Tài liệu Thiết kế và điều khiển hệ thống ổn định nhiệt độ cho lò ấp trứng loại nhỏ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Nhiệm vụ của đề tài là tập trung vào tìm hiểu Thiết kế và điều khiển hệ thống ổn định nhiệt độ cho lò ấp trứng loại nhỏ, nội dung của đề tài bao gồm:  Khảo sát và phân tích hệ thống lò ấp trứng, yêu cầu nhiệt độ của lò.  Thiết kế cơ cấu phần cứng nhằm thu thập nhiệt độ và điều khiển sự ổn định nhiệt.  Lập trình điều khiển ổn định nhiệt cho lò.  Viết báo cáo tổng kết đồ án. 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cuốn đồ án này do chính tôi nghiên cứu. Hệ thống phần cứng và chương trình phần mềm do tôi thiết kế và xây dựng. Các thông tin số liệu trong đồ án là hoàn toàn trung thực, chính xác và có nguồn gốc rõ ràng. Trong quá trình nghiên cứu tôi có tham khảo một số tài liệu có trong danh mục tài liệu tham khảo được liệt kê cuối đồ án. Sinh viên Nguyễn Văn Huân 2 MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN............................................................................................1 LỜI CAM ĐOAN................................................................................................2 MỤC LỤC ..........................................................................................................3 DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................5 LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN STM32 ................................8 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển................................................................8 1.1.1. Giới thiệu ...........................................................................................8 1.1.2. Cortex là gì..........................................................................................9 1.2. Đặc điểm của ARM STM32 ....................................................................10 1.2.1. Các giai đoạn phát triển của STM32..................................................10 1.2.2. Tính ưu việt.......................................................................................11 1.2.3. Sự an toàn .........................................................................................12 1.2.4. Tính bảo mật .....................................................................................12 1.2.5. Phát triển phần mềm..........................................................................13 1.2.6. Dòng Performance và Access của STM32.........................................13 1.3. Lõi Cortex-M0 .......................................................................................14 1.4. So sánh giữa các dòng ARM ...................................................................15 1.5. Giới thiệu kit STM32F0 ..........................................................................16 1.5.1. Tổng quan kít STM32F051R8T6.......................................................17 1.5.2 Cấu trúc phần cứng STM32F0............................................................19 1.5.3. Các khối chức năng kit STM32F0 .....................................................20 1.6. Mạch nạp.................................................................................................30 1.7. Chương trình biên dịch Keil c và cách tạo project...................................31 1.7.1. Chương trình biên dịch Keil C v4......................................................31 1.7.2.Tạo Project mới..................................................................................34 CHƯƠNG 2. KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG LÒ ẤP TRỨNG LOẠI NHỎ...............................................................42 2.1. Giới thiệu ................................................................................................42 3 2.2. Yêu cầu hệ thống.....................................................................................42 2.3. Phân tích các khối chức năng ...............................................................43 2.3.1. Khối cảm biến(LM35).......................................................................43 2.3.2. Khối Nguồn.......................................................................................44 2.3.3. Khối hiển thị LCD.............................................................................45 2.3.4. Khối xử lí trung tâm KIT STM32F051R8T6 .....................................47 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM..........49 3.1. Thiết kế hệ thống.....................................................................................49 3.1.1. Sơ đồ mạch nguyên lí từng khối ........................................................49 3.1.2. Sơ đồ tổng thể hệ thống.....................................................................51 3.3 Chương trình hệ thống..............................................................................52 3.4. Kết quả hệ thống .....................................................................................55 3.5. Đánh giá kết quả......................................................................................56 KẾT LUẬN.......................................................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................58 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Chíp ARM thế hệ thứ nhất M1.............................................................8 Hình 1.2 Biểu đồ các giai đoạn phát triển của STM32 .......................................11 Hình 1.3 Đặc điểm cuả bốn nhánh trong họ STM32 ..........................................14 Hình 1.4. Sự phát triển của STM32 ...................................................................15 Hình 1.5. Biểu đồ thể hiện tốc độ xử lí của các chip STM32.............................15 Hình 1.6. Cấu trúc các dòng chip STM32 .........................................................16 Hình 1.7. Hình ảnh kit STM32F0 .....................................................................17 Hình 1.8. Thông số kỹ thuật của kit STM32F0 ..................................................18 Hình 1.9. Sơ đồ khối STM32F0-Discovery........................................................19 Hình 1.10. Mặt trên của KIT STM32F0.............................................................21 Hình 1.11. Mặt dưới của KIT STM32F051R8T6 ...............................................22 Hình 1.12. Nạp chương trình CN2 ....................................................................23 Hình 1.13. Kết nối CN3 (SWD)........................................................................23 Hình 1.14. Nạp chương trình CN3 (SWD)........................................................24 Hình 1.15. Vị trí các Led ...................................................................................27 Hình 1.16. Vị trí các nút bấm trên KIT ..............................................................28 Hình 1.17. Mạch nạp j-link V7 ..........................................................................30 Hình 1.18. Mạch nạp J-link V8..........................................................................30 Hình 1.19. Truy nhập trang chủ Keil C và ấn download ....................................31 Hình 1.20. Điền thông tin cá nhân .....................................................................31 Hình 1.21. Click để tải phần mềm về máy .........................................................32 Hình 1.22. Tải Keil C về máy ............................................................................32 Hình 1.23. Cài đặt chương trình.........................................................................33 Hình 1.24. Cài đặt chương trình(tiếp) ................................................................33 