Embedded STM32

LESSION 1 : GPIO

1 Giới thiệu GPIO.

Ở bài này, chúng ta sẽ thực hành cấu hình GPIO trên bộ thư viện SPL (Standard Peripherals Firmware Library ). Các hàm phục vụ cho việc cấu hình GPIO, cấp xung ngoại vi được định nghĩa trong file "stm32f10x_rcc.h", và "stm32f10x_gpio.h"

Ở trong thư viện này, các cấu hình được chia thành các trường và định nghĩa bằng các cấu trúc như struct và enum.

Một số định nghĩa đã được cung cấp trong thư viện có thể kể ra như:

• Các GPIO: các thanh ghi phục vụ chức năng GPIO đã được tổ chức dưới dạng 1 struct. Các thanh ghi cấu hình cho các GPIO được tổ chức trong struct GPIO_Typedef.

typedef struct
{
  __IO uint32_t CRL;
  __IO uint32_t CRH;
  __IO uint32_t IDR;
  __IO uint32_t ODR;
  __IO uint32_t BSRR;
  __IO uint32_t BRR;
  __IO uint32_t LCKR;
} GPIO_TypeDef;

• Trong thư viện SPL, các thuộc tính của GPIO được tổ chức thành 1 struct GPIO_InitTypeDef chứa các trường GPIO_Mode, GPIO_Pin và GPIO_Speed.

typedef struct
{
  uint16_t GPIO_Pin;             /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
                                      This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */

  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;  /*!< Specifies the speed for the selected pins.
                                      This parameter can be a value of @ref GPIOSpeed_TypeDef */

  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;    /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
                                      This parameter can be a value of @ref GPIOMode_TypeDef */
}GPIO_InitTypeDef;

• GPIO_InitStructure.GPIO_Mode là một trường dùng để xác định chế độ hoạt động của chân GPIO trong thư viện của STM32.

typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN = 0x0,
  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,
  GPIO_Mode_IPD = 0x28,
  GPIO_Mode_IPU = 0x48,
  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,
  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,
  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,
  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18
}GPIOMode_TypeDef;

*Dưới đây là các giá trị mà trường GPIO_Mode có thể nhận và giải thích chi tiết về từng chế độ:

GPIO_Mode_AIN:

● Mô tả: Analog Input.

● Giải thích: Chân GPIO được cấu hình làm đầu vào analog. Thường được sử dụng cho các chức năng như ADC (Analog to Digital Converter).

GPIO_Mode_IN_FLOATING:

● Mô tả: Floating Input.

● Giải thích: Chân GPIO được cấu hình làm đầu vào và ở trạng thái nổi (không pull-up hay pull-down). Điều này có nghĩa là chân không được kết nối cố định với mức cao (VDD) hoặc mức thấp (GND) thông qua điện trở.

GPIO_Mode_IPD:

● Mô tả: Input with Pull-down.

● Giải thích: Chân GPIO được cấu hình làm đầu vào với một điện trở pull-down nội bộ kích hoạt. Khi không có tín hiệu nào được áp dụng lên chân này, nó sẽ được kéo về mức thấp (GND).

GPIO_Mode_IPU:

● Mô tả: Input with Pull-up.

● Giải thích: Chân GPIO được cấu hình làm đầu vào với một điện trở pull-up nội bộ kích hoạt. Khi không có tín hiệu nào được áp dụng lên chân này, nó sẽ được kéo về mức cao (VDD).

GPIO_Mode_Out_OD:

● Mô tả: Open-drain Output.

● Giải thích: Chân GPIO được cấu hình làm đầu ra với chế độ open-drain. Trong chế độ này, chân có thể được kéo xuống mức thấp, nhưng để đạt được mức cao, cần một điện trở pull-up ngoài hoặc từ một nguồn khác.

GPIO_Mode_Out_PP:

● Mô tả: Push-pull Output.

● Giải thích: Chân GPIO được cấu hình làm đầu ra với chế độ push-pull. Trong chế độ này, chân có thể đạt được cả mức cao và mức thấp mà không cần bất kỳ phần cứng bổ sung nào.

GPIO_Mode_AF_OD:

● Mô tả: Alternate Function Open-drain.

● Giải thích: Chân GPIO được cấu hình để hoạt động trong một chức năng thay thế (như USART, I2C, etc.) và sử dụng chế độ open-drain.

GPIO_Mode_AF_PP:

● Mô tả: Alternate Function Push-pull.

● Giải thích: Chân GPIO được cấu hình để hoạt động trong một chức năng thay thế và sử dụng chế độ push-pull.

GPIO_Pin là trường xác định chân trong GPIOx tương ứng. các giá trị được khai báo trong file header, có dạng GPIO_Pin_x với x là chân từ 0-15.

GPIO_Speed là trường xác định tốc độ đáp ứng của chân. Thường được cấu hình đi kèm với chế độ Output, các giá trị cũng được khai báo trong file header trong GPIO_SpeedTypeDef:

typedef enum
{ 
  GPIO_Speed_10MHz = 1,
  GPIO_Speed_2MHz, 
  GPIO_Speed_50MHz
}GPIOSpeed_TypeDef;

Cấu hình RCC cấp clock cho ngoại vi

Trong tài liệu của bộ thư viện : “STM32F10x Standard Peripherals Firmware Library”, xung clock cho ngoại vi được cấu hình bởi các hàm trong modules RCC.

Các hàm :có chức năng cấp xung hoặc ngưng cấp xung cho ngoại vi tương ứng. Các hàm này được định nghĩa trong file "stm32f10x_rcc.h". Các hàm này nhận tham số vào là Macro của các ngoại vi được định nghĩa sẵn trong file header, tham số thứ 2 quy định việc cấp hay ngưng xung clock cho ngoại vi tương ứng.

• RCC_APB1PeriphClockCmd

Enables or disables the Low Speed APB (APB1) peripheral clock.

Parameters:

RCC_APB1Periph,:specifies the APB1 peripheral to gates its clock. This parameter can be any combination of the following values:

RCC_APB1Periph_TIM2, 
RCC_APB1Periph_TIM3, 
RCC_APB1Periph_TIM4, 
RCC_APB1Periph_TIM5, 
RCC_APB1Periph_TIM6, 
RCC_APB1Periph_TIM7, 
RCC_APB1Periph_WWDG, 
RCC_APB1Periph_SPI2, 
RCC_APB1Periph_SPI3, 
RCC_APB1Periph_USART2, 
RCC_APB1Periph_USART3, 
RCC_APB1Periph_USART4, 
RCC_APB1Periph_USART5, 
RCC_APB1Periph_I2C1, 
RCC_APB1Periph_I2C2, 
RCC_APB1Periph_USB, 
RCC_APB1Periph_CAN1, 
RCC_APB1Periph_BKP, 
RCC_APB1Periph_PWR, 
RCC_APB1Periph_DAC, 
RCC_APB1Periph_CEC, 
RCC_APB1Periph_TIM12, 
RCC_APB1Periph_TIM13, 
RCC_APB1Periph_TIM14

NewState,:
new state of the specified peripheral clock. This parameter can be: ENABLE or DISABLE.

Return values:
None

• RCC_APB2PeriphClockCmd

Enables or disables the High Speed APB (APB2) peripheral clock. Parameters:

RCC_APB2Periph,:specifies the APB2 peripheral to gates its clock. This parameter can be any combination of the following values:

RCC_APB2Periph_AFIO, 
RCC_APB2Periph_GPIOA, 
RCC_APB2Periph_GPIOB, 
RCC_APB2Periph_GPIOC, 
RCC_APB2Periph_GPIOD, 
RCC_APB2Periph_GPIOE, 
RCC_APB2Periph_GPIOF, 
RCC_APB2Periph_GPIOG, 
RCC_APB2Periph_ADC1, 
RCC_APB2Periph_ADC2, 
RCC_APB2Periph_TIM1, 
RCC_APB2Periph_SPI1, 
RCC_APB2Periph_TIM8, 
RCC_APB2Periph_USART1, 
RCC_APB2Periph_ADC3, 
RCC_APB2Periph_TIM15, 
RCC_APB2Periph_TIM16, 
RCC_APB2Periph_TIM17, 
RCC_APB2Periph_TIM9, 
RCC_APB2Periph_TIM10, 
RCC_APB2Periph_TIM11
NewState,:
new state of the specified peripheral clock. This parameter can be: ENABLE or DISABLE.

Return values:
None

GPIOC được cấp xung bởi APB2 nên sử dụng hàm :

RCC_APB2PeriphClockCmd (RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); để cấu hình clock.

Cấu hình Pin GPIO

Như đã đề cập ở trên, các thuộc tính của 1 chân trong GPIO có thể được cấu hình thông qua struct GPIO_InitTypeDef, chúng ta sẽ tạo 1 biến struct kiểu này, sau đó gán các giá trị cần cấu hình thông qua biến đó.

Khởi tạo GPIO Hàm GPIO_Init(); khởi tạo GPIOx với các tham số đã được thiết lập trong GPIO_InitStruct. Hàm nhận 2 tham số là 1 GPIOx cần khởi tạo và 1 con trỏ trỏ tới struct GPIO_InitTypedDef chứa các thông tin đã thiết lập cho GPIO.

Vì vậy, để khởi tạo 1 GPIO để sử dụng, trước tiên cần cấu hình clock, sau đó tạo 1 struct GPIO_InitTypedDef cấu hình tham số cho GPIO, sau đó gọi hàm GPIO_Init() với GPIOx cần cấu hình và struct vừa tạo.

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APBxPeriph_GPIOx, ENABLE);

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_x;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_xx;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_xx;
GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStruct);

2 Các hàm cơ bản trên GPIO.

Thư viện SPL hỗ trợ sẵn các hàm để thực thi trên các GPIO.

GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)*

● Mô tả: Đặt một hoặc nhiều chân GPIO ở mức cao (logic 1).

● Tham số:

● GPIOx: là cổng GPIO muốn điều khiển (ví dụ: GPIOA, GPIOB,...).

● GPIO_Pin: chọn chân hoặc chân cần đặt ở mức cao (ví dụ: GPIO_Pin_0, GPIO_Pin_1 hoặc kết hợp như GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1).

 GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)*

● Mô tả: Đặt một hoặc nhiều chân GPIO ở mức thấp (logic 0).

● Tham số: Tương tự như hàm GPIO_SetBits.

GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)*

● Mô tả: Đọc trạng thái của một chân GPIO đã được cấu hình là input.

● Tham số: Tương tự như hàm GPIO_SetBits.

● Giá trị trả về: Trả về Bit_SET nếu chân đang ở mức cao hoặc Bit_RESET nếu chân đang ở mức thấp.

GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)*

● Mô tả: Đọc trạng thái của một chân GPIO đã được cấu hình là output.

● Tham số: Tương tự như hàm GPIO_SetBits.

● Giá trị trả về: Trả về Bit_SET nếu chân đang ở mức cao hoặc Bit_RESET nếu chân đang ở mức thấp.

GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal)*

● Mô tả: Đặt trạng thái của một chân GPIO dựa trên giá trị của BitVal.

● Tham số:

● GPIOx và GPIO_Pin tương tự như hàm GPIO_SetBits.

● BitVal: là giá trị mà bạn muốn đặt cho chân GPIO, có thể là Bit_SET hoặc Bit_RESET.

 GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef GPIOx)*

● Mô tả: Đọc giá trị của tất cả các chân GPIO đã được cấu hình là đầu vào trên cổng GPIO chỉ định.

● Tham số:

● GPIOx: cổng GPIO mà bạn muốn đọc (ví dụ: GPIOA, GPIOB,...).

● Giá trị trả về: Một giá trị 16-bit biểu diễn trạng thái của tất cả các chân trên cổng GPIO.

 GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef GPIOx)*

● Mô tả: Đọc giá trị của tất cả các chân GPIO đã được cấu hình là đầu ra trên cổng GPIO chỉ định.

● Tham số:

● GPIOx: cổng GPIO mà bạn muốn đọc.

● Giá trị trả về: Một giá trị 16-bit biểu diễn trạng thái của tất cả các chân trên cổng GPIO.

 GPIO_Write(GPIO_TypeDef GPIOx, uint16_t PortVal)*

● Mô tả: Ghi giá trị cho toàn bộ cổng GPIO.

● Tham số:

● GPIOx: cổng GPIO bạn muốn ghi.

● PortVal: giá trị 16-bit mà bạn muốn đặt cho cổng GPIO.

 GPIO_PinLockConfig(GPIO_TypeDef GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)*

● Mô tả: Khóa cấu hình của chân GPIO. Sau khi chân đã bị khóa, bạn sẽ không thể thay đổi cấu hình của nó cho đến khi hệ thống được reset.

● Tham số:

● GPIOx: cổng GPIO mà bạn muốn khóa chân.

● GPIO_Pin: chọn chân cần khóa (ví dụ: GPIO_Pin_0, GPIO_Pin_1 hoặc kết hợp như GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1).

GPIO_EventOutputConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource)

● Mô tả: Cấu hình chân sự kiện đầu ra.

● Tham số:

● GPIO_PortSource: xác định cổng GPIO.

● GPIO_PinSource: xác định chân GPIO.

 GPIO_EventOutputCmd(FunctionalState NewState)

● Mô tả: Cho phép hoặc vô hiệu hóa chân sự kiện đầu ra.

● Tham số:

● NewState: trạng thái mới của chân. Có thể là ENABLE hoặc DISABLE.

 GPIO_AFIODeInit()

● Mô tả: Đặt lại tất cả các thanh ghi của AFIO (Alternate Function IO) về giá trị mặc định.

