KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: 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?

Giải rút gọn:

Vi điều khiển trong một khoá cửa thông minh chịu trách nhiệm điều khiển các chức năng của khoá, bao gồm mở và đóng cửa, gửi tín hiệu cho cảm biến kiểm tra trạng thái cửa, và kết nối với các thiết bị khác qua Wi-Fi hoặc Bluetooth.

I. GIỚI THIỆU

KHÁM PHÁ

Câu 1: 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?

Giải rút gọn:

Thành phần của máy tính cá nhân được thu nhỏ vào vi điều khiển:

+ CPU

+ Bộ điểu khiển vào/ra

+ Bộ nhớ Rom

+ Bộ đếm thời gian

LUYỆN TẬP:

Câu hỏi: Hãy chỉ ra một ứng dụng của vi điều khiển trong thiết bị điện gia dụng

Giải rút gọn:

Vi điều khiển trong lò vi sóng:

• Điều khiển công suất: Chỉnh mức công suất magnetron theo cài đặt, nấu chín đều đặn.
• Hẹn giờ: Tính toán thời gian nấu, tự động tắt lò khi hết giờ.
• Điều chỉnh chương trình: Chọn chương trình nấu cho từng loại thực phẩm, đơn giản hóa thao tác.
• Hiển thị thông tin: Cung cấp thông tin về thời gian nấu, mức công suất, chương trình nấu,...
• Bảng điều khiển: Xử lý tín hiệu từ nút bấm, núm xoay, màn hình cảm ứng, giúp người dùng điều khiển lò.
• Khóa an toàn: Ngăn trẻ em sử dụng lò khi không có người lớn.

II. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN

1. Sơ đồ chức năng

KHÁM PHÁ

Câu hỏi: 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?

Giải rút gọn:

Khối chức năng cần thiết cho vi điều khiển trong khóa vân tay:

1. CPU:

• Bộ não của vi điều khiển.
• Xử lý lệnh, tính toán, điều khiển các khối khác.
• Cần hiệu suất cao để xử lý nhanh dữ liệu vân tay và tín hiệu.

2. Bộ nhớ:

• Lưu trữ dữ liệu vân tay, cài đặt, chương trình điều khiển.
• Dung lượng đủ lớn để lưu trữ lượng dữ liệu vân tay cần thiết.

3. Giao tiếp:

• Giao tiếp với cảm biến vân tay, cơ cấu chấp hành, người dùng.
• Cần giao thức phù hợp với các thiết bị ngoại vi.

4. Quản lý nguồn:

• Cung cấp năng lượng cho các khối chức năng khác.
• Quản lý nguồn điện hiệu quả để kéo dài thời gian sử dụng pin.
• Điều chỉnh mức tiêu thụ điện năng theo trạng thái hoạt động.

5. Bảo mật:

• Bảo vệ dữ liệu vân tay và cài đặt khỏi truy cập trái phép.
• Sử dụng thuật toán mã hóa và xác thực mạnh mẽ để đảm bảo an toàn.

LUYỆN TẬP

Câu hỏi: 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

Giải rút gọn:

LED cần được kết nối với cổng ra (output pin) của vi điều khiển.

VẬN DỤNG

Câu hỏi: 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.

Giải rút gọn:

Chu kỳ xung nhịp CPU, thời gian thực hiện câu lệnh và tần số nhấp nháy LED:

1. Chu kỳ xung nhịp CPU:

• Tần số CPU (Hz) = 1 / Chu kỳ (giây)
• Ví dụ: CPU 1 MHz (1.000.000 Hz) => Chu kỳ = 1 µs (micro giây)

2. Thời gian thực hiện câu lệnh:

• Thời gian = Chu kỳ * Số xung nhịp
• Ví dụ: Vi điều khiển cần 100 xung nhịp cho 1 câu lệnh => Thời gian = 100 µs

3. Tần số nhấp nháy LED tối đa:

• Tần số = 1 / (Thời gian 1 câu lệnh * 2)
• Giả sử không có thời gian chờ:
  • Tần số = 1 / (100 µs/câu lệnh * 2) = 5.000 Hz (5.000 lần bật/tắt LED mỗi giây)

Kết luận:

• Tần số CPU càng cao, chu kỳ xung nhịp càng ngắn, CPU càng hoạt động nhanh.
• Số xung nhịp vi điều khiển cần cho 1 câu lệnh ảnh hưởng đến thời gian thực hiện câu lệnh.
• Tần số nhấp nháy LED tối đa phụ thuộc vào thời gian thực hiện 1 câu lệnh và thời gian chờ (nếu có).