Đề tài Nghiên cứu bộ thí nghiệm PSOC

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu bộ thí nghiệm PSOC

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÕ THÁI SIM NGHIÊN CỨU BỘ THÍS K C 0 0 0 2NGHIỆM8 1 PSOC NHĨM NGÀNH: ĐIỆN TỬ S K C 0 0 2 5 7 1 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2010
2. Nghiên cứu bộ thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG: NGHIÊN CỨU BỘ THÍ NGHIỆM PSOC MÃ SỐ: T2009 – 84 THUỘC NHĨM NGÀNH : ĐIỆN TỬ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI : VÕ THÁI SIM ĐƠN VỊ : KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TP. Hồ Chí Minh – 05/2010 Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang 1
3. Nghiên cứu bộ thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM MỤC LỤC Tĩm tắt kết quả nghiên cứu trang 3 Phần I : Đặt vấn đề 4 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước 5 Tầm quan trọng của đề tài 5 Giới hạn đề tài 6 Phần II: Giải quyết vấn đề 7 Mục đích của đề tài 7 Phương pháp nghiên cứu 7 Nội dung nghiên cứu 7 Phần mềm lập trình và nạp 11 Một số ứng dụng 16 Phần III: Kết quả đạt được 24 Kết luận 25 Tài liệu tham khảo 26 Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang 2
4. Nghiên cứu bộ thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TĨM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu bộ thí nghiệm PSoC Mã số: T2009 – 84 Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Tel.: 0933784578 E-mail:hell_angel1612@yahoo.com Cơ quan chủ trì đề tài: khoa Điện – Điện tử Cơ quan và cá nhân phối hợp thực hiện: Thời gian thực hiện: từ 15/09/2009 đến 20/5/2010. 1. Mục tiêu: Nghiên cứu, tìm hiểu tổng quan bộ thí nghiệm PsoC. 2. Nội dung chính: - tìm hiểu, nghiên cứu lý thuyết về PsoC . - tìm hiểu về phần mềm PsoC Designer và PsoC Programmer của Cypress để lập trình cho bộ thí nghiệm. - nghiên cứu một số ứng dụng cơ bản của bộ thí nghiệm PsoC. 3.Kết quả chính đạt được (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế – xã hội, v.v ) - Về mặt khoa học: nghiên cứu tổng quan về lý thuyết PsoC. - Về mặt ứng dụng: sử dụng được phần mềm PsoC Desiner và Programmer của Cypress hỗ trợ cho các Chip PsoC để viết 1 số chương trình điều khiển cụ thể, ứng dụng trong việc giảng dạy thực tập cho sinh viên bộ thí nghiệm này. 4.Điểm mới: cơng nghệ PsoC là 1 cơng nghệ mới ở Việt Nam, là dịng sản phẩm cĩ tính năng vượt trội hơn hẳn so với các loại vi điều khiển từ trước đến nay mà chúng ta thường hay sử dụng. 5. Địa chỉ ứng dụng: bộ thí nghiệm này nếu cĩ điều kiện cho phép, cĩ thể được ứng dụng trong cơng tác giảng dạy thực tập, bên cạnh các mơn thực tập của các dịng vi điều khiển sẵn cĩ trước đây. Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang 3