LESSION 2 : Ngắt và Timer

1.Ngắt

• Ngắt là 1 sự kiện khẩn cấp xảy ra trong hay ngoài vi điều khiển. Nó yêu MCU phải dừng chương trình chính và thực thi chương trình ngắt.

• Mỗi ngắt có 1 trình phục vụ ngắt, sẽ yêu cầu MCU thực thi lệnh tại trình phục vụ ngắt khi có ngắt xảy ra.

• Các ngắt có các địa chỉ cố định trong bộ nhớ để giữ các trình phục vụ. Các địa chỉ này gọi là vector ngắt.

Quá trình thực thi ngắt:

• B1: Xử lý xong câu lệnh đang chạy. (Quá trình thực thi câu lệnh mã máy qua các bước: lấy lệnh từ bộ nhớ FLASH, giải mã lệnh, thực thi lệnh)

• B2: Lưu địa chỉ câu lệnh tiếp theo, lưu trạng thái hoạt động của VDK (các cờ, trạng thái năng lượng) vào vùng nhớ STACK.

• B3: VDK tắt bit ngắt toàn cục để ngăn chặn các ngắt khác can thiệp trong khi xử lý ngắt hiện tại. Nếu vi điều khiển đang ở chế độ tiết kiệm năng lượng, nó sẽ chuyển sang chế độ hoạt động bình thường.

  Cho phép ngắt chồng ngắt (Nested Interrupt): Bit cho phép ngắt có thể được bật lại để cho phép ngắt chồng ngắt nếu cần thiết
  

• B4: Thực thi ngắt bằng cách Vi điều khiển nạp địa chỉ của chương trình phục vụ ngắt (Interrupt Service Routine - ISR) từ bảng vectơ ngắt vào thanh ghi PC.

• B5: Thực thi xong sẽ thực hiện quá trình phục hồi ngữ cảnh (unstacking).

  Nạp lại giá trị PC: Vi điều khiển nạp lại giá trị của PC từ Stack để tiếp tục thực hiện lệnh tiếp theo trong chương trình chính.
  
  Bật lại bit ngắt và Quay về trạng thái năng lượng ban đầu: Nếu vi điều khiển đã chuyển từ chế độ tiết kiệm năng lượng sang chế độ hoạt động bình thường, nó sẽ quay lại chế độ tiết kiệm năng lượng.
  

Lưu ý: Thời gian xử lý ngắt rất nhỏ (0.005 us) nên khoảng thời gian xử lý ngắt đến câu lệnh tiếp theo là rất nhanh

Nếu có nhiều ngắt xảy ra thì VDK sẽ dựa vào mức độ ưu tiên ngắt (số càng nhỏ mức ưu tiên càng cao) để thực thi theo thứ tự.

Nếu ngắt có cùng độ ưu tiên thì VDK sẽ xét theo sub priotiy (độ ưu tiên phụ).

Các loại ngắt thông dụng

**Ngắt ngoài: **

• Xảy ra khi có thay đổi điện áp trên các chân GPIO được cấu hình làm ngõ vào ngắt.

• LOW: kích hoạt ngắt liên tục khi chân ở mức thấp.

• HIGH: Kích hoạt liên tục khi chân ở mức cao.

• Rising: Kích hoạt khi trạng thái trên chân chuyển từ thấp lên cao.

• Falling: Kích hoạt khi trạng thái trên chân chuyển từ cao xuống thấp.

Ngắt timer:

• Ngắt Timer xảy ra khi giá trị trong thanh ghi đếm của timer tràn. Giá trị tràn được xác định bởi giá trị cụ thể trong thanh ghi đếm của timer.
• Vì đây là ngắt nội trong MCU, nên phải reset giá trị thanh ghi timer để có thể tạo được ngắt tiếp theo.

Ngắt truyền nhận:

• Ngắt truyền nhận xảy ra khi có sự kiện truyền/nhận dữ liệu giữ MCU với các thiết bị bên ngoài hay với MCU. Ngắt này sử dụng cho nhiều phương thức như Uart, SPI, I2C…v.v nhằm đảm bảo việc truyền nhận chính xác.

Độ ưu tiên ngắt

• Độ ưu tiên ngắt là khác nhau ở các ngắt. Nó xác định ngắt nào được quyền thực thi khi nhiều ngắt xảy ra đồng thời.

• STM32 quy định ngắt nào có số thứ tự ưu tiên càng thấp thì có quyền càng cao. Các ưu tiên ngắt có thể lập trình được.

2.TIMER

Giới thiệu về Timer:

Có thể hiểu 1 cách đơn giản: timer là 1 mạch digital logic có vai trò đếm mỗi chu kỳ clock (đếm lên hoặc đếm xuống).

Timer còn có thể hoạt động ở chế độ counter, nó sẽ nhận xung clock từ các tín hiệu ngoài. Có thể là từ 1 nút nhấn, bộ đếm sẽ được tăng sau mỗi lần bấm nút (sườn lên hoặc sườn xuống tùy vào cấu hình).

Ngoài ra còn các chế độ khác (ở đây mình chỉ liệt kê, sau này sẽ có bài viết riêng về các chế độ này):

· PWM Mode · Advanced PWM Mode · Output Compare Mode · One-Pulse Mode · Input Capture Mode · Encoder Mode · Timer Gate Mode · Timer DMA Burst Mode · IRTIM Infrared Mode

STM32f103C8 có tất cả 7 timer nhưng trong đó đã bao gồm 1 systick timer, 2 watchdog timer. Vậy chỉ còn lại 4 timer dùng cho các chức năng như ngắt, timer base, PWM, Encoder, Input capture…. Trong đó TIM1 là Timer đặc biệt, chuyên dụng cho việc xuất xung với các mode xuất xung, các mode bảo vệ đầy đủ hơn so với các timer khác. TIM1 thuộc khối clock APB2, còn các TIM2,TIM3,TIM4 thuộc nhóm APB1.

Timer clock

Khi không có cấu hình gì liên quan đến clock và đã gắn đúng thạch anh ngoài trên chân PD0(5) và PD1(6) thì clock tương ứng của TIM1,TIM2,TIM3,TIM4 đã là 72Mhz. Cần ghi nhớ là sử dụng timer nào thì cấp clock cho timer đó theo đúng nhánh clock.

Prescaler

• Prescaler là bộ chia tần số của timer. Bộ chia này có giá trị tối đa là 16 bit tương ứng với giá trị là 65535. Các giá trị này có thể được thay đổi và điều chỉnh bằng lập trình.

• Cách tính presacler: chọn bộ tim2 có clock cấp là 36M hz. B1: chọn bộ chia tần số CLockDivision. VD: chọn bộ chia 1 thì sau khi chia thì f = 36 MHZ

  B2: Trong clock thì 1s nó sẽ thực hiện 36M dao động => 1 dao động = 1/36 000 000s

  B3: Bộ prescaler qui định là sau bao nhiêu dao động thì nó sẽ đếm lên 1 lần. VD: ta muốn 1ms đếm lên 1 lần Để 1ms đếm lên 1 lần thì: 1ms = 10^-3, lấy 10^-3 * ( 1/36 000 000 ) = 36 000. Vậy, để 1ms đếm lên 1 lần thì bộ Prescaler phải có giá trị = 36 000 - 1.

Period (Auto Reload Value)

• Auto Reload value là giá trị bộ đếm tối đa có thể được điều chỉnh để nạp vào cho timer. Giá trị bộ đếm này được cài đặt tối đa là 16bit tương ứng với giá trị là 65535.
• Thường dùng để tính cho ngắt bằng timer.
• Từ các thông số trên ta rút ra công thức cần tính cuối cùng đó là:

FTIMER= fSYSTEM/[(PSC+1)(Period+1)]

FTIMER : là giá trị cuối cùng của bài toán, đơn vị là hz. FSYSTEM : tần số clock hệ thống được chia cho timer sử dụng, đơn vị là hz. PSC : giá trị nạp vào cho bộ chia tần số của timer. Tối đa là 65535. Period : giá trị bộ đếm nạp vào cho timer. Tối đa là 65535.

Cấu hình Timer

Tương tự các ngoại vi khác, cần xác định clock cấp cho timer, các tham số cho timer được cấu hình trong struct TIM_TimBaseInitTypeDef, cuối cùng gọi hàm TIM_TimBaseInit() để khởi tạo timer.

7199 tương ứng với giá trị PSC, 9999 tương ứng với Period. Clock cung cấp cho TIM4 là 72Mhz. Tính theo công thức ta sẽ được thời gian ngắt tràn là 1s.

LESSION 3 : Các chuẩn giao tiếp

Các MCU truyền nhận dữ liệu với nhau hoặc với các thiết bị thông qua tín hiệu điện áp. MCU có thể truyền nhận song song, nối tiếp các tín hiệu điện áp này thông quá các chân được cấu hình riêng biệt.

Để việc truyền nhận được dễ dàng với nhiều dòng MCU và phần cứng, các chuẩn giao tiếp được tạo ra. Vi điều khiển sẽ sử dụng các chuẩn giao tiếp khác nhau để liên lạc với nhau hoặc liên lạc với các thiết bị khác hay các phần tử khác trên mạch. Có thể kể đến như I2C, SPI, UART, ….

1 SPI.

SPI – Serial Peripheral Interface – hay còn gọi là giao diện ngoại vi nối tiếp. Chuẩn đồng bộ nối truyền dữ liệu ở chế độ full - duplex (hay gọi là "song công toàn phần". Nghĩa là tại 1 thời điểm có thể xảy ra đồng thời quá trình truyền và nhận. Là giao tiếp đồng bộ, bất cứ quá trình nào cũng đều được đồng bộ với xung clock sinh ra bởi thiết bị Master
Tốc độ truyền thông cao: SPI cho phép truyền dữ liệu với tốc độ rất nhanh, thường đạt được tốc độ Mbps hoặc thậm chí hàng chục Mbps. Điều này rất hữu ích khi cần truyền dữ liệu nhanh và đáng tin cậy trong các ứng dụng như truyền thông không dây, điều khiển từ xa và truyền dữ liệu đa phương tiện.

SPI sử dụng 4 đường giao tiếp nên đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “ 4 dây”:

• SCK (Serial Clock): Thiết bị Master tạo xung tín hiệu SCK và cung cấp cho Slave. Xung này có chức năng giữ nhịp cho giao tiếp SPI. Mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi → Quá trình ít bị lỗi và tốc độ truyền cao.

• MISO (Master Input Slave Output): Tín hiệu tạo bởi thiết bị Slave và nhận bởi thiết bị Master. Đường MISO phải được kết nối giữa thiết bị Master và Slave.

• MOSI (Master Output Slave Input): Tín hiệu tạo bởi thiết bị Master và nhận bởi thiết bị Slave. Đường MOSI phải được kết nối giữa thiết bị Master và Slave.

• SS (Slave Select): Chọn thiết bị Slave cụ thể để giao tiếp. Để chọn Slave giao tiếp thiết bị Master chủ động kéo đường SS tương ứng xuống mức 0 (Low). Chân này đôi khi còn được gọi là CS (Chip Select). Chân SS của vi điều khiển (Master) có thể được người dùng tạo bằng cách cấu hình 1 chân GPIO bất kỳ chế độ Output.

SPI cho phép 1 MCU chủ giao tiếp với nhiều thiết bị tớ thông qua tín hiệu chọn thiết bị SS. Các thiết bị tớ chỉ có thể có 1 chân CS để nhận tín hiệu chọn này, tuy nhiên thiết bị chủ có thể có nhiều hơn 1 chân SS để chọn từng thiết bị muốn giao tiếp.

Khung truyền SPI:

Mỗi chip Master hay Slave đều có một thanh ghi dữ liệu 8 bits. Quá trình truyền nhận giữa Master và Slave xảy ra đồng thời theo chu kỳ clock ở chân CLK, một byte dữ liệu được truyền theo cả 2 hướng.

Quá trình trao đổi dữ liệu bắt đầu khi Master tạo 1 xung clock từ bộ tạo xung nhịp (Clock Generator) và kéo đường SS của Slave mà nó truyền dữ liệu xuống mức Low. Mỗi xung clock, Master sẽ gửi đi 1 bit từ thanh ghi dịch (Shift Register) của nó đến thanh ghi dịch của Slave thông qua đường MOSI. Đồng thời Slave cũng gửi lại 1 bit đến cho Master qua đường MISO.Như vậy sau 8 chu kỳ clock thì hoàn tất việc truyền và nhận 1 byte dữ liệu.

Trong giao tiếp SPI, chỉ có thể có 1 Master nhưng có thể 1 hoặc nhiều Slave cùng lúc. Ở trạng thái nghỉ, chân SS của các Slave ở mức 1, muốn giao tiếp với Slave nào thì ta chỉ việc kéo chân SS của Slave đó xuống mức 0.

Chế độ hoạt động: SPI có 4 chế độ hoạt động phụ thuộc vào cực của xung giữ (Clock Polarity – CPOL) và pha (Phase - CPHA). CPOL dùng để chỉ trạng thái của chân SCK ở trạng thái nghỉ. Chân SCK giữ ở mức cao khi CPOL=1 hoặc mức thấp khi CPOL=0. CPHA dùng để chỉ các mà dữ liệu được lấy mẫu theo xung. Dữ liệu sẽ được lấy ở cạnh lên của SCK khi CPHA=0 hoặc cạnh xuống khi CPHA=1.