Hình 1.25. Chọn đườg dẫn và ấn “ Next”...........................................................34 Hình 1.26. Ấn Next để cài đặt và chờ kết thúc ...................................................34 Hình 1.27. Tạo project mới................................................................................35 Hình 1.28. Chọn đường dẫn tới thư mục để lưu project và đặt tên cho project ...35 Hình 1.29. Chọn vi điều khiển muốn lập trình ...................................................36 5 Hình 1.30. Thêm các thành phần cần trong project ............................................36 Hình 1.31. Thêm thư viện..................................................................................37 Hình 1.32. Project đã đủ thư viện ......................................................................37 Hình 1.33. Cửa sổ Options for target .................................................................38 Hình 1.34. Chọn tần số thạch anh ......................................................................38 Hình 1.35. Tạo file .hex.....................................................................................39 Hình 1.36. Thêm thư viện trong C/C++ .............................................................39 Hình 1.37. Chọn công cụ nạp.............................................................................40 Hình 1.38. Viết code cho chương trình ..............................................................40 Hình 1.39. Kết quả dịch chương trình................................................................41 Hình 2.1. Sơ đồ khối hệ thống đo nhiệt hiển thị LCD ........................................43 Hình 2.2. Sơ đồ chân cảm biến LM35................................................................43 Bảng 2.3. Chức năng chân LCD 16x2................................................................45 Hình 2.4. Bảng chức năng các chân LCD ..........................................................46 Hình 2.5. Kết nối LCD 16x2 với VĐK ..............................................................47 Hình 2.6. KIT STM32F051R8T6 ......................................................................47 Hình 3.1. Mạch nguyên lí khối cảm biến ...........................................................49 Hình 3.2. Sơ đồ mạch nguyên lí khối vi điều khiển............................................50 Hình 3.3. Mạch nguyên lí khối hiển thị LCD .....................................................50 Hình 3.4. Sơ đồ tổng thể hệ thống......................................................................51 Hình 3.5. Sơ đồ mạch nguyên lý........................................................................51 Hình 3.6. Hệ thống đo nhiệt độ sử dụng cảm biến LM35...................................55 6 LỜI NÓI ĐẦU Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp hiện nay, việc tự động hóa khâu sản xuất là rất quan trọng. Nhiều năm trở lại đây, có rất nhiều ứng dụng của vi điều khiển vào hoạt động chăn nuôi, …Một trong những yếu tố quan trọng của ngành nông nghiệp chăn nuôi gia cầm là khâu sản xuất con giống, để nâng cao chất lượng sản xuất đòi hỏi phải có những côn giống tốt nhất. Từ thực tế thấy được tầm quan trọng của việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm và đặc biệt là việc ổn định nhiệt độ lò ấp trứng. Vì thế em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế và điều khiển hệ thống ổn định nhiệt độ cho lò ấp trứng loại nhỏ”. Trong quá trình hoàn thành đề tài do kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nên em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô để báo cáo của em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông - Đại học Thái Nguyên và đặc biệt là cô giáo ThS. Lưu Thị Liễu - Khoa Công Nghệ Điện Tử và Truyền Thông đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đề tài này. Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Huân 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN STM32 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển 1.1.1. Giới thiệu ARM (Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử lý 32-bit kiểu RISC (Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh tối giản) được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng nên các bộ vi xử lí ARM ngày càng chiếm ưu thế trong các sản phẩm thiết bị điện tử di động. Chip ARM bắt đầu được thiết kế từ năm 1983 trong một dự án phát triển của công ty máy tính Acorn. Nhóm thiết kế dẫn đầu bởi Roger Wilson và Steve Furber và năm 1985 nhóm đã cho ra đời mẫu chip ARM thế hệ đầu tiên có tên là ARM1. Hình 1.1. Chíp ARM thế hệ thứ nhất M1 Năm 1986 nhóm đã hoàn thành sản phẩm thực được gọi tên là ARM2, ARM2 có đường truyền dữ liệu 32-bit, không gian địa chỉ 26-bit cho phép quản lý đến 64 Mbyte địa chỉ và 16 thanh ghi 32-bit. Một trong những thanh ghi này đóng vai trò là bộ đếm chương trình với 6 bit cao nhất và 2 bit thấp nhất lưu giữ 8 các cờ trạng thái của bộ vi xử lý. Có thể nói ARM2 là bộ vi xử lý 32-bit khả dụng đơn giản nhất trên thế giới, chỉ gồm 30.000 transistor. Sự đơn giản như vậy có được nhờ ARM không có vi chương trình và cũng giống như hầu hết các CPU vào thời đó, không hề chứa cache. Vì có cấu trúc đơn giản nên ARM có đặc điểm tiêu thụ công suất thấp đồng thời vẫn đảm bảo tính năng vượt trội so với các dòng vi xử lí khác. Thế tiếp theo là ARM3, ARM3 được tạo ra với 4KB cache và có chức năng được cải thiện tốt hơn các thế hệ trước đó. Vào những năm cuối thập niên 80, hãng máy tính Apple Computer bắt đầu hợp tác với Acorn để phát triển các thế hệ lõi ARM mới và kết quả của sự hợp tác này là sự ra đời của thế hệ ARM6 Hiện tại thì ARM vẫn tiếp tục phát triển, cập nhật kiến trúc này một cách toàn diện hơn. Hiện nay phiên bản được sử dụng phổ biến đó là phiên bản ARM7 và đã và đang phát triển phiên bản ARM8 sử dụng điện toán xử lý 64 bít. Trong vài năm trở lại đây, một trong những xu hướng chủ yếu của các thiết kế với vi điều khiển là sử dụng các chip ARM7 và ARM9 như một vi điều khiển đa dụng. Ngày nay các nhà sản xuất IC đưa ra thị trường hơn 240 dòng vi điều khiển sử dụng lõi ARM. Tập đoàn ST Microelectronic vừa cho ra mắt dòng STM32, vi điều khiển đầu tiên dựa trên nền lõi ARM Cortex-M3 thế hệ mới do hãng ARM thiết kế, lõi ARM Cortex-M3 là sự cải tiến của lõi ARM7 truyền thống. Dòng STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất, chi phí, cũng như khả năng đáp ứng của ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp và tính điều khiển thời gian thực khắt khe. 1.1.2. Cortex là gì Dòng ARM Cortex là một bộ xử lí thế hệ mới đưa ra một kiến trúc chuẩn cho nhu cầu đa dạng về công nghệ. Không giống như các chip ARM khác, dòng Cortex là một lõi xử lí hoàn thiện, đưa ra một chuẩn CPU và kiến trúc hệ thống chung. Dòng Cortex gồm 3 phân nhánh chính: dòng A dùng cho các ứng dụng cao cấp, dòng R dùng cho các ứng dụng thời gian thực như các đầu đọc và dòng M dùng cho các ứng dụng vi điều khiển và chi phí thấp. STM32 đươc thiết kế dựa trên dòng Cortex-M3, dòng Cortex-M3 được thiết kế đặc biệt để nâng cao 9 hiệu suất hệ thống, kết hợp với tiêu thụ năng lượng thấp. Cortex-M3 được thiết kế dựa trên nền kiến trúc mới do đó chi phí sản xuất thấp để cạnh tranh với các dòng vi điều khiển 8 bit và 16 bit truyền thống. Cortex-M3 được thiết kế như một lõi chi phí thấp nhưng nó vẫn là một CPU 32 bit với hai chế độ hoạt động: Thread và Handler, mỗi chế độ có thể được cấu hình với mỗi vùng stack riêng biệt của nó, điều này cho phép thiết kế các phần mềm phức tạp và hỗ trợ các hệ điều hành thời gian thực. Lõi Cortex có hỗ trợ một timer 24 bit tự động nạp lại giá trị, nó sẽ cung cấp một ngắt timer đều đặn cho một nhận RTOS ( read time operating system). Các chíp ARM7 và ARM9 có 2 tập lệnh ( tập lệnh ARM 32 bit và tập lệnh Thumb 16 bit ) trong khi đó dòng Cortex được thiết kế hỗ trợ tập lệnh ARM Thumb-2, tập lệnh này được pha trộn giữa tập lênh 32 bit và tập lệnh 16 bit. Tập lệnh Thumb-2 được thiết kế đặc biệt dành cho chương trình C/C++, tức là các ứng dụng dựa trên nền Cortex hoàn toàn có thể được viết bằng ngôn ngữ C mà không cần đến chương trình khởi động viết bằng Assembler như ARM7 và ARM9. 