Giáo Trình Vi Điều Khiển Nâng Cao Nghề Điện Tử Dân Dụng Trình Độ Cao Đẳng

Giáo trình kỹ thuật về vi điều khiển nâng cao nghề điện tử dân dụng trình độ cao đẳng, biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Nhàn
• Trường học: Cao đẳng nghề Cần Thơ
• Chuyên ngành: Điện tử dân dụng
• Đề tài: Giáo Trình Vi Điều Khiển Nâng Cao Cho Nghề Điện Tử Dân Dụng
• Loại tài liệu: giáo trình
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. BÀI 1: VI ĐIỀU KHIỂN PIC
• 1.1. Cấu trúc của vi điều khiển
• 1.2. Kiến trúc Von Neumann
• 1.3. Kiến trúc Harvard
• 1.4. Một số họ vi điều khiển thông dụng
• 1.4.1. Vi điều khiển của Atmel
• 1.4.2. Vi điều khiển của Microchip
• 1.4.3. Vi điều khiển của Cypress
• 1.4.4. Vi điều khiển của Hitachi
• 1.4.5. Vi điều khiển của Motorola
• 1.4.6. Vi điều khiển của Maxim
• 1.5. Vi điều khiển PIC18F4550
• 1.5.1. Cấu trúc phần cứng
• 1.5.1.1. Sơ đồ khối phần cứng
• 1.5.1.2. Thiết kế phần cứng
• 1.5.1.2.1. Cấp nguồn cho vi điều khiển
• 1.5.1.2.2. Khối tạo dao động
• 1.5.1.2.3. Hoạt động Reset
• 1.5.1.2.4. Cổng nạp chương trình
• 1.5.1.2.5. Các tính năng đặc biệt, các bit cấu hình của PIC 18F4550
• 1.5.2. Thực hành khảo sát nguồn và dao động
• 2. BÀI 2: NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH PIC18F4550
• 2.1. Các phần mềm lập trình
• 2.1.1. Phần mềm MPLAB
• 2.1.2. Phần mềm CCS
• 2.1.3. Phần mềm MikroC
• 2.2. Phần mềm MPLAB và XC8
• 2.2.1. Khởi tạo Project trên phần mềm MPLAB
• 2.2.2. Ngôn ngữ lập trình C của trình biên dịch XC8
• 2.2.2.1. Khung một chương trình ngôn ngữ C với XC8
• 2.2.2.2. Biến và khai báo biến
• 2.2.2.3. Hằng và khai báo hằng
• 2.2.2.4. Mảng và khai báo mảng
• 2.2.2.5. Khai báo các hàm trong XC8
• 2.2.2.6. Các phép toán cơ bản
• 2.2.2.7. Các cấu trúc điều khiển, rẽ nhánh
• 2.3. Bộ định thời timer
• 2.3.1. Các thanh ghi liên quan
• 2.3.2. Sử dụng các bộ PWM
• 2.4. Bộ biến đổi ADC
• 2.4.1. Các thanh ghi liên quan
• 2.4.2. Điều khiển hoạt động chuyển đổi A/D
• 2.5. Truyền thông nối tiếp trong vi điều khiển
• 2.5.1. Khái niệm về truyền thông nối tiếp
• 2.5.2. Module EUSART trên PIC18F4550
• 2.6. Cài đặt phần mềm
• 2.6.1. Cài đặt phần mềm CCS
• 2.6.2. Cài đặt phần mềm MPLABX IDE và XC16 cho vi điều khiển PIC
• 3. BÀI 3: BỘ THỰC HÀNH PIC18F4550
• 3.1. Bộ thực hành vi điều khiển PIC và các mô đun mở rộng
• 3.1.1. Các module tích hợp sẵn trên bộ thực hành
• 3.1.2. Điều khiển hiển thị LED đơn và LED 7 thanh
• 3.1.3. Điều khiển hiển thị LED ma trận
• 3.1.4. Quét bàn phím ma trận
• 3.1.5. Module truyền thông nối tiếp
• 3.2. Các bài thực hành với các module mở rộng
• 3.2.1. Module điều khiển động cơ DC
• 3.2.2. Module điều khiển rơ le
• 3.2.3. Module điều khiển động cơ bước
• 3.2.4. Module điều khiển nhiệt độ
• 3.2.5. Module điều khiển đèn giao thông
• 3.2.6. Module điều khiển Led ma trận
• 3.2.7. Module điều khiển hiển thị LCD
• 3.3. Khảo sát bộ thực hành lập trình vi điều khiển PIC (TPAD)
• 3.4. Kết nối thiết bị với máy tính
• 4. BÀI 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG
• 4.1. Chương trình điều khiển LED đơn (chương trình mẫu)
• 4.1.1. Viết chương trình theo yêu cầu
• 4.1.2. Chạy mô phỏng
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Giáo Trình Vi Điều Khiển Nâng Cao

Giáo trình vi điều khiển nâng cao cho nghề điện tử dân dụng là tài liệu quan trọng, giúp học viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết. Tài liệu này được biên soạn dựa trên chương trình đào tạo của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ, nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế trong ngành điện tử. Nội dung giáo trình bao gồm các bài học từ cơ bản đến nâng cao, giúp học viên hiểu rõ về cấu trúc và ứng dụng của vi điều khiển.

