SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH ĐOÀN TP. HỒ CHÍ MINH TP. HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ X * W Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN CHÍ NHÂN Cơ quan chủ trì: TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ TP. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2010 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ KIT AVR (M-DE1) VÀ MÔ HÌNH XE ĐUA TỰ HÀNH M M Ụ Ụ C C L L Ụ Ụ C C Trang Mục lục Lời giới thiệu 1 1. GIỚI THIỆU KIT AVR (M-DE1) 2 2. CÁC MÔĐUN CỦA KIT AVR 3 2.1. Đơn vị xử lý trung tâm 3 2.2. Các môđun giao tiếp vào ra 4 2.2.1. Các port của vi điều khiển Atmega32 4 2.2.2. Màn hình hiển thị-LCD 16x2 5 2.2.3. Led đơn 5 2.2.4. Led 7 đoạn (7-SEGMENT LED) 6 2.2.5. Switch DIP-8 7 2.2.6. Ma trận LED 5x7 7 2.3. Môđun giao tiếp theo chuẩn UART 7 2.4. Môđun điều khiển động cơ DC và động cơ bước 8 2.5. Môđun giao tiếp theo chuẩn I 2 C 9 2.6. Môđun bàn phím 9 2.7. Các môđun khác 10 3. TÀI LIỆU THIẾT KẾ VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG XE ĐUA TỰ HÀNH 13 3.1. Tài liệu thiết kế xe đua tự hành 13 3.2. Tài liệu hướng dẫn sử dụng xe đua tự hành 19 1 Lời giới thiệu Sau khi đã tham khảo một số KIT thí nghiệm vi điều khiển có trên thị trường hiện nay và qua quá trình tìm hiểu và lựa chọn vi điểu khiển AVR, chúng tôi tiến hành thiết kế KIT thực tập trên vi điều khiển này. Với mục tiêu phục vụ cho sinh viên trong quá trình học tập, nghiên cứu về vi điều khiển nói chung, họ vi điều khiển AVR nói riêng, đồng thời phát triển các ứng dụng cụ thể dựa trên KIT này. Dưới đây là KIT AVR (M-DE1) hoàn chỉnh và mô hình xe đua tự hành: Kit AVR hoàn chỉnh Mô hình xe đua tự hành 2 1. Giới thiệu KIT AVR (M-DE1) Sơ đồ khối chức năng của KIT AVR mà chúng tôi tiến hành thiết kế. Hình 1: Sơ đồ khối chức năng của Kit AVR Hình 2: Sơ đồ khối kết nối giữa máy tính với Kit AVR Trong quá trình thiết kế kit chúng tôi sử dụng phương pháp thiết kết từng bước, chia các khối trên thành các môđun. Các bước thông thường để thiết kế một sản phẩm hoàn chỉnh là xuất phát từ ý tưởng ban đầu ta liệt kê ra những yêu cầu mà phần cứng cần phải đáp ứng, các linh kiện cần có, vẽ lưu đồ cho phần mềm, thực hiện việc thiết kế cuối cùng. Trước khi triển khai các ứng dụng chúng tôi sử dụng kỹ thuật mạch thử nghiệm. Việc xây dựng bản mẫu thử cho phép ta kiểm tra việc thiết kế mạch và đánh giá khả năng hoạt động được của bản thiết kế với một chi phí hợp lý và nhanh chóng. LCD 16x2 LED 7 đoạn ATMEL ATMEGA32 Matrix LED 5x7 SW DIP 8x2 5V Power connector I2C interface DS1307, 24C64 Debugger ISP Programer UART LED đơn Reset Button INT Button PORT A PORT B PORT