• Mode 0 (mặc định) – xung nhịp của đồng hồ ở mức thấp (CPOL = 0) và dữ liệu được lấy mẫu khi chuyển từ thấp sang cao (cạnh lên) (CPHA = 0).
• Mode 1 - xung nhịp của đồng hồ ở mức thấp (CPOL = 0) và dữ liệu được lấy mẫu khi chuyển từ cao sang thấp (cạnh xuống) (CPHA = 1).
• Mode 2 - xung nhịp của đồng hồ ở mức cao (CPOL = 1) và dữ liệu được lấy mẫu khi chuyển từ cao sang thấp (cạnh lên) (CPHA = 0).
• Mode 3 - xung nhịp của đồng hồ ở mức cao (CPOL = 1) và dữ liệu được lấy mẫu khi chuyển từ thấp sang cao (cạnh xuông) (CPHA = 1).

2 UART.

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter – Bộ truyền nhận dữ liệu không đồng bộ) là một giao thức truyền thông phần cứng dùng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ và có thể cấu hình được tốc độ.

Giao thức UART là một giao thức đơn giản và phổ biến, bao gồm hai đường truyền dữ liệu độc lập là TX (truyền) và RX (nhận). Dữ liệu được truyền và nhận qua các đường truyền này dưới dạng các khung dữ liệu (data frame) có cấu trúc chuẩn, với một bit bắt đầu (start bit), một số bit dữ liệu (data bits), một bit kiểm tra chẵn lẻ (parity bit) và một hoặc nhiều bit dừng (stop bit).

Thông thường, tốc độ truyền của UART được đặt ở một số chuẩn, chẳng hạn như 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 baud và các tốc độ khác. Tốc độ truyền này định nghĩa số lượng bit được truyền qua mỗi giây. Các tốc độ truyền khác nhau thường được sử dụng tùy thuộc vào ứng dụng và hệ thống sử dụng.

Uart truyền dữ liệu nối tiếp, theo 1 trong 3 chế độ:

• Simplex: Chỉ tiến hành giao tiếp một chiều

• Half duplex: Dữ liệu sẽ đi theo một hướng tại 1 thời điểm

• Full duplex: Thực hiện giao tiếp đồng thời đến và đi từ mỗi master và slave

Chân Tx (truyền) của một chip sẽ kết nối trực tiếp với chân Rx (nhận) của chip khác và ngược lại. Quá trình truyền dữ liệu thường sẽ diễn ra ở 3.3V hoặc 5V. Uart là một giao thức giao tiếp giữa một master và một slave. Trong đó 1 thiết bị được thiết lập để tiến hành giao tiếp với chỉ duy nhất 1 thiết bị khác.

Dữ liệu truyền đến và đi từ Uart song song với thiết bị điều khiển. Khi tín hiệu gửi trên chân Tx (truyền), bộ giao tiếp Uart đầu tiên sẽ dịch thông tin song song này thành dạng nối tiếp và sau đó truyền tới thiết bị nhận. Chân Rx (nhận) của Uart thứ 2 sẽ biến đổi nó trở lại thành dạng song song để giao tiếp với các thiết bị điều khiển.

Dữ liệu truyền qua Uart sẽ đóng thành các gói (packet). Mỗi gói dữ liệu chứa 1 bit bắt đầu, 5 – 9 bit dữ liệu (tùy thuộc vào bộ Uart), 1 bit chẵn lẻ tùy chọn và 1 bit hoặc 2 bit dừng.

Quá trình truyền dữ liệu Uart sẽ diễn ra dưới dạng các gói dữ liệu này, bắt đầu bằng 1 bit bắt đầu, đường mức cao được kéo dần xuống thấp.

Sau bit bắt đầu là 5 – 9 bit dữ liệu truyền trong khung dữ liệu của gói.

Theo sau là bit chẵn lẻ tùy chọn để nhằm xác minh việc truyền dữ liệu thích hợp.

      Bit chẵn lẻ là 0 (tính chẵn), thì tổng các bit 1 trong khung dữ liệu phải là một số chẵn.
      
      Bit chẵn lẻ là 1 (tính lẻ), các bit 1 trong khung dữ liệu sẽ tổng thành một số lẻ.
      
      Khi bit chẵn lẻ khớp với dữ liệu, UART sẽ biết rằng quá trình truyền không có lỗi. Nhưng nếu bit chẵn lẻ là 0 và tổng là số lẻ; hoặc bit chẵn lẻ là 1 và tổng số là chẵn, UART sẽ biết rằng các bit trong khung dữ liệu đã thay đổi.

Sau cùng, 1 hoặc nhiều bit dừng sẽ được truyền ở nơi đường đặt tại mức cao. Vậy là sẽ kết thúc việc truyền đi một gói dữ liệu

3 I2C.

I2C kết hợp các tính năng tốt nhất của SPI và UART. Giống như giao tiếp UART, I2C chỉ sử dụng hai dây để truyền dữ liệu giữa các thiết bị:

• SDA (Serial Data) - đường truyền cho master và slave để gửi và nhận dữ liệu.

• SCL (Serial Clock) - đường mang tín hiệu xung nhịp.

I2C là một giao thức truyền thông nối tiếp, vì vậy dữ liệu được truyền từng bit dọc theo một đường duy nhất (đường SDA).

Giống như SPI, I2C là đồng bộ, do đó đầu ra của các bit được đồng bộ hóa với việc lấy mẫu các bit bởi một tín hiệu xung nhịp được chia sẻ giữa master và slave. Tín hiệu xung nhịp luôn được điều khiển bởi master.

Với I2C, dữ liệu được truyền trong các tin nhắn. Tin nhắn được chia thành các khung dữ liệu. Mỗi tin nhắn có một khung địa chỉ chứa địa chỉ nhị phân của địa chỉ slave và một hoặc nhiều khung dữ liệu chứa dữ liệu đang được truyền. Thông điệp cũng bao gồm điều kiện khởi động và điều kiện dừng, các bit đọc / ghi và các bit ACK / NACK giữa mỗi khung dữ liệu:

Điều kiện khởi động: Đường SDA chuyển từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp trước khi đường SCL chuyển từ mức cao xuống mức thấp.

Điều kiện dừng: Đường SDA chuyển từ mức điện áp thấp sang mức điện áp cao sau khi đường SCL chuyển từ mức thấp lên mức cao.

Khung địa chỉ: Một chuỗi 7 hoặc 10 bit duy nhất cho mỗi slave để xác định slave khi master muốn giao tiếp với nó.

Bit Đọc / Ghi: Một bit duy nhất chỉ định master đang gửi dữ liệu đến slave (mức điện áp thấp) hay yêu cầu dữ liệu từ nó (mức điện áp cao).

Bit ACK / NACK: Mỗi khung trong một tin nhắn được theo sau bởi một bit xác nhận / không xác nhận. Nếu một khung địa chỉ hoặc khung dữ liệu được nhận thành công, một bit ACK sẽ được trả lại cho thiết bị gửi từ thiết bị nhận.

Địa chỉ

I2C không có các đường Slave Select như SPI, vì vậy cần một cách khác để cho slave biết rằng dữ liệu đang được gửi đến slave này chứ không phải slave khác. Nó thực hiện điều này bằng cách định địa chỉ. Khung địa chỉ luôn là khung đầu tiên sau bit khởi động.

Master gửi địa chỉ của slave mà nó muốn giao tiếp với mọi slave được kết nối với nó. Sau đó, mỗi slave sẽ so sánh địa chỉ được gửi từ master với địa chỉ của chính nó. Nếu địa chỉ phù hợp, nó sẽ gửi lại một bit ACK điện áp thấp cho master. Nếu địa chỉ không khớp, slave không làm gì cả và đường SDA vẫn ở mức cao.

Bit đọc / ghi

Khung địa chỉ bao gồm một bit duy nhất ở cuối tin nhắn cho slave biết master muốn ghi dữ liệu vào nó hay nhận dữ liệu từ nó. Nếu master muốn gửi dữ liệu đến slave, bit đọc / ghi ở mức điện áp thấp. Nếu master đang yêu cầu dữ liệu từ slave, thì bit ở mức điện áp cao.

Khung dữ liệu

Sau khi master phát hiện bit ACK từ slave, khung dữ liệu đầu tiên đã sẵn sàng được gửi.

Khung dữ liệu luôn có độ dài 8 bit và được gửi với bit quan trọng nhất trước. Mỗi khung dữ liệu ngay sau đó là một bit ACK / NACK để xác minh rằng khung đã được nhận thành công. Bit ACK phải được nhận bởi master hoặc slave (tùy thuộc vào cái nào đang gửi dữ liệu) trước khi khung dữ liệu tiếp theo có thể được gửi.

Sau khi tất cả các khung dữ liệu đã được gửi, master có thể gửi một điều kiện dừng cho slave để tạm dừng quá trình truyền. Điều kiện dừng là sự chuyển đổi điện áp từ thấp lên cao trên đường SDA sau khi chuyển tiếp từ thấp lên cao trên đường SCL , với đường SCL vẫn ở mức cao.

Các bước truyền dữ liệu I2C

1.Master gửi điều kiện khởi động đến mọi slave được kết nối bằng cách chuyển đường SDA từ mức điện áp cao sang mức điện áp thấp trước khi chuyển đường SCL từ mức cao xuống mức thấp.

2.Master gửi cho mỗi slave địa chỉ 7 hoặc 10 bit của slave mà nó muốn giao tiếp, cùng với bit đọc / ghi.

3.Mỗi slave sẽ so sánh địa chỉ được gửi từ master với địa chỉ của chính nó. Nếu địa chỉ trùng khớp, slave sẽ trả về một bit ACK bằng cách kéo dòng SDA xuống thấp cho một bit. Nếu địa chỉ từ master không khớp với địa chỉ của slave, slave rời khỏi đường SDA cao.

4.Master gửi hoặc nhận khung dữ liệu.

5.Sau khi mỗi khung dữ liệu được chuyển, thiết bị nhận trả về một bit ACK khác cho thiết bị gửi để xác nhận đã nhận thành công khung.

6.Để dừng truyền dữ liệu, master gửi điều kiện dừng đến slave bằng cách chuyển đổi mức cao SCL trước khi chuyển mức cao SDA.

Một master với nhiều slave

Vì I2C sử dụng định địa chỉ nên nhiều slave có thể được điều khiển từ một master duy nhất. Với địa chỉ 7 bit sẽ có 128 (2 mũ 7) địa chỉ duy nhất. Việc sử dụng địa chỉ 10 bit không phổ biến, nhưng nó cung cấp 1.024 (2 mũ 10) địa chỉ duy nhất.

Nhiều master với nhiều slave

Nhiều master có thể được kết nối với một slave hoặc nhiều slave. Sự cố với nhiều master trong cùng một hệ thống xảy ra khi hai master cố gắng gửi hoặc nhận dữ liệu cùng một lúc qua đường SDA. Để giải quyết vấn đề này, mỗi master cần phải phát hiện xem đường SDA thấp hay cao trước khi truyền tin nhắn. Nếu đường SDA thấp, điều này có nghĩa là một master khác có quyền điều khiển bus và master đó phải đợi để gửi tin nhắn. Nếu đường SDA cao thì có thể truyền tin nhắn an toàn. Để kết nối nhiều master với nhiều slave.

LESSION 4 : SPI

SPI – Serial Peripheral Interface – hay còn gọi là một giao thức truyền thông nối tiếp đồng bộ . Chuẩn đồng bộ nối truyền dữ liệu ở chế độ full - duplex (hay gọi là "song công toàn phần". Nghĩa là tại 1 thời điểm có thể xảy ra đồng thời quá trình truyền và nhận.

Là giao tiếp đồng bộ, bất cứ quá trình nào cũng đều được đồng bộ với xung clock sinh ra bởi thiết bị Master

Tốc độ truyền thông cao: SPI cho phép truyền dữ liệu với tốc độ rất nhanh, thường đạt được tốc độ Mbps hoặc thậm chí hàng chục Mbps. Điều này rất hữu ích khi cần truyền dữ liệu nhanh và đáng tin cậy trong các ứng dụng như truyền thông không dây, điều khiển từ xa và truyền dữ liệu đa phương tiện.

SPI sử dụng 4 đường giao tiếp nên đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “ 4 dây”:

• SCK (Serial Clock): Thiết bị Master tạo xung tín hiệu SCK và cung cấp cho Slave. Xung này có chức năng giữ nhịp cho giao tiếp SPI. Mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi → Quá trình ít bị lỗi và tốc độ truyền cao.

• MISO (Master Input Slave Output): Tín hiệu tạo bởi thiết bị Slave và nhận bởi thiết bị Master. Đường MISO phải được kết nối giữa thiết bị Master và Slave.

• MOSI (Master Output Slave Input): Tín hiệu tạo bởi thiết bị Master và nhận bởi thiết bị Slave. Đường MOSI phải được kết nối giữa thiết bị Master và Slave.

• SS (Slave Select): Chọn thiết bị Slave cụ thể để giao tiếp. Để chọn Slave giao tiếp thiết bị Master chủ động kéo đường SS tương ứng xuống mức 0 (Low). Chân này đôi khi còn được gọi là CS (Chip Select). Chân SS của vi điều khiển (Master) có thể được người dùng tạo bằng cách cấu hình 1 chân GPIO bất kỳ chế độ Output.

SPI cho phép 1 MCU chủ giao tiếp với nhiều thiết bị tớ thông qua tín hiệu chọn thiết bị SS. Các thiết bị tớ chỉ có thể có 1 chân CS để nhận tín hiệu chọn này, tuy nhiên thiết bị chủ có thể có nhiều hơn 1 chân SS để chọn từng thiết bị muốn giao tiếp.

Khung truyền SPI:

Mỗi chip Master hay Slave đều có một thanh ghi dữ liệu 8 bits. Quá trình truyền nhận giữa Master và Slave xảy ra đồng thời theo chu kỳ clock ở chân CLK, một byte dữ liệu được truyền theo cả 2 hướng.