1.1. Mục Tiêu Của Giáo Trình Vi Điều Khiển

Giáo trình nhằm trang bị cho học viên kiến thức về vi điều khiển, từ cấu trúc đến ứng dụng thực tiễn. Học viên sẽ học cách phân biệt giữa vi điều khiển và vi xử lý, cũng như các ứng dụng trong công nghiệp.

1.2. Đối Tượng Sử Dụng Giáo Trình

Giáo trình này phù hợp cho sinh viên ngành điện tử dân dụng, cơ điện tử và những ai muốn tìm hiểu sâu về vi điều khiển. Nó cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho giảng viên và các chuyên gia trong lĩnh vực.

II. Những Thách Thức Trong Việc Học Vi Điều Khiển

Việc học vi điều khiển không chỉ đơn thuần là lý thuyết mà còn yêu cầu thực hành và ứng dụng thực tế. Học viên thường gặp khó khăn trong việc nắm bắt các khái niệm phức tạp và áp dụng chúng vào thực tế. Đặc biệt, việc lập trình và thiết kế mạch điện cũng là một thách thức lớn.

2.1. Khó Khăn Trong Lập Trình Vi Điều Khiển

Lập trình vi điều khiển yêu cầu học viên phải nắm vững ngôn ngữ lập trình như C hoặc Assembly. Việc hiểu rõ các cấu trúc điều khiển và cách thức hoạt động của vi điều khiển là rất quan trọng.

2.2. Thực Hành Với Mạch Điện

Học viên cần thực hành với các mạch điện để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của vi điều khiển. Việc thiết kế và lắp ráp mạch điện có thể gây khó khăn cho những người mới bắt đầu.

III. Phương Pháp Học Tập Hiệu Quả Với Giáo Trình Vi Điều Khiển

Để học tập hiệu quả với giáo trình vi điều khiển, học viên cần áp dụng các phương pháp học tập tích cực. Việc kết hợp lý thuyết với thực hành sẽ giúp củng cố kiến thức và kỹ năng. Học viên nên tham gia các buổi thực hành và thảo luận nhóm để trao đổi kinh nghiệm.

3.1. Kết Hợp Lý Thuyết Và Thực Hành

Học viên nên thực hành lập trình và thiết kế mạch điện song song với việc học lý thuyết. Điều này giúp họ hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của vi điều khiển trong thực tế.

3.2. Tham Gia Các Buổi Thực Hành Nhóm

Tham gia thảo luận và thực hành nhóm giúp học viên trao đổi kiến thức và kinh nghiệm. Điều này không chỉ giúp củng cố kiến thức mà còn phát triển kỹ năng làm việc nhóm.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Vi Điều Khiển Trong Ngành Điện Tử

Vi điều khiển được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ thiết bị gia dụng đến công nghiệp. Các ứng dụng này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả công việc. Học viên cần nắm rõ các ứng dụng thực tiễn để có thể áp dụng kiến thức vào thực tế.

4.1. Ứng Dụng Trong Thiết Bị Gia Dụng

Vi điều khiển được sử dụng trong các thiết bị như máy giặt, lò vi sóng và điều hòa không khí. Những thiết bị này giúp tự động hóa nhiều quy trình trong cuộc sống hàng ngày.

4.2. Ứng Dụng Trong Công Nghiệp

Trong công nghiệp, vi điều khiển được sử dụng để điều khiển dây chuyền sản xuất, giám sát và điều khiển các thiết bị tự động. Điều này giúp nâng cao năng suất và giảm thiểu sai sót.

V. Kết Luận Về Giáo Trình Vi Điều Khiển Nâng Cao

Giáo trình vi điều khiển nâng cao là tài liệu thiết yếu cho học viên ngành điện tử dân dụng. Nó không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp học viên phát triển kỹ năng thực hành. Việc nắm vững kiến thức về vi điều khiển sẽ mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp trong tương lai.

5.1. Tương Lai Của Ngành Vi Điều Khiển

Ngành vi điều khiển đang phát triển mạnh mẽ với sự gia tăng của các thiết bị thông minh. Học viên cần cập nhật kiến thức mới để không bị lạc hậu.

