BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ VÀ THIẾT KẾ KIT THÍ NGHIỆM VI ĐIỀU KHIỂN PIC DÙNG PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ĐỒ HỌA FLOWCEDE S K C 0 9 S KC 0 2 Tp Hồ Chí Minh, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề Tài: XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ VÀ THIẾT KẾ KIT THÍ NGHIỆM VI ĐIỀU KHIỂN PIC DÙNG PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ĐỒ HỌA FLOWCODE SVTH : VÕ THÀNH THẮNG NGUYỄN HỮU TRÌNH Tp Hồ Chí Minh 2011 MỤC LỤC CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý chọn đề tài Trang1 1.2 Tổng quan, tóm lượt đề tài Trang 1.3 Những giải pháp giải vấn đề tồn Trang 1.4 Phương án giải Trang CHƯƠNG II: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Trang 2.2 Phương pháp nghiên cứu Trang CHƯƠNG III: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ PHẦN A: NỘI DUNG 3.1 Cơ sở lý luận Trang 3.2 Vi điều khiển PIC16F877A Trang 3.3 Phần mềm Flowcode Trang 3.4 Xây dựng giáo trình điện tử Web Trang 3.5 Kít thí nghiệm Trang 12 PHẦN B: CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC 3.6 Ý nghĩa khoa học hiệu kinh tế xã hội Trang 21 3.7 Qui mô phạm vi ứng dụng Trang 23 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Trang 24 4.2 Kiến nghị Trang 24 4.3 Định hướng nghiên cứu tương lai Trang 25 CHƯƠNG V: TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC 5.1 Tài liệu tham khảo Trang 26 5.2 Phụ lục A: Vi điều khiển PIC Trang 27 5.3 Phụ lục B: Phần mềm lập trình đồ họa FLOWCODE Trang 32 Trang CHƢƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý chọn đề tài Trong xu hướng nay, vi điều khiển có ứng dụng ngày rộng rãi sản xuất đời sống, đặc biệt kỹ thuật tự động hoá điều khiển từ xa Việc đưa phương pháp giảng dạy hiệu quả, tiết kiệm chi phí cho nhà trường sinh viên hoàn toàn cấp thiết mang tính thực tế cao, nhằm đáp ứng nhu cầu xã hội Đã có nhiều tài liệu hướng dẫn học tập hệ vi xử lý 89C51, AVR, PIC… Tuy nhiên, sinh viên tiếp cận với kỹ thuật vi xử lý thường gặp khó khăn việc thực yêu cầu điều khiển khơng hiểu cặn kẽ câu lệnh Đồng thời, phát triển tài liệu điện tử, Kit thực hành, ứng dụng phần mềm lập trình tiên tiến vào học tập, giảng dạy ngành Điện Tử nói riêng ngành thuộc khối kỹ thuật nói chung định hướng phát triển giáo dục nhằm nâng cao đội ngũ lao động có trình độ cao nước ta 1.2 Tổng quan, tóm lƣợt đề tài Trong đề tài này, nghiên cứu cách thiết kế Kit thực hành, tài liệu điện tử ứng dụng phần mềm tiên tiến cho việc đào tạo sinh viên lĩnh vực thiết kế hệ thống nhúng Chúng tập trung vào xây dựng “hệ thống” hỗ trợ cho việc học tập môn Vi điều khiển sinh viên, bao gồm Kit thực hành Vi điều khiển PIC thiết kế theo dạng module, tài liệu hỗ trợ cho thực hành Kit thiết kế Web, phần mềm Flowcode phần mềm tiên tiến cho lập trình vi điều khiển 1.3 Những giải pháp khoa học đƣợc giải vấn đề tồn Với điều kiện kinh tế nay, việc thiết kế các Kit thí nghiệm dành cho sinh viên thực hành cho giá thành thấp, đủ số lượng đảm bảo chất lượng cho xưởng thực hành trường đại học, cao đẳng trung cấp nghề khó khăn Trang Bên cạnh đó, việc in ấn tài liệu dạng sách chuyên ngành gây tốn khó khăn trong việc chỉnh sửa, vận chuyển Cơng nghệ phát triển nhanh chóng hàng năm, hàng tháng, chí hàng ngày tài liệu cần phải chỉnh sửa cho phù hợp Vấn đề vận dụng công nghệ tiên tiến giới vào việc giảng dạy nhà trường, nâng cao hiệu đào tạo