Ngày soạn:…/…/…
Ngày dạy:…/…/…
BÀI 25: BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
Trong bài học này, HS sẽ tìm hiểu:
Cấu trúc, ứng dụng của một bo mạch lập trình vi điều khiển.
Công cụ lập trình của một bo mạch lập trình vi điều khiển.
2. Năng lực
Năng lực chung:
Năng lực tự chủ và tự học: Chủ động, tích cực thực hiện công việc của cá nhân.
Năng lực giao tiếp hợp tác: Chủ động học tập, tích cực giao tiếp và hợp tác nhóm để giải quyết các nhiệm vụ học tập.
Năng lực giải vận dụng kiến thức và kĩ năng: Vận dụng những kiến thức đã học để sử dụng vi điều khiển Arduino Uno bằng ứng dụng Arduino IDE.
Năng lực công nghệ:
Trình bày được nhiệm vụ của bo mạch lập trình.
Vẽ được sơ đồ khối của một bo mạch lập trình vi điều khiển.
Trình bày được các thành phần chính có trong bo mạch lập trình vi điều khiển.
Trình bày được các ứng dụng bo mạch lập trình vi điều khiển.
Nêu được các bước lập trình cho vi điều khiển.
Mô tả được giao diện của một Arduino IDE.
3. Phẩm chất
Chăm chỉ thực hiện các yêu cầu của GV.
Tham gia tích cực và có trách nhiệm trong quá trình học tập.
II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU:
1. Đối với giáo viên:
Máy tính và máy chiếu.
SGK, SGV Công nghệ 12 - Công nghệ Điện - Điện tử.
2. Đối với học sinh:
SGK Công nghệ 12 - Công nghệ Điện - Điện tử.
Các dụng cụ học tập theo yêu cầu của GV.
III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
A. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG
a. Mục tiêu: HS huy động khả năng quan sát, vốn hiểu biết, kinh nghiệm thực tế của HS về bo mạch lập trình vi điều khiển; tạo sự hứng thú, kích thích tính tò mò, tạo tâm thế cho HS vào bài học.
b. Nội dung: GV giao nhiệm vụ, HS lắng nghe và trả lời câu hỏi.
c. Sản phẩm học tập: Câu trả lời của HS.
d. Tổ chức thực hiện:
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV yêu cầu HS quan sát Hình 25.1 và trả lời câu hỏi:
Các thao tác lập trình trên máy tính truyền thống được thực hiện thông qua các thiết bị vào/ra tiêu chuẩn như bàn phím, chuột, màn hình (Hình 25.1). Vi điều khiển không có các thiết bị này, bằng cách nào ta có thể viết và nạp chương trình cho chúng?
Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS quan sát hình, suy nghĩ và trả lời câu hỏi.
- GV quan sát, gợi ý câu trả lời cho HS.
Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
- GV mời đại diện 1 - 2 HS trả lời câu hỏi.
Gợi ý trả lời:
Do vi điều khiển không có các thiết bị: thiết bị vào/ra, bàn phím, chuột, màn hình nên chúng ta phải thực hiện lập trình trên máy tính sau đó mới nạp vào vi điều khiển.
- Các HS khác lắng nghe, bổ sung (nếu có).
Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập
- GV nhận xét và dẫn dắt vào bài học mới: Do vi điều khiển không có các thiết bị: thiết bị vào/ra, bàn phím, chuột, màn hình nên chúng ta phải thực hiện lập trình trên máy tính sau đó mới nạp vào vi điều khiển thông qua thiết bị gọi là bo mạch lập trình. Vậy để tìm hiểu bo mạch lập trình là gì chúng ta cùng bước vào bài học ngày hôm nay - Bài 25: Bo mạch lập trình vi điều khiển.
B. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC
Hoạt động 1. Tìm hiểu khái quát về bo mạch lập trình vi điều khiển
a. Mục tiêu:
- HS biết được vai trò và nhiệm vụ của bo mạch lập trình vi điều khiển.
b. Nội dung: GV yêu cầu HS đọc SGK và thực hiện các yêu cầu của giáo viên để tìm hiểu về vai trò và nhiệm vụ của bo mạch lập trình vi điều khiển.
c. Sản phẩm: HS ghi nhận được vai trò và nhiệm vụ của bo mạch lập trình vi điều khiển.
d. Tổ chức thực hiện:
HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS
DỰ KIẾN SẢN PHẨM
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV cho HS tìm hiểu
+ Bo mạch lập trình vi điều khiển là gì?
+ Tóm tắt nhiệm vụ của bo mạch lập trình vi điều khiển.
- GV có thể đặt câu hỏi vận dụng cho HS:
Trên Hình 25.1 ngoài giao diện USB dùng để kết nối vi điều khiển với máy tính, theo em bo mạch lập trình vi điều khiển còn cung cấp nhiều giao diện khác để làm gì?
- GV có thể cho HS tìm hiểu Thông tin bổ sung (SGK).
Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.
- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).
Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận: DKSP
- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.
Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập
- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.
- GV chuyển sang nội dung tiếp theo.
I. GIỚI THIỆU VỀ BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN
- Bo mạch lập trình vi điều khiển là một thiết bị cho phép nạp đoạn mã chương trình sau khi biên dịch từ máy tính vào vi điều khiển thông qua các giao diện kết nối về điện và cơ khí.
- Nhiệm vụ của một bo mạch lập trình là cung cấp các giao diện kết nối về điện và cơ khí nhằm đảm bảo tính tương thích và thuận tiện khi kết nối vì điều khiển với các thiết bị khác.
- Ngoài kết nối với máy tính, thông qua các giao diện này, ta có thể dễ dàng kết nối vi điều khiển với các cảm biến hay cơ cấu chấp hành bên ngoài, tạo ra nhiều giải pháp đo lường và điều khiển hữu ích trong cuộc sống.
Hoạt động 2. Tìm hiểu về cấu trúc của bo mạch lập trình vi điều khiển
a. Mục tiêu:
- HS nêu được cấu trúc chung của bo mạch lập trình vi điều khiển.
b. Nội dung: GV yêu cầu HS đọc SGK và thực hiện các yêu cầu của giáo viên để tìm hiểu về cấu trúc của bo mạch lập trình vi điều khiển.
c. Sản phẩm: HS mô tả được cấu trúc của bo mạch lập trình vi điều khiển.
d. Tổ chức thực hiện:
HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS
DỰ KIẾN SẢN PHẨM
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV mô tả cấu trúc của bo mạch lập trình vi điều khiển theo Hình 25.3 SGK.
- HS tìm hiểu về chức năng của các thành phần chính trong bo mạch.
- GV có thể cho HS vận dụng kiến thức vừa tìm hiểu được để:
Nêu tên khối chức năng tương ứng cho các linh kiện trên bo mạch Arduino Uno ở Hình 25.4.
Đáp án:
Khối chức năng
Linh kiện
Nguồn
Khe cắm nguồn
Vi điều khiển
Vi điều khiển
Truyền thông
Cổng kết nối USB
Khối dao động
Khối dao động
Khối tín hiệu vào/ra
Các chân tín hiệu tương tự và vào/ra số
Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.
- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).
Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận.
- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.
Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập
- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.
- GV chuyển sang nội dung tiếp theo.
II. CẤU TRÚC CỦA BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN
- Một bo mạch điển hình thường được tổ chức theo sơ đồ trên Hình 25.3 với các thành phần chính sau đây:
Khối nguồn gồm giao diện với nguồn cấp điện ngoài và các mạch ổn áp, có nhiệm vụ cung cấp nguồn nuôi ổn định cho các khối chức năng khác trên bo mạch.
Vi điều khiển là thành phần chính của bo mạch lập trình, nơi lưu trữ và thực thi các chương trình phần mềm được nạp từ máy tính vào bo mạch.
Khối dao động phát ra chuỗi xung tuần hoàn để đồng bộ hoạt động của các khối chức năng bên trong vi điều khiển.
