Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Câu hỏi mở đầu trang 128
Đề bài: Bên trong khoá cửa thông minh (Hình 24.1) có một vi điều khiển. Theo em, vi điều khiển đóng vai trò gì trong khoá thông minh này?
Lời giải:
Trong khoá cửa thông minh, vi điều khiển đóng vai trò như “bộ não” điều khiển toàn bộ hoạt động của khoá:
- Tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến vân tay, bàn phím mật khẩu, thẻ từ,…).
- So sánh dữ liệu vừa nhận với dữ liệu đã lưu trong bộ nhớ (ví dụ: vân tay của chủ nhà).
- Ra quyết định mở khoá hay không mở khoá dựa trên kết quả so sánh.
- Điều khiển các bộ phận khác của khoá (động cơ mở/đóng chốt khoá, đèn báo, còi cảnh báo).
I. Giới thiệu
Câu hỏi Khám phá trang 128
Đề bài: Vi điều khiển được coi là một máy tính thu nhỏ trong một mạch tích hợp. Quan sát Hình 24.2 và cho biết những thành phần nào của máy tính cá nhân được thu nhỏ vào vi điều khiển? Những thành phần nào không được thu nhỏ vào vi điều khiển?
Lời giải:
Quan sát Hình 24.2, ta có:
a) Các thành phần của máy tính cá nhân được thu nhỏ vào vi điều khiển:
- Bộ nhớ ROM.
- Bộ xử lí trung tâm (CPU).
- Bộ nhớ RAM.
- Bộ điều khiển vào/ra.
b) Các thành phần KHÔNG được thu nhỏ vào vi điều khiển (chỉ có ở máy tính cá nhân):
- Các thiết bị ngoại vi: loa, màn hình, bàn phím, con chuột.
- Bộ giao tiếp mạng.
- Ổ cứng.
→ Vi điều khiển được thiết kế tối giản cho một mục đích sử dụng cụ thể, nên chỉ giữ lại những khối chức năng cơ bản nhất.
Luyện tập trang 130
Đề bài: Hãy chỉ ra một ứng dụng của vi điều khiển trong thiết bị điện gia dụng.
Lời giải:
Trong máy giặt hiện đại, vi điều khiển được sử dụng để:
- Điều khiển chu trình giặt (giặt – xả – vắt) theo chương trình đã cài đặt.
- Nhận tín hiệu từ các cảm biến (mực nước, tải trọng quần áo, tốc độ quay).
- Hiển thị thời gian còn lại và trạng thái hoạt động trên màn hình.
- Điều khiển động cơ, van xả nước, còi báo kết thúc chu trình giặt.
Ngoài máy giặt, vi điều khiển còn được dùng trong nhiều thiết bị gia dụng khác như: nồi cơm điện, lò vi sóng, điều hoà, tủ lạnh, máy hút bụi, nồi chiên không dầu,…
Kết nối năng lực trang 130
Đề bài: Một bo mạch Arduino Uno R3 sử dụng vi điều khiển ATmega328P. Hãy tìm hiểu xem vi điều khiển này thuộc loại nào theo hai cách phân loại phổ biến phía trên.
Lời giải:
Vi điều khiển ATmega328P dùng trên bo mạch Arduino Uno R3:
- Theo độ rộng dữ liệu: là vi điều khiển 8 bit (có thể xử lí dữ liệu 8 bit trong mỗi thao tác).
- Theo họ vi điều khiển: thuộc họ AVR (do hãng Atmel – nay là Microchip – sản xuất).
II. Sơ đồ chức năng của vi điều khiển
Câu hỏi Khám phá trang 130
Đề bài: Hình 24.4 minh hoạ quá trình hoạt động của một khoá thông minh. Theo em, vi điều khiển cần có những khối chức năng nào để thực hiện hoạt động này?
Lời giải:
Quan sát Hình 24.4, quá trình hoạt động gồm: Cảm biến vân tay → Tiếp nhận dữ liệu → Xử lí dữ liệu (đối chiếu với dữ liệu đã lưu) → Tín hiệu ra → Cơ cấu chấp hành.
Từ đó, vi điều khiển cần có 4 khối chức năng cơ bản:
- Khối đầu vào: tiếp nhận dữ liệu vân tay từ cảm biến.
- Bộ xử lí trung tâm (CPU): so sánh dữ liệu vân tay vừa nhận với dữ liệu vân tay đã lưu.
- Bộ nhớ: lưu trữ dữ liệu vân tay của người dùng và chương trình xử lí.
- Khối đầu ra: gửi tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành (mở hoặc đóng khoá).
Luyện tập trang 132
Đề bài: Một vi điều khiển được dùng để điều khiển một LED nhấp nháy theo chu kì thay đổi. Hãy cho biết LED cần được kết nối với cổng vào hay cổng ra của vi điều khiển.
Lời giải:
- LED nhấp nháy là do vi điều khiển gửi tín hiệu điều khiển ra (bật/tắt LED theo chu kì).
- Vi điều khiển đóng vai trò phát tín hiệu, còn LED là thiết bị nhận tín hiệu từ vi điều khiển.
→ Vậy LED cần được kết nối với cổng ra của vi điều khiển.
Vận dụng
Vận dụng trang 132
Đề bài: Một vi điều khiển có CPU hoạt động ở tần số 1 MHz.
- Một xung nhịp của CPU có chu kì bao nhiêu giây?
- Biết vi điều khiển cần 100 xung nhịp để hoàn thành một câu lệnh, tính thời gian cần thiết để thực hiện câu lệnh.
- Biết vi điều khiển được lập trình để điều khiển bật và tắt LED thông qua hai câu lệnh khác nhau, tính tần số nhấp nháy tối đa của LED.
Lời giải:
Câu 1: Chu kì của một xung nhịp CPU.
Tần số xung nhịp $f = 1\ \text{MHz} = 10^6\ \text{Hz}$.
Chu kì được tính theo công thức:
$$T = \frac{1}{f} = \frac{1}{10^6} = 10^{-6}\ \text{giây} = 1\ \mu s$$
→ Chu kì của một xung nhịp là $1\ \mu s$ (1 micro giây).
Câu 2: Thời gian thực hiện một câu lệnh.
Một câu lệnh cần 100 xung nhịp, mỗi xung nhịp có chu kì $10^{-6}$ giây, nên:
$$t_1 = 100 \times 10^{-6} = 10^{-4}\ \text{giây} = 100\ \mu s$$
→ Thời gian thực hiện một câu lệnh là $10^{-4}$ giây $= 100\ \mu s$.
Câu 3: Tần số nhấp nháy tối đa của LED.
Bước 1: Xác định thời gian LED nhấp nháy một lần (một chu kì).
- Một lần nhấp nháy gồm 2 thao tác: bật LED và tắt LED, tương ứng với 2 câu lệnh.
- Thời gian thực hiện 2 câu lệnh:
$$T_{LED} = 2 \times t_1 = 2 \times 10^{-4}\ \text{giây}$$
Bước 2: Tính tần số nhấp nháy.
$$f_{LED} = \frac{1}{T_{LED}} = \frac{1}{2 \times 10^{-4}} = 5000\ \text{Hz} = 5\ \text{kHz}$$
→ Tần số nhấp nháy tối đa của LED là 5000 Hz (5 kHz).
ThS. Hồ Thị Thư
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Công Nghệ THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Công nghệ, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Hoàng Hoa Thám