vấn đề cấp thiết cho ngành giáo dục 1.4 Phƣơng án giải - Thiết kế Kit thí nghiệm cho vi điều khiển theo dạng module - Xây dựng website hướng dẫn sử dụng vi điều khiển PIC hướng dẫn sử dụng phần mềm Flowcode - Các ứng dụng phần mềm lập trình đại Flowcode Trang CHƢƠNG II: MỤC TIÊU, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế, xây dựng một module học tập cho môn vi điều khiển nhằm nâng cao hiệu học tập, giảng dạy so với cách thiết kế 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu thông qua tài liệu nước ngồi phần mềm Flowcode phổ biến nước Trực tiếp sử dụng phần mềm đọc tài liệu hướng dẫn phần mềm Thiết kế Kit thực hành kiểm tra tính hiệu so với cách thiết kế thông thường Trang CHƢƠNG III: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ PHẦN A: NỘI DUNG 3.1 Cơ sở lý luận 3.1.1 Giải thuật Là dãy thao tác xác định đối tượng, cho sau thực số hữu hạn bước đạt mục tiêu Giải thuật = Logic + Điều khiển - Logic: Đây phần quan trọng, trả lời câu hỏi “Giải thuật làm gì?, giải vấn đề gì?”, yếu tố tốn có quan hệ với v.v…Ở bao gồm kiến thức chuyên mơn mà bạn phải biết để tiến hành giải toán - Điều khiển: Thành phần trả lời câu hỏi “Giải thuật phải làm nào?”, cách thức tiến hành áp dụng thành phần logic để giải vấn đề 3.1.2 Chƣơng trình Là tập hợp mô tả, phát biểu, nằm hệ thống quy ước ý nghĩa thứ tự thực hiện, nhằm điều khiển máy tính làm việc Chƣơng trình = Thuật tốn + Cấu trúc liệu Các thuật tốn chương trình có cấu trúc dựa cấu trúc điều khiển bản: Tuần tự (Sequential): Các bước thực cách xác từ xuống, bước thực lần Chọn lọc (Selection): Chọn hay nhiều thao tác để thực Lặp lại (Repetition): Một hay nhiều bước thực lặp lại số lần 3.1.3 Lƣu đồ Để dễ quy trình xử lý, nhà lập trình đưa dạng lưu đồ để minh họa bước trình xử lý vấn đề (bài toán) Trang Bảng 2.0: Các quy ước vẽ lưu đồ Hình dạng Hành động Dữ liệu vào Xử lý Dữ liệu Quyết định điều kiện rẽ nhánh Luồng xử lý Gọi hàm, chương trình Bắt đầu, kết thúc Điểm ghép nối 3.1.4 Graphical User Interface GUI giao diện người máy tính (user interface), cách giúp cho người tương tác (trao đổi thông tin) với máy tính việc sử dụng window, icon, menu, thao tác chuột, bàn phím GUI trái ngược hẳn với giao diện dòng lệnh CLI (command line interface) – người dùng sử dụng bàn phím để gõ vào câu lệnh, sau nhấn Enter để yêu cầu máy tính thực thi lệnh đó, kết cuối hiển thị hình dạng văn Một ví dụ CLI mà hẳn quen thuộc với Trang nhiều người giao diện HDH MS-DOS, sử dụng Linux chế độ console toàn hình hiển thị dạng văn Một Icon hình ảnh (hay biểu tượng) nhỏ GUI mà tượng trưng cho chương trình, lệnh, file, thư mục, hay thiết bị (CD, HDD,USB…)… Icon xuất desktop, hay bên chương trình ứng dụng Ví dụ hình chữ nhật nhỏ tượng trưng cho file, cặp táp thể thư mục, hình đĩa CD cho ổ CD-ROM…, hay nút back, forward, home… cửa sổ trình duyệt Web Trong GUI, lệnh đưa cách bạn dùng chuột, touchpad (trên Laptop) để di chuyển trỏ chuột hình để chọn đối tượng (icon, menu, window) cần xử lý Thuận lợi GUI: Làm cho việc thao tác, sử dụng máy tính trở nên đơn giản, trực quan Ví dụ, để di chuyển file từ folder sang folder khác bạn cần kéo thả icon file phải nhớ gõ lệnh để hồn thành cơng việc tương tự Hơn nữa, GUI cung cấp cho người dùng phản hồi trực quan, tức kết hành động đưa người dùng Ví dụ, bạn xóa icon biểu thị cho file, icon biến mất, xác nhận file khơng cịn tồn hệ thống Điều khác hẳn với