Giáo trình Mô đun Vi điều khiển Nghề Điện tử Công nghiệp trình độ Trung cấp - Bộ LĐTBXH

• Tác giả: Lê Văn Hùng
• Trường học: Trường Cao Đẳng Nghề Lilama 2
• Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp
• Đề tài: Vi Điều Khiển Nghề Điện Tử Công Nghiệp Trình Độ Trung Cấp
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Đồng Nai

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình mô đun vi điều khiển nghề điện tử công nghiệp

Giáo trình mô đun vi điều khiển là tài liệu đào tạo cốt lõi cho nghề Điện tử công nghiệp trình độ trung cấp. Tài liệu này do Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội ban hành, nằm trong hệ thống chương trình khung quốc gia. Nội dung tập trung vào dòng vi điều khiển phổ biến 8051, cung cấp kiến thức từ cơ bản đến nâng cao. Giáo trình được biên soạn với dung lượng 150 giờ học, tích hợp chặt chẽ lý thuyết và thực hành. Mục tiêu chính là trang bị cho học viên khả năng hiểu nguyên lý, cấu trúc và lập trình vi điều khiển. Phương pháp biên soạn hướng đến tính logic, dễ hiểu và gắn liền với nhu cầu thực tế của sản xuất công nghiệp.

1.1. Mục tiêu và đối tượng đào tạo của giáo trình

Giáo trình mô đun vi điều khiển hướng đến đối tượng học viên trung cấp nghề Điện tử công nghiệp. Mục tiêu đào tạo là giúp người học nắm vững kiến thức nền tảng về vi điều khiển, từ lịch sử phát triển đến cấu trúc phần cứng. Học viên sẽ được rèn luyện kỹ năng lập trình hợp ngữ, sử dụng các cổng vào ra và ngắt. Chương trình cũng nhấn mạnh khả năng ứng dụng kiến thức vào các thiết bị điện tử thực tế trong công nghiệp và dân dụng. Giáo trình này là nền tảng quan trọng để học viên tiếp cận các hệ thống điều khiển tự động phức tạp hơn.

1.2. Cơ sở pháp lý và phạm vi áp dụng của giáo trình

Giáo trình được ban hành theo Quyết định số 120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục Dạy nghề. Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình, được phép sử dụng cho mục đích đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích sử dụng khác, đặc biệt mang tính thương mại hoặc lệch lạc, đều bị nghiêm cấm. Phạm vi áp dụng chính là hệ thống đào tạo nghề trung cấp trên toàn quốc. Các cơ sở giáo dục nghề nghiệp có thể linh hoạt điều chỉnh thời gian và nội dung cho phù hợp với điều kiện thực tế của mình.

II. Phân tích nội dung và cấu trúc của giáo trình mô đun

Nội dung giáo trình mô đun vi điều khiển được phân chia thành các bài học rõ ràng, logic. Chương trình bao gồm sáu bài chính, mỗi bài tập trung vào một khía cạnh cụ thể của vi điều khiển 8051. Bài đầu tiên giới thiệu lịch sử và hướng phát triển, tạo nền tảng tổng quan. Các bài tiếp theo đi sâu vào cấu trúc phần cứng, tập lệnh, các bộ định thời và cổng nối tiếp. Bài cuối cùng tập trung vào phần mềm hợp ngữ, giúp học viên viết mã điều khiển. Cấu trúc này đảm bảo người học tiếp cận kiến thức từ lý thuyết sang thực hành một cách tuần tự. Mỗi bài đều có nội dung thực tập để củng cố kỹ năng.

2.1. Cấu trúc phần cứng của họ vi điều khiển 8051

Giáo trình phân tích chi tiết cấu trúc phần cứng của họ vi điều khiển 8051. Nội dung bao gồm sơ đồ chân, các Port vào ra và chức năng của từng chân. Ví dụ, Port 0 có hai chức năng: dùng làm ngõ vào ra hoặc bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp. Học viên sẽ tìm hiểu về các thanh ghi, bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Các thông số kỹ thuật như dung lượng ROM, RAM, số timer và nguồn ngắt được trình bày trong bảng so sánh. Kiến thức này giúp học viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động bên trong của vi điều khiển.

