Trong thời đại hiện tại, vi điều khiển đã trở nên rất phổ biến tại Việt Nam và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, viết một bài viết tổng quan về vi điều khiển và lập trình cho vi điều khiển thực sự là một công việc khó đối với tôi. Vì vậy, bài viết này sẽ tập trung vào những người mới bắt đầu tiếp cận với vi điều khiển và yêu cầu các bạn đã quen thuộc với ngôn ngữ lập trình c /C++.
1) Vi điều khiển
Trong rất nhiều tài liệu cơ bản về vi điều khiển, chúng ta thường nghe đến khái niệm "vi điều khiển". Tuy nhiên, trong bài viết này tôi chỉ nhắc đến những khái niệm mà các bạn cần quan tâm khi bắt đầu học vi điều khiển hoặc chọn một vi điều khiển cho một ứng dụng cụ thể của bạn. Từ những khái niệm mà tôi đề cập, các bạn có thể tìm hiểu thêm từ các tài liệu chi tiết hơn và từ đó nắm được những vấn đề cơ bản của một họ vi điều khiển nào đó.
a) Kiến trúc vi điều khiển
Vi điều khiển là một cấu trúc siêu nhỏ, gồm các linh kiện điện tử ở kích thước micro hoặc nano, được kết hợp với nhau và được nối với các thiết bị bên ngoài thông qua các chân vi điều khiển. Hiểu rõ kiến trúc vi điều khiển giúp bạn hiểu rõ công việc mà bạn đang làm và cách nó hoạt động. Kiến trúc máy tính và kiến trúc vi điều khiển có nhiều điểm tương đồng. Hai kiến trúc vi điều khiển phổ biến hiện nay là Von Neumann và Harvard. Sự khác biệt chủ yếu giữa hai kiến trúc này là tổ chức bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. Kiến trúc Von Neumann tổ chức bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình chung với nhau, trong khi kiến trúc Harvard tách rời bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình.
b) Tập lệnh
Tập lệnh trong vi điều khiển là tập mã lệnh nhị phân, thể hiện các lệnh và dữ liệu mà vi điều khiển thực hiện. Tập lệnh xử lý các số nhị phân, chuyển đổi giá trị ra thành tín hiệu điện tử ở chân linh kiện, di chuyển giá trị giữa các thanh ghi và điều khiển con trỏ chương trình. Việc hiểu được tập lệnh giúp bạn phân loại chúng và hiểu rõ cách chúng hoạt động. Hiện nay, tập lệnh được phân làm hai loại: tập lệnh RISC và tập lệnh CISC. Tìm hiểu sâu hơn về hai loại tập lệnh này để hiểu rõ hơn về vi điều khiển.
c) Chức năng
Vi điều khiển có rất nhiều loại với nhiều tính năng tích hợp khác nhau. Tuy nhiên, tất cả các vi điều khiển đều thực hiện chức năng điều khiển động cơ và đọc cảm biến. Một vi điều khiển cơ bản bao gồm một cảm biến và một động cơ. Hiểu rõ các chức năng của vi điều khiển và phân loại chúng giúp bạn lựa chọn vi điều khiển phù hợp với nhu cầu của bạn. Cần nghiên cứu kỹ các tính năng của vi điều khiển thông qua datasheet và hiểu các tính năng này để lựa chọn vi điều khiển phù hợp.
2) Tiếp cận vi điều khiển
Vi điều khiển có hai cách tiếp cận chính: nghiên cứu và phát triển hoặc sử dụng. Đối với người mới học, tôi khuyên rằng chúng ta nên học để sử dụng vi điều khiển. Để tiếp cận vi điều khiển, chúng ta cần:
a) Tìm hiểu các khái niệm cơ bản
- Tìm hiểu về các họ vi điều khiển, như 8051, PIC và Motorola. Chọn một họ vi điều khiển để bắt đầu học.
- Hiểu về kiến trúc máy tính và các khái niệm cơ bản như kiến trúc Harvard và Von Neumann, RISC và CISC, thanh ghi, ngăn xếp, con trỏ, địa chỉ và địa chỉ gián tiếp của thanh ghi, timer, và ngắt.
b) Hiểu các tính năng của vi điều khiển
Tìm hiểu các tính năng của vi điều khiển thông qua các datasheet. Hiểu cách sử dụng các tính năng này để có thể thực hiện các ứng dụng cụ thể.
c) Tìm dụng cụ học tập
Tìm và mua vi điều khiển để có thể thực hành và học tập. Thường xuyên thực hiện các bài tập như nhấp nháy đèn led để rèn kỹ năng lập trình và hiểu rõ hơn về vi điều khiển.
d) Học viết chương trình
Học cách viết chương trình cho vi điều khiển bằng cách học ngôn ngữ lập trình cấp cao, như C/C++ hoặc ASM. Bắt đầu bằng cách thực hiện các bài tập như nhấp nháy đèn led và mở tắt đèn led bằng nút nhấn.
e) Làm các bài ứng dụng
Thực hiện các bài tập ứng dụng như điều khiển động cơ, đọc cảm biến, giao tiếp RS232, I2C, và nhiều tính năng khác của vi điều khiển. Thực hiện các bài tập này để rèn kỹ năng và hiểu rõ hơn về vi điều khiển.
3) Các bước thực hiện một đề tài với vi điều khiển
Khi học vi điều khiển, có một số bước cần thiết để hiểu rõ về vi điều khiển và thực hiện các đề tài. Các bước này bao gồm:
- Tìm hiểu một số khái niệm cần thiết như kiến trúc vi điều khiển, tập lệnh, và chức năng.
- Hiểu các tính năng của vi điều khiển thông qua datasheet.
- Tìm dụng cụ học tập như vi điều khiển và chương trình nạp.
- Học cách viết chương trình cho vi điều khiển.
- Thực hiện các bài tập ứng dụng để ứng dụng kiến thức đã học vào thực tế.
- Tiếp tục học tập và rèn kỹ năng để trở thành chuyên gia trong lĩnh vực vi điều khiển.
Hãy cùng nhau khám phá và học hỏi để trở thành những chuyên gia về vi điều khiển tại MCUlearning.