C PORT D Cáp STK-500 (ISP Programer) KIT AVR 3 Những chuẩn bị cần thiết để thiết kế Kit AVR: a.Về phần cứng: - Chip vi điều khiển AVR (dòng Atmega). - Linh kiện lắp ráp Kit AVR và các linh kiện dự phòng. - Nguồn cung cấp, thiết bị đo và lắp ráp (Oscilloscope, đồng hồ đo, . . .). b. Về phần mềm: - Phần mềm Orcad dùng thiết kế sơ đồ mạch và layout board mạch. - Phần mềm Proteus để chạ y mô phỏng trước khi thiết kế mạch. - Trình biên dịch: CodeVisionAVR và Image Craft C (ICCIMAGE) để biên dịch chương trình và kiểm tra hoạt động của Kit. 2. CÁC MÔĐUN CỦA KIT AVR Kit AVR gồm các môđun sau: 2.1. Đơn vị xử lý trung tâm (CENTRAL PROCESSING UNIT) Môđun xử lý trung tâm được thiết kế gồm: - Vi điều khiển ATmega32 - Bộ tạo dao động ngoài (thạch anh 16MHz) - Các công tắc nhấn được nối với chân của vi điều khi ển như sau: Bảng 1: Bảng sơ đồ chân của Atmega32 kết nối Switch Số TT Chân của Atmega32 Ký hiệu thiết bị 1 RESET SW1 2 INT0 SW3 3 INT1 SW2 4 PC5(TDI) PD6 PA0 PC6 PB6 PA3 PC1 TxD 16 14 19 10 30 32 21 9 20 13 17 25 12 11 31 1 2 3 4 5 6 7 8 33 40 39 38 37 36 35 34 15 18 26 27 28 29 22 23 24 (INT0)PD2 (RXD)PD0 (OC1A)PD5 VCC AVCC AREF (OC2)PD7 RESET (ICP)PD6 XT1 (INT1)PD3 (TMS)PC3 XT2 GND GND (XCK/T0)PB0 (T1)PB1 (INT2/AIN0)PB2 (OC0/AIN1)PB3 (SS)PB4 (MOSI)PB5 (MISO)PB6 (SCK)PB7 (ADC7)PA7 (ADC0)PA0 (ADC1)PA1 (ADC2)PA2 (ADC3)PA3 (ADC4)PA4 (ADC5)PA5 (ADC6)PA6 (TXD)PD1 (OC1B)PD4 (TDO)PC4 (TDI)PC5 (TOSC1)PC6 (TOSC2)PC7 (SCL)PC0 (SDA)PC1 (TCK)PC2 VCC PA4 PA5 PD7 PD4 PC0 PB3 PB0 PA7 PC4(TDO) VCC RST PB5 PD3 PA1 PA2 PB2 PA6 PC7 R24 10k 104 PB1 PD5 PB7 PC2(TCK) 20P2 RxD PC3(TMS) R22 10k PB4 PD2 20P1 Hình 3: Module bộ xử lý trung tâm 2.2. Các môđun giao tiếp vào/ra (I/O) 2.2.1. Các port của vi điều khiển Atmega32 Bảng 2:Bảng ký hiệu các PORT của Atmega32 Số TT Port của Atmega32 Ký hiệu thiết bị 1 PORTA (PA) J13 2 PORTB (PB) J10 3 PORTC (PC) J11 4 PORTD (PD) J12 PC7 PC0 PC6 PC5(TDI) PC4(TDO) PC3(TMS) PC1 J11 PORTC 1 2 3 4 5 6 7 8 PC2(TCK) PD5 PD2 PD3 RxD PD7 PD4 PD6 J12 PORTD 1 2 3 4 5 6 7 8 TxD J10 PORTB 1 2 3 4 5 6 7 8 PB2 PB0 PB7 PB3 PB1 PB5 PB4 PB6 PA6 PA7 PA0 PA1 PA3 PA2 PA5 J13 PORTA 1 2 3 4 5 6 7 8 PA4 Hình 4: Các port của vi điều khiển Atmega32 5 2.2.2. Màn hình hiển thị-LCD 16x2 Bảng 3:Bảng kỳ hiệu PORT của LCD Số TT Port của LCD 16x2 Ký hiệu thiết bị 1 LCD 16x2 J2 2 LCD PORT J20 LCD2 LCD4 LCD1 J20 LCD 1 2 3 4 5 6 7 8 LCD0 LCD6 LCD2 LCD0 LCD7 VCC LCD1 LCD5 R99 330 12 LCD6 LCD5 J2 LCD16x2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 LCD4 LCD7 Hình 5:Môđun màn hình hiển thị-LCD 16x2 2.2.3. Led đơn: có 8 led đơn Bảng 4: Bảng ký hiệu LED đơn Số TT LED đơn Ký hiệu thiết bị 1 LED0 D4 2 LED1 D5 3 LED2 D6 