2.2. Tập lệnh và lập trình hợp ngữ cho vi điều khiển

Phần nội dung về tập lệnh là cốt lõi của kỹ năng lập trình vi điều khiển. Giáo trình trình bày hệ thống lệnh của dòng 8051 một cách có hệ thống. Học viên được hướng dẫn cách sử dụng các lệnh số học, lệnh logic và lệnh nhảy có điều kiện. Phần mềm hợp ngữ được giới thiệu như công cụ chính để viết và gỡ lỗi chương trình. Nội dung thực hành yêu cầu học viên viết các đoạn mã đơn giản điều khiển đèn LED, đọc tín hiệu từ cảm biến. Điều này xây dựng nền tảng vững chắc cho việc phát triển các ứng dụng điều khiển phức tạp hơn.

III. Giải pháp học tập và phương pháp đào tạo mô đun vi điều khiển

Để đạt hiệu quả đào tạo cao, giáo trình đề xuất phương pháp tích hợp lý thuyết và thực hành. Thời lượng 150 giờ được phân bổ hợp lý giữa học trên lớp và thực hành tại xưởng. Học viên cần chủ động ôn tập lý thuyết trước mỗi buổi thực hành. Giáo viên nên sử dụng các mô hình mô phỏng và board mạch thực tế để minh họa. Việc tổ chức các dự án nhỏ, như xây dựng mạch điều khiển đơn giản, giúp củng cố kiến thức. Phương pháp này khuyến khích tư duy giải quyết vấn đề và sáng tạo trong ứng dụng công nghệ.

3.1. Phương pháp tiếp cận lý thuyết và thực hành tích hợp

Phương pháp đào tạo nhấn mạnh sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực hành. Sau mỗi bài học lý thuyết về cấu trúc hay tập lệnh, học viên sẽ có bài thực tập tương ứng. Ví dụ, sau khi học về Port I/O, học viên thực hành kết nối LED và viết chương trình điều khiển. Giáo viên đóng vai trò hướng dẫn, giải đáp thắc mắc và đánh giá kết quả. Cách tiếp cận này giúp người học hiểu sâu nguyên lý và hình thành kỹ năng nghề nghiệp vững chắc. Nó cũng phản ánh yêu cầu thực tế của công việc trong ngành điện tử công nghiệp.

3.2. Vai trò của giáo viên và tài liệu tham khảo bổ sung

Giáo viên đóng vai trò then chốt trong việc truyền đạt kiến thức từ giáo trình. Họ cần có kiến thức chuyên môn sâu và kinh nghiệm thực tế để giảng dạy hiệu quả. Ngoài giáo trình chính, giáo viên nên cung cấp thêm các tài liệu tham khảo, datasheet của linh kiện. Việc cập nhật các công nghệ mới, như dòng vi điều khiển ARM, giúp mở rộng tầm nhìn cho học viên. Giáo viên cũng cần linh hoạt điều chỉnh nội dung cho phù hợp với trình độ học viên và cơ sở vật chất của từng trường. Sự hỗ trợ từ phía nhà trường về phòng lab và thiết bị là rất quan trọng.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của giáo trình mô đun

Giáo trình mô đun vi điều khiển là tài liệu đào tạo có giá trị thực tiễn cao. Nó cung cấp nền tảng kiến thức vững chắc cho học viên trung cấp nghề điện tử công nghiệp. Sau khi hoàn thành mô đun, người học có khả năng đọc hiểu tài liệu kỹ thuật, lập trình và gỡ lỗi cơ bản cho vi điều khiển 8051. Kiến thức này có thể áp dụng ngay vào các vị trí kỹ thuật viên bảo trì, sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp. Giáo trình cũng mở ra hướng phát triển cho các lĩnh vực như tự động hóa, điều khiển nhúng và IoT. Đây là bước đệm quan trọng để học viên tiếp tục học tập nâng cao và đáp ứng nhu cầu nhân lực của ngành.

4.1. Các lĩnh vực ứng dụng của kiến thức vi điều khiển

Kiến thức từ giáo trình mô đun vi điều khiển được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong công nghiệp, vi điều khiển dùng để điều khiển động cơ, dây chuyền sản xuất tự động. Trong dân dụng, chúng xuất hiện trong máy giặt, điều hòa, thiết bị gia dụng thông minh. Các thiết bị y tế như máy đo huyết áp, máy theo dõi bệnh nhân cũng sử dụng vi điều khiển. Lĩnh vực giao thông vận tải ứng dụng vào hệ thống điều khiển đèn tín hiệu, thiết bị giám sát hành trình. Với sự phát triển của IoT, vai trò của vi điều khiển ngày càng trở nên quan trọng hơn.

4.2. Hướng phát triển và nâng cao sau khi hoàn thành mô đun

Sau khi hoàn thành mô đun vi điều khiển, học viên có nhiều hướng phát triển nghề nghiệp. Có thể theo đuổi vị trí kỹ thuật viên điện tử, kỹ sư hỗ trợ tại các nhà máy. Việc tự học thêm về các dòng vi điều khiển tiên tiến hơn như ARM, PIC là cần thiết. Nghiên cứu thêm về hệ thống nhúng, giao tiếp không dây và IoT sẽ mở rộng cơ hội việc làm. Học viên cũng có thể liên thông lên cao đẳng, đại học để nâng cao trình độ chuyên môn. Giáo trình này là nền tảng vững chắc để tiếp cận với công nghệ điều khiển tự động hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Mô đun: VI ĐIỀU KHIỂN NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ : TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề Năm 2013 -1- TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. -2- LỜI GIỚI THIỆU Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp ở trình độ CĐN và TCN, giáo trình Mô đun Vi điều khiển là một trong những giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội và Tổng cục Dạy nghề ban hành dành cho hệ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề Điện tử công nghiệp. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 150 giờ gồm có: Bài MĐ24-01: Sơ lược về lịch sử và hướng phát triển của vi điều khiển. Bài MĐ24-02: Cấu trúc họ vi điều khiển 8051. Bài MĐ24-03: Tập lệnh 8051. Bài MĐ24-04: Bộ định thời. Bài MĐ24-05: Cổng nối tiếp. Bài MĐ24-07: Phần mềm hợp ngữ. Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai Đồng Nai, ngày 10 tháng 06 năm 2013 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên :TS. Kỹ sư Lê Văn Hùng 3. Kỹ sư Nguyễn Văn Tuấn -3- MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU . - 2 - BÀI 1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN . - 13 - Nội dung chính: . Lịch sử xuất hiện bộ vi điều khiển 8051. Vi điều khiển (microcontroller). Nguyên lý, cấu tạo. Sản phẩm dân dụng. Trong các thiết bị y tế. Các sản phẩm công nghiệp. Hướng phát triển. - 21 - BÀI 2 CẤU TRÚC CỦA HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 . - 23 - Nội dung chính: . Sơ đồ chân vi điều khiển 8051: . Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN .Chân cho phép chốt địa chỉ ALE . Chân truy xuất ROM ngoài EA. Các chân XTAL1, XTAL2 . Cấu trúc Port I/O . Chức năng các Port I/O (hình 2. Kết nối các Port với led. Tổ chức bộ nhớ. Tổng quan tổ chức bộ nhớ (hình 2. Vùng RAM đa năng. Vùng RAM định địa chỉ bit. Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR). Từ trạng thái chương trình PSW (program status word). Con trỏ Stack. Con trỏ dữ liệu DPTR. Các thanh ghi Port nối tiếp. Các thanh ghi định thời. Các thanh ghi port nối tiếp (Serial Data Buffer). Các thanh ghi ngắt.Thanh ghi điều khiển nguồn PCON. Tổ chức bộ nhớ ngoài. Truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài.Giải mã địa chỉ. Các cải tiến của 8032/8052. Hoạt động Reset. - 47 - BÀI 3 TẬP LỆNH 8051 . Khai báo dữ liệu. Các phương pháp định địa chỉ. Định địa chỉ bằng thanh ghi (hình 3. Định địa chỉ trực tiếp(hình 3. Định địa chỉ gián tiếp (Indirect Addressing) (hình 3. Định địa chỉ tức thời (Immediate Addressing) . Định địa chỉ tương đối (hình 3. Định địa chỉ tuyệt đối (hình 3. Định địa chỉ dài (Long Addressing) ( hình 3. Định địa chỉ chỉ số (Index Addressing). Nhóm lệnh số học. Nhóm lệnh logic. Nhóm lệnh truyền dữ liệu. Nhóm lệnh boolean.Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình. - 87 - BÀI 4 BỘ ĐỊNH THỜI. - 101 - Nội dung chính: .Thanh ghi SFR của timer. Các chế độ làm việc . Nguồn cung cấp xung cho Timer. Chức năng định thời. Khởi động, dừng và điều khiển Timer. Khởi tạo và truy xuất thanh ghi Timer. Đọc bộ định thời đang hoạt động. Thời gian ngắn và thời gian dài. Các thanh ghi điều khiển Timer 2. Chế độ tự động nạp lại. Chế độ tạo xung clock.5 Chế độ tạo tốc độ baud. - 118 - BÀI 5 CỔNG NỐI TIẾP (SERIAL PORT) . Thanh ghi điều khiển. Thanh ghi BDRCON (Baud Rate Control Register). Chế độ làm việc. Thanh ghi dịch 8 bit (chế độ 0). Chế độ UART 8 bit có tốc độ baud thay đổi ( chế độ 1). Chế độ 2: UART 9 bit với tốc độ Baud cố định. Chế độ 3: UART 9 bit với tốc độ Baud thay đổi. Khởi tạo và truy xuất thanh ghi PORT nối tiếp. Bit điều khiển cho phép nhận dữ liệu (Receive Enable). Bit dữ liệu thứ 9. Thêm vào bit chẵn lẻ Parity . Truyền thông đa xử lý (Multiprocessor Communications). Sử dụng bộ định thời 1 là xung clock tốc độ baud. Tạo tốc độ baud bằng Timer 1. Tạo tốc độ baud bằng Timer 2. Bộ tạo tốc độ baud nội.1 Cho phép và không cho phép ngắt: . Thiết kế chương trình sử dụng ngắt.1 Các trình phục vụ ngắt kích thước nhỏ.2 Các trình phục vụ ngắt kích thước lớn. Ngắt cổng nối tiếp. Các cổng ngắt ngoài. Đồ thị thời gian của ngắt. - 165 - BÀI 7 PHẦN MỀM HỢP NGỮ . Một số khái niệm. Hoạt động của trình biên dịch Assembler. Cấu trúc chung chương trình hợp ngữ cho 8051 . Các thành phần cơ bản của ngôn ngữ Assembly. Cấu trúc chương trình dữ liệu. Tính biểu thức trong khi hợp dịch. Các toán tử số học (arithetic operation). Các toán tử logic. Các toán tử quan hệ (relation operators). Các toán tử khác. Thứ tự ưu tiên các toán tử. Các điều khiển của ASSEMBLER. Điều khiển trạng thái ASSEMBLER. Chỉ dẫn định nghĩa kí hiệu. Khởi tạo giá trị trong bộ nhớ . Định địa chỉ trong bộ nhớ. Liên kết chương trình. Cách chọn segment. Hoạt động liên kết (Linker). Truyền tham số cho Macro. Macro với nhãn cục bộ. Tác động lặp lại (Repeat). Các tác vụ điều khiển. - 200 - TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………….