Quá trình trao đổi dữ liệu bắt đầu khi Master tạo 1 xung clock từ bộ tạo xung nhịp (Clock Generator) và kéo đường SS của Slave mà nó truyền dữ liệu xuống mức Low. Mỗi xung clock, Master sẽ gửi đi 1 bit từ thanh ghi dịch (Shift Register) của nó đến thanh ghi dịch của Slave thông qua đường MOSI. Đồng thời Slave cũng gửi lại 1 bit đến cho Master qua đường MISO.Như vậy sau 8 chu kỳ clock thì hoàn tất việc truyền và nhận 1 byte dữ liệu.

Trong giao tiếp SPI, chỉ có thể có 1 Master nhưng có thể 1 hoặc nhiều Slave cùng lúc. Ở trạng thái nghỉ, chân SS của các Slave ở mức 1, muốn giao tiếp với Slave nào thì ta chỉ việc kéo chân SS của Slave đó xuống mức 0.

Chế độ hoạt động:

Master và Slave phải đồng ý về các giao thức đồng bộ hóa nhất định.

Phase Clock (CPHA) xác định quá trình chuyển đổi trạng thái của xung đồng hồ tức là lên (thấp lên cao) hoặc xuống (cao xuống thấp), tại đó dữ liệu được truyền đi

SPI có 4 chế độ hoạt động phụ thuộc vào cực của xung giữ (Clock Polarity – CPOL) và pha (Phase - CPHA).

CPOL dùng để chỉ trạng thái của chân SCK ở trạng thái nghỉ. Chân SCK giữ ở mức cao khi CPOL=1 hoặc mức thấp khi CPOL=0.

CPHA dùng để chỉ các mà dữ liệu được lấy mẫu theo xung. Dữ liệu sẽ được lấy ở cạnh lên của SCK khi CPHA=0 hoặc cạnh xuống khi CPHA=1.

• Mode 0 (mặc định) – xung nhịp của đồng hồ ở mức thấp (CPOL = 0) và dữ liệu được lấy mẫu khi chuyển từ thấp sang cao (cạnh lên) (CPHA = 0).
• Mode 1 - xung nhịp của đồng hồ ở mức thấp (CPOL = 0) và dữ liệu được lấy mẫu khi chuyển từ cao sang thấp (cạnh xuống) (CPHA = 1).
• Mode 2 - xung nhịp của đồng hồ ở mức cao (CPOL = 1) và dữ liệu được lấy mẫu khi chuyển từ cao sang thấp (cạnh lên) (CPHA = 0).
• Mode 3 - xung nhịp của đồng hồ ở mức cao (CPOL = 1) và dữ liệu được lấy mẫu khi chuyển từ thấp sang cao (cạnh xuông) (CPHA = 1).

Cấu hình hoạt động:

  void SPI_Config(){
  	SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
  	SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                        //Quy định chế độ hoạt động của thiết bị SPI (Master hay Slave)
  	SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;    //Quy định kiểu truyền của thiết bị.
  	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16;//72Mhs/16    //Hệ số chia clock cấp cho Module SPI
  	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;                    //Cấu hình cực tính của SCK . Có 2 chế độ: CPOL_Low: Cực tính mức 0 khi SCK không truyền xung. CPOL_High: Cực tính mức 1 khi SCK không truyền xung.
  	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;          //Cấu hình chế độ hoạt động của SCK. Có 2 chế độ: CPHA_1Edge: Tín hiệu truyền đi ở cạnh xung đầu tiên. CPHA_2Edge: Tín hiệu truyền đi ở cạnh xung thứ hai.
  	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;      //Cấu hình số bit truyền. 8 hoặc 16 bit.
  	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_LSB;//0b001001001    //Cấu hình chiều truyền của các bit là MSB hay LSB. (MSB truyền bit bên trái trước, LSB truyền bit bên phải trước)
  	SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;          //Cấu hình số bit CheckSum cho SPI.
  	SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;        //Cấu hình chân SS là điều khiển bằng thiết bị hay phần mềm.

  	SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
  	SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
  }

LESSION 5 : I2C

I2C là một giao thức truyền thông nối tiếp, vì vậy dữ liệu được truyền từng bit dọc theo một đường duy nhất (đường SDA).

I2C kết hợp các tính năng tốt nhất của SPI và UART. Giống như giao tiếp UART, I2C chỉ sử dụng hai dây để truyền dữ liệu giữa các thiết bị:

• SDA (Serial Data) - đường truyền cho master và slave để gửi và nhận dữ liệu.

• SCL (Serial Clock) - đường mang tín hiệu xung nhịp.

Giống như SPI, I2C là đồng bộ, do đó đầu ra của các bit được đồng bộ hóa với việc lấy mẫu các bit bởi một tín hiệu xung nhịp được chia sẻ giữa master và slave. Tín hiệu xung nhịp luôn được điều khiển bởi master.

Với I2C, dữ liệu được truyền trong các tin nhắn. Tin nhắn được chia thành các khung dữ liệu. Mỗi tin nhắn có một khung địa chỉ chứa địa chỉ nhị phân của địa chỉ slave và một hoặc nhiều khung dữ liệu chứa dữ liệu đang được truyền. Thông điệp cũng bao gồm điều kiện khởi động và điều kiện dừng, các bit đọc / ghi và các bit ACK / NACK giữa mỗi khung dữ liệu:

• Điều kiện khởi động: Đường SDA chuyển từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp trước khi đường SCL chuyển từ mức cao xuống mức thấp.

• Điều kiện dừng: Đường SDA chuyển từ mức điện áp thấp sang mức điện áp cao sau khi đường SCL chuyển từ mức thấp lên mức cao.

• Khung địa chỉ: Một chuỗi 7 hoặc 10 bit duy nhất cho mỗi slave để xác định slave khi master muốn giao tiếp với nó.

• Bit Đọc / Ghi: Một bit duy nhất chỉ định master đang gửi dữ liệu đến slave (mức điện áp thấp) hay yêu cầu dữ liệu từ nó (mức điện áp cao).

• Bit ACK / NACK: Mỗi khung trong một tin nhắn được theo sau bởi một bit xác nhận / không xác nhận. Nếu một khung địa chỉ hoặc khung dữ liệu được nhận thành công, một bit ACK sẽ được trả lại cho thiết bị gửi từ thiết bị nhận.

• Địa chỉ

I2C không có các đường Slave Select như SPI, vì vậy cần một cách khác để cho slave biết rằng dữ liệu đang được gửi đến slave này chứ không phải slave khác. Nó thực hiện điều này bằng cách định địa chỉ. Khung địa chỉ luôn là khung đầu tiên sau bit khởi động.

Master gửi địa chỉ của slave mà nó muốn giao tiếp với mọi slave được kết nối với nó. Sau đó, mỗi slave sẽ so sánh địa chỉ được gửi từ master với địa chỉ của chính nó. Nếu địa chỉ phù hợp, nó sẽ gửi lại một bit ACK điện áp thấp cho master. Nếu địa chỉ không khớp, slave không làm gì cả và đường SDA vẫn ở mức cao.

• Bit đọc / ghi

Khung địa chỉ bao gồm một bit duy nhất ở cuối tin nhắn cho slave biết master muốn ghi dữ liệu vào nó hay nhận dữ liệu từ nó. Nếu master muốn gửi dữ liệu đến slave, bit đọc / ghi ở mức điện áp thấp. Nếu master đang yêu cầu dữ liệu từ slave, thì bit ở mức điện áp cao.

• Khung dữ liệu

Khung dữ liệu luôn có độ dài 8 bit và được gửi với bit quan trọng nhất trước. Mỗi khung dữ liệu ngay sau đó là một bit ACK / NACK để xác minh rằng khung đã được nhận thành công. Bit ACK phải được nhận bởi master hoặc slave (tùy thuộc vào cái nào đang gửi dữ liệu) trước khi khung dữ liệu tiếp theo có thể được gửi.

Sau khi tất cả các khung dữ liệu đã được gửi, master có thể gửi một điều kiện dừng cho slave để tạm dừng quá trình truyền. Điều kiện dừng là sự chuyển đổi điện áp từ thấp lên cao trên đường SDA sau khi chuyển tiếp từ thấp lên cao trên đường SCL , với đường SCL vẫn ở mức cao.

• Sau khi master phát hiện bit ACK từ slave, khung dữ liệu đầu tiên đã sẵn sàng được gửi.

Các bước truyền dữ liệu I2C

1.Master gửi điều kiện khởi động đến mọi slave được kết nối bằng cách chuyển đường SDA từ mức điện áp cao sang mức điện áp thấp trước khi chuyển đường SCL từ mức cao xuống mức thấp.

2.Master gửi cho mỗi slave địa chỉ 7 hoặc 10 bit của slave mà nó muốn giao tiếp, cùng với bit đọc / ghi.

3.Mỗi slave sẽ so sánh địa chỉ được gửi từ master với địa chỉ của chính nó. Nếu địa chỉ trùng khớp, slave sẽ trả về một bit ACK bằng cách kéo dòng SDA xuống thấp cho một bit. Nếu địa chỉ từ master không khớp với địa chỉ của slave, slave rời khỏi đường SDA cao.

4.Master gửi hoặc nhận khung dữ liệu.

5.Sau khi mỗi khung dữ liệu được chuyển, thiết bị nhận trả về một bit ACK khác cho thiết bị gửi để xác nhận đã nhận thành công khung.

6.Để dừng truyền dữ liệu, master gửi điều kiện dừng đến slave bằng cách chuyển đổi mức cao SCL trước khi chuyển mức cao SDA.

Một master với nhiều slave

Vì I2C sử dụng định địa chỉ nên nhiều slave có thể được điều khiển từ một master duy nhất. Với địa chỉ 7 bit sẽ có 128 (2 mũ 7) địa chỉ duy nhất. Việc sử dụng địa chỉ 10 bit không phổ biến, nhưng nó cung cấp 1.024 (2 mũ 10) địa chỉ duy nhất.

Nhiều master với nhiều slave

Nhiều master có thể được kết nối với một slave hoặc nhiều slave. Sự cố với nhiều master trong cùng một hệ thống xảy ra khi hai master cố gắng gửi hoặc nhận dữ liệu cùng một lúc qua đường SDA. Để giải quyết vấn đề này, mỗi master cần phải phát hiện xem đường SDA thấp hay cao trước khi truyền tin nhắn. Nếu đường SDA thấp, điều này có nghĩa là một master khác có quyền điều khiển bus và master đó phải đợi để gửi tin nhắn. Nếu đường SDA cao thì có thể truyền tin nhắn an toàn. Để kết nối nhiều master với nhiều slave.

Cấu hình I2C

        void I2C_Config(){
        
      	I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
      	I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 400000;               //Set the clock speed of I2C. (100kHz với slow mode và 400kHz với Fast mode)
      	I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;              //I2C mode (2 chế độ Fast mode và slow mode)
      	I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;       //I2C device adress:       I2C_DutyCycle_2: Thời gian xung thấp/ xung cao =2;
                                                                                            I2C_DutyCycle_16_9: Thời gian xung thấp/ xung cao =16/9;

                                                                                            I2C_DutyCycle_2: 
                                                                                                  tLow/tHigh = 2 => tLow = 2tHigh.
                                                                                                  100000khz, 1xung 10us 6.66us low, 3.33 high
                                                                                            I2C_DutyCycle_16_9: 
                                                                                                  tLow/tHigh = 16/9 => 9tLow = 16tHigh.


      	I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x33;                 //I2C Acknowladge configuration
      	I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;              //Cấu hình ACK, có sử dụng ACK hay không.
      	I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;        //Cấu hình số bit địa chỉ. 7 hoặc 10 bit
       
      	I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);
      	I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
      }

LESSION 4 : UART

• Xác định baudrate: Vì uart ko có dây clock nên nó phải thống nhất với thiết bị truyền 1 baudrate nhất định.

• Baudrate là số đơn vị tín hiệu được truyền trên mỗi đơn vị thời gian cần thiết để biểu diễn các bit đó.

• Bitrate là số bit (tức là 0 và 1) được truyền trong mỗi đơn vị thời gian.

  

• Tính baudrate là trong khoảng thời gian Period đó sẽ xác định là 1 bit (0/1).

• VD: baudrate = 9600 thì 1 bit sẽ được xác định trong khoảng 1 bit = 0.104 ms.

• Cấu hình:

                   void UART_Config(){
                        GPIO_SetBits(UART_GPIO, TX_Pin);   //Baudrate = 9600bits/s >> 0.10467 ms for 1 bit = 104,67 us //=>> time delay ~~105 us
                        delay_us(1);
                   }
  

• Hàm truyền:

  • Tạo 1 bit start bằng cách kéo chân RX xuống mức 0, tạo 1 delay để xác nhận 1 bit.

  • Truyền 8 bit đi và mỗi bit sẽ được truyền trong khoảng 1 period time.

  • Dịch phải mỗi bít đã truyền.

  • Truyền bit stop bằng cách: kéo chân RX lên mức 1 trong 1 khoảng period time.

        VD:
    
                  void UART_Transmit(const char DataValue)
                {
                    	GPIO_WriteBit(UART_GPIO, TX_Pin, Bit_RESET);
                    	delay_us(BRateTime);
                    	for ( unsigned char i = 0; i < 8; i++ ){
                      		if( ((DataValue>>i)&0x1) == 0x1 ){
                      			GPIO_WriteBit(UART_GPIO, RX_Pin, Bit_SET);
                      		} else{
                      			GPIO_WriteBit(UART_GPIO, RX_Pin, Bit_RESET);
                    		}
                    	delay_us(BRateTime);
                	}
                	GPIO_WriteBit(UART_GPIO, TX_Pin, Bit_SET);                     	// Send Stop Bit
                	delay_us(BRateTime);
                }
    

• Hàm nhận:

  • Chờ tín hiệu start từ thiết bị gửi ( thiết bị nhận sẽ nhận đc 1 tín hiệu mức 0 để biết bit Start ), tạo 1 delay bằng với period time.