4 LED3 D7 5 LED4 D8 6 LED5 D9 7 LED6 D10 8 LED7 D11 6 R4 PA6 PB0 D5 LED R3 R11 PA4 PA0 D4 LED PA1 D9 LED PA2 R5 D6 LED D8 LED R6 D10 LED PA3 VCC U11 74LS373 3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 2 5 6 9 12 15 16 19 2010 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OE LE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 VCCGND D11 LED PA7 PA5 D7 LED R9 R10R7 Hình 6:Môđun LED đơn 2.2.4. Led 7 đoạn (7-SEGMENT LED) Bảng 5: Bảng ký hiệu LED 7 đoạn Số TT LED 7 đoạn Ký hiệu thiết bị 1 LED7SEG0 J21 2 LED7SEG1 J22 3 LED7SEG2 J23 4 LED7SEG3 J24 R59 300 G U13 74LS373 3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 2 5 6 9 12 15 16 19 2010 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OE LE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 VCCGND C R63 300 R61 300 A R66 300 PB1 R60 300 PA4 Q6 PNP Q8 PNP C J22 LED 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D F J23 LED 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E D A Q9 PNP DP C R64 300 A DP B F G PA0 Q7 PNP PB6 DP G R62 300 C PA6 R43 1K J21 LED 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PB5 PA7 PA3 PA2 VCC E F D E PB4 PA5 R42 1K R41 1K R44 1K DP BB PB7 PA1 A J24 LED 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D G F B R65 300 E VCC Hình 7:Môđun Led 7 đoạn 7 2.2.5. Switch DIP-8: được kết nối như hình sau, có ký hiệu là SW10 PC6 R51 4.7K PC4(TDO) U16 74LS373 3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 2 5 6 9 12 15 16 19 2010 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OE LE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 VCCGND VCC PC5(TDI) PC2(TCK) R40 4.7K R50 4.7K PC3(TMS) R53 4.7K R58 4.7K VCC PC0 R39 4.7K R52 4.7K PB2 R49 4.7K PC7 SW10 SW DIP-8 PC1 Hình 8:Môđun Switch DIP-8 2.2.6. Ma trận LED 5x7 (2 màu): được kết nối như hình sau, có ký hiệu là U6 PA4PC4(TDO) R19 R18 PC0 R13 R17 PA1 PA5 PA6 R14 PA2 PC3(TMS) R15 PC2(TCK) PA0 PC1 R16 U6 MATRIX 5x7 (2 COLORs) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 PA3 Hình 9:Môđun Ma trận LED 5x7 2.3. Môđun giao tiếp theo chuẩn UART Môđun này được thiết kế để truyền thông giữa máy tính với vi điều khiển thông qua chuẩn UART. Môđun này được kết nối như hình sau, có ký hiệu là DB9 C1 104 TxD C4 104 13 14 15 7 6 2 8 16 12 11 1 10 3 4 9 5 R1I T1O GND T2O Vs- Vs+ R2I VCC R1O T1I C1+ T2I C1- C2+ R2O C2- C3 104 DB9 5 9 2 7 3 6 4 1 8 C2 104 RxD VCC Hình 10:Môđun UART/ISP 8 2.4. Môđun điều khiển động cơ DC và động cơ bước (STEP MOTOR) Dưới đây là sơ đồ mạch được thiết kế để ghép nối động cơ DC và động cơ bước với Vi điều khiển. VCC DK1A C11 104 C9 104 15 VCC 1 DK2A DK2B GND DK1B OUT1A U6 LM7805 1 2 3 VI GND VO +12V GND VCC C12 100u OUT1A J1 L298 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 VCCVCC OUT2B VCC OUT1B OUT2A C10 100u Hình 11:Môđun động cơ DC J8 1 2 3 4 +12V J9 1 2 3 4 J11 1 2 3 J7 1 2 3 4 U1 ULN2803 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3 4 5 6 7 8 GND 10 11 12 13 14 15 16 17 18 J10 1 2 3 4 Hình 12:Môđun động cơ bước [...]