Giáo trình học lập trình PIC

[email protected] I. Bạn cần những gì để học tài liệu này ? 1. Từ việc lập trình trên máy tính, đến hoạt động của một con vi điều khiển Sơ đồ của toàn bộ quá trình được mô tả trong hình vẽ sau : Giao diện soạn thảo >> Trình biên dịch >> File .HEX >> Chương trình nạp >> Mạch nạp >> PIC (vẽ sơ đồ này ra) Nhưng mà thế này, hiện nay việc lập trình các giao diện phần mềm đã trở nên quá đơn giản, cho nên giao diện soạn thảo, trình biên dịch, và ngay cả chương trình nạp cũng được tích hợp vào trong chung một phần mềm, phần mềm đó được gọi là môi trường làm việc. MPLAB IDE là một thí dụ. Do vậy, để hiểu rõ hơn các khái niệm, chúng tôi trình bày thao tác từ việc lập trình trên giao diện soạn thảo, đến việc nạp chương trình cho PIC mà không dùng MPLAB IDE. Chúng ta sẽ dùng Notepad làm giao diện soạn thảo, MPASM là chương trình dịch, dùng mạch nạp PG2C và chương trình nạp IC PROG. Phần này các bạn không cần làm theo, chỉ cần xem thôi, vì chúng tôi chỉ minh họa về các khái niệm để các bạn hiểu. Các bạn cũng chưa cần biết chương trình ở đâu ra, chỉ cần thấy giao diện khác nhau là biết chương trình khác nhau rồi. Trước tiên, chúng ta sẽ soạn thảo trên màn hình Notepad một chương trình bằng ngôn ngữ lập trình MPASM như hình sau : Hình 2.1 : Giao diện soạn thảo đơn giản nhất là Notepad [email protected] Chúng ta sẽ lưu lại file trên là PICtutorial_intro.asm Sau đó, chúng ta sẽ dùng chương trình biên dịch MPASM để dịch những gì chúng ta đã viết trong PICtutorial_intro.asm thành PICtutorial_intro.HEX để chuẩn bị nạp vào PIC. Hình 2.2 : Trình dịch MPASM trên Windows Sau khi dịch xong, sẽ có một bảng thông báo xuất hiện như sau: [email protected] Hình 2.3: Bảng thông báo sau khi dịch xong Các bạn sẽ thấy trên thông báo có những nội dung sau: Errors: 0, đó là số lỗi cú pháp hoặc những lỗi quy định của trình dịch MPASM. Chúng ta sẽ phân tích về các lỗi xảy ra trong quá trình thực hiện những bài tập thực hành ở phần sau. Còn phần này, tất nhiên chương trình này tôi viết đã làm luận văn, vậy thì không sai được, cho nên số lỗi sẽ là 0. Warnings: là các thông báo cần chú ý, ở đây cũng là 0, có nghĩa là không có các thông báo nào. Các thông báo này là những thông báo rằng có một số thanh ghi đặc biệt cần phải quan tâm, có thể khi viết chương trình không sai về lỗi cú pháp, nhưng có thể sai về lỗi vị trí thanh ghi… Các thông báo này không có. Message: là các thông báo cho người dùng chú ý, có một số thanh ghi nằm ở các BANK khác nhau, cần phải chú ý khi lập trình. Khái niệm này các bạn sẽ làm quen sau. Nhưng ở đây có 10 thông báo. Khi gặp các thông báo này, các bạn phải xem lại trong chương trình và chắc rằng mình làm đúng. Nhưng cho dù bạn làm đúng rồi, thì các thông báo này vẫn có như thường. Đó là điều hạn chế của trình dịch, các bạn phải thông cảm. Lines Assembled: 810 là số dòng được viết trong chương trình, kể cả những dòng các bạn bỏ trống, hoặc những dòng không dịch. Nó thống kê độ dài chương trình của các bạn. Cứ 1024 dòng