Chương 4. Các bộ điều khiển dựa trên vi xử lý và vi điện tử

Mục lục:

4.1          Giới thiệu vi điện tử
4.2          Logic số
4.3          Tổng quan về các máy tính điều khiển
4.4          Các bộ vi xử lý và vi điều khiển
4.5          Các bộ điều khiển logic khả trình
4.6          Truyền thông số

4.1 Giới thiệu vi điện tử

Lĩnh vực vi điện tử đã thay đổi mạnh mẽ trong hai thập kỷ gần đây và công nghệ số đã thống trị trong phần lớn các lĩnh vực ứng dụng của điện tử. Việc thiết kế các hệ thống số được thực hiện trên hàng ngàn mạch tích hợp khác nhau của nhiều nhà sản xuất trên khắp thế giới. Nó làm cho việc thiết kế và chế tạo các sản phẩm điện tử trở nên dễ dàng với giá thành rẻ hơn. Việc phát triển thường xuyên của tốc độ mạch tích hợp, tỷ lệ tích hợp, sự giảm giá thành đã làm cho các mạch số đang dần thay thế cho các giải pháp tương tự cổ điển trong các bộ điều khiển, bộ lọc và bộ điều chế.

Sự lớn mạnh của khả năng tính toán được minh họa bằng ví dụ dưới đây. Một vi điều khiển đơn chíp có khả năng tính toán bằng một máy tính xách tay tiêu biểu của năm 1992. Một vi điều khiển đơn chíp có khả năng tính toán bằng 4 máy tính cá nhân IBM tiêu biểu của năm 1981 hoặc bằng 2 máy tính lớn IBM 370 của năm 1972.

Các mạch tích hợp số được thiết kế cho nhiều mục đích và được sản xuất với số lượng lớn. Các mạch tích hợp hiện đại có nhiều tính năng cải tiến từ các thiết kế gần đây, nó cho phép truy cập và điều khiển “thân thiện hơn”. Do các tham số của mạch tích hợp (IC) tác động không chỉ với các IC riêng biệt mà còn với tất cả các mạch liên quan tới nó, một định hướng cho sự phát triển trong tương lai của công nghệ IC phải được cập nhật hàng năm. Từ định hướng này, chúng ta có thể ước lượng được các tham số sau này của các IC và làm cho các thiết kế phù hợp với những yêu cầu của tương lai. Sự phát triển tương đối của số lượng các tranzito tích hợp trên một chíp là khá ổn định. Với các phần tử nhớ, nó xấp xỉ bằng 1,5 lần số lượng hiện thời. Đối với các IC số khác, nó xấp xỉ 1.35 lần số lượng hiện thời.

Trong điện tử số, chúng ta dùng các đại lượng được gọi các giá trị logic thay vì các đại lượng tương tự của điện thế và dòng điện. Các giá trị logic thường liên quan đến điện thế của tín hiệu, nhưng chúng chỉ có 2 giá trị: 1 hoặc 0. Nếu một mạch số xử lý một giá trị logic, một giá trị đúng được nhận biết do giữa các giá trị điện thế logic có một khoảng cách (xem hình 4.1). Chúng ta có thể cải thiện tùy ý độ phân giải của tín hiệu bằng cách đơn giản là dùng thêm nhiều bit.