... quay)/32000 (%) 3.2 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG XE ĐUA TỰ HÀNH -Mô hình xe: gồm thân xe và 2 cặp bánh xe trước và sau Trên thân xe được lắp các mạch điều khiển Hình 32: Mô hình xe đua tự hành 19 3.2.1 Mô hình đường đua: Phần đường đi được thiết kế khép kín nhưng cơ bản bao gồm: một đường đi thẳng, một góc cua cong, hai góc cua 900, một đoạn đường uốn và một làn chuyển đường Hình 33: Mô hình đường đua 3.2.2 Nguyên... HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG XE ĐUA TỰ HÀNH Đi kèm theo bộ KIT AVR, chúng tôi đã phát triển một ứng dụng cụ thể đó là thiết kế mô hình xe đua tự hành Đây là một công cụ rất tốt giúp cho việc nghiên cứu và giảng dạy đối với sinh viên chuyên ngành điện tử, tự động hóa tại các trường đại học và cao đẳng Việc thiết kế mô hình xe đua tự hành làm công cụ hỗ trợ học tập môn học vi xử lý, vi điều khiển sẽ giúp cho sinh... để xe chạy tự động trên đường đua: +Công tắc J15 đã ở vị trí nhấn +Nhấn công tắc SW11 cấp nguồn cho AVR và board sensor +Nhấn công tắc SW10 cấp nguồn cho Servo Motor và Motor DC +Nhấn key SW4( vị trí giữa công tắc SW10 ,SW11) và xe khởi động chạy trên đường đua Xe thực hiện hoàn tất một vòng đua khép kín một cách tự động bao gồm cơ chế xử lý góc cua cong 120 do động cơ servo xử lý quay 120 sau đó xe. .. trợ học tập môn học vi xử lý, vi điều khiển sẽ giúp cho sinh viên tiếp cận nhanh với lĩnh vực thiết kế robot và điều khiển tự động và đồng thời giúp cho môn học thêm trực quan, sinh động và thực tế hơn 3.1 TÀI LIỆU THIẾT KẾ XE ĐUA TỰ HÀNH Xe đua tự hành gồm những module như sau: module driver board điều khiển 2 động cơ sau, module sensor dò đường, module mạch nạp vi điều khiển, module động cơ servo... các mô un của KIT M-DE1 D- D+ VCC GND USB_B J1 VCC PC2(TCK) 1 PC4(TDO) 3 PC3(TMS) 5 7 PC5(TDI) 9 DEBUGGER 7 4 12 U8 4 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 U10 8 MATRIX 5x7 (2 COLORs) 1 PIN 3V VCC J18 VCC 20 PORTD RxD TxD PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 PD7 VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 GND PORTC PC0 PC1 PC2(TCK) PC3(TMS) PC4(TDO) PC5(TDI) PC6 PC7 10 1 2 3 4 5 6 7 8 2 4 6 8 10 1 2 3 TÀI LIỆU THIẾT KẾ VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG XE ĐUA TỰ HÀNH... Hình 13 :Mô un I2C 2.6 Mô un bàn