lệnh là 1K Flash, và 16F628(A) có tới 2K Flash, như vậy, chương trình này vẫn đảm bảo hoạt động tốt. Sau khi dịch xong, nó sẽ tạo ra một loạt các file khác ngoài file PICtutorial_intro.asm ban đầu như hình sau: [email protected] Hình 2.4: Các file được tạo ra sau khi dịch File ERR lưu các thông báo lỗi. Nhưng ở đây số lỗi không có, thì cũng chả có gì để xem. File .LST là file LIST. Nó trình bày lại file .asm ban đầu của các bạn, nhưng nó thể hiện thành dạng cột, và hàng rõ ràng hơn. Đồng thời, nó cũng ghi rõ vị trí của một lệnh trong bộ nhớ khi nạp vào PIC như hình sau: [email protected] Hình 2.5: File LIST được tạo ra Những file khác các bạn không cần phải quan tâm. Mà thực ra các bạn cũng không cần phải quan tâm đến file nào khác ngoại trừ file .HEX được tạo ra. Vậy nội dung của file .HEX là gì? Là những thứ chúng ta không đọc được và không hiểu được. Vậy không cần đọc và không cần hiểu làm gì, chỉ cần xem cho vui thôi. Nó như sau : [email protected] Bây giờ các bạn gắn mạch nạp PG2C vào cổng COM của máy tính, trên đó có gắn một con PIC16F628 như hình sau : Chúng ta sẽ gắn con PIC16F628 như sau: [email protected] Sau đó, chúng ta sẽ mở chương trình ICPROG lên, chọn đúng loại PIC16F628 và chọn file .HEX để nạp cho PIC. Việc cuối cùng là ấn nút Program trên chương trình nạp ICPROG: Kết quả, các bạn sẽ có một con PIC được nạp chương trình, và bây giờ chỉ cần cắm nó vào mạch chạy. Bật điện, và mọi chuyện không còn gì để nói. [email protected] Sau phần này, các bạn đã hình dung được thế nào là một giao diện soạn thảo, một chương trình dịch, mạch nạp và chương trình nạp. Quan trọng hơn, thực chất đây là một quy trình đầy đủ để các bạn có thể làm việc với một con PIC bằng ngôn ngữ MPASM. Chúng tôi chưa đề cập đến vấn đề thực hiện những công việc phức tạp, và phương thức tạo ra một thư viện để sử dụng sau này, vì không thể đặt mục tiêu biến một người chưa biết vi điều khiển thành một chuyên gia lập trình. Hơn nữa, chúng tôi chưa là chuyên gia, thì không thể biến các bạn thành chuyên gia được. Trên kia là những gì mà chúng tôi tin chắc là các bạn có thể thực hiện cho suốt các đề tài sinh viên của các bạn. Vậy các bạn cần học gì? 2. Những gì bạn cần học Ở phần trên, các bạn đã thấy rằng để có một con PIC hoạt động được, bạn phải lập trình trên máy tính, dùng chương trình dịch để dịch ra file .HEX, rồi dùng chương trình nạp và mạch nạp để nạp file .HEX vào PIC. Sau cùng, bạn gắn PIC vào mạch và bật điện cho nó hoạt động. Chúng tôi cứ hay nhắc lại rằng bạn đang là người mới bắt đầu học để nhắc bạn rằng bạn chỉ cần quan tâm đến những gì cần quan tâm. Vậy nên, bạn không thể ngồi viết ra chương trình dịch, cũng không thể sáng tạo ra một mạch nạp cùng với chương trình nạp dựa vào những tài liệu không phải bằng tiếng mẹ đẻ của bạn. Kết quả, những thứ đó bạn chỉ có thể lựa chọn từ những cái có sẵn. Để thuận tiện cho việc lựa chọn của bạn, chúng tôi liệt kê ra đây những chương trình dịch, chương trình nạp và mạch nạp mà chúng tôi đã biết, đã sử dụng, kèm