Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

222

THIẾT KẾ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VI ĐIỀU KHIỂN CẤU HÌNH PHẦN CỨNG TỰ ĐỘNG.

NGUYÊN VĂN THỌ * LÊ PHƯỢNG QUYÊN *

HOÀNG NHẬT *

TÓM TĂT

Thiết bị thí nghiệm là điều kiện không thể thiếu trong việc nâng cao chất lượng giảng dạy, gắn lý thuyết với thực tiễn. Bài báo trình bày tổng quan về vấn đề thiết kế thiết bị thực hành vi điều khiển, lĩnh vực đang được giảng dạy ở rất nhiều trường đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp và đang được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế.

ABSTRACT

Laboratory equipment is an indispensable condition to improve the quality of teaching by associating theory with practice. This paper presents an overview of microcontroller KIT designs - the field being taught in many universities, colleges, etc … and being widely applied in practice.

I. GIỚI THIỆU

Kỹ thuật vi điều khiển hiện đang được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, trong các ứng dụng đo lường, điều khiển, thu thập số liệu và đặc biệt là trong các hệ nhúng. Hiện đã có rất nhiều trường đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp đưa vào chương trình giảng dạy. Việc xây dựng thiết bị thực hành, kit phát triển để có thể giảng dạy đạt hiệu quả cao là nhu cầu rất bức thiết. Tuy nhiên hệ thống các thiết bị thực hành do nước ngoài cung cấp có giá thành rất lớn khó phù hợp với điều kiện thực tế của nhiều trường, cơ sở đào tạo trong nước.

Hiện nay, ở Việt Nam đã có một số đơn vị nghiên cứu và chế tạo sản phẩm hỗ trợ cho việc thực hành, thí nghiệm vi điều khiển điển hình như uPTS-31 của Viện nghiên cứu Điện tử- Tin học- Tự động hóa, DHC-uPC8051 Microcontrol KIT của Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Tuy nhiên các giải pháp hiện đang có một số hạn chế như :

- Hầu hết chỉ thiết kế thí nghiệm với vi điều khiển 89C51, không hỗ trợ các họ vi điều khiển khác như PIC, AVR …

- Tổ chức phần cứng cho mỗi bài thực hành sinh viên phải tiến hành kết nối các

* CN, Trường Đại học Duy Tân

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

223

bộ phận với nhau bằng dây cáp, do đó mất thời gian và rất dễ sinh ra hỏng hóc các tiếp xúc giữa cáp nối và đế cắm.

- Một bộ thí nghiệm chỉ cho phép 1 sinh viên thao tác, do đó phải trang bị với số lượng lớn mới đủ cho 1 lớp thực hành dẫn đến chi phí trang bị một phòng thí nghiệm vi điều khiển là tương đối lớn.

Khoa Điện tử viễn thông, Trường Đại học Duy Tân đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công bộ thiết bị thí nghiệm vi điều khiển đa năng DLAB với khả nặng tự động cấu hình phần cứng, bộ thiết bị trợ giúp cho việc giảng dạy, học tập đồng thời đóng vai trò một hệ phát triển trong việc nghiên cứu phát triển các ứng dụng trên nền các họ vi điều khiển MCS-51, PIC, AVR …

II. TỔ CHỨC CỦA THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VI ĐIỀU KHIỂN ĐÀ NĂNG DLAB

DLAB được tích hợp 1 mô-đun vi xử lý và 11 mô-đun ngoại vi

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

224

Module vi điều khiển hỗ trợ các loại vi điều khiển : MSC-51, PIC, AVR loại 40 chân. Vi điều khiển được gắn vào socket có thể tháo lắp được, mặt khác có thể tháo rời toàn bộ mô-đun vi điều khiển để thay thế bằng mô-đun vi điều khiển khác.

Mô-đun vi điều khiển phối hợp với các mô-đun ngoại vi khác nhau sẽ tạo nên các bài thực hành. Nhóm tác giả đã xây dựng sẵn 15 bài thực hành khác nhau, chỉ cần chọn các công tắc tương ứng trên bộ thiết bị thí nghiệm để thiết lập phần cứng tương ứng. Ngoài ra người sử dụng có thể tự xây dựng các bài thực hành của mình thông qua phần mềm trên máy tính để tuỳ ý thiết lập phần cứng mong muốn.

Trung tâm của DLAB là phần điều khiển gồm khối xử lý, hệ thống các chuyển mạch và các công tắc chọn bài. Tất cả các mô-đun ngoại vi và mô-đun vi điều khiển đều được ghép nối đến các hệ thống ma trận chuyển mạch điện tử. Khi cần thí nghiệm, thực hành với module ngoại vi nào hệ thống chuyển mạch sẽ tự động điều khiển ghép nối vi xử lý đến các ngoại vi tương ứng, đồng thời cung cấp nguồn cho mô-đun đó, các mô-đun không được sử dụng được cách ly hoàn toàn với hệ thống. Việc thiết lập phần cứng để thực hành có thể qua 2 cách:

- Sử dụng các công tắc để chọn phần cứng

- Sử dụng phần mềm điều khiển trên máy tính để chọn.