phím Hình 14 :Mô un bàn phím 9 PC0 PC1 2.7 Các mô un khác - Mô un cấp nguồn: VCC VCC D3 U8 LED 4 J3 1 2 C5 104 POWER C6 100uF/16V 3 D- D+ VCC GND 1k R8 USB_B Hình 15 :Mô un cấp nguồn -Mô un debugger dùng để chạy debugger chương trình J1 VCC PC2(TCK) 1 PC4(TDO) 3 PC3(TMS) 5 7 PC5(TDI) 9 2 4 6 8 10 DEBUGGER Hình 16 :Mô un debugger -Mô un ISP Programer: dùng để nạp chương trình... trong vòng 100 trở lại, và xe sẽ thực hiện 2 lần góc cua 900 với cơ chế xử lý của servo quay 400 và bánh trái quay nhanh hơn bánh phải (do sự điều chỉnh độ rộng xung của Timer), xe tiếp tục thực hiện đoạn chuyển đường với cơ chế servo quay trái 250 khi gặp nền đen và chạy cho đến khi gặp vạch trắng thi servo quay phải 250 và trở vòng đua ban đầu 20 MẠCH IN CÁC MODULE CỦA KIT M-DE1 PA0 PA1 PA2 PA3 PA4... ISP Programer: dùng để nạp chương trình vào vi điều khiển VCC J18 PB5 RST PB7 PB6 1 3 5 7 9 2 4 6 8 10 ISP PROGRAMER Hình 17 :Mô un ISP Programer 10 1 2 Bộ KIT M-DE1 hoàn chỉnh gồm: board AVR và các phụ kiện đi kèm theo Hình 18: Bộ KIT M-DE1 hoàn chỉnh 11 MẠCH IN CÁC MODULE CỦA KIT M-DE1 PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 C3 104 PC0 PC1 PC2(TCK) PC3(TMS) PC4(TDO) PC5(TDI) PC6 PC7 PD7 PD6 PD5 PD4 PD3 PD2... uốn và một làn chuyển đường Hình 33: Mô hình đường đua 3.2.2 Nguyên tắc hoạt động của xe: trên board vi điều khiển chúng tôi lắp thêm công tắc DIP với các chế độ để lựa chọn các đoạn code lập trình khác nhau cho xe hoạt động, đây cũng là một trong những cách để ta tăng tính cơ động các ứng dụng của xe .Khi nạp code cho AVR , công tắc SW6 và công tắc SW9 ở vị trí nhấn .Nhấn công tắc SW11để cấp nguồn 5V...2.5 Mô un giao tiếp theo chuẩn I2C Mô un này được thiết kế để giao tiếp giữa vi điều khiển với các chip ngoại vi như: EEPROM, Real Time Clock(RTC), thông qua chuẩn giao tiếp I2C VCC J4 R2 4K7 R12 4K7 1 2 3 4 U9 8 1 SDA SCL VCC X1 5 6 8 7 6 5 CONG TAC Y2 D12 2 4 SQW X2 GND VBAT 7 3 LED R1 300R DS1307 U7 2 1 PIN 3V U10 8 3 2 1 VCC A2 A1 A0 SCL SDA WP GND 6 5 7 4 24C64 Hình 13 :Mô un I2C 2.6 Mô un bàn . mô un khác 10 3. TÀI LIỆU THIẾT KẾ VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG XE ĐUA TỰ HÀNH 13 3.1. Tài liệu thiết kế xe đua tự hành 13 3.2. Tài liệu hướng dẫn sử dụng xe đua tự hành 19 1 Lời giới thiệu. khiển AVR nói riêng, đồng thời phát triển các ứng dụng cụ thể dựa trên KIT này. Dưới đây là KIT AVR (M-DE1) hoàn chỉnh và mô hình xe đua tự hành: Kit AVR hoàn chỉnh Mô hình xe đua tự hành. 2010 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ KIT AVR (M-DE1) VÀ MÔ HÌNH XE ĐUA TỰ HÀNH M M Ụ Ụ C C L L Ụ Ụ C C Trang Mục lục Lời giới thiệu 1 1. GIỚI THIỆU KIT AVR (M-DE1) 2 2. CÁC MÔĐUN