5.2. Khuyến Khích Học Tập Liên Tục

Học viên nên duy trì thói quen học tập liên tục để nâng cao kiến thức và kỹ năng. Việc tham gia các khóa học bổ sung sẽ giúp họ phát triển hơn trong nghề nghiệp.

Nội dung chính

BÁO CÁO THƯ MỤC HỌC THUẬT VÀ NỘI DUNG GIÁO TRÌNH: VI ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Giáo trình Vi điều khiển nâng cao (Mã mô đun: MĐ32) là tài liệu học tập và giảng dạy chuyên môn nghề bắt buộc trong chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng cho nghề Điện tử dân dụng. Tài liệu được biên soạn bởi ThS./Kỹ sư Nguyễn Thanh Nhàn (Chủ biên) và được ban hành chính thức theo khung chương trình đào tạo năm 2021 của Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ. Trong cấu trúc phân phối chương trình, mô đun được bố trí sau các môn học cơ sở cốt lõi bao gồm Mạch điện tử, Kỹ thuật số, Vi điều khiển cơ bản, đồng thời được tổ chức học song song với các mô đun kỹ thuật chuyên ngành như Điều khiển lập trình cỡ nhỏ, PLC cơ bản và Điều khiển thông minh.

Tổng thời lượng đào tạo của giáo trình được quy chuẩn là 60 giờ, bao gồm 30 giờ lý thuyết, 27 giờ thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập và 3 giờ kiểm tra định kỳ. Mục tiêu học tập trọng tâm của mô đun là hình thành năng lực phân biệt rõ ràng giữa vi điều khiển, vi xử lý và hệ thống nhúng; nắm vững kiến trúc phần cứng, nguyên lý hoạt động của dòng vi điều khiển Microchip PIC18F4550; thiết kế giải thuật và lập trình điều khiển hệ thống; vận hành, phân tích nguyên nhân sự cố và sửa chữa các mạch điều khiển tự động trong ứng dụng dân dụng và công nghiệp; rèn luyện kỷ luật lao động và an toàn thiết bị.

Giáo trình được cấu trúc thành 4 bài học tích hợp từ cơ sở phần cứng đến ứng dụng thực tế:

• Bài 1 (MĐ32-01): Vi điều khiển PIC (8 giờ)
• Bài 2 (MĐ32-02): Ngôn ngữ lập trình PIC18F4550 (12 giờ)
• Bài 3 (MĐ32-03): Bộ thực hành PIC18F4550 (16 giờ)
• Bài 4 (MĐ32-04): Lập trình điều khiển và mô phỏng (24 giờ)

Điểm đặc sắc của giáo trình thể hiện ở phương pháp tiếp cận gắn liền với thiết bị thực tế, đối chiếu trực tiếp giữa giản đồ phần cứng, thanh ghi chức năng đặc biệt SFR với mã nguồn C của trình biên dịch MPLAB XC8 và bộ thực hành TPAD.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình phân bổ tuần tự theo logic phát triển từ phân tích phần cứng vi mạch, làm chủ công cụ lập trình phần mềm, ghép nối ngoại vi đến thiết kế hệ thống điều khiển:

1. Bài 1 - Vi điều khiển PIC (MĐ32-01): Khảo sát định nghĩa vi điều khiển (MCU) và so sánh với vi xử lý (MPU); phân tích kiến trúc Von Neumann và kiến trúc Harvard; tổng quan các dòng MCU Atmel, Microchip, Cypress, Hitachi, Motorola, Maxim; khảo sát cấu trúc chip PIC18F4550 gồm bộ nhớ Flash 16.384 bytes, SRAM 768 bytes, EEPROM 256 bytes; 10 chế độ dao động xung nhịp (LP, XT, HS, HSPLL, RC, RCIO, INTIO1, INTIO2, EC, ECIO); 8 nguồn reset hệ thống (POR, BOR, MCLR, WDT, Stack Full/Underflow, RESET instruction); phân tích sơ đồ chân các dạng vỏ PDIP, TQFP, QFN; thiết kế mạch nguồn 5VDC, tụ decoupling 0.1uF, mạch nạp ICSP và các thanh ghi cấu hình hệ thống CONFIGx (IESO, FCMEN, FOSC, PWRTEN, WDTEN, MCLRE, DEBUG, LVP, CP, CPD).
2. Bài 2 - Ngôn ngữ lập trình PIC18F4550 (MĐ32-02): Phân loại 3 lớp ngôn ngữ lập trình (ngôn ngữ máy, hợp ngữ 76 lệnh, ngôn ngữ thuật toán bậc cao); so sánh các IDE/trình biên dịch MPLAB XC8, CCS, MikroC; quy trình khởi tạo dự án trên MPLAB X IDE; cú pháp C trên XC8 (chỉ thị tiền xử lý #define, #include, kiểu dữ liệu số nguyên bit/char/short/int/long, số thực float/double, mảng, hàm, ngắt __interrupt); nguyên lý cấu hình và vận hành các bộ định thời Timer0 (8/16-bit, thanh ghi T0CON), Timer1 (16-bit, T1CON, tạo dao động phụ), Timer2 (8-bit với PR2, T2CON); bộ chuyển đổi tương tự - số ADC 10-bit; bộ điều chế độ rộng xung CCP/PWM và cổng truyền thông nối tiếp EUSART.
3. Bài 3 - Bộ thực hành PIC18F4550 (MĐ32-03): Khảo sát sơ đồ khối bộ kit thực hành TPAD; giao tiếp vi điều khiển với các module hiển thị LED đơn, LED 7 thanh, LED ma trận, quét bàn phím ma trận, cổng truyền thông nối tiếp; vận hành các module mở rộng gồm module điều khiển động cơ DC, module rơ le, module động cơ bước, module điều khiển nhiệt độ, module đèn giao thông và màn hình LCD.
4. Bài 4 - Lập trình điều khiển và mô phỏng (MĐ32-04): Phương pháp xây dựng thuật toán điều khiển cơ cấu chấp hành; viết mã nguồn chương trình mẫu điều khiển LED đơn qua các thanh ghi TRISx, PORTx, LATx; kỹ thuật tạo trễ __delay_ms(); quy trình nạp mạch kiểm tra và chạy mô phỏng đánh giá trạng thái làm việc của hệ thống.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống kiến trúc máy tính và nguyên lý giao tiếp phần cứng vững chắc:

• Nguyên lý kiến trúc Harvard: Tách biệt không gian nhớ và bus dữ liệu (8-bit) với bus chương trình (16-bit), cho phép CPU thực thi nạp lệnh và truy xuất dữ liệu đồng thời trong một chu kỳ máy.
• Tổ chức bộ nhớ vi điều khiển: Phân chia chi tiết bộ nhớ RAM đa dụng GPR, các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR, bộ nhớ Flash lưu mã chương trình và bộ nhớ dữ liệu không khả biến EEPROM.
• Nguyên lý điều khiển ngắt và dao động: Cơ chế chuyển đổi nguồn dao động an toàn FSCM, tính năng khởi động 2 tốc độ IESO, mạch giám sát sụt áp BOR và bộ định thời chống treo máy Watchdog Timer (WDT).
• Hệ thống thanh ghi ngoại vi: Cấu trúc các bit điều khiển trong các thanh ghi T0CON, T1CON, T2CON, INTCON, RCON, OSCCON, CCPxCON, ADCONx.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thiết lập cấu hình phần cứng vi điều khiển; thiết kế mạch cấp nguồn lọc nhiễu tần số cao; cài đặt và sử dụng thành thạo môi trường MPLAB X IDE, trình biên dịch XC8; viết chương trình điều khiển ngoại vi bằng C.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Tính toán chu kỳ định thời, tần số ngắt timer, tính toán tỷ lệ phân chia tần số (prescaler/postscaler), tính toán chu kỳ (Period) và độ rộng xung (Duty Cycle) cho khối PWM, phân tích độ phân giải 10-bit của bộ chuyển đổi ADC.
• Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Sử dụng đồng hồ vạn năng VOM và máy hiện sóng Oscilloscope (OSC) để đo đạc thông số điện áp, tần số dao động trên các chân chip; kết nối dây cáp nạp ICSP (VPP, PGC, PGD); chẩn đoán lỗi phần mềm thông qua công cụ In-Circuit Debugger; lắp ráp, vận hành các module chấp hành công nghiệp trên bộ kit TPAD.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Phương pháp tiếp cận sư phạm của giáo trình được xây dựng theo mô hình đào tạo năng lực nghề nghiệp tích hợp (Competency-Based Training), gắn kết trực tiếp giữa phân tích lý thuyết thanh ghi với hoạt động thực hành xưởng và mô phỏng trên máy tính. Cơ cấu thời lượng phân bổ cân bằng giữa lý thuyết (30 giờ) và thực hành/thảo luận/bài tập/kiểm tra (30 giờ), tạo điều kiện cho học viên kiểm chứng ngay các định lý và cấu trúc thuật toán trên phần cứng thực tế.