  • Sau khi nhận đc bit start thì phải delay thêm (1.5 x period time) để chống nhiễu ( 1 --> 0)

  • Đọc 8 bit và mỗi bit sẽ được ghi vào biến lưu.

  • Dịch mỗi bit đã nhận.

  • Truyền bit stop bằng cách: kéo chân RX lên mức 1 trong 1 khoảng period time.

  

        VD:
  
                  unsigned char UART_Receive(void){
                  unsigned char DataValue = 0;
                  while(GPIO_ReadInputDataBit(UART_GPIO, RX_Pin) == 1);
                  delay_us(BRateTime);
                  delay_us(BRateTime/2);
                  for ( unsigned char i = 0; i < 8; i++ ){
                    if ( GPIO_ReadInputDataBit(UART_GPIO, RX_Pin) == 1 ){
                    		DataValue += (1<<i);}                               // nếu nhận được bit 1 thì sẽ dịch bit đó sang trái theo thứ tự bit nhận đc và cộng dồn vào biến Datavalue
                                                                              // VD:  DataValue có 8 bit 0, bit đầu nhận đc là 1:  for i = 0  dịch (1 << 0) và cộng vào DataValue  0x00 + 0x01 = 0x01 => DataValue = 0x01
                                                                                       DataValue có bit 0x01, bit thứ 2 nhận đc là 1:  for i = 1  dịch (1 << 1) và cộng vào DataValue  0x01 + 0x02 = 0x03 => DataValue = 0x03
                    		delay_us(BRateTime);
                    	}
                    		if ( GPIO_ReadInputDataBit(UART_GPIO, RX_Pin) == 1 ){
                    			delay_us(BRateTime/2);
                    			return DataValue;
                    	} 
                   }
  

• Hàm kiểm tra cờ: Hàm USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG) trả về trạng thái cờ USART_FLAG tương ứng:

  -  USART_FLAG_TXE: Cờ truyền, set lên 1 nếu quá trình truyền hoàn tất.
  
  -  USART_FLAG_RXNE: Cờ nhận, set lên 1 nếu quá trình nhận hoàn tất.
  
  -  USART_FLAG_IDLE: Cờ báo đường truyền đang ở chế độ Idle.
  
  -  USART_FLAG_PE: Cờ báo lỗi Parity.
  

• Cấu hình:

  • Struct USART_InitTypeDef:

    • USART_Mode: Cấu hình chế độ hoạt động cho UART:

    • USART_Mode_Tx: Cấu hình truyền.

    • USART_Mode_Rx: Cấu hình nhận. // Có thể cấu hình cả 2 cùng lúc (song công).

    • USART_BaudRate: Cấu hình tốc độ baudrate cho uart.

    • USART_HardwareFlowControl: Cấu hình chế độ bắt tay cho uart.

    • USART_WordLength: Cấu hình số bit mỗi lần truyền.

    • USART_StopBits: Cấu hình số lượng stopbits.

    • USART_Parity: cấu hình bit kiểm tra chẳn, lẻ.

      VD:

                void UART_Config(){
              		//Usart
              	USARTInitStruct.USART_BaudRate = 9600;
              	USARTInitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
              	USARTInitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
              	USARTInitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
              	USARTInitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
              	USARTInitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
              	USART_Init(USART1, &USARTInitStruct);
              	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
              }
      

LESSION 8: Ngắt ngoài, ngắt truyền thông (interrup)

Ngắt ngoài:

• Xảy ra khi có thay đổi điện áp trên các chân GPIO được cấu hình làm ngõ vào ngắt.

• LOW: kích hoạt ngắt liên tục khi chân ở mức thấp.

• HIGH: Kích hoạt liên tục khi chân ở mức cao.

• Rising: Kích hoạt khi trạng thái trên chân chuyển từ thấp lên cao.

• Falling: Kích hoạt khi trạng thái trên chân chuyển từ cao xuống thấp.

• Có 16 line ngắt (0,1,2,3,...,15) và mỗi line ngắt tương ứng với 1 GPIO.

  

  *Cấu hình:

• Cần bật thêm clock cho AFIO.

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
  

• Cấu hình GPIO:

  void GPIO_Config(){
    GPIO_InitTypeDef GPIOInitStruct;
  	GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
  	GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
  	GPIOInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  	GPIO_Init(GPIOA, &GPIOInitStruct);
  }
  

• Cấu hình EXTI:

    GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource)
                cấu hình chân ở chế độ sử dụng ngắt ngoài:
                     GPIO_PortSource: Chọn Port để sử dụng làm nguồn cho ngắt ngoài.
                     GPIO_PinSource: Chọn Pin để cấu hình.
    EXTI_InitTypeDef  EXTIInitStruct;
  	EXTIInitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line0;        //Chọn line ngắt.
  	EXTIInitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;    //Chọn Mode cho ngắt là Ngắt(thực thi hàm ngắt) hay Sự kiện(Không thực thi)
  	EXTIInitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;    //Cấu hình cạnh ngắt.
  	EXTIInitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;        //Cho phép ngắt ở Line đã cấu hình
  	
  	EXTI_Init(&EXTIInitStruct);
  

• Cần phải cấu hình bộ NVIC để quản lý các vector ngắt.

    NVIC_InitTypeDef NVIC_Struct;
    NVIC_Struct.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;      // Cấu hình line ngắt tương ứng với ngắt đang sử dụng
    NVIC_Struct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x00;     //Cấu hình độ ưu tiên của ngắt (số càng thấp độ ưu tiên càng cao)
    NVIC_Struct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x00 ;    //Cấu hình độ ưu tiên phụ
    NVIC_Struct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE ;    //Cho phép ngắt
  

  

  NVIC_PriorityGroupConfig(); cấu hình các bit dành cho ChannelPreemptionPriority và ChannelSubPriority

  Có 4 bit dành để cấu hình 2 ChannelPreemptionPriority và ChannelSubPriority.

  VD: 0 bit dành cho ChannelPreemptionPriority thì 4 bit sẽ dành cho ChannelSubPriority
      1 bit dành cho ChannelPreemptionPriority thì 3 bit sẽ dành cho ChannelSubPriority
  

  

• Hàm phục vụ thực thi khi có ngắt:

  void EXTIx_IRQHandler() {    //(x là line ngắt tương ứng). 
     if( EXTI_GetITStatus(EXTI_Linex) ) {      // Kiểm tra cờ ngắt của line x tương ứng.
          // do something 
      }
     EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Linex);        //Xóa cờ ngắt ở line x.
  }
  

Ngắt timer:

• Ngắt Timer xảy ra khi giá trị trong thanh ghi Period đếm của timer tràn. Giá trị tràn được xác định bởi giá trị cụ thể trong thanh ghi đếm của timer.

• Vì đây là ngắt nội trong MCU, nên phải reset giá trị thanh ghi timer để có thể tạo được ngắt tiếp theo.

• Cấu hình:

  B1: Cấu hình các tham số trong TIM_TimeBaseInitTypeDef bình thường, riêng TIM_Period, đây là số lần đếm mà sau đó timer sẽ ngắt.

     TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE); // cấu hình kích hoạt ngắt cho TIMERx tương ứng.
     TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
  

  B2: Cấu hình tương tự như ngắt ngoài EXTI, tuy nhiên NVIC_IRQChannel được đổi thành TIM_IRQn để khớp với line ngắt timer

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;  ///////// Cấu hình theo tương ứng
  	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x00;
  	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x00;
  	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
  

• Hàm phục vụ thực thi khi có ngắt timer:

    void TIMx_IRQHandler(){           // với x là timer tương ứng.
        if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update)) {      //Kiểm tra cờ bằng hàm TIM_GetITStatus() Hàm này trả về giá trị kiểm tra xem timer đã tràn hay chưa.
                                                        //TIM_IT_Update: Cờ báo tràn và update giá trị cho timer, cờ này bật lên mỗi 1ms.
        }
        TIM_ClearITPendingBit(TIMx, TIM_IT_Update);      //để xóa cờ này.
  

• Các bước cấu hình hoạt động của tỉmer:

  - cấp xung cho timer
  - bộ chia timer (precaler): mục đích là timer ko cần clock quá lớn nên cần bộ chia nhỏ f lại
  - Setup số lần đếm tràn (Arr)
  - Cấu hình các vector ngắt timer
  - Kích hoạt ngắt timer
  - Hoạt động: sau khi bộ đếm timer tràn thì sinh ra ngắt, và thực thi hàm ngắt timer đó
  - Xử lý xong thì reset bộ đếm timer để đếm lại về 0
  

Ngắt theo các giao thức truyền thông:

• Ngắt truyền nhận xảy ra khi có sự kiện truyền/nhận dữ liệu giữ MCU với các thiết bị bên ngoài hay với MCU.

• Ngắt này sử dụng cho nhiều phương thức như Uart, SPI, I2C…v.v nhằm đảm bảo việc truyền nhận chính xác.

• Cấu hình:

  B1: Cấu hình giao thức như bình thường. Vd UART ta cấu hình như bình thường. Và cho phép UART hoạt động, cần kích hoạt ngắt UART bằng cách gọi hàm:

    USART_ITConfig();
    USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_RXNE);     //được gọi để xóa cờ ngắt ban đầu. Có 2 ngát là ngắt truyền (USART_IT_TXNE) và ngắt nhận (USART_IT_RXNE)
  
    USART_Init(USART1, &UART_InitStruct);      // sau đó khởi tạo như bình thường
  	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
  

  B2: Cấu hình tương tự như ngắt ngoài EXTI, tuy nhiên NVIC_IRQChannel được đổi thành USART1_IRQn để khớp với line ngắt (tương tự như I2C và SPI)

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;  ///////// Cấu hình theo tương ứng
  	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x00;
  	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x00;
  	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
  

• Hàm phục vụ thực thi khi có ngắt timer:

    void USART1_IRQHandler(){
  
      while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE));      // hàm chờ khi nhận đủ data (có thể thay truyền data bằng (USART_FLAG_TXNE)
    	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE)!=RESET){    //kiểm tra các cờ ngắt UART
    		// do something
    	}
    	USART_ClearITPendingBit (USART1, USART_IT_RXNE);        //xóa cờ ngắt để đảm bảo không còn ngắt trên line (thông thường cờ ngắt sẽ tự động xóa).
    }
  

Độ ưu tiên ngắt

• Độ ưu tiên ngắt là khác nhau ở các ngắt. Nó xác định ngắt nào được quyền thực thi khi nhiều ngắt xảy ra đồng thời.

• STM32 quy định ngắt nào có số thứ tự ưu tiên càng thấp thì có quyền càng cao. Các ưu tiên ngắt có thể lập trình được.

LESSION 9: ADC

• ADC (Analog-to-Digital Converter) là 1 mạch điện tử lấy điện áp tương tự làm đầu vào và chuyển đổi nó thành dữ liệu số (1 giá trị đại diện cho mức điện áp trong mã nhị phân).

• ADC hoạt động theo cách chia mức tín hiệu tương tự thành nhiều mức khác nhau. Các mức được biểu diễn bằng các bit nhị phân.

• Bằng việc so sánh giá trị điện áp mỗi lần lấy mẫu với 1 mức nhất định, ADC chuyển đổi tín hiệu tương tự và mã hóa các giá trị về giá trị nhị phân tương ứng

• Khả năng chuyển đổi của ADC dựa vào 2 yếu tố chính:

  • Độ phân giải (resolution): Số bit mà ADC sử dụng để mã hóa tín hiệu. Là số mức mà tín hiệu tương tự được biểu diễn. ADC có độ phân giải càng cao thì cho ra kết quả chuyển đổi càng chi tiết.

              STM32 có độ phân giải ADC là 12 bit.
    
              Độ phân giải tùy thuộc vào VDK. VD: stm32 (12bit)  độ phân giải = 2^18 = 4096 giá trị ở ngõ ra số.
    

• Tần số/chu kì lấy mẫu: là khái niệm được dùng để chỉ tốc độ lấy mẫu và số hóa của bộ chuyển đổi, thời gian giữa 2 lần số hóa càng ngắn độ chính xác càng cao.

                     Được tính bằng : thời gian lấy mẫu tín hiệu + thời gian chuyển đổi.
  
                     Tần số lấy mẫu phải lớn hơn tần số của tín hiệu ít nhất 2 lần để đảm bảo độ chính xác khi khôi phục lại tín hiệu.
  
                     Tần số lấy mẫu = 1 / (thời gian lấy mẫu + Tg chuyển đổi)
  

• STM32F103C8 có 2 bộ ADC đó là ADC1 và ADC2 với nhiều mode hoạt động

    Thanh ghi chứ data là 16 bit
  
    Độ phân giải 12 bit.
  
    Có các ngắt hỗ trợ và Có bộ DMA.
  
    Có thể điều khiển hoạt động ADC bằng xung Trigger.
  
    Thời gian chuyển đổi nhanh : 1us tại tần số 65Mhz.
  