5. Nghiên cứu bộ thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Sự phát triển của cơng nghệ điện tử ngày nay nĩi chung và vi điều khiển nĩi riêng đã làm thay đổi mọi mặt trong đời sống xã hội. Cùng với sự thay đổi đĩ thì nhu cầu tìm hiểu, học tập vi điều khiển cũng ngày càng cao. Việc nắm bắt, nghiên cứu và ứng dụng kịp thời các cơng nghệ kỹ thuật phát triển, cũng như các thiết bị, linh kiện mới là một vấn đề quan trọng gĩp phần đưa đất nước ta bắt kịp với các nước trên thế giới. Đặc biệt, đối với tầng lớp giảng viên cũng như sinh viên, chúng ta nên chịu khĩ học hỏi sự tiến bộ của khoa học cơng nghệ và chúng ta phải là những người tiên phong trong sự nghiệp này. Cũng bắt nguồn từ những mong muốn đĩ, tơi muốn gĩp một phần cơng sức nhỏ nhằm tạo điều kiện cho các bạn sinh viên nắm bắt được cơng nghệ tiên tiến cho các ứng dụng sau này. Hiện nay, trên thị trường Việt Nam đã xuất hiện một dịng sản phẩm mới đĩ là PSoC với tính năng hồn tồn vượt trội so với các họ vi điều khiển trước đĩ. Họ vi điều khiển này cho phép ta biên tập cấu hình phụ rất linh hoạt. Từ việc nắm bắt được những ưu điểm, lợi thế, khả năng ứng dụng và sự phát triển mạnh của họ vi điều khiển này, nên chúng tơi đã quyết định nghiên cứu và giới thiệu đến các bạn họ vi điều khiển này. Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang 4
6. Nghiên cứu bộ thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc: Cơng nghệ điện tử ngày càng phát triển với sự ra đời của các bộ vi xử lý, vi điều khiển với tốc độ cao, điều này đã phần nào đáp ứng được nhu cầu phát triển ngày càng cao của xã hội. Tìm hiểu vi điều khiển một cách khoa học, cĩ kết quả cao, cĩ cơ sở cho việc tiếp cận các hệ thống điều khiển hiện đại của thế giới là điều hết sức thiết thực. Xuất phát từ thực tiễn này, tơi đã quyết định chọn đề tài “ Nghiên cứu bộ Kit Thí Nghiệm PSoC”. Cụ thể, tơi sẽ đi sâu vào nghiên cứu vi điều khiển CY8C24794. Đây là một linh kiện tương đối hồn chỉnh trong các họ của PSoC. PSoC là một họ vi điều khiển tích hợp được nhiều ưu điểm của các họ vi điều khiển trước và phát triển thêm những đặc tính ưu việt hơn hẳn. Tất cả các linh kiện trong họ này đều bao gồm cả hai khối chức năng là khối chức năng số và khối chức năng tương tự. Các khối này cho phép người sử dụng cấu hình theo mong muốn để tạo ra các các ứng dụng đặc biệt. Khối tương tự bao gồm các bộ chuyển đổi A/D và D/A, khối làm tăng độ lợi, các bộ lọc cĩ thể cấu hình được và các khối đặc biệt khác. Với cấu hình tinh vi, độ nhạy, độ chính xác cao đã tạo ra một bộ vi điều khiển PSoC một đặc tính khác biệt so với các họ vi điều khiển khác. Đặc biệt là thiết bị PSoC của hãng Cypress MicroSystems được bình chọn là cơng nghệ hay nhất năm 2001. Sản phẩm này cĩ độ tin cậy cao, giá rẻ, tiêu tốn ít năng lượng và tiện dụng. Phạm vi ứng dụng của nĩ lại rất rộng rãi, cĩ thể tự động đo, kiểm tra các thơng số tại các kho nơng phẩm, dược phẩm, vũ khí, trang thiết bị cơng nghiệp và bệnh viện. Qua một vài đặc tính chúng tơi mơ tả như trên, phần nào các bạn sẽ cảm nhận được những ưu thế, tầm quan trọng, và thiết thực khi nghiên cứu thiết bị này. 2. Tầm Quan Trọng Của Đề Tài Nhu cầu tìm hiểu và tiếp cận các dịng sản phẩm mới, các cơng nghệ kỹ thuật tiên tiến của sinh viên, của xã hội là rất lớn. Cho nên, bất cứ sự xuất hiện một sản phẩm hay một cơng nghệ mới nào địi hỏi phải cĩ một nhĩm nghiên cứu về nĩ. Điều này sẽ gĩp phần thu hẹp được khoảng cách chênh lệch về trình độ giữa các khu vực, các quốc gia trên thế giới. Cĩ lẽ các bạn sẽ rất ngạc nhiên khi biết rằng một nữ kỹ sư Việt Nam - Phan Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang 5
