Kỹ thuật vi điều khiển với AVR

Nội dung chính của tài liệu bao gồm:

• Lời nói đầu: Nhấn mạnh sự phổ biến và ưu điểm của vi điều khiển AVR so với các loại khác trên thị trường.
• Chương 1: Mở đầu:
  • Phân biệt rõ ràng giữa vi điều khiển, vi tính và vi xử lý, giải thích tại sao vi điều khiển trở nên cần thiết trong nhiều ứng dụng hiện đại (điện tử gia dụng, thương mại điện tử, ô tô…).
  • Giới thiệu các đặc tính nổi bật của họ vi điều khiển AVR RISC của Atmel như kiến trúc RISC, kiến trúc đường ống lệnh hai tầng, nhiều bộ phận ngoại vi tích hợp sẵn trên chip (UART, SPI, Timer/Counter, ADC, EEPROM, PWM, RTC…), tốc độ xử lý cao, bộ nhớ chương trình và dữ liệu tích hợp trên chip (Flash, EEPROM, SRAM), khả năng lập trình trong hệ thống (ISP), hỗ trợ lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao (C).
  • Đề cập đến các quy ước khi vẽ giản đồ phân chia khoảng thời gian (Timing diagram).
• Chương 2: Các vi điều khiển:
  • Phác thảo những nét chính về khái niệm và công dụng của một bộ vi điều khiển điển hình.
  • Mô tả các bộ phận khác nhau của bộ vi điều khiển như CPU, bộ nhớ chương trình (ROM, EPROM, Flash), RAM, bộ tạo dao động, mạch khởi động lại và mạch phát hiện sụt điện áp, cổng nối tiếp, cổng vào/ra số và tương tự, bộ định thời, bộ định thời watchdog (WDT), đồng hồ thời gian thực (RTC).
  • Phân loại vi điều khiển theo độ rộng của thanh ghi và kiến trúc nền tảng (CISC, RISC, MISC, Harvard, Von Neumann).
  • Trình bày các mô hình lưu trữ và thao tác dữ liệu trong CPU (ngăn xếp, thanh ghi tổng, thanh ghi-bộ nhớ, thanh ghi-thanh ghi), trong đó kiến trúc thanh ghi-thanh ghi được ưu tiên do tốc độ truy cập nhanh.
  • Hướng dẫn lựa chọn vi điều khiển phù hợp dựa trên tính năng và giá cả, đồng thời cung cấp bảng so sánh các đặc tính của một số vi điều khiển 8 bit thông dụng từ các nhà cung cấp khác nhau.
  • Mô tả các bước thiết kế một mạch ứng dụng dùng vi điều khiển, từ xác định yêu cầu đến triển khai và kiểm tra.
• Chương 3: Kiến trúc của vi điều khiển AVR:
  • Đi sâu vào kiến trúc Harvard của AVR, với bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách biệt.
  • Mô tả chi tiết các thành phần bên trong bộ xử lý AVR:
    • Bộ nhớ chương trình (Flash): Dung lượng khác nhau giữa các dòng chip, chứa các lệnh và vector ngắt.
    • Bộ nhớ dữ liệu: Gồm tệp thanh ghi (32 thanh ghi đa năng 8 bit), 64 thanh ghi vào/ra, SRAM bên trong (dung lượng từ 128 byte đến 4 kbyte, dùng cho ngăn xếp và biến), SRAM bên ngoài (chỉ có ở chip cỡ lớn) và EEPROM (từ 64 byte đến 4 kbyte, có thể đọc ghi bởi chương trình).
    • Tệp thanh ghi: 32 thanh ghi đa năng R0-R31, một số có chức năng bổ sung (R0 dùng cho lệnh LPM, R26-R31 làm thanh ghi con trỏ X, Y, Z).
    • Khối số học lôgic (ALU): Thực hiện các phép tính số học và logic, thao tác bit trong một chu kỳ đồng hồ.
    • Truy nhập bộ nhớ và thực thi lệnh: Sử dụng kiến trúc đường ống hai tầng để tăng tốc độ thực thi lệnh (tìm nạp/giải mã và thực thi đồng thời).
    • Bộ nhớ vào/ra: Truy nhập theo hai cách (như SRAM hoặc như các thanh ghi I/O) thông qua các lệnh IN/OUT và SBI/CBI.
    • SREG (Thanh ghi trạng thái): Chứa 8 bit cờ báo hiệu trạng thái của bộ xử lý.

Tóm lại, tài liệu cung cấp cái nhìn tổng quan và chi tiết về vi điều khiển AVR, từ kiến trúc cơ bản, các đặc tính nổi bật, cách phân loại đến hướng dẫn thiết kế và sử dụng trong các ứng dụng thực tế.