• Cấu hình ADC:

  • B1: cấp xung cho cả ADC để tạo tần số lấy mẫu tín hiệu và cấp xung cho GPIO của Port ngõ vào

      void RCC_Config(){
          	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA| RCC_APB2Periph_ADC1|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
          	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
          }
    

  • B2: Cấu hình GPIO: chân GPIO dùng làm ngõ vào cho ADC sẽ được cấu hình Mode AIN.(Analogue Input).

      void GPIO_Config(){
          	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
          	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
          	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
          	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
          	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
          }
    

  • B3: Cấu hình ADC:

      void ADC_Config(){
          	ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
          	
          	ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;        // Cấu hình các mode cho adc là đơn kênh(Independent) hay đa kênh,
                                                                   //  ngoài ra còn có các chế độ ADC chuyển đổi tuần tự các kênh (regularly)
                                                                   //  hay chuyển đổi khi có kích hoạt (injected)
    
          	ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;                   // Số kênh hoạt động ADC 
          	ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;             // Bật / Tắt chế độ quét nhiều kênh
          	ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;    // Bật chế độ tín hiệu ưu tiên Injected Trigger.
          	ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;        // Bật / Tắt chế độ lấy dữ liệu liên tục (nếu tắt thì phải gọi lại lệnh đọc ADC để bắt đầu quá trình)
          	ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;    // Cấu hình căn lề cho data. Vì bộ ADC xuất ra giá trị 12bit, được lưu vào biến 16 hoặc 32 bit nên phải căn lề các bit về trái hoặc phải.
          	
          	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);
          	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);    //cấu hình thêm thời gian lấy mẫu, thứ tự kênh ADC khi quét
                                                                                           //Rank: Ưu tiên của kênh ADC.
                                                                                           // SampleTime: Thời gian lấy mẫu tín hiệu.
    
          	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
          	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);              // Bắt đầu quá trình chuyển đổi
          }
    

• Các hàm thông dụng trong ADC:

  ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx): Đọc giá trị chuyển đổi được ở các kênh ADC tuần tự.
  
  ADC_GetDualModeConversionValue(void): Trả về giá trị chuyển đổi cuối cùng của ADC1, ADC2 ở chế độ kép.
  

• Các chế độ đọc ADC:

  • Single: ADC chỉ đọc 1 kênh duy nhất, và chỉ đọc khi nào được yêu cầu.

  • Single Continuous: ADC sẽ đọc một kênh duy nhất, nhưng đọc dữ liệu nhiều lần liên tiếp (Có thể được biết đến như sử dụng DMA để đọc dữ liệu và ghi vào bộ nhớ).

  • Scan: Multi-Channels: Quét qua và đọc dữ liệu nhiều kênh, nhưng chỉ đọc khi nào được yêu cầu.

  • Scan: Continuous Multi-Channels Repeat: Quét qua và đọc dữ liệu nhiều kênh, nhưng đọc liên tiếp nhiều lần giống như Single Continous.

  Injected Conversion:

  • Trong trường hợp nhiều kênh hoạt động. Khi kênh có mức độ ưu tiên cao hơn có thể tạo ra một Injected Trigger.

  • Khi gặp Injected Trigger thì ngay lập tức kênh đang hoạt động bị ngưng lại để kênh được ưu tiên kia có thể hoạt động.

• Giá trị đo được trên ADC có thể bị nhiễu, vọt lố do nhiều lý do khách quan về phần cứng. =>>> Sử dụng thuật toán lọc Kalman.

• Bộ lọc Kalman là thuật toán sử dụng chuỗi các giá trị đo lường, bị ảnh hưởng bởi nhiễu hoặc sai số để ước đoán biến số nhằm tăng độ chính xác.

    Áp dụng để tính toán cho giá trị đo được từ ADC.
    Gọi hàm SimpleKalmanFilter(); Để khởi các giá trị sai số ước tính, sai số đo lường và sai số quá trình ban đầu.
  
      SimpleKalmanFilter(1, 2, 0.001);  // thiết lập các giá trị sai số 
    	while(1){
    
    			val = ADC_GetConversionValue(ADC1);
    			
    			valupdate = (float)updateEstimate((float)val);
    		  Delay_Ms(100);
    	}
  

LESSION 10: DMA & PWM

DMA

• Thông thường quá trình truyền data từ peripheral vào RAM thì phải qua CPU điều khiển.

• CPU phải lấy lệnh từ bộ nhớ (FLASH) để thực thi các lệnh của chương trình. Vì vậy, khi cần truyền dữ liệu liên tục giữa Peripheral và RAM, CPU sẽ bị chiếm dụng, và không có thời gian làm các việc khác, hoặc có thể gây miss dữ liệu khi transfer.

  

• DMA là việc thực hiện truyền data tốc độ cao giữa peripheral và memory.

  • Truyền từ peripheral vào memory. Hoặc ngược lại.
  • Qua 2 vùng nhớ .
  • Không thông qua bus của CPU (giúp CPU rảnh rỗi hơn và tránh bị mất data).

• Tùy loại các dòng stm, stm32f1 có 2 loại DMA:

  • Mỗi DMA có nhiều chanel riêng biệt dùng các chức năng khác nhau.
  • Kích thước data được sử dụng là 1 Byte, 2 Byte (Half Word) hoặc 4byte (Word)
  • 5 cờ báo ngắt (DMA Half Transfer, DMA Transfer complete, DMA Transfer Error, DMA FIFO Error, Direct Mode Error).

  

• DMA có 2 loại chế độ hoạt động:

  • Normal mode: truyền với 1 số lượng data giới hạn đã khai báo trước,khi truyền hết data thì DMA sẽ dừng. Nếu muốn tiếp tục hoạt động thì phải gọi hàm khởi động lại.
  • Cirular mode: truyền với 1 số lượng data đa khai báo sẵn, khi truyền hết data thì sẽ quay lại vị trí đầu mảng đó (ring buffer).

• Cấu hình sử dụng DMA:

  • Cấu hình CLOCK:

    • DMA cần được cấp xung từ AHB, cả 2 bộ DMA đều có xung cấp từ AHB. Ngoài ra cần cấp xung cho AFIO.

          void RCC_Config(){
        	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA| RCC_APB2Periph_SPI1| RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
        	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
        	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);}
      

  • Cấu hình DMA: Các tham số cho bộ DMA được cấu hình trong struct DMA_InitTypeDef. Gồm:

          DMA_PeripheralBaseAddr:      Cấu hình địa chỉ của ngoại vi cho DMA. Đây là địa chỉ mà DMA sẽ lấy data hoặc truyền data tới cho ngoại vi.  ((uint8_t)& SPI->DR;)
          DMA_MemoryBaseAddr:          Cấu hình địa chỉ vùng nhớ cần ghi/ đọc data .
          DMA_DIR:                     Cấu hình hướng truyền DMA, từ ngoại vi tới vùng nhớ hay từ vùng nhớ tới ngoại vi.               (PeripheralDST --> truyền ra cho peripheral , PeripheralSRC --> ngoại vì truyền vào)
          DMA_BufferSize:              Cấu hình kích cỡ buffer. Số lượng dữ liệu muốn gửi/nhận qua DMA.      
          DMA_PeripheralInc:           Cấu hình địa chỉ ngoại vi có tăng sau khi truyền DMA hay không.                                 (DMA_peripheral_disable --> ko tăng (hoặc ENABLE))
          DMA_MemoryInc:               Cấu hình địa chỉ bộ nhớ có tăng lên sau khi truyền DMA hay không.                               (DMA_MemoryINC_ENABLE --> kích hoạt tăng lên 1 khi nhận đc 1 bit)
          DMA_PeripheralDataSize:      Cấu hình độ lớn data của ngoại vi.                                                              (DMA_PeripheralDataSize_Byte --> 1 Byte, 2 Byte (Half Word) hoặc 4byte (Word))
          DMA_MemoryDataSize:          Cấu hình độ lớn data của bộ nhớ.                                                                (DMA_MemoryDataSize_Byte --> 1 Byte, 2 Byte (Half Word) hoặc 4byte (Word))
          DMA_Mode:                    Cấu hình mode hoạt động.                                                                        (DMA_Mode_Circular)
          DMA_Priority:                Cấu hình độ ưu tiên cho kênh DMA.                                                               (DMA_Priorty_Medium --> high, low, vey high)
          DMA_M2M:                     Cấu hình sử dụng truyền từ bộ nhớ đếm bộ nhớ cho kênh DMA.                                      (DMA_M2M_Disable)
    

    VD:

        	DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
        	DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
        	DMA_InitStruct.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
        	DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = 35;
        	DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)buffer;
        	DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
        	DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
        	DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&SPI1->DR;
        	DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
        	DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
        	DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;
    
          DMA_Init(DMA1_Chanel2, &DMA_InitStruct);
          DMA_cmd(DMA1_Chanel2, ENABLE);
          SPI_I2S_DMAcmd(SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Rx, ENABLE);          // hàm này cho phép DMA truyền nhận thông qua các giao thức đã cấu hình (nếu muốn uart thì (UART_DMAcmd(UART1, DMA_RX | DMA_TX, ENABLE);)
    

PWM

• Là phần điều chỉnh độ rộng của xung. PWM có 2 phần chính:

  • Tần số: Là số lần tín hiệu lặp lại trong một giây. Đối với servo, tần số thông thường là 50Hz (tức là, chu kỳ lặp lại sau mỗi 20ms).
  • Độ rộng xung (Pulse Width ): Là thời gian tín hiệu ở mức cao trong mỗi chu kỳ. Độ rộng xung thường được đo bằng microsecond (µs) và quyết định góc mà servo sẽ xoay đến.
  • Tỉ lệ độ rộng xung với chu kì xung gọi là chu kỳ nhiệm vụ(Duty Cycle). CT: Độ rộng xung / chu kỳ xung = chu kỳ nhiệm vụ.

• Công thức tính toán độ rộng xung là:

           pulseWidth = MIN_PULSE_WIDTH + (MAX_PULSE_WIDTH - MIN_PULSE_WIDTH) * angle / 180;
              pulseWidth: độ rộng xung.
              MIN_PULSE_WIDTH là độ rộng xung cho góc 0 độ (thường là 1000µs).
              MAX_PULSE_WIDTH là độ rộng xung cho góc 180 độ (thường là 2000µs).
              angle là góc mà servo muốn xoay đến.
  

• Cấu hình hoạt động PWM và điều khiển PWM bằng timer:

  • Cấu hình các chân đồng thời phải cấu hình luôn cả RCC AFIO

  • Cấu hình TIM_TimeBaseInitTypeDef chế độ Counter với chu kì 20ms để tạo xung với chu kỳ 20ms( 50hz).

  • Cấu hình timer đếm lên sau 1us, và sẽ tràn(period) sau 20ms.

  • Cấu Hình TIM_OCInitTypeDef: Chế độ so sánh đầu ra để tạo PWM cho từng kênh:

    TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1: Chọn chế độ PWM1 hoặc PWM2 cho Output Compare. VD: ta chọn PWM tương ứng với Kênh 1 đầu ra sẽ ở mức cao cho đến khi giá trị đếm bằng giá trị so sánh (TIM_Pulse), sau đó chuyển xuống mức thấp.
    TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable: cho phép tín hiệu PWM được xuất ra từ chân tương ứng của MCU.
    TIM_Pulse: Đặt giá trị ban đầu cho độ rộng xung.
    TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High:  tín hiệu PWM lúc đầu là cao (High), tín hiệu PWM bắt đầu ở mức cao và chuyển xuống mức thấp khi giá trị đếm bằng TIM_Pulse.
    

  • Sau khi cấu hình xong thì gọi hàm:

      Gọi hàm TIM_OCxInit(); để cấu hình cho kênh x tương ứng. hàm có 2 tham số (TIMER, struct TIM_OCInitTypeDef)
      Hàm TIM_OCxPreloadConfig(); cấu hình Timer ở chế độ nạp lại (TIM_OCPreload_Enable) hay không nạp lại (TIM_OCPreload_Disable).
      Gọi hàm TIM_Cmd(); để cho phép Timer hoạt động.
    

    Ví dụ:

    	TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    	TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputNState_Enable;
    	TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 0;
    	TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    	
    	TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct);
    	TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
    	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
    

  • Cấu hình chân xuất PWM: Ngõ ra của xung sẽ được xuất trên các chân GPIO tương ứng với từng kênh của Timer, Mode thường dùng là AF_PP. Phải cấu hình cho các chân này, đồng thời bật RCC cho AFIO. **Lưu ý: Mỗi timer đều có 4 GPIO xuất PWM riêng biệt. VD: timer 2 có 4 chân ngõ ra PWM tương ứng:

  • Để thay đổi độ rộng xung xuất ra, sử dụng hàm

      TIM_SetCompareX(TIMx, pulseWidth); với X là kênh tương ứng đã chọn, Timer sử dụng là TIMx và độ rộng pulseWidth.
    

    Khi đó, tổng quát cách thay đổi góc của Servo: Đặt giá trị ban đầu cho Servo. Chuyển đổi giá trị góc sang độ rộng xung bằng công thức. Gọi hàm TIM_SetCompare1(TIMx, pulseWidth); để thay đổi độ rộng xung tương ứng với cho servo quay. Lặp lại với giá trị mới(nếu có).

LESSION 11 : Flash and Bootloader

Flash

• Khi mất nguồn toàn bộ dữ liệu đang hoạt động của VDK sẽ mất đi. Nên ta phải lưu vào bộ nhớ Flash và Eprom

  

• Flash là bộ nhớ lưu trữ dữ liệu chương trình mà khi mất nguồn thì ko mất dữ liệu.

• Eprom là giống flash nhưng là chip mở rộng hơn để lưu trữ.

• Tùy vào kiến trúc VDK mà kích thướbộ nhớ Flash có thể lưu được.

    VD: STM32F103 có 128/64Kb Flash
  

• Flash được chia nhỏ ra thành mỗi PAGE, 1 PAGE có kích thước 1KB.

    VD: STM32F103 có 128/64Kb Flash -> thì sẽ có 127 page (0 -> 127)
  

• 1 Bank gồm nhiều các PAGE.

    VD: 1 Bank gồm có 16 Page.
  