Trong mỗi bài học, giáo trình triển khai hệ thống bài tập và thực nghiệm theo quy trình chuẩn hóa:

• Thực hành đo đạc và khảo sát thông số: Học viên sử dụng đồng hồ VOM để đo kiểm mức điện áp nguồn tại các chân 1 (MCLR/VPP), 11 (VDD), 12 (VSS), 31 (VSS), 32 (VDD); sử dụng máy hiện sóng Oscilloscope đo dạng sóng và tần số dao động tại các chân 13 (OSC1), 14 (OSC2), ghi chép dữ liệu vào bảng thông số mẫu để đánh giá điều kiện hoạt động của vi điều khiển.
• Thực hành lập trình ghép nối ngoại vi: Triển khai các bài toán điều khiển LED đơn (chớp tắt, chạy tuần tự), hiển thị số trên LED 7 đoạn, xuất ký tự lên màn hình LCD, quét ma trận phím, đóng cắt tải qua rơ le, điều khiển tốc độ động cơ DC bằng PWM và định hướng bước quay động cơ bước.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập được thực hiện đa chiều qua 3 tiêu chí:

1. Đánh giá kiến thức: Kiểm tra viết tự luận, trắc nghiệm và vấn đáp về cấu trúc phần cứng, sơ đồ khối, nguyên lý hoạt động của các bộ timer, ADC và thanh ghi SFR.
2. Đánh giá kỹ năng: Chấm điểm thao tác thực hành trực tiếp trên bộ thí nghiệm TPAD, kỹ năng nối dây mạch nạp ICSP, kỹ năng viết mã C không lỗi cú pháp và khả năng vận hành đúng yêu cầu công nghệ.
3. Đánh giá năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đánh giá tính tỉ mỉ, cẩn thận, ý thức an toàn lao động, sắp xếp nơi làm việc ngăn nắp và khả năng phối hợp nhóm.

Học viên được định hướng tự học thông qua việc vẽ lưu đồ thuật toán, nghiên cứu trước tập lệnh C trên trình biên dịch XC8 và sử dụng phần mềm chạy mô phỏng trước khi nạp chương trình vào chip thực tế.

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Giáo trình Vi điều khiển nâng cao tích hợp các cập nhật công nghệ quan trọng nhằm đồng bộ với sự phát triển của hệ thống nhúng và tiêu chuẩn đào tạo kỹ thuật hiện đại:

• Chuẩn hóa công cụ phát triển phần mềm hiện đại: Giáo trình chuyển dịch hoàn toàn sang nền tảng MPLAB X IDE và trình biên dịch Microchip XC8 C Compiler. Đây là sự nâng cấp thay thế cho các trình biên dịch cũ như Hi-Tech C, C16, C18 đã dừng hỗ trợ, giúp người học tiếp cận môi trường phát triển chính thức và tương thích lâu dài của hãng Microchip.
• Phân tích so sánh khách quan các nền tảng lập trình: Giáo trình cung cấp bảng phân tích kỹ thuật về ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng trình biên dịch (MPLAB XC8 cho phép can thiệp sâu cấp độ thanh ghi và tối ưu hóa thời gian thực; CCSC hỗ trợ thư viện đóng gói nhanh cho người mới bắt đầu; MikroC cung cấp tài liệu mẫu trực quan), giúp học viên có góc nhìn hệ thống về công cụ phần mềm.
• Tích hợp phần cứng thực hành chuẩn công nghiệp: Hệ thống bài tập được thiết kế đồng bộ với bộ thực hành vi điều khiển TPAD cùng các module chức năng chuyên dụng. Giáo trình chuẩn hóa sơ đồ cổng nạp ICSP 6 chân và cổng nạp công nghiệp MH PRO 10 chân, tương thích với các dòng mạch nạp phổ biến trên thị trường như PIC KIT2, PIC KIT3, Burn-E, PIC KIT2 MH.
• Ứng dụng công nghệ gắn liền với thiết bị điện tử dân dụng: Các bài toán lập trình điều khiển phản ánh trực tiếp nguyên lý điều khiển trong các thiết bị thực tế như hệ thống điều khiển đèn giao thông, điều khiển nhiệt độ lò sấy, biến tốc động cơ DC trong máy giặt, thiết bị đo lường cảm biến qua ADC và truyền thông dữ liệu máy tính qua EUSART.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

Giáo trình được thiết kế nhằm đáp ứng yêu cầu đào tạo và nghiên cứu kỹ thuật chuyên sâu cho các nhóm đối tượng cụ thể:

• Sinh viên chính quy: Tài liệu học tập bắt buộc cho sinh viên năm thứ hai và năm thứ ba trình độ Cao đẳng nghề Điện tử dân dụng. Đồng thời, giáo trình là tài liệu học tập chuyên ngành phù hợp cho sinh viên các ngành Cơ điện tử, Điện công nghiệp, Điện dân dụng và Kỹ thuật điều khiển tự động hóa.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Người học cần hoàn thành các học phần nền tảng gồm Mạch điện tử, Kỹ thuật số và Vi điều khiển cơ bản; nắm vững đại số logic, hệ đếm nhị phân, thập lục phân (Hexadecimal) và cú pháp lập trình C cơ bản.
• Giảng viên chuyên ngành: Tài liệu làm căn cứ chuẩn để xây dựng đề cương bài giảng lý thuyết 30 giờ, biên soạn phiếu hướng dẫn thực hành xưởng 27 giờ, thiết lập ngân hàng câu hỏi kiểm tra đánh giá định kỳ và tổ chức hướng dẫn đồ án môn học.
• Kỹ thuật viên và người tự học: Tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho các kỹ sư, kỹ thuật viên bảo trì hệ thống điều khiển tự động cần tra cứu sơ đồ chân (PDIP, TQFP, QFN), bảng thanh ghi chức năng SFR của họ PIC18F và phát triển các mạch ứng dụng vi điều khiển 8-bit độc lập.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên trình độ Cao đẳng và Đại học các ngành Điện tử dân dụng, Cơ điện tử, Điện công nghiệp và Kỹ thuật điều khiển, cũng như các kỹ thuật viên cần nâng cao kỹ năng thiết kế phần cứng và lập trình vi điều khiển PIC.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?

Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở gồm Mạch điện tử, Kỹ thuật số, Vi điều khiển cơ bản và nắm được kỹ thuật lập trình C căn bản (biến, hàm, cấu trúc rẽ nhánh, vòng lặp).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu vi điều khiển khác?

Giáo trình tập trung sâu vào cấu trúc phần cứng của dòng vi điều khiển hiệu năng cao PIC18F4550 với kiến trúc Harvard, hướng dẫn cấu hình trực tiếp các thanh ghi chức năng SFR bằng trình biên dịch chuẩn Microchip XC8 và tích hợp trực tiếp với bộ kit thực hành công nghiệp TPAD.

4. Làm sao để tự học giáo trình này hiệu quả?

Người học cần kết hợp song song giữa nghiên cứu lý thuyết thanh ghi trong tài liệu, sử dụng MPLAB X IDE để biên dịch mã C, chạy kiểm chứng giải thuật trên phần mềm mô phỏng và thực hiện đo kiểm thông số thực tế trên bo mạch.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Tài liệu đi kèm bao gồm sơ đồ nguyên lý mạch thực hành TPAD, hướng dẫn sử dụng phần mềm MPLAB X IDE, tài liệu kỹ thuật datasheet PIC18F4550 của Microchip, phần mềm mô phỏng mạch điện tử và hướng dẫn sử dụng các mạch nạp PIC KIT2, PIC KIT3.

---

Kết luận (150 từ)

Giáo trình Vi điều khiển nâng cao (Mã mô đun: MĐ32) do Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ ban hành là tài liệu học thuật có cấu trúc hoàn chỉnh, chuyển tải hệ thống kiến thức toàn diện từ cấu trúc phần cứng vi điều khiển PIC18F4550 đến kỹ thuật lập trình C trên nền tảng MPLAB XC8. Lộ trình học tập được thiết kế khoa học: bắt đầu từ việc khảo sát cấu trúc phần cứng, chế độ dao động và mạch reset (Bài 1), tiếp cận kỹ thuật cấu hình thanh ghi và lập trình các ngoại vi Timer, ADC, PWM, EUSART (Bài 2), thực hành ghép nối hệ thống trên bộ kit TPAD (Bài 3), và hoàn thiện kỹ năng qua lập trình điều khiển mô phỏng thực tế (Bài 4). Để nâng cao hiệu quả tiếp thu, người học được khuyến nghị kết hợp tra cứu datasheet chính thức từ Microchip và tài liệu hướng dẫn MPLAB XC8 C Compiler.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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. 1 LỜI GIỚI THIỆU Vi điều khiển nâng cao là một trong những mô đun chuyên ngành của nghề Điện tử dân dụng được biên soạn dựa theo chương trình đào tạo đã xây dựng và ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ phục vụ cho nghề Điện tử dân dụng trình độ Cao đẳng. Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu, trong mỗi bài học đều có thí dụ và bài tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phần lý thuyết.

Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm thực tế giảng dạy, thiết bị thực hành của trường, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình hiện có và cập nhật những kiến thức mới có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 60 giờ gồm có: Bài 1 MĐ32-01: Vi điều khiển PIC Bài 2 MĐ32-02: Ngôn ngữ lập trình PIC18F4550 Bài 3 MĐ32-03: Bộ thực hành PIC18F4550 Bài 4 MĐ32-04: Lập trình điều khiển và mô phỏng Giáo trình cũng là tài liệu giảng dạy và tham khảo tốt cho các nghề điện tử dân dụng, cơ điện tử, điện công nghiệp và điện dân dụng. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ điều chỉnh hoàn thiện hơn.

Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Nguyễn Thanh Nhàn 2 MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN.1 LỜI GIỚI THIỆU. 3 BÀI 1: VI ĐIỀU KHIỂN PIC. Cấu trúc của vi điều khiển.1 Kiến trúc Von Neumann.2 Kiến trúc Harvard.

Một số họ vi điều khiển thông dụng.1 Vi điều khiển của Atmel.2 Vi điều khiển của Microchip.3 Vi điều khiển của Cypress.4 Vi điều khiển của Hitachi.5 Vi điều khiển của Motorola.6 Vi điều khiển của Maxim. Vi điều khiển PIC18F4550.1 Cấu trúc phần cứng.1 Sơ đồ khối phần cứng.2 Thiết kế phần cứng.1 Cấp nguồn cho vi điều khiển.2 Khối tạo dao động.3 Hoạt động Reset.4 Cổng nạp chương trình.5 Các tính năng đặc biệt, các bit cấu hình của PIC 18F4550. Thực hành khảo sát nguồn và dao động.25 BÀI 2: NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH PIC18F4550. Các phần mềm lập trình.1 Phần mềm MPLAB.2 Phần mềm CCS.3 Phần mềm MikroC.

Phần mềm MPLAB và XC8.1 Khởi tạo Project trên phần mềm MPLAB.2 Ngôn ngữ lập trình C của trình biên dịch XC8.1 Khung một chương trình ngôn ngữ C với XC8.2 Biến và khai báo biến.3 Hằng và khai báo hằng.4 Mảng và khai báo mảng.5 Khai báo các hàm trong XC8.6 Các phép toán cơ bản.7 Các cấu trúc điều khiển, rẽ nhánh. Bộ định thời timer.2 Các thanh ghi liên quan.3 Sử dụng các bộ PWM. Bộ biến đổi ADC.1 Các thanh ghi liên quan.2 Điều khiển hoạt động chuyển đổi A/D.6 Truyền thông nối tiếp trong vi điều khiển.1 Khái niệm về truyền thông nối tiếp.2 Module EUSART trên PIC18F4550.1 Cài đặt phần mềm CCS.2 Cài đặt phần mềm MPLABX IDE và XC16 cho vi điều khiển PIC.66 BÀI 3: BỘ THỰC HÀNH PIC18F4550. Bộ thực hành vi điều khiển PIC và các mô đun mở rộng.2 Điều khiển hiển thị LED đơn và LED 7 thanh.3 Điều khiển hiển thị LED ma trận.4 Quét bàn phím ma trận.5 Module truyền thông nối tiếp.

Các bài thực hành với các module mở rộng.1 Module điều khiển động cơ DC.2 Module điều khiển rơ le.3 Module điều khiển động cơ bước.4 Module điều khiển nhiệt độ.5 Module điều khiển đèn giao thông.6 Module điều khiển Led ma trận.7 Module điều khiển hiển thị LCD. Khảo sát bộ thực hành lập trình vi điều khiển PIC (TPAD.2 Kết nối thiết bị với máy tính.95 BÀI 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG. Chương trình điều khiển LED đơn (chương trình mẫu).1 Viết chương trình theo yêu cầu.2 Chạy mô phỏng.110 TÀI LIỆU THAM KHẢO.115 4 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: VI ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO Mã mô đun: MĐ32 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun - Vị trí: Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong các môn cơ sở như mạch điện tử, kỹ thuật số, vi điều khiển cơ bản, …và có thể học song song với các mô đun môn học khác như: Điều khiển lập trình cỡ nhỏ, PLC cơ bản, Điều khiển thông minh… - Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc của nghề Điện tử dân dụng trình độ cao đẳng - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chip, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các module vào/ra, các module biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số,.

Ở máy tính thì các module thường được xây dựng bởi các chip và mạch ngoài. Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Nó xuất hiện khá nhiều trong các thiết bị điện, điện tử, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động,. Mục tiêu của Mô đun: Sau khi học xong mô đun này học viên có năng lực - Về kiến thức: + Phân biệt chính xác vi điều khiển, vi xử lý và các hệ thống nhúng; + Trình bày đúng cấu trúc, ứng dụng của vi điều khiển trong công nghiệp; - Về kỹ năng: + Kiểm tra và viết các chương trình điều kiển đúng tiêu chuẩn kỹ thuật; + Vận hành đúng các thiết bị và dây chuyền sản xuất dùng vi điều khiển; + Xác định đúng các nguyên nhân hư hỏng và biện pháp xử lý hư hỏng xảy ra trong thực tế; + Thực hiện thiết kế các ứng dụng điều khiển của vi điều khiển vào thực tiễn sản xuất; - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Cẩn thận, chủ động và sáng tạo trong học tập, an toàn cho người và thiết bị; + Tổ chức nơi làm việc gọn gàng, ngăn nắp và đúng các biện pháp an toàn; + Có tư thế tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc lập cũng như khả năng phối hợp làm việc nhóm trong quá trình học tập và sản xuất.