1.2. Đặc điểm của ARM STM32 1.2.1. Các giai đoạn phát triển của STM32 Hiện nay STM32 đã chải qua 3 giai đoạn: - Cortex-M0: Đây là thế hệ đầu tiên của STM32 bao gồm các chip STM32F0 - Cortex-M3: Đây là thế hệ thứ 2 của STM32 bao gồm các chip STM32L1, STM32F1, STM32F2 - Cortex-M4: Đây là thế hệ thứ 3 của STM32 bao gồm các chip STM32F3, STM32F4 10 Hình 1.2 Biểu đồ các giai đoạn phát triển của STM32 1.2.2. Tính ưu việt Ngoại vi của STM32 giống như những vi điều khiển khác, có hai bộ chuyển đổi ADC, timer, I2C, SPI, USB và RTC. Tuy nhiên mỗi ngoại vi trên đều có đặc tính riêng. Ví dụ như bộ ADC 12 bit có gắn một cảm biến nhiệt độ để tự động điều chỉnh khi nhiệt độ thay đổi và hỗ trợ nhiều mode chuyển đổi. Mỗi bộ timer có bốn khối capture compare, mỗi khối timer có thể kiên kết với các khối timer khác để tạo ra một mảng các timer tinh vi. Một timer cao cấp chuyên hỗ trợ điều khiển động cơ, với 6 đầu vào PWM với dead time lập trình được và một đường break input sẽ buộc tín hiệu PWM sang một trạng thái an toàn đã được cài sẵn. Ngoại vi nối tiếp SPI có một khối kiểm tổng CRC bằng phần cứng cho 8 và 16 word hỗ trợ tích cực cho giao tiếp thẻ nhớ SD hoặc MMC. STM32 có hỗ trợ thêm 7 kênh DMA(Direct Memory Access). Mỗi kênh có thể dùng để truyền dữ liệu đến các thanh ghi ngoại vi hoặc từ các thanh ghi ngoại vi đi với kích thước từ (word ) dữ liệu truyền có thể là 8/16 hoặc 32 bit. Mỗi ngoại vi có thể có một bộ điều khiển DMA đi kèm dùng để gửi hoặc đòi dữ liệu theo yêu cầu. Một bộ phận sử bus nội và ma trận bus tối thiểu hóa sự tranh chấp bus giữa truy cập dữ liệu thông qua CPU và các kênh DMA. Điều đó cho phép các đơn vị DMA hoạt động linh hoạt, dễ dùng và tự động điều khiển các luồng dữ liệu bên trong vi điều khiển. 11 STM32 là một vi điều khiển tiêu thụ năng lượng thấp và đạt hiệu quả cao. Nó có thể hoạt động ở điện áp 2V, chạy ở tần số 72 Mhz và dòng tiêu thụ chỉ có 36mA với tất cả các khối bên trong vi điều khiển đều được hoạt động. Kết hợp với chế độ tiết kiệm năng lượng của Cortex, STM32 tiêu thụ 2µA khi ở chế độ standby. Một bộ dao động nội RC 8Mhz cho phép chip nhanh chóng thoát khỏi chế độ tiết kiệm năng lượng trong khi bộ dao động ngoài đang khởi động. Khả năng nhanh đi vào và thoát khỏi chế độ tiết kiệm năng lượng làm giảm nhiều sự tiêu hao năng lượng tổng thể. 1.2.3. Sự an toàn Ngày nay các ứng dụng hiện đại thường phải hoạt động trong môi trường khắt khe, đòi hỏi tính an toàn cao, cũng như đòi hỏi sức mạnh xử lí và càng nhiều thiết bị ngoại vi tinh vi. Để đáp ứng các yêu cầu khắt khe đó STM32 cung cấp một số tính năng phần cứng hỗ trợ các tính năng tốt nhất. Chúng bao gồm một bộ phát hiện điện áp thấp, một hệ thống bảo vệ xung clock và hai bộ watchdogs. Bộ đầu tiên là watchdog cửa sổ. Watchdog này phải được làm tươi trong một khung thời gian xác định. Nếu nhấn nó quá sớm hoặc quá muộn thì nó sẽ bị kích hoạt. Bộ thứ hai là một Watchdog độc lập, có bộ dao động bên ngoài tách biệt với xung nhịp hệ thống chính. Hệ thống bảo vệ xung nhịp có thể phát hiện lỗi của dao động chính bên ngoài (thường là thạch anh) và chuyển sang dùng bộ dao động nội RC 8Mhz. 1.2.4. Tính bảo mật Một trong những yêu cầu khắt khe khác của thiết kế hiện đại là nhu cầu bảo mật mã chương trình để ngăn chặn sao chép trái phép phần mềm. Bộ nhớ FLASH của STM32 có thể được khóa để chống truy cập đọc Flash thông qua cổng debug. Khi tính