7. Nghiên cứu bộ thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Minh Tân (thuộc Viện Cơng Nghệ Thơng Tin) đã vinh dự dành một giải đặc biệt, kèm tiền thưởng 10.000 USD trong cuộc thi quốc tế về thiết kế và chế tạo Chip thơng minh theo cơng nghệ PSoC, do cơng ty Cypress MicroSystems và cơng ty CMP Media (Mỹ) tổ chức. Theo kỹ sư Tân, ý tưởng của bà xuất phát từ một đề tài do giáo sư Phạm Thượng Cát phụ trách. Ơng Cát nhận thấy việc mua các thiết bị đo nước ngồi rất đắt tiền và bản thân chúng cĩ rất nhiều hạn chế nên ơng quyết định phải chế tạo một thiết bị phù hợp, rẻ tiền, cĩ thể cạnh tranh với các quốc gia khác. Chính vì lý do đĩ mà cơng nghệ PSoC đã được đưa vào Việt Nam. Cũng chính vì nắm bắt được các xu hướng trên nên tơi cảm thấy rất hữu ích khi chọn đề tài này, mặc dù cũng gặp khơng ít khĩ khăn khi làm đề tài này. 3. Giới Hạn Đề Tài PSoC là một dịng sản phẩm tương đối mới trên thị trường Việt Nam. Chính vì thế, sản phẩm này chưa được bán rộng rãi trên thị trường,nên để cĩ được linh kiện cũng như tài liệu phục vụ cho việc nghiên cứu, địi hỏi phải mất thời gian khá nhiều. Thêm vào đĩ, tài liệu tham khảo phần lớn là được thu thập từ mạng Internet, trên các trang Website nước ngồi, điều này đã làm chậm đi tiến độ nghiên cứu của đề tài. Vì vậy, tơi chỉ cĩ thể đi sâu vào nghiên cứu đặc tính, tập lệnh, và các phần mềm phục vụ cho các ứng dụng v.v. Dùng ngơn ngữ C để viết chương trình mơ tả các tính năng trên của bộ thí nghiệm. Song mặt hạn chế là chưa khai thác được hết các tính năng nổi trội của họ vi điều khiển này so với các họ vi điều khiển khác như: các bộ ADC, bộ DAC, bộ khuếch đại, các bộ lọc, bộ thu phát quang học, giao tiếp I2C Nhưng hy vọng rằng với kết quả nghiên cứu này, phần nào sẽ tạo tiền đề cho các bạn cĩ được những kiến thức cơ bản để cĩ thể đi sâu vào nghiên cứu và ứng dụng được hết các ưu điểm, tính năng cịn lại họ vi điều khiển này Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang 6
8. Nghiên cứu bộ thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1. Mục đích của đề tài: PSoC là một họ vi điều khiển tích hợp được nhiều ưu điểm của các họ vi điều khiển trước và phát triển thêm những đặc tính ưu việt hơn hẳn. Do đĩ, mục đích của đề tài là nghiên cứu bộ thí nghiệm PsoC để hiểu rõ về mặt lý thuyết và xây dựng được các ứng dụng của nĩ vào thực tế nghiên cứu cũng như học tập, giảng dạy. 2. Phƣơng pháp nghiên cứu: Đọc tài liệu liên quan đến PsoC, lý thuyết cũng như ứng dụng. Nghiên cứu cách thức sử dụng phần mềm hỗ trợ của Cypress, tài liệu về lập trình dùng ngơn ngữ C cho PsoC. Sau khi nghiên cứu xong tài liệu lý thuyết sẽ tiến hành viết một số chương trình ứng dụng thực tế cho bộ thí nghiệm PsoC và đã thành cơng. 3. Nội dung nghiên cứu: a. Giới thiệu sơ lƣợc về PsoC: PSoC là từ viết tắt của cụm từ tiếng Anh (Programmable System On Chip), nghĩa là hệ thống khả trình trên một chíp. Các chíp chế tạo theo cơng nghệ PSoC cho phép thay đổi được cấu hình đơn giản bằng cách gán chức năng