CH: Bên trong khoá cửa thông minh (Hình 24.1) có một vi điều khiển. Theo em, vi điều khiển đóng vai trò gì trong khoá thông minh này?
I. GIỚI THIỆU
KHÁM PHÁ
CH: Vi điều khiển được coi là một máy tính thu nhỏ trong một mạch tích hợp. Quan sát Hình 24.2 và cho biết những thành phần nào của máy tính cá nhân được thu nhỏ vào vi điều khiển? Những thành phần nào không được thu nhỏ vào vi điều khiển?
LUYỆN TẬP
CH: Hãy chỉ ra một ứng dụng của vi điều khiển trong thiết bị điện gia dụng.
II. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN
1. Sơ đồ chức năng
KHÁM PHÁ
CH: Hình 24.4 minh hoạ quá trình hoạt động của một khoá thông minh. Theo em, vi điều khiển cần có những khối chức năng nào để thực hiện hoạt động này?
LUYỆN TẬP
CH: Một vi điều khiển được dùng để điều khiển LED nhấp nháy theo chu kì thay đổi. Hãy cho biết LED cần được kết nối với cổng vào hay cổng ra của vi điều khiển.
VẬN DỤNG
CH: Một vi điều khiển có CPU hoạt động ở tần số 1MHz.
1. Một xung nhịp của CPU có chu kì bao nhiêu giây?
2. Biết vi điều khiển cần 100 xung nhịp để hoàn thành một câu lệnh, tính thời gian cần thiết để thực hiện câu lệnh.
3. Biết vi điều khiển được lập trình để điều khiển bật và tắt LED thông qua hai câu lệnh khác nhau, tính tần số nhấp nháy tối đa của LED.
PHẦN I. CÁC CÂU HỎI TRONG SGK
KHỞI ĐỘNG CH: Bên trong khóa cửa thông minh (Hình 24.1) có một vi điều khiển. Theo em, vi điều khiển đóng vai trò gì trong khóa thông minh này?
Vi điều khiển trong khóa cửa thông minh đóng vai trò trung tâm điều khiển, chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng chính như:
Nhận tín hiệu đầu vào từ bàn phím, cảm biến vân tay hoặc kết nối không dây (như Bluetooth, RFID).
Xử lý tín hiệu để xác nhận người dùng dựa trên mã PIN, dấu vân tay hoặc tín hiệu không dây.
Điều khiển cơ cấu khóa/mở cửa bằng cách gửi tín hiệu ra điều khiển motor hoặc chốt điện.
Quản lý nguồn điện và kiểm tra trạng thái an toàn của hệ thống.
I. GIỚI THIỆU
KHÁM PHÁ CH: Vi điều khiển được coi là một máy tính thu nhỏ trong một mạch tích hợp. Quan sát Hình 24.2 và cho biết những thành phần nào của máy tính cá nhân được thu nhỏ vào vi điều khiển? Những thành phần nào không được thu nhỏ vào vi điều khiển?
Những thành phần được thu nhỏ vào vi điều khiển:
CPU (Bộ xử lý trung tâm): Đảm nhận việc xử lý dữ liệu và thực thi các câu lệnh.
RAM: Lưu trữ dữ liệu tạm thời trong quá trình thực thi.
ROM (hoặc Flash): Lưu trữ chương trình và các thông tin cố định.
Cổng I/O: Kết nối với các thiết bị bên ngoài như cảm biến, LED, motor.
Timer: Quản lý thời gian và tần số hoạt động của các thiết bị.
Những thành phần không được thu nhỏ vào vi điều khiển:
Màn hình hiển thị: Vi điều khiển thường không tích hợp khả năng hiển thị trực tiếp.
Bàn phím: Đây là thiết bị nhập liệu bên ngoài.
Thiết bị ngoại vi cao cấp: Như card đồ họa, ổ cứng lớn thường không tích hợp do kích thước và nhu cầu xử lý khác biệt.
LUYỆN TẬP CH: Hãy chỉ ra một ứng dụng của vi điều khiển trong thiết bị điện gia dụng.
Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện gia dụng. Ví dụ:
Lò vi sóng: Vi điều khiển quản lý thời gian hoạt động, công suất vi sóng, và các chế độ nấu ăn.
Máy giặt: Vi điều khiển điều khiển các chu trình giặt, thời gian giặt và tốc độ quay của motor.
II. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN
KHÁM PHÁ CH: Hình 24.4 minh họa quá trình hoạt động của một khóa thông minh. Theo em, vi điều khiển cần có những khối chức năng nào để thực hiện hoạt động này?
Để thực hiện hoạt động của khóa thông minh, vi điều khiển cần các khối chức năng sau:
Khối nhận tín hiệu vào: Nhận dữ liệu từ bàn phím, cảm biến vân tay, hoặc kết nối không dây.
Khối xử lý (CPU): Xử lý tín hiệu đầu vào để xác nhận quyền truy cập.
Khối nhớ: Lưu trữ mã PIN, thông tin người dùng hoặc chương trình điều khiển.
Khối điều khiển tín hiệu ra: Điều khiển motor hoặc chốt khóa để mở cửa.
Khối giao tiếp: Kết nối với các thiết bị ngoại vi như màn hình hiển thị hoặc điện thoại.
LUYỆN TẬP CH: Một vi điều khiển được dùng để điều khiển LED nhấp nháy theo chu kỳ thay đổi. Hãy cho biết LED cần được kết nối với cổng vào hay cổng ra của vi điều khiển.
LED cần được kết nối với cổng ra của vi điều khiển. Cổng ra cung cấp tín hiệu điều khiển (bật hoặc tắt) LED theo chương trình được lập trình trước.
VẬN DỤNG
CH: Một vi điều khiển có CPU hoạt động ở tần số 1 MHz.
Một xung nhịp của CPU có chu kỳ bao nhiêu giây? Chu kỳ của một xung nhịp được tính bằng nghịch đảo của tần số: \(T=1f=11×106=1 μsT = \frac{1}{f} = \frac{1}{1 \times 10^6} = 1 \, \mu s\) Một xung nhịp của CPU có chu kỳ \(1 μs1 \, \mu s\).
Biết vi điều khiển cần 100 xung nhịp để hoàn thành một câu lệnh, tính thời gian cần thiết để thực hiện câu lệnh. Thời gian thực hiện một câu lệnh được tính bằng: \(t=T×100=1 μs×100=100 μst = T \times 100 = 1 \, \mu s \times 100 = 100 \, \mu s\) Thời gian cần thiết để thực hiện một câu lệnh là \(100 μs100 \, \mu s.\)
Biết vi điều khiển được lập trình để điều khiển bật và tắt LED thông qua hai câu lệnh khác nhau, tính tần số nhấp nháy tối đa của LED. Thời gian thực hiện cả hai câu lệnh: \(ttotal=2×100 μs=200 μst_{total} = 2 \times 100 \, \mu s = 200 \, \mu s\)
Tần số nhấp nháy tối đa của LED được tính bằng: \(f=1ttotal=1200 μs=5 kHzf = \frac{1}{t_{total}} = \frac{1}{200 \, \mu s} = 5 \, kHz\)