Khối truyền thông: đa số vì điều khiển hiện nay truyền hay nhận dữ liệu theo chuẩn kết nối UART, trong khi thiết bị bên ngoài thường sử dụng chuẩn kết nối khác. Khối truyền thông cung cấp giao diện chuyển đổi giữa các chuẩn truyền thông, giúp trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển với các thiết bị bên ngoài trở nên thuận lợi.
Khối tín hiệu vào/ra cung cấp giao diện thuận tiện để kết nối các cổng vào/ra của vi điều khiển với cảm biến hay thiết bị chấp hành.
- Ví dụ: một bo mạch lập trình vi điều khiển Arduino Uno (Hình 25.4):
Bên cạnh linh kiện của các khối chức năng cơ bản, còn có một số LED chỉ thị hay phim bấm reset dùng để hỗ trợ quá trình kiểm thử và sửa lỗi phần mềm trên vi điều khiển.
Hoạt động 3. Tìm hiểu về ứng dụng bo mạch lập trình vi điều khiển
a. Mục tiêu:
- HS nêu được các ứng dụng của bo mạch lập trình vi điều khiển.
b. Nội dung: GV yêu cầu HS đọc SGK và thực hiện các yêu cầu của giáo viên để tìm hiểu về ứng dụng của bo mạch lập trình vi điều khiển.
c. Sản phẩm: HS mô tả được một số ứng dụng của bo mạch lập trình vi điều khiển trong thực tế
d. Tổ chức thực hiện:
HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS
DỰ KIẾN SẢN PHẨM
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- HS tìm hiểu và trình bày về:
Ứng dụng của bo mạch lập trình vi điều khiển trong đo lường và trong điểu khiển.
- GV giới thiệu câu lệnh Arduino analogRead (pin) để đọc dữ liệu từ cổng vào tương tự cho ví dụ ở Hình 25.5 SGK.
GV giới thiệu hai câu lệnh Arduino pinMode (pin, OUTPUT) và digitalWrite (pin, value) để ghi dữ liệu lên một cổng ra số cho ví dụ ở Hình 25.6 SGK.
- GV cho HS trả lời mục Kết nối năng lực (SGK trang 136)
Hãy tìm hiểu thêm các ứng dụng khác của bo mạch lập trình vi điều khiển trong cuộc sống. Trong ứng dụng mà em tìm được, vi điều khiển thực hiện chức năng đọc hay ghi dữ liệu trên các cổng vào/ra của nó.
- Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.
…………………
III. ỨNG DỤNG BO MẠCH LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN
Bo mạch lập trình vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị đo lường và điều khiển.
- Trong đo lường, bo mạch lập trình vi điều khiển được kết nối với cảm biến cho phép đọc dữ liệu từ cảm biến thông qua lệnh đọc cổng vào tương ứng phục vụ cho các ứng dụng giám sát thông số như giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng môi trường,...
Ví dụ: (Hình 25.5) sử dụng bo mạch Arduino Uno kết nối với cảm biến để đo và giám sát độ ẩm đất.
- Trong điều khiển, bo mạch lập trình vi điều khiển kết nối với các thiết bị chấp hành cho phép điều khiển chúng theo kịch bản định trước, thông qua các lệnh ghi vào cổng ra tương ứng. Điều này cho phép, chúng ta phát triển các ứng dụng tự động như bật, tắt đèn, đóng, mở cửa,...
Ví dụ (Hình 25.6) sử dụng bo mach Arduino Uno để điều khiển LED.
Kết nối năng lực (SGK trang 136)
HS tìm hiểu các ví dụ.
Ví dụ:
- Ứng dụng bo mạch lập trình vi điều khiển Arduino Uno điều khiển hệ thống sưởi ấm gia cầm trong mùa lạnh có tín hiệu đầu vào là tín hiệu tương tự nhận từ cảm biến nhiệt độ.
+ Vi điều khiển thực hiện chức năng đọc dữ liệu.
- Ứng dụng bo mạch lập trình vì điều khiển Arduino Micro điều khiển từ xa thiết bị bay không người lái.
+ Vi điều khiển thực hiện chức năng ghi dữ liệu.
…………………
-
- Còn tiếp -