cho các khối tài nguyên cĩ sẵn trên Chip. Hơn thế nữa, nĩ cịn cĩ thể kết nối tương đối mềm dẻo các khối chức năng với nhau hoặc giữa các khối chức năng với các cổng vào ra. Chính vì vậy, PSoC cĩ thể thay thế cho rất nhiều chức năng nền của một số hệ thống cơ bản chỉ bằng một đơn Chip. Thành phần của Chip PSoC bao gồm các khối ngoại vi số và tương tự cĩ thể cấu hình được, một bộ vi xử lý 8 Bit, bộ nhớ chương trình (EEROM) cĩ thể lập trình được và bộ nhớ RAM khá lớn. Để lập trình hệ thống, người sử dụng được cung cấp một phần mềm lập trình, ví dụ như cho các Chip PSoC của Cyress, người lập trình phải cĩ phần mềm PSoC Designer. Ngồi ra, để cài được chương trình điều khiển vào Chip thì người lập trình phải cĩ một Kit phát triển do hãng chế tạo Chip cung cấp (hoặc một bộ nạp). Phần mềm thiết kế được xây dựng trên cơ sở hướng đối tượng với cấu trúc. Module hĩa. Mỗi khối chức năng là một Module mềm. Việc lập cấu hình cho Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang 7
9. Nghiên cứu bộ thí nghiệm PsoC Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Chip như thế nào là tùy thuộc vào người lập trình thơng qua mộ số thư viện chuẩn. Người lập trình thiết lập cấu hình trên Chip chỉ đơn giản bằng cách muốn Chip cĩ những chức năng gì thì kéo chức năng đĩ và thả vào khối tài nguyên số hoặc tương tự , hoặc cả hai tùy theo từng chức năng (phương pháp lập trình kéo thả). Việc thiết lập ngắt trên chân nào, loại ngắt là gì, các chân vào ra được hoạt động như thế nào đều tùy thuộc vào việc thiết lập của người lập trình khi thiết kế và lập trình cho PSoC. Với khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ này, một thiết bị điều khiển, đo lường cĩ thể được gĩi gọn trên một Chip duy nhất. Chính vì lý do đĩ, hãng Cypress Microsystems đã khơng gọi sản phẩm của mình là vi điều khiển (µC) như truyền thống, mà gọi là “thiết bị PSoC” (PSoC Device), và họ hy vọng rằng với khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ này, người sử dụng sẽ cĩ được những thiết bị điều khiển, những thiết bị đo giá rẻ, kích thước nhỏ gọn, và sản phẩm PSoC của họ sẽ thay thế được các thiết bị dựa trên vi xử lý hoặc vi điều khiển đã cĩ từ trước đến nay. b. Các thơng số kỹ thuật: • Bộ vi xử lý với cấu trúc Harvard (Cấu trúc phần cứng Harvard là cấu trúc mà Bus dữ liệu, Bus địa chỉ và tín hiệu điều khiển của bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu độc lập với nhau. Điều này làm cho tốc độ truy xuất được tăng lên).  Tốc độ của bộ vi xử lý lên đến 24 MHz  Lệnh nhân 8 bit x 8 bit, thanh ghi tích lũy là 32 bit  Hoạt động ở tốc độ cao mà năng lượng tiêu hao ít  Dải điện áp hoạt động từ 3.0 tới 5.25V  Điện áp hoạt động cĩ thể giảm xuống 1.0 V sử dụng chế độ kích điện áp  Hoạt động trong dải nhiệt độ từ 400 0 C đến 850 0C. • Các khối ngoại vi cĩ thể đƣợc sử dụng độc lập hoặc kết hợp  12 khối ngoại vi tương tự cĩ thể được thiết lập để làm các nhiệm vụ:  Các bộ ADC lên tới 14 bit  Các bộ DAC lên tới 9 bit.  Các bộ khuếch đại cĩ thể lập trình được hệ số khuếch đại.  Các bộ lọc và các bộ so sánh cĩ thể lập trình được Chủ nhiệm đề tài: Võ Thái Sim Trang 8