp và điều khiển của nó.

          Chú ý: IC1 là Vi Điều khiển thuộc họ 8051, IC2 là Mạch Đệm 74245 có nhiệm vụ phối kháng với tải đầu ra là các LED vì bản thân tải trở đầu ra của Vi Điều khiển rất lớn:

Các Ngõ ra của Vi Điều khiển chỉ tạo được mức áp đầu ra ở mức cao vào khoảng 2,4V và ở mức thấp là 0,6V và đặc biệt là Cường độ dòng tải rất nhỏ không thể làm sáng được các đèn LED nên cần phải có thêm Mạch Đệm 74245 để cung cấp dòng tải đủ lơn làm sáng đèn LED. Nhiều trường hợp khác không cần dòng tải lớn có thể ghép trực tiếp với tải mà không cần bất kỳ Mạch Đệm nào.

Mạch dưới đây minh họa rõ hơn về vai trò và chức năng của Vi Điều khiển thuộc họ 8051:         

          2.1.2. Phân loại các Version của 8051

          Kể từ khi Version đầu tiên của 8051 ra đời cho đến nay, các Thế hệ tiếp theo được lần lượt ra dời và phát triển hơn hẳn so với những Thế hệ trước đó.

          Vì vậy, những Dòng sản phẩm sau này được qui ước tên gọi tùy thuộc vào những tính năng quan trọng như Mô hình Tổng quát trên đã nêu cho thấy rằng Thế hệ đầu tiên là 8031 được chế tạo với Bộ nhớ trong là ROM 4KB và tiếp theo là 8051 cũng được chế tạo với Bộ nhớ trong là ROM 4KB.

          Kể từ khi Công nghệ phát triển cho phép có thể tích hợp được EEPROM vào trong một Chip bất kỳ thì những Hậu duệ của 8051 cũng được tạo thành với những phiên bản khác với tên gọi là 8951 với EEPROM trong 4KB và nhiều phiên bản khác với Dung lượng Bộ nhớ mạnh hơn…

          Hình trên đây minh họa thêm một Version của 8051 được phát triển sau này và được gọi là 89C52 (hình bên mô tả toàn bộ cấu trúc lắp ráp của mạch nguyên lý nói trên). Mạch trên đây là một mô hình truyền Dữ liệu với hai Cổng ghép nối Vào/Ra gồm Cổng RS – 232 thông qua một IC giao tiếp chuyển dụng là MAX232 và Cổng song song thông qua Chip Giao tiếp Lập trình được (Programmable Peripheral Interface – PPI) là 8255A.

          2.1.3. Vai trò và chức năng của Vi Điều khiển

          Từ mô hình và sự phân loại các Dòng Vi Điều khiển nói trên cho thấy rằng một Chip Vi Điều khiển có thể nhiệm mọi chức năng kể cả khả năng xử lý Dữ liệu và truyền nhận Dữ liệu trực tiếp với các Thiết bị ngoài bất kỳ thông qua đó thể hiện được các chức năng điều khiển trực tiếp đối với các Cơ cấu Chấp hành hoặc với các Thiết bị chuyên trách.

          Mặc dầu vậy, để một Vi Điều khiển có thể đảm đương được mọi ‘Sư mệnh’ của nó thì nó phải phối hợp với một số linh kiện bên ngoài tối thiểu như trên đây.
 

          2.2.    Các loại Chip Vi Điều khiển thông dụng    

          Theo trên, cho đến nay có rất nhiều Họ Vi Điều khiển do nhiều Tập đoàn Công nghệ của Thế giới nghiên cứu phát triển theo nhiều xu hướng khác nhau.

Riêng đối với Họ 8051 của ATMEL cũng đã được phát triển và thay đổi liên tục để tạo ra nhiều Version khác nhau nên những

          2.3.    Các Ứng dụng Cơ bản

Ø          Truyền tín hiệu Video

Mạch bên đây mô tả một Hệ thống nhập Tín hiệu đơn giản bao gồm 2 Cổng Tín hiệu vào để đồng bộ là Vsynch và HSynch, một Cổng RESET để xoá các lệnh thường trú hiện thời để bắt đầu lại từ đầu khi có Xung Reset đưa vào.