Nội dung của mô đun Thời gian (giờ) Thực hành, Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo luận, tra bài tập 1 Bài 1: Vi điều khiển PIC 8 2 6 1. Cấu trúc của vi điều khiển 0. Kiến trúc của vi điều khiển 0. Kiến trúc Von Neumann 5 2.

Kiến trúc Harvard 3. Một số họ vi điều khiển thông 0. Vi điều khiển của Atmel 3. Vi điều khiển của Microchip 3.

Vi điều khiển của Cypress 3. Vi điều khiển của Hitachi 3. Vi điều khiển của Motorola 3. Vi điều khiển của Maxim 4.

Vi điều khiển PIC18F4550 0. Cấu trúc phần cứng 4. Thiết kế phần cứng 5. Thực hành 6 6 Bài 2: Ngôn ngữ lập trình cho 2 12 6 5 1 PIC18F4550 1.

Các phần mềm lập trình 3 3 1. Phần mềm MPLAB 1. Phần mềm CCS 1.Phần mềm MikroC 2. Phần mềm MPLAB X IDE và 3 3 XC8 2.

Khởi tạo Project trên phần mềm MPLAB 2. Ngôn ngữ lập trình C của trình biên dịch XC8 2. Bộ định thời timer 2. Bộ biến đổi ADC 2.

Truyền thông nối tiếp trong vi điều khiển 3. Thực hành 5 5 Kiểm tra 1 1 3 Bài 3: Bộ thực hành PIC18F4550 16 8 7 1 1. Bộ thực hành vi điều khiển PIC và 4 4 các mô đun mở rộng 1. Các module tích hợp sẵn trên bộ thực hành 1.

Điều khiển hiển thị LED đơn và LED 7 thanh 1. Điều khiển hiển thị LED ma trận 1.Quét bàn phím ma trận 1. Module truyền thông nối tiếp 2. Các bài thực hành với các module 4 4 mở rộng 2.Module điều khiển động cơ DC 6 2.Module điều khiển rơ le 2.Module điều khiển động cơ bước 2.Module điều khiển nhiệt độ 2.Module điều khiển đèn giao thông 2.Module điều khiển Led ma trận 2.Module điều khiển hiển thị LCD 3.

Khảo sát bộ thực hành lập trình vi điều khiển PIC (TPAD. Kết nối thiết bị với máy tính Kiểm tra 1 1 Bài 4: Lập trình điều khiển và mô 4 24 14 9 1 phỏng 1. Chương trình điều khiển LED đơn 6 6 2. Thực hành 9 9 Kiểm tra 1 1 Cộng 60 30 27 3 7 BÀI 1: VI ĐIỀU KHIỂN PIC Mã Bài: MĐ32- 01 Giới thiệu: Trong thời đại kỷ nguyên công nghệ số, quá trình điều khiển tự động và điều khiển từ xa đã trở nên rất phổ biến, từ dân dụng đến công nghiệp.

Song song đó không thể thiếu hệ thống điều khiển mà cụ thể là vi điều khiển để làm trung tâm xử lý công việc cho quá trình điều khiển. Mục tiêu: - Phân biệt vi điều khiển, vi xử lý - Trình bày đúng các kiểu kiến trúc của vi điều khiển - Trình bày đúng các chế độ tạo dao động của PIC 18F4550 - Thực hiện khảo sát các loại Vi điều khiển PIC - Chủ động, sáng tạo và đảm bảo an toàn trong quá trình học tập Nội dung chính: 1. Cấu trúc của vi điều khiển Vi điều khiển (MCU - viết tắt của cụm từ ‘Micro Control Unit’) có thể được coi như một máy tính thu nhỏ trên một chip, nó có thể hoạt động với một vàu linh kiện phụ trợ bên ngoài. Vi điều khiển khác với vi xử lý ở những điểm sau: -Về cấu trúc: Vi xử lý là một CPU trên một chip còn vi điều khiển là một chip có chứa CPU, bộ nhớ, mạch vào/ra và các mạch đặc biệt khác như bộ đếm/định thời, mạch biến đổi A/D, D/A,.

Như vậy, về cấu trúc thì vi điều khiển chính là một hệ vi xử lý thu nhỏ. -Về ứng dụng: Các bộ vi xử lý chủ yếu được dùng làm CPU trong các máy tính còn các bộ vi điều khiển được dùng trong các ứng dụng hướng điều khiển. - Về tập lệnh: Tập lệnh cho vi xử lý là những lệnh mang tính chất tổng quát nên chúng được dung nhiều với kiểu định địa chỉ, cho phép thao tác với lượng dữ liệu lớn.