Hình 2: Thiết lập phần cứng thực hành bằng phần mềm trên máy tính

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

225

III. So sanh DLAB vơi một sô thiết bị thưc hanh

Tên san phâm DLAB µPTS-31 DHC-uPC8051 Microcontrol KIT Easy8051A

Đơn vị sản xuất Đại học Duy Tân

Viện nghiên cứu Điện tử- Tin học-Tự động hóa (VIELINA)

Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh

MikroElektronika

Vi điều khiển hỗ trợ

MCS-51, PIC, AVR 8031 89S51 89S51

Socket vi điều khiển Dễ dàng tháo lắp Không tháo lắp Không tháo lắp Không tháo lắp

Nạp chương trình Bộ nạp rời Tích hợp Tích hợp Tích hợp

Tổ chức phần cứng khi thực hành

Chuyển mạch tự động Cắm dây Cắm dây Cắm Jumper

Số lượng SV sử dụng/ 1bộ 3- 5 1 1 1

Ngoại viLed đơn 16 led đơn Không 8 led đơn 32 led đơnLed 7 đoạn 8 led 7 đoạn 8 led 7 đoạn 8 led 7 đoạn 4 led 7 đoạnLed ma trận 8x8 7x5 7x5 KhôngPhím đơn 4 Không 4 32Phím ma trận 4x4 4x4 Không KhôngLCD 16x4 16x2 16x2 / GraphicADC 8 kênh 4 kênh 4 kênh 1 kênh DAC 4 kênh 4 kênh 1 kênh 1 kênhRTC Có Không Không KhôngCảm biến nhiệt độ Analog Analog Analog DigitalStep Motor Không Có Có KhôngDC Motor Không Có Không KhôngGiao tiếp máy tính RS232C RS232C RS232C RS232CMở rộng port Không 8255 Không Không

Bảng 1: So sánh tính năng của một số bộ thí nghiệm vi điều khiển

Nhìn vào bảng 1 , ta có thể nhận thấy bộ thí nghiệm vi điều khiển DLAB có đầy đủ những thành phần cơ bản nhất để có xây dựng các bài thí nghiệm, thực hành vi điều khiển. Mặc khác tác giả đã có nhiều giải pháp thiết kế cải tiến và khắc phục những nhược điểm của các bộ thí nghiệm khác mà tác giả đã trình bày ở phần giới thiệu

* Sử dụng hệ thống chuuyển mạch tự động thay thế cho nối cáp

Đây là một giải pháp thiết kế mà chưa bộ thí nghiệm nào hiện nay sử dụng, việc tổ chức phần cứng sử dụng các chuyển mạch điện tử giúp việc sử dụng KIT dễ dàng và nhanh chóng hơn rất nhiều so với phương án sử dụng cáp kết nối. Mặc khác loại bỏ

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

226

được những hư hỏng rất dễ xảy ra do thường xuyên tháo, lắp các cáp kết nối mà các bộ thí nghiệm khác thường gặp phải.

* Có thể sử dụng thực hành với nhiều loại vi điều khiển khác nhau

Khối vi điều khiển của DLAB được tổ chức với khả năng có thể tháo rời toàn bộ module vi điều khiển và thay thế bằng module vi điều khiển khác một cách dễ dàng. Với giải pháp này DLAB trở thành bộ thí nghiệm vi điều khiển đa năng có thể sử dụng để thực hành với rất nhiều họ vi điều khiển khác nhau như : AVR, PIC …. Đây cũng là tính năng mà chưa có thiết bị nào hiện nay có được.

* Giải pháp tổ chức phòng thực hành với DLAB tiết kiệm chi phí hơn.

Bộ thiết bị thực hành DLAB được tổ chức tách biệt 2 với bộ phận : DLAB Programmer và DLAB KIT. Với giải pháp này có thể tổ chức phòng thực hành với 5 sinh viên / (1 DLAB KIT + 5 DLAB Programmer) giảm đáng kể chi phí mà hiệu quả hầu như không đổi.

IV. KẾT LUẬN

Bộ thí nghiệm vi điều khiển đa năng DLAB được thiết kế khá hoàn chỉnh và có thể ứng dụng rộng rãi trong việc giảng dạy học tập lĩnh vực vi điều khiển, vi xử lý, lập trình nhúng … trong các trường đại học, cao đẳng và trung cấp chuyên nghiệp. Bộ thí nghiệm đã được trang bị và sử dụng cho sinh viên ngành Điện tử viễn thông và Tin học viễn thông tại đại học Duy Tân và đã mang lại nhiều hiệu quả tích cực.

Bộ thí nghiệm cũng có thể sử dụng như một hệ phát triển trong việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng trên nền hệ vi điều khiển. Do đặc điểm thiết kế mở nên người sử dụng có thể tự mở rộng và bằng cách tự phát triển các ngoại vi khác để ghép nối vào hệ thống.

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

227

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Michael J. Pont, Programming Embedded Systems, University of Leicester, 2003

[2] Ken Arnold, Embedded Controller Hardware Design, LLH Technology Publishing, 2000

[3] MikroElektronika, Easy8051A User’ s Manual, 2003