năng bảo vệ được kích hoạt, bộ nhớ Flash cũng được bảo vệ chống ghi để ngăn chặn mã không tin cậy được chèn vào bảng vecto ngắt. Hơn nữa bảo vệ ghi có thể được cho phép trong phần còn lại của bộ nhờ Flash. STM32 cũng có một đồng hồ thời gian thực và một khu vực nhỏ dữ liệu trên SRAM được nuôi nhờ nguồn pin. Khu vực này có một đầu vào chống giả mạo, có thể kích hoạt một sự kiện ngắt khi có sự thay đổi trạng thái ở đầu vào này. 12 Ngoài ra một sự kiện chống giả mạo sẽ tự động xóa dữ liệu được lưu trên SRAM được nuôi bằng nguồn pin. 1.2.5. Phát triển phần mềm Nếu bạn đã sử dụng một vi điều khiển dựa trên lõi ARM, các công cụ phát triển đã được hỗ trợ tập lệnh Thumb-2 và dòng Cortex. Ngoài ra ST cũng cung cấp một thư viện điều khiển thiết bị ngoại vị, một thư viện phát triển USB như một thư viện ANSI C và mã nguồn đó là tương thích với các thư viện trước đó được công bố cho vi điều khiển ARM7 và ARM9. Có rất nhiều RTOS mã nguồn mở và thương mại và middleware (TCP/IP, hệ thống tập tin,.v.v..) hỗ trợ cho họ Cortex. Dòng Cortex-M3 cũng đi kèm một hệ thống gỡ lối hoàn toàn mới gọi là CodeSight. Truy cập vào hệ thống CodeSight thông qua cổng Debug (Debug Access Port ), cổng này hỗ trợ kết nối chuẩn JTAG hoặc giao diện 2 dây (serial wire -2 Pin), cũng như cung cấp trình điều khiển chạy gỡ lối, hệ thống CodeSight trên STM32 cung cấp một data watchpoint và một công cụ theo dõi(instrucmentation trace). Công cụ này có thể gửi thông tin về ứng dụng được lựa chọn đến công cụ gỡ lối. Điều này có thể cung cấp thêm các thông tin gỡ lối và cũng có thể sử dụng trong quá trình thử nghiệm phần mềm. 1.2.6. Dòng Performance và Access của STM32 Họ STM32 có hai nhánh đầu tiên riêng biệt: dòng Performance và dòng Access. Dòng Performance tập hợp đầy đủ các thiết bị ngoại vi và chạy với xung nhịp tối đa 72Mhz. Dòng Access có các thiết bị ngoại vi ít hơn và chạy với tốc độ xung nhịp là 32Mhz. Quan trọng hơn là cách bố trí chân (pins layout) và các kiểu đóng gói chíp (package type) là như nhau giữa dòng Access avf dòng Performance. Điều này cho phép các phiên bản của STM32 được hoán vi mà không cần sửa đổi hay sắp xếp lại footprint (mô hình chân của chip trong công cụ layout bo mạch). Trên PCB (Printed Circuit Board ). Ngoài 2 dòng performance và Access đầu tiên thì hiện nay ST đã đưa ra thị trường thêm 2 dòng USB Access và Connectivity như hình bên dưới. 13 Hình 1.3 Đặc điểm cuả bốn nhánh trong họ STM32 1.3. Lõi Cortex-M0 Dòng ARM Cortex-M0 là dòng vi điều khiển lõi ARM có kích thước nhỏ nhất, tiêu thụ điện năng thấp nhất và có kiến trúc được sắp xếp hợp lý tương thích để phát triển các ứng dụng. Lõi ARM Cortex-M0 với kích thước rất nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp và tích hợp các đặc tính kỹ thuật hiện đại như: - CPU Cortex-M0 cung cấp khả năng điều khiển ngắt ngoại lệ gọi là vector điều khiển ngắt lồng nhau (NVIC), được liên kết chặt chẽ với nhân vi xử lý để cung cấp các tính năng: hỗ trợ vector ngắt gián đoạn lồng nhau; tiết kiệm bộ vi xử lý và có khả năng phục hồi; giảm và xác định độ trễ ngắt; thay đổi mức ưu tiên năng động. -Dung lượng bộ nhớ Flash ROM lớn. - Dải điện áp rộng từ 2.5V~5.5V. - Tích hợp sẵn nhiều ngoại vi như: UART, USB, ISP, I2C, I2S, PWM, LCD… - Tích hợp thạch anh nội lên đến 22MHz, có thể điều chỉnh độ chính xác nhờ phần tử thạch anh bên ngoài 32,768Khz. - Khả năng hỗ trợ nạp đa năng. - Có khả năng chống nhiễu tốt, thích hợp cho các ứng dụng dân dụng cũng như trong công nghiệp. - Dải nhiệt độ hoạt động từ -40ºC ~ +85ºC. 14 - Cung cấp các ứng dụng mạnh mẽ và khả năng kết nối với nhiều giao diện ngoại vi. 1.4. So sánh giữa các dòng ARM Những dòng chip thế hệ sau có tốc độ xử lý cao hơn, RAM và bộ nhớ lớn hơn. Hình 1.4. Sự phát triển của STM32 Tốc độ xử lý của chip ngày càng tăng : Hình 1.5. Biểu đồ thể hiện tốc độ xử lí của các chip STM32 So