-240- -7- MÔ ĐUN VI ĐIỀU KHIỂN Mã mô đun: MĐ 25 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong môn học mô đun: Kỹ thuật xung số điện tử cơ bản, điện tử nâng cao, điện tử công suất, và học trước môn vi mạch số lập trình. - Tính chất của mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề. - Ý nghĩa của mô đun: mô đun giúp ngườu học có kiến thức về điều khiển hệ thống va thiết bị bằng Vi đều khiển. - Vai trò của mô đun: Là mô đun chuyên ngành giúp người học điều Vi khiển hệ thống thông qua các Vi xử lý. Mục tiêu của mô đun: - Vận hành được các thiết bị và dây chuyền sản xuất dùng vi điều khiển. - Xác định được các nguyên nhân gây ra hư hỏng xảy ra trong thực tế. - Kiểm tra và viết được các chương trình điều kiển.  Về kiến thức: - Trình bày được cấu trúc, ứng dụng cả vi điều khiển trong công nghiệp. - Kiểm tra và viết được các chương trình điều khiển.  Về kỹ năng: - Vận hành được các thiết bị và dây chuyền sản xuất dùng vi điều khiển. - Xác định được các nguyên nhân gây ra hư hỏng xảy ra trong thực tế.  Về thái độ: - Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, cẩn thận, chính xác trong học tập và thực hiện công việc Nội dung của mô đun: Thời gian Mã bài Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết Hành tra -8- Sơ lược về lịch sử và hướng MĐ24- phát triển của vi điều khiển 4 4 01 1 1 1. Lịch sử phát triển 1 1 2. Vi điều khiển 1 1 3. Lĩnh vực và ứng dụng 1 1 4. Hướng phát triển 10 7 3 MĐ24- Cấu trúc họ vi điều khiển 8051 02 1 1 1. Cấu trúc Port I/O 1 1 4. Tổ chức bộ nhớ 1 1 5. Các thanh ghi chức năng đặc biệt -9- 1 1 6. Bộ nhớ ngoài 0,5 0,5 7. Các cải tiến của 8032/8052 0,5 0,5 8. Hoạt động Reset 3 3 9. Thực hành ứng dụng Tập lệnh 8051 30 7 22 1 MĐ24- 03 1 1 1. Các cách định địa chỉ 5 4 1 3. Luyện tập 30 9 20 1 MĐ24- Bộ định thời 04 1 1 1. Thanh ghi SFR của timer - 10 - 2 2 3. Các chế độ làm việc 2 2 4. Nguồn cung cấp xung cho Timer 1 5. Khởi động, dừng, điều khiển 1 Timer 2 1 1 6. Khởi tạo và truy xuất thanh ghi Timer 1 1 7. Luyện tập 30 6 23 1 MĐ24- Cổng nối tiếp 05 1 1 1. Thanh ghi điều khiển 2 1 1 3. Chế độ làm việc 2 1 1 4. Khởi tạo và truy suất thanh ghi PORT nối tiếp - 11 - 2 1 1 5. Truyền thông đa xử lý 1 1 1 6. Luyện tập 30 8 21 1 MĐ24- Ngắt 06 1 1 1. Tổ chức ngắt của 8051 1 1 3. Thiết kế chương trình dùng ngắt 1 1 5. Ngắt cổng nối tiếp 1 1 6. Các cổng ngắt ngoài 1 1 7. Đồ thị thời gian của ngắt 20 20 8. Luyện tập - 12 - 16 6 9 1 MĐ24- Phần mềm hợp ngữ 07 1 1 1. Hoạt động của ASSEMBLER 1 1 3. Cấu trúc chương trình dữ liệu 2 1 1 4. Tính biểu thức trong khi hợp dịch 2 0,5 1,5 5. Các điều khiển của ASSEMBLER 2 1 0,5 0,5 6. Hoạt động liên kết 2 1,5 0,5 7.