theo một số lời khuyên cho việc lựa chọn của bạn. Như vậy, nội dung mà chúng tôi sẽ đề cập chủ yếu trong tài liệu này, đó là hướng dẫn các bạn viết chương trình trên máy tính, và hiểu được những gì bạn viết trên máy tính, vi điều khiển sẽ thực thi như thế nào, để từ đó các bạn có thể tạo cho mình những ứng dụng riêng. Nhưng như đã nói trước đây, hiện nay việc lập trình giao diện soạn thảo trở nên đơn giản, và người ta tích hợp giao diện soạn thảo với chương trình dịch để thuận tiện cho người dùng. Do vậy, từ đây, khi chúng ta nói đến lập trình trên một ngôn ngữ nào đó, đồng nghĩa nó đi kèm với môi trường làm việc của ngôn ngữ đó là giao diện soạn thảo và trình dịch từ ngôn ngữ đó ra file .HEX. Trong tài liệu này, chúng tôi chỉ chọn ngôn ngữ MPASM, CCS C và HT PIC để hướng dẫn các bạn. Vì vậy, chúng tôi tạm thời gác lại các ngôn ngữ khác là C17, C18 (dùng cho PIC18F), C30 (dùng cho dsPIC), cũng như một số ngôn ngữ PICBasic, hoặc các ngôn ngữ C khác. [email protected] Ngoài ra, trong 3 ngôn ngữ trên, HT PIC chỉ cung cấp chương trình dịch đi kèm, và nó cho phép nhúng vào môi trường làm việc MPLAB IDE, do vậy, giao diện làm việc của HT PIC sẽ cũng chính là giao diện làm việc của MPASM, và chính là môi trường MPLAB. [email protected] Giao diện môi trường MPLAB IDE Giao diện môi trường CCS C [email protected] Các bạn muốn học theo tài liệu hướng dẫn này, chắc chắn các bạn phải sử dụng cả ba môi trường làm việc này. Môi trường MPLAB IDE có thể nhúng CCS C, HT PIC, C17, C18, C30… và rất nhiều ngôn ngữ lập trình khác vào trong môi trường của nó. Tuy nhiên, chúng tôi khuyên rằng, khi các bạn làm việc với hệ thống của CCS C, các bạn cứ làm việc trên môi trường của chính nó. Bởi vì mỗi môi trường được thiết lập ra cho một ngôn ngữ, người lập trình đã làm cho nó đơn giản nhất và dễ dàng nhất cho người dùng. Trong khi đó, MPLAB IDE phải thiết kế một giao diện phù hợp với tất cả các ngôn ngữ, cho nên sẽ phức tạp hơn. MPLAB IDE được cung cấp miễn phí tại www.microchip.com CCS C được bán tại www.ccsinfo.com, chương trình demo dùng trong 30 ngày HT PIC có thể sử dụng 30 ngày miễn phí tại www.hitech.com Chúng tôi đã download sẵn các chương trình này trong đĩa CD và có hướng dẫn cài đặt cho các bạn. (C:// Chuong trinh dich). Mạch nạp và chương trình nạp [email protected] Mạch nạp Kết nối máy tính Chương trình nạp Ghi chú JDM COM IC Prog Mạch điển hình, dễ làm JDM modified COM IC Prog Thay đổi của JDM cho chế độ nạp tốt hơn, dễ làm PG1D COM IC Prog Giống JDM, nhưng dùng để nạp ICSP, kích thước nhỏ, cực kỳ đơn giản. PG2C COM IC Prog Giống JDM, nhưng sử dụng các linh kiện dễ kiếm ở Việt Nam (*****) PG3B Cổng máy in LPT ICProg, ProPIC2 Nạp rất nhanh (*****) PG4B ICProg PG5V2 COM ICProg Chính là mạch JDM modified (****) MCP-PIC COM Tương thích PICStart Plus, dùng MPLAB để nạp Nạp rất chậm, đắt tiền MCP-USB USB Tương thích PICStart Plus Thêm FT232 để tạo ra cổng COM ảo bằng USB. Thuận tiện khi di chuyển, không dùng nguồn ngoài. Giá cao. Nạp chậm. ICD1 COM