CLI, bạn không nhận thông báo, phản hồi nhằm biểu thị file bị xóa Ngồi ra, GUI giúp người dùng đạt tối đa lợi tính multitasking (đa nhiệm – nhiều chương trình chạy đồng thời) HDH hỗ trợ cho phép hiển thị lúc nhiều cửa sổ chương trình bạn di chuyển qua lại tác vụ cách dễ dàng Chút hạn chế GUI: Mặc dù GUI đem lại thuận tiện to lớn, quản trị hệ thống người dùng chuyên nghiệp lại ưa thích thao tác với CLI hơn, CLI cung cấp tối đa tùy chọn đem lại tính linh hoạt, uyển chuyển, hữu ích việc tự động hóa tác vụ với script, liên lạc chương trình thơng qua pipe (ống dẫn) Ngoài ra, sử dụng GUI tiêu tốn nhiều tài nguyên hệ thống (RAM, CPU…) CLI Trang 3.1.5 Drag&Drop Giúp người dùng kéo ứng dụng, chức phần mềm từ vị trí đến vị trí khác hình 3.2 Vi điều khiển PIC (Xem phụ lục A) 3.3 Phần mềm Flowcode Phần mềm Flowcode giới lập trình vi điều khiển sử dụng rộng rãi nước nhờ ứng dụng đa dạng phong phú điều khiển cơng nghiệp giáo dục Với phần mềm này, người tiếp cận với kỹ thuật vi xử lý giải tốn điều khiển nhanh chóng mà khơng cần phải hiểu cặn kẽ câu lệnh vi xử lý Thay phải viết câu lệnh dạng gợi nhớ trước đây, phần mềm cho phép người dùng thể dạng lưu đồ nên việc thực yêu cầu điều khiển dễ dàng nhiều Tiết kiệm thời gian, người viết chương trình người sử dụng chương trình dễ dàng sửa lỗi điều chỉnh theo ý muốn Tuy nhiên, việc sử dụng phần mềm mẻ Việt Nam, đặc biệt sinh viên vừa tiếp cận với kỹ thuật vi xử lý (Chi tiết hướng dẫn sử dụng xem phụ lục B) 3.4 Xây dựng giáo trình điện tử Web Tài liệu mang tính tương tác cao bao gồm văn bản, âm thanh, hình ảnh, video tích hợp Web 3.4.1 Thiết kế Web - Nghiên cứu tài liệu tổng quan Web lên kịch - Học cách sử dụng chức phần mềm thiết kế Web chuyên nghiệp Dreamwever - Tiến hành chuyển đổi nội dung từ kịch lên Web 3.4.2 Video hƣớng dẫn - Lên kịch video Trang 33 Thanh chứa linh kiện mô Thanh chứa hộp Flowchart, dùng để lập trình Các hộp Flowchart Hộp bắt đầu kết thúc chương trình.Tất các hộp khác nằm hộp Input Output  Input: Nhập liệu vào vi điều khiển  Output: Xuất liệu Trang 34 Khi nhấp chuột phải vào hộp Input/ Output chọn Properties, ta thuộc tính chúng với thông số sau: - Display name: Tên hộp, giúp thích đơn giản cho hộp - Variable: Tên biến sử dụng hộp (nếu có) - Port: Port vi điều khiển, tùy thuộc vào phần cứng - Single Bit: Tùy vào chân vi điều khiển, mà phần cứng kết nối - Entire Port: Khi sử dụng nhiều Bit Port mà khơng phải tồn Port, ta sử dụng Use Masking để đánh dấu vào Bit ta cần Trang 35 Cách tạo biến Ở Properties ta click vào Variable/ Add New Variable Name of new variable: Tên biến mà ta cần dùng Variable type: Kiểu biến (tùy vào giới hạn biến mà ta chọn cho phù hợp) - Byte: Giá trị từ đến 255 - Int: Giá trị từ 32768 đến 32767 - String: Kiểu chuỗi (mặc định chuỗi có độ dài 20 ký tự) Sau nhập tên biến ta chọn Ok Trang 36 Delay Tạo trì hỗn cần thiết cho chương trình Khi nhấp chuột phải vào hộp chọn Properties, ta thuộc tính chúng với thơng số sau: Display name: Tên hộp, giúp thích đơn giản cho hộp Delay value or variable: Thời gian trì hỗn biến Đơn vị trì hỗn Giây Mili giây, tùy thuộc vào ta đánh dấu vào bên Trang 37 Điều kiện IF Ý nghĩa: Nếu điều kiện If đúng, thực theo Yes, sai thực theo No Khi nhấp chuột phải vào hộp chọn Properties, ta thuộc tính chúng với thông số sau: Display name: Tên hộp, giúp thích đơn giản cho hộp If: Giá trị hoặc đơn thức với biến VD: x=0, y>=3, z