• Flash phải được xóa đặt về 0 trước khi lưu dữ liệu mới

• Thông thường chương trình sẽ được nạp vào vùng nhớ bắt đầu ở 0x08000000

• Vùng nhớ phía sau sẽ là trống và người dùng có thể lưu trữ dữ liệu ở vùng này.

Qui trình hoạt động của flash

• Mỗi lần ghi 2bytes hoặc 4bytes, tuy nhiên mỗi lần xóa phải xóa cả Page.

• Sơ đồ xóa FLash như hình:

  • Đầu tiên, kiểm tra cờ LOCK của Flash, nếu Cờ này đang được bật, Flash đang ở chế độ Lock và cần phải được Unlock trước khi sử dụng.

  • Sau khi FLash đã Unlock, cờ CR_PER được set lên 1.

  • Địa chỉ của Page cần xóa được ghi vào FAR.

  • Set bit CR_STRT lên 1 để bắt đầu quá trình xóa.

  • Kiểm tra cờ BSY đợi haonf tất quá trình xóa.

• Các hàm sử dụng trong flash:

    Các hàm LOCK, UNLOCK Flash:
    void FLASH_Unlock(void): Hàm này Unlock cho tất cả vùng nhớ trong Flash.
    void FLASH_UnlockBank1(void): Hàm này chỉ Unlock cho Bank đầu tiên. Vì SMT32F103C8T6 chỉ có 1 Bank duy nhất nên chức năng tương tự hàm trên.
    void FLASH_UnlockBank2(void): Unlock cho Bank thứ 2.
    void FLASH_Lock(void): Lock bộ điều khiển xóa Flash cho toàn bộ vùng nhớ Flash.
    void FLASH_LockBank1(void) và void FLASH_LockBank2(void): Lock bộ điều khiển xóa Flash cho Bank 1 hoặc 2.
  
    Các Hàm xóa Flash:
    FLASH_Status FLASH_EraseAllBank1Pages(void): Xóa tất cả các Page trong Bank 1 của Flash. 
    FLASH_Status FLASH_EraseAllBank2Pages(void): Xóa tất cả các Page trong Bank 2 của Flash. 
    FLASH_Status FLASH_EraseAllPages(void): Xóa toàn bộ Flash.
    FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address): Xóa 1 page cụ thể trong Flash, cụ thể là Page bắt đầu bằng địa chỉ Page_Address.
  
    Các hàm Ghi Flash:
    FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data):  Ghi dữ liệu vào vùng nhớ Address với kích thước mỗi 2 byte (Halfword).
    FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data): Ghi dữ liệu vào vùng nhớ Address với kích thước mỗi 4 byte (Word).
    
    FlagStatus FLASH_GetFlagStatus(uint32_t FLASH_FLAG): hàm này trả về trạng thái của Flag. Ở bài này ta sẽ dùng hàm này để kiểm tra cờ FLASH_FLAG_BSY. Cờ này báo hiệu rằng Flash đang bận (Xóa/Ghi) nếu được set lên 1. 
  

• Code mẫu các hàm:

  • Hàm xóa 1 Page flash:

           void Flash_Erase(uint32_t addresspage){                // truyền vào địa chỉ của 1 page flash
         	FLASH_Unlock();
         	while(FLASH_GetFlagStatus(FLASH_FLAG_BSY) == 1);
         	FLASH_ErasePage(addresspage);
         	while(FLASH_GetFlagStatus(FLASH_FLAG_BSY) == 1);
         	FLASH_Lock();}
    

  • Hàm viết 1 KDL int xuống flash:

          void Flash_WriteInt(uint32_t address, uint16_t value){
          	FLASH_Unlock();
          	while(FLASH_GetFlagStatus(FLASH_FLAG_BSY) == 1);
          	FLASH_ProgramHalfWord(address, value);
          	while(FLASH_GetFlagStatus(FLASH_FLAG_BSY) == 1);
          	FLASH_Lock();}
    

  • Hàm viết 2 Byte xuống flash:

            void Flash_WriteNumByte(uint32_t address, uint8_t *data, int num){      // num là số lượng data 
            	FLASH_Unlock();
            	while(FLASH_GetFlagStatus(FLASH_FLAG_BSY) == 1);
            	uint16_t *ptr = (uint16_t*)data;                   // ép kiểu cho data từ uint8_t thành uint16_t
            	for(int i=0; i<((num+1)/2); i++){
            		FLASH_ProgramHalfWord(address+2*i, *ptr);
            		while(FLASH_GetFlagStatus(FLASH_FLAG_BSY) == 1);
            		ptr++;
            	}
            	FLASH_Lock();}
    

VD: hàm chính

int main()
{
  uint8_t data[5] = {1,6,7,8,9};
  Flash_Erase(0x80000000);
  Flash_WriteNumByte(0x80000000, data, 5); }

Bootloader

• Bootloader dùng khi ta muốn update code hoặc firnware từ xa.

    VD: update code tải file vô ESP32 --> UART --> STM32
  

• Quá trình bootloader:

  B1: Lưu code update vào vùng nhớ khác (thông thường địa chỉ là 0x0800 8000)
  
  B2: code chính của ct thường được lưu ở (địa chỉ 0x0800 0000). Tức là mỗi khi reset lại thì vdk nó sẽ tìm vào vùng
  nhớ này để chạy trước.
  
  B3: Viết 1 ct ở vùng nhớ chính (địa chỉ 0x0800 0000) để nhảy tới vùng nhớ (địa chỉ là 0x0800 8000) để thực thi code mới update đã lưu.
  

• Bootloader có 2 loại là bootloader do nhà sản xuất viết (thường được lưu ở vùng đc 0x0000 0000) và do người dùng viết.

  1 chương trình bình thường khi nạp vào vdk ko phải là bootloader
  

• Quá trình reset:

  B1: Chương trình sau khi Reset sẽ nhảy vào Reset_Handler() ( là hàm khỏi tạo vùng nhớ cho các cấu hình code), mà Reset_Handler() nằm trên Vector Table (bảng chứa các vector ngắt)

  B2: vùng nhớ code được lưu từ địa chỉ 0x0800.0000, khi chúng ta nạp xuống, nó sẽ mặc định nạp chương trình từ địa chỉ MSP - Main Stack Pointer ở địa chỉ 0x0800.0000 và Vector Table bắt đầu từ địa chỉ 0x0800.0004 (Reset_Handler).

  Tức là ta viết ct bootloader và cho vdk nhảy tới đại chỉ chứa bootloader đó.

• Quá trình thực hiện bootloader:

  B1: Sau khi Reset thì vi điều khiển nhảy đến Reset_Handler() mặc định ở địa chỉ 0x0800.0000 và nhảy đến hàm Main() của chương trình Boot.

  B2: Chương trình Boot này nó sẽ lấy địa chỉ của chương trình ứng dụng mà chúng ta muốn nhảy đến.

  B3: Gọi hàm Bootloader(), hàm này sẽ set thanh ghi SCB_VTOR theo địa chỉ muốn nhảy đến, SCB➔VTOR = Firmware update address.

  B4: Sau đó gọi hàm Reset memory (nhảy đến Reset_Handler()),

  B5: Bây giờ Firmware mới bắt đầu chạy và Vi xử lý đã nhận diện Reset_Handler() ở địa chỉ mới nên dù có nhấn nút Reset thì nó vẫn chạy trong Application.

LESSION 12 : CAN Protocol

Lý thuyết

• CAN (Controller Area Network) là giao thức giao tiếp nối tiếp hộ trợ những hệ thống điều khiển thời gian thực.

• Cấu tạo gồm 2 dây tín hiệu ( CAN HIGH và CAN LOW)

• Sự truyền dữ liệu thực hiện nhờ tính toán vi sai trên cặp dây truyền tín hiệu, có nghĩa là chúng ta đo sự chênh lệch điện áp giữa CAN_H và CAN L.

• Question PV: 2 res 120k để làm gì?

    TL: Dùng để hấp thụ nhiễu bởi các sóng ánh xạ vì khi truyền các node nhận thì trên đường dây bus đó phải cần 1 res để chống nhiễu, nếu ko thì sẽ bị nhiễu tín hiệu
  

• Mạng CAN được tạo thành những note khác nhau và trong 1 note bao gồm:

  + Một thiết bị hỗ trợ xử lý điện áp trên bus - CAN Transceiver.
  
  + Một MCU hỗ trợ Can Controller, chính là giao thức CAN. MCU ngoài việc nhận và xử lý data còn thực hiện chức năng của node.
  

• CAN Transceiver

  

  • MCU có nhiệm vụ truyền và nhận data. Khi truyền thì sẽ ra 2 mức điện áp đối nghịch với nhau (VD: CAN_H là 3v3 thì CAN_L là ~3v3).

  • Khi truyền đi 1 bit thì CAN sẽ biến đổi điện áp giữa 2 chân CAN_H và CAN_L.

  • Khi nhận được thì Can sẽ so sánh tính hiệu trị tuyệt đối giữa 2 chân CAN_H và CAN_L.

• Giao thức CAN không có đại diện truyền đi bit 0 (0v) hoặc 1 (3v3) như các giao thức khác .

• Để xác định khi nào CAN ra mức 1 hoặc 0 thì sẽ có 2 trạng thái DOMINANT (bit 0) và RECESSIVE (bit 1).

• CAN có 2 loại là CAN low speed và CAN high speed:

  • CAN Low speed:

    

    • DOMINANT (bit 0) : CAN_H (4V) - CAN_L (1V) = 3V. (Để xác đinh mức 0 ở CAN low speed thì 2 bus CAN_H và CAN_L phải có sự chênh lệch với nhau là 3V).

    • RECESSIVE (bit 1): CAN_H (3.25V) - CAN_L (1.75) = 1.5V. (Để xác đinh mức 1 ở CAN low speed thì 2 bus CAN_H và CAN_L phải có sự chênh lệch với nhau là 1.5V).

  • CAN High speed:

    

    • DOMINANT (bit 0) : CAN_H (3.5V) - CAN_L (1.5) = 2V. (Để xác đinh mức 0 ở CAN low speed thì 2 bus CAN_H và CAN_L phải có sự chênh lệch với nhau là 2V).

    • RECESSIVE (bit 1): CAN_H (2.5V) - CAN_L (2.5) = 0V. (Để xác đinh mức 1 ở CAN low speed thì 2 bus CAN_H và CAN_L phải có sự chênh lệch với nhau là 0V).

• Tính chất chống nhiễu của CAN:

  • Khi nhiễu xảy ra trên 1 trong 2 dây của CAN thì sẽ gây ra sự chênh lệch điện áp làm sai số.

     VD: CAN Low speed RECESSIVE (bit 1): CAN_H (3.25V) - CAN_L (1.75) thì sảy ra nhiễu thì giá trị điện áp tăng lên tên dây CAN_H (3.5V) - CAN_L (1.75V) = 1.75 => sai số qui định bit 1 của CAN Low speed.
    

  • Để khắc phục thì ta xoắn 2 dây CAN_H và CAN_L vào nhau để khi nhiễu xảy ra thì sẽ đều tác động lên 2 dây và khi bù trừ sẽ ko bị chênh lệch điện áp.

     VD: CAN Low speed RECESSIVE (bit 1): CAN_H (3.25V) - CAN_L (1.75) thì sảy ra nhiễu thì giá trị điện áp tăng lên trên cả 2 dây CAN_H (3.5V) - CAN_L (2V) = 1.5 =>  đúng số qui định bit 1 của CAN Low speed.
    

• Nguyên tắc hoạt động:

  • CAN có nhiều note khác nhau và có ID riêng biệt, mỗi note đều có thể truyền hoặc nhận data.

  • Giống như I2c MCU sẽ truyền đi dữ liệu trên đường bus và nội dung của thông điệp được gắn bởi số nhận dạng (ID) là duy nhất trên toàn mạng

  • Tất cả các note trên mạng đều nhận được thông điệp và mỗi nút thực hiện kiểm tra sự chấp nhận trên mã ID để xác định xem thông điệp có liên quan đến nút đó hay không. Nếu thông điệp có liên quan, nó sẽ được xử lý, nếu không thì nó bị bỏ qua.

• Giải quyết tranh chấp trên bus CAN:

  

  • Giao thức CAN cho phép các nút khác nhau gửi dữ liệu cùng lúc. Một mạng Can có thể gồm nhiều node với lượng dữ liệu truyền lên Bus rất lớn. Chỉ 1 node được phép truyền tại 1 thời điểm.

  • Data Frame và Remote Frame làm việc theo cơ chế phân xử quyền ưu tiên của tín hiệu. Phân xử chỉ theo ID của các note.

  • Bit ID có giá trị 0 sẽ được ưu tiên hơn. ID càng nhỏ thì độ ưu tiên càng cao

     VD:  Như hình trên có 3 note đang truyền đi các bit ID. Thì nó sẽ phân xử theo cách so sánh các bit ID của các Note với nhau.
    
          Note 1 và 3 đang ở bit 0 thì 2 bit này có cùng độ ưu tiên nên tiếp tục so sánh cho đến khi 1 trong 2 Note có bit 1, và Note cuối cùng có bit 0 thì sẽ được xử lý trước sau đó tới các Note còn lại.
    
          Note 2 thì đang ở bit 1 thì sẽ vào chế độ chờ và sẽ được xử lý sau.
    

• DATA FRAME:

  • CAN có 4 loại FRAME:

    Data frame dùng khi node muốn truyền dữ liệu tới các node khác
    
    Remote frame dùng để yêu cầu dữ liệu từ các nút khác mà không gửi bất kỳ dữ liệu nào.
    
        (1 Remote Frame tương tự Data frame, tuy nhiên Remote Frame có Bit RTR =1 và không có trường data (Bit DLC =0)).
    