sánh cấu hình các dòng chip: - Dòng stm32F0xx là dòng chip cơ bản, không được tích hợp nhiều phần cứng, phù hợp với các ứng dụng cơ bản. 15 - Các dòng chip stm32F1xx đến stm32F4xx có tích hợp USB2.0 , Ethenet, CAN, audio –camera. Hình 1.6. Cấu trúc các dòng chip STM32 1.5. Giới thiệu kit STM32F0 Bộ STM32F0 giúp ta khám phá các tính năng thiết bị và để phát triển các ứng dụng một cách dễ dàng. Nó được dựa trên vi điều khiển STM32F051R8T6, một loạt vi điều khiển STM32F0 32-bit ARM ® Cortex ™ -M0, và bao gồm một công cụ ST-LINK/V2 nhúng gỡ lỗi, đèn LED, nút bấm và một board nguyên mẫu. 16 1.5.1. Tổng quan kít STM32F051R8T6 Hình 1.7. Hình ảnh kit STM32F0 - Vi điều khiển STM32F051R8T6 gồm 64 KB Flash, 8 MB bộ nhớ RAM trong một gói LQFP64. - On-board ST-LINK/V2 với chế độ lựa chọn chuyển sang sử dụng các bộ như ST-LINK/V2 (với kết nối SWD cho lập trình và gỡ lỗi) . - Board cung cấp điện: Bus thông qua USB hoặc từ một nguồn cung cấp điện áp 5 V cung cấp điện bên ngoài ứng dụng bên ngoài: 3 V và 5 V . - Bốn đèn LED: + LD1 (màu đỏ) cho 3,3 V điện vào . + LD2 (màu đỏ / xanh lá cây) để giao tiếp USB . + LD3 (màu xanh) cho sản lượng PC9. + LD4 (màu xanh) cho đầu ra PC8 . 17 - Hai nút bấm (người sử dụng và thiết lập lại). - Tiêu đề mở rộng cho tất cả các LQFP64 I / O để kết nối nhanh chóng và dễ dàng tạo mẫu bảng thăm dò. - Một bảng bổ sung được cung cấp có thể được kết nối với cổng mở rộng cho mẫu dễ dàng hơn và thăm dò. Hình 1.8. Thông số kỹ thuật của kit STM32F0 - Thông số kỹ thuật trên kít đóng vai trò rất quan cho người lập trình và thiết kế các dự án trên kít STM32F0 - Chiều rộng kít là 53.34 mm - Chiều dài kít là 88.9 mm - Khoảng các giữa các chân là 2.54 mm 18 1.5.2 Cấu trúc phần cứng STM32F0 Kit STM32F0-Discovery được thiết kế trên vi điều khiển STM32F051R8T6 bao gồm LQFP 64 pin. Hình 2.2 minh họa các kết nối giữa các thiết bị ngoại vi của nó và STM32F051R8T6 (ST-LINK/V2, nút bấm, đèn LED và kết nối ) Hình 1.9. Sơ đồ khối STM32F0-Discovery Vi điều khiển ARM STM32F051R8T6 kết hợp hiệu suất cao Cortex - M0 32-bit RISC lõi hoạt động ở một tần số 48 MHz , tốc độ cao kỷ lục (lên đến 64 Kbytes bộ nhớ Flash và lên đến 8 Kbytes SRAM ) , và một loạt các thiết bị ngoại vi và I / O. Thiết bị cung cấp tiêu chuẩn giao tiếp truyền thông (2 kết nối I2Cs , 2 kết nối SPIs , và 2 kết nối USARTs ) , 12-bit ADC, 6 timer 16-bit và một bộ đếm thời gian PWM tiên tiến kiểm soát . Vi điều khiển STM32F051R8T6 hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ - 40 đến 85 ° C nhiệt độ , từ 2,4 V đến 3,6 V cung cấp điện. Một tập hợp toàn diện các chế độ tiết kiệm năng lượng cho phép thiết kế các ứng dụng năng lượng thấp. 19 Những tính năng này làm cho các vi điều khiển STM32F051R8T6 thích hợp cho một loạt các ứng dụng như kiểm soát ứng dụng và người sử dụng giao diện, thiết bị cầm tay , A/V thu và truyền hình kỹ thuật số, thiết bị ngoại vi máy tính , nền tảng chơi game , xe đạp điện , thiết bị tiêu dùng , máy in , máy quét, báo động hệ thống , hệ thống liên lạc video… Các chương trình và gỡ lỗi công cụ ST-LINK/V2 được tích hợp trên STMF0. Các ST-LINK/V2 nhúng có thể được sử dụng theo 2 cách khác nhau tùy theo các nước. + Chương trình / gỡ lỗi MCU trên ST-Link trên kit + Chương trình / gỡ lỗi một MCU trong mạch nạp chương trình ứng dụng bên ngoài bằng cách sử dụng một cáp kết nối với kết nối SWD CN3. Các ST-LINK/V2 nhúng chỉ hỗ trợ cho các thiết bị SWD STM32. Để biết thông tin về việc gỡ lỗi và lập trình các tính năng tham khảo hướng dẫn sử dụng UM1075 (ST-LINK/V2 trong mạch debugger / lập trình cho STM8 và STM32) trong đó mô tả chi tiết tất cả các tính năng ST-LINK/V2. 1.5.3. Các khối chức năng kit STM32F0 1.5.3.1. Sơ đồ nguyên lí của KIT STM32F0 Thông qua sơ đồ có thể xác định vị trí các tính năng trên KIT STM32F0. Pin 1 CN2, CN3, P1 và P2 kết nối được xác định bởi một hình vuông. 20