MPLAB Giá cao, chỉ dùng cho một số loại thông dụng. Chức năng In Circuit Debugger ICD 2 COM MPLAB Rất mạnh, nạp được nhiều loại. Chức năng In circuit debugger Warp13A COM Tương thích PICStart Plus Nạp nhanh, giá cao hơn MCP PIC16Pro40 LPT WinPICProg Mạch nạp điển hình của Nigel Goodwin, được dùng để giảng dạy ở nhiều trường đại học trên thế giới ProPIC2 COM ICPROG, Propic2 Có hai phần, phần thông thường có thể tự làm, phần có debugger phải mua, giá rất cao. Labtools LPT Labtools Giá rất cao, nạp đa dụng, không phù hợp với việc chuyên nạp PIC Start Kit 1 USB MPLAB Nạp được một số loại, có thể tự làm PM2, PM3 COM, USB MPLAB Giá rất cao, không nên quan tâm nếu chưa có nhu cầu ICD1 – Mirochip COM MPLAB Giá cao, không phù hợp. Chức năng ICD [email protected] ICD2 – Microchip USB MPLAB Giá cao, không phù hợp. Chức năng ICD Tất cả các mạch nguyên lý và chương trình nạp đều có trong CD, ngoài ra, trong CD cũng có những chương trình và mạch nạp chúng tôi không liệt kê ra đây. Một số mạch nạp không có sơ đồ nguyên lý vì không được cho miễn phí. Riêng mạch MCP-USB, chúng tôi đã làm được và dự kiến sẽ bán trong thời gian sắp tới. Tuy nhiên, mạch này giá linh kiện khá cao, thiết nghĩ không phù hợp lắm với sinh viên, tốc độ nạp lại chậm. Chỉ phù hợp với các bạn muốn làm thực nghiệm với nhiều loại vi điều khiển khác nhau để thực hiện sản phẩm thương mại. Ngoài cách nạp chương trình thông thường bằng mạch nạp (programmer), các bạn còn có một cách nạp khác, tận dụng chức năng self-programming của PIC, là bootloader. Tuy nhiên, vì chưa trình bày cho các bạn về cấu trúc bộ nhớ của PIC, do đó, chúng tôi tạm gác phần giới thiệu về bootloader lại cho phần sau. 3. Dụng cụ học tập của bạn đâu ? Điều đầu tiên các bạn cần có là 2 con PIC16F628A và 16F877A. Các bạn có thể tìm thấy các con PIC này ở các chợ điện tử như Hàng Trống – Hà Nội hoặc Nhật Tảo – TPHCM. Tuy nhiên, các bạn vẫn có thể mua được PIC thông qua một số người bán lẻ trên www.diendandientu.com, theo tham khảo thì giá PIC trên diễn đàn tương đối rẻ hơn so với giá PIC ở các chợ điện tử. Công việc thứ hai, đó là các bạn cần phải cài đặt các phần mềm cần thiết để bắt đầu các bài học lập trình. Các chương trình MPLAB IDE, CCS C và HT PIC đều có sẵn trong đĩa CD, các bạn nên xem hướng dẫn trong đĩa CD và cài đặt theo hướng dẫn. Tiếp theo, các bạn cần có một mạch nạp để nạp cho PIC. Chúng tôi lựa chọn mạch nạp PG2C như một ví dụ điển hình để hướng dẫn các bạn cách làm mạch và thao tác với chương trình nạp ICProg. Lý do chúng tôi lựa chọn mạch nạp này là vì nó tương đối dễ làm, và giá linh kiện để thực hiện mạch nạp cũng tương đối rẻ. Trong CD, có cung cấp sơ đồ nguyên lý, mạch in và cả các file ORCAD của mạch nạp này. Cuối cùng, các bạn cần chép các file trong thư mục ICProg vào ổ đĩa cứng để chạy, chương trình này không cần cài đặt. Do có rất nhiều vấn đề đã được hỏi xung quanh ICProg, chúng tôi trình bày phần cài đặt chương trình một cách cụ thể trong tài liệu hướng dẫn luôn. Khi chép vào đĩa cứng, cần