    Error frame ( có 6-12 bit Cờ lỗi và 8 bit hết lỗi Phần delimiter) và Overload frame (dùng khi node bị tràn bộ đệm) dùng trong việc xử lý lỗi.
    

• Trường bắt đầu (Start Of Frame Field - SOF) : Trường này mang giá trị Dominant (bit 0) để báo hiệu bắt đầu truyền frame.

• Trường xác định quyền ưu tiên (Arbitration Field) : Trường này định dạng vùng xác định quyền ưu tiên.

  

  • Định dạng chuẩn: vùng này có độ dài 12 bit trong đó có 11 bit ID và 1 bit RTR.

  • Định dạng mở rộng: vùng này có độ dài 32 bit trong đó có 29 bit ID, 1 bit SRR , 1 bit IDE và 1 bit RTR.

    Bit RTR (Remote Transmission Request): dùng để phân biệt khung là Data Frame hay Remote Frame (0- Data frame, 1- Remote frame).
    
    Bit SRR (Substitute Remote Request): chỉ có ở khung mở rộng, có giá trị là 1.
    
    Bit IDE (Identifier Extension): bit phân biệt khung chuẩn và khung mở rộng: IDE = 0 (khung chuẩn), IDE = 1 (khung mở rộng).
    
    Bit này nằm ở trường xác định quyền ưu tiên với khung mở rộng và ở trường điều khiển với khung chuẩn.
    

• Trường điều khiển (control Field) : Cũng gồm 2 dạng như Arbitration Field:

  • Khung chuẩn : gồm IDE, r0 và DLC (Data Length Code).

  • Khung mở rộng : gồm r1, r0 và DLC.

    r0 và r1 (2 bit dự trữ) : phải được truyền là recessive (bit 1) bởi bộ truyền, bộ nhận ko cần 2 bit này.
    
    DLC (Data Length Code) : có độ dài 4 bit, nó chỉ định số byte được mang đi và chỉ được mang giá trị từ 0 đến 8.
    

• Trường dữ liệu (Data Frame) : chứa data, có độ dài từ 0 đến 8 byte tùy vào giá trị của DLC ở trường điều khiển. (DLC = 4 thì data chứa 4 byte, DLC = 8 thì data chứa 8 byte)

• Trường kiểm tra (Cyclic Redundancy Check Field – CRC) : gồm 16 bit được chia làm 2 phần:

  

  • CRC Sequence: gồm 15 bit tuần tự

  • CRC Delimiter : là một recesive (bit 1) có nhiệm vụ phân cách trường CRC với trường phía sau.

• Trường xác nhận (Acknowledge Field - ACK) : có 2 bit và gồm 2 phần:

  • ACK Slot: có độ dài 1 bit recesive (bit 1)

    Khi 1 hoặc nhiều note nhận chính xác giá trị frame (ko có lỗi và đã so sánh trùng khớp với CRC Sequece) thì nó sẽ báo lại cho bộ truyền 1 bit dominant (bit 0)

  • ACK Delimiter : dài 1 bit và luôn là một recesive (bit 1) có nhiệm vụ phân cách trường CRC với trường phía sau.

• Trường kết thúc (End of Frame Field - EOF) : bit thông báo kết thúc một Data Frame hay Remote Frame. Trường này gồm 7 bit Recessive (bit 1).

• Khi nào dùng Frame tiêu chuẩn và khi nào dùng Frame mở rộng

    + Frame tiêu chuẩn dùng khi chỉ cần các tác vụ nhỏ như bật tắt động cơ, công tắc,..
  
    + Frame mở rộng dùng khi chỉ cần nhiều tác vụ như bật tắt động cơ, tốc độ động cơ, áp suất ,.. 
  

Lập trình CAN

• Gồm 2 dây CAN_H và CAN_L, gọi là bus.

• Mỗi thiết bị trong mạng được gọi là 1 Node, gồm:

  • Vi điều khiển: Chịu trách nhiệm truyền nhận xử lý data.

  • CAN Controller: Thực hiện chức năng của giao thức CAN.

  • CAN Transceiver: Giúp tạo điện áp cho Bus.

• Cấu hình:

  B1: Cấp xung clock CAN được cấp xung từ APB1.

  B2: Cấu hình cho 2 chân TX và RX của bộ CAN.

  RX: Mode In_Floating.
  TX: Mode AF_PP.
  

  B3: Cấu hình thông số CAN:

  	CAN_InitTypeDef CAN_InitStruct;
  
  	CAN_InitStruct.CAN_TTCM = DISABLE;
  	CAN_InitStruct.CAN_ABOM = DISABLE;
  	CAN_InitStruct.CAN_AWUM = DISABLE;
  	CAN_InitStruct.CAN_NART = ENABLE;
  	CAN_InitStruct.CAN_RFLM = DISABLE;
  	CAN_InitStruct.CAN_TXFP = ENABLE;
  	
  	CAN_InitStruct.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal;
  	
  	CAN_InitStruct.CAN_Prescaler = 1;
  	CAN_InitStruct.CAN_SJW = 1;
  	CAN_InitStruct.CAN_BS1 = 1;
  	CAN_InitStruct.CAN_BS2 = 1;		//Tốc độ truyền CAN = 1/(SJW+BS1+BS2) 
  	
  	CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStruct);
  

  • Giải thích các thông số:

    • CAN_TTCM: Chế độ giao tiếp được kích hoạt theo thời gian Ấn đinh khoảng thời gian khi truyền message.

    • CAN_ABOM: Quản lý ngắt bus tự động. Nếu trong quá trình truyền xảy ra lỗi, bus sẽ được ngắt. Bit này quy định việc CAN có quay về trạng thái bình thường hay không

    • CAN_AWUM: Chế độ đánh thức tự động. Nếu CAN hoạt động ở SleepMode, Bit này quy định việc đánh thức CAN theo cách thủ công hay tự động.

    • CAN_NART: CAN sẽ thử lại để truyền tin nhắn nếu các lần thử trước đó không thành công. Nếu set bit = 1 thì sẽ không truyền lại. Nên set bit khi sử dụng chung với CAN_TTCM, nếu không thì nên để =0.

    • CAN_RFLM: Chế độ khóa nhận FIFO. Chế độ khóa bộ đệm khi đầy.

    • CAN_TXFP: Ưu tiên truyền FIFO. Đặt bit này =1, ưu tiên truyền các gói có ID thấp hơn. Nếu đặt lên 0, CAN sẽ ưu tiên các gói theo thứ tự trong bộ đệm.

    • CAN_Mode: Chế độ CAN:

      CAN_Mode_Normal: Gửi message thông thường.
      CAN_Mode_LoopBack: Các message gửi đi sẽ được lưu vào bộ nhớ đệm.
      CAN_Mode_Silent: Chế độ chỉ nhận.
      CAN_Mode_Silent_LoopBack: Kết hợp giữa 2 mode trên.
      

    • CAN_Prescaler: Cài đặt giá trị chia để tạo time quatum.

      fCan = sysclk/CAN_Prescaler.
      1tq = 1/fCan.
      

    • CAN_SJW: Thời gian trễ phần cứng, tính theo tq.

    • CAN_BS1: Thời gian đồng bộ đầu frame truyền, tính theo tq.

    • CAN_BS2: Thời gian đồng bộ cuối frame truyền, tính theo tq.

      VD: |SYNC_SEG|BS1(TimeSeg1)|Sample Point|BS2(TimeSeg2)|
             1TQ        2TQ                        1TQ
           SYNC_SEG (luôn là 1TQ): Dùng để đồng bộ các node trong mạng
           TimeSeg1 = CAN_BS1_2TQ: Là phân đoạn trước điểm lấy mẫu, Dùng để bù trừ delay truyền tín hiệu , Cho phép các node khác có thời gian để truyền tín hiệu đến
           Sample Point: Là điểm giữa bit time, nơi giá trị bit được đọc Nằm giữa TimeSeg1 và TimeSeg2
           TimeSeg2 = CAN_BS2_1TQ: Là phân đoạn sau điểm lấy mẫu
      

  B4: Cấu hình bộ Filter & mask cho CAN: CAN hỗ trợ bộ lọc ID, giúp các Node có thể lọc ra ID từ các message trên Bus

    CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStruct;
  
    CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterNumber = 0;
    CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask;
    CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;
    CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x123 <<5 ;  // ID sẽ so sánh vs Mask cài sẵn xem có math vs nhau ko
    CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMaskIdLow = 0x0000;   // 16 bit đầu trong 32 bit đã setup là HIGH, 16 bit sau là LOW
    
    CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterIdHigh = 0x123 << 5;  // ID comein sẽ so sánh vs ID setup cài sẵn xem có math vs nhau ko nếu giống thì ss vs mask
    CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterIdLow = 0x0000;
    CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_FilterFIFO0;
    CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterActivation = ENABLE;
    
    CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStruct);
  

  • Giải thích các thông số:

    • CAN_FilterNumber: Chọn bộ lọc để dùng, từ 0-13.

    • CAN_FilterMode: Chế độ bộ lọc:

      IdMask: Sử dụng mặt nạ bit để lọc ID.
      IdList: Không sử dụng mặt nạ bit.
      

    • CAN_FilterScale: Kích thước của bộ lọc, 32 hoặc 16 bit.

    • CAN_FilterMaskIdHigh & CAN_FilterMaskIdLow: Giá trị cài đặt cho Mask, 32 bits.

      Quy tắc của Filter Mask:
      Bit 1 trong Mask: Bắt buộc phải so sánh bit này (phải giống FilterID mới pass)
      Bit 0 trong Mask: Bỏ qua bit này (chấp nhận cả 0 và 1)
      

    • CAN_FilterIdHigh & CAN_FilterIdLow: Giá trị cài đặt cho bộ lọc, 32bits.

    • CAN_FilterFIFOAssignment: Chọn bộ đệm cần áp dụng bộ lọc.

    • CAN_FilterActivation: Kích hoạt bộ lọc ID.

  • Giải thích cách các node CAN match ID khi nhận data:

      ID coming 		| 0 0 0 1 | 0 0 1 0 | 0 0 1 1 |		0x123
      CAN_FilterIdHigh 	| 0 0 0 1 | 0 0 1 0 | 0 0 1 1 |		0x123
      FilterMaskIdHigh 	| 0 0 0 1 | 0 0 1 0 | 0 0 1 1 |		0x123
    

    • ID coming sẽ so sánh với FilterID nếu match thì nó sẽ tiếp tục so sánh với maskID

      • MaskID cho phép các bit 1 pass qua và lưu data message FIFO0

      • ID coming phải khớp các bit 1 của MaskID mới đc pass.

  VD:

    FilterID: 0001 0010 0000 (0x120)
    Mask:     0001 0010 0000 (0x120)
    
    ID1 = 0001 0010 0000 → MATCH
    ID2 = 0001 0010 0001 → MATCH (vì bit cuối không quan trọng do Mask = 0)
    ID3 = 0001 0011 0000 → KHÔNG MATCH (bit quan trọng khác)
  

• Hàm truyền CAN Tx:

  • Để xác định được 1 gói tin, cần có ID, các bit RTR, IDE, DLC và tối đa 8 byte data như bài trước đã đề cập. Các thành phần này được tổ chức trong CanTx/RxMsg.

  • Hàm truyền: uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage):

    CANx: Bộ CAN cần dùng. TxMessage: Struct CanRxMsg cần truyền

  • VD

        CanTxMsg TxMessage;
    
    TxMessage.StdId = 0x123; // 11bit ID voi che do std
    TxMessage.ExtId = 0x00;
    TxMessage.RTR = CAN_RTR_DATA;
    TxMessage.IDE = CAN_ID_STD;
    TxMessage.DLC = len;
    
    for (int i = 0; i < len; i++)
    {
        TxMessage.Data[i] = data[i];
    }
    
    CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);
    

• Hàm nhận CAN Rx:

  • Để xác định được 1 gói tin, cần có ID, các bit RTR, IDE, DLC và tối đa 8 byte data như bài trước đã đề cập. Các thành phần này được tổ chức trong CanRxMsg struct.

  • Hàm CAN_MessagePending(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber): Trả về số lượng gói tin đang đợi trong FIFO của bộ CAN. Dùng hàm này để kiểm tra xem bộ CAN có đang truyền nhận hay không, nếu FIFO trống thì có thể nhận.

  • Hàm CAN_Receive(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber, CanRxMsg* RxMessage): Nhận về 1 gói tin từ bộ CANx, lưu vào RxMessage.

  • VD

    CanRxMsg RxMessage;
    while (CAN_MessagePending(CAN1, CAN_FIFO0) <1 );
    CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &RxMessage);
    ID = RxMessage.StdId;
    for (int i = 0; i < RxMessage.DLC; i++)
    {
        TestArray[i] = RxMessage.Data[i];
    }
    

LESSION: V--Model

Phần dành cho Dev:

B1 -- Requirement Gathering : Thu thập thông tin yêu cầu, phân tích tính năng (Đọc mô tả nhiệm vụ, các yêu cầu).

B2 -- Requirement Analysis : Xác định cụ thể về yêu cầu, biến rõ những chi tiết mình cần phát triển.

  VD: Giao task làm về RFID thì mình cần phải biết là RFID phải làm những gì (SPI, I2C, GPIO, ...)

B3 -- Software Design : Viết chương trình (viết cho chạy được và fix các lỗi warring)

B4 -- Test Planning (Modul Design) : Lên kế hoạch để kiểm thử code design.

B5 -- Coding (Development) : Hoàn thiện sản phẩm để duyệt

Phần dành cho tester:

B6 -- Unit test : Test từng modul

B7 -- Intergration test : Test từng luồng chạy của chương trình

B8 -- System Testing : Kiểm tra thực tế hoạt động của hệ thống

B9 -- Acceptance : Chấp nhận