phải chép đầy đủ cả thư mục vào đĩa cứng và tạo một shortcut ngoài desktop để tiện việc sử dụng sau này. [email protected] Chạy chương trình ICProg.exe Bỏ qua tất cả các thông báo lỗi để mở được chương trình ra. Chọn Settings >> Clear Settings [email protected] Sau khi nhấn Yes liên tục, một màn hình Hardware settings sẽ hiện ra. Do chúng ta chọn dùng bộ nạp PG2C là một bộ nạp được phát triển của JDM, cho nên phần Programmer chúng ta sẽ chọn JDM Programmer. Phần Ports, chúng ta sẽ chọn COM 2 hoặc COM 3 tùy theo máy tính của bạn. Tuy nhiên, thường thì chúng ta nên chọn COM 2, vì COM 3 chính là COM 1 và COM 1 thường hay dùng cho các công việc khác. Phần Interface, các bạn chọn Windows API và phần Communication các bạn không đánh dấu gì cả. Các bạn nhấn OK. Khi sử dụng Windows API, các bạn không cần quan tâm đến phần I/O Delay. [email protected] Màn hình ban đầu sau khi khởi động lại IC-Prog hiện ra như hình trên. Chúng ta sẽ chọn Settings >> Options để tiếp tục cài đặt cho IC-Prog. Màn hình Options sẽ hiện ra. Các bạn sẽ chỉ quan tâm tới phần Misc, còn các phần khác không cần quan tâm. Cứ để mặc định như chương trình ban đầu đã có. [email protected] Các bạn chọn Enable Vcc control for JDM, sau đó mới chọn tiếp Enable NT/2000/XP Driver. Khi bạn chọn Enable Driver xong, ngay lập tức sẽ có một màn hình Confirm hiện lên như trong hình trên. Các bạn nhấn Yes để cài đặt. Lưu ý rằng, driver đã nằm sẵn trong thư mục ICProg mà các bạn chép sang. Do vậy, ICProg sẽ tự động nhận ra và khởi động lại ICProg. Một màn hình Confirm khác sẽ hiện ra để yêu cầu bạn xác nhận việc cài đặt driver cho Windows NT/2000/XP. Các bạn chọn Yes. Như vậy, công việc cài đặt đã hoàn tất. Chúng tôi hướng dẫn các bạn cài đặt theo các bước trên là vì hiện nay, đa số các bạn đều chọn Windows XP để sử dụng. Windows 98se đã không còn phổ biến nữa. Nếu các bạn vẫn dùng Windows 98se thì các bạn chọn Interface Direct I/O thay vì chọn Windows API, và các bạn để nguyên I/O Delay (10) là mặc định. Tốc độ nạp sẽ nhanh hơn, tuy nhiên chúng ta tạm gác lại chuyện này ở đây. Sau khi cài đặt các chương trình MPLAB IDE, CCS C, HT PIC và IC-Prog, các bạn đã hoàn tất bài học thứ nhất cho việc chuẩn bị các dụng cụ học tập trên máy tính. Bài học thứ hai, hoàn toàn không liên quan đến vi điều khiển, nhưng thiết nghĩ nó lại rất cần thiết cho các bạn trong việc làm mạch chạy cho vi điều khiển sau này, đó là việc làm mạch in. Trong bài học này, chúng ta sẽ lấy việc làm mạch nạp PG2C làm thí dụ. Như vậy, chúng ta vừa có thể làm ra một dụng cụ học tập nữa, lại vừa tiết kiệm thời gian. 4. Điện tử cơ bản dùng cho vi điều khiển Đã có nhiều bạn đặt câu hỏi về những điều vô cùng đơn giản là nên chọn điện trở như thế nào, tại sao lại mắc chân linh kiện như thế… ? Những điều này thật là khó trả lời vì nó quá đơn giản với các bạn học điện tử, và lại dường như là mơ hồ với các bạn mới học, nhất là khi các bạn chưa tận mắt thấy cái điện trở, transistor, hay cái diode thực tế nó ra làm sao. Hướng dẫn làm mạch in