L3G4200 giao tiếp Arduino dùng Cảm biến Gyro 3 trục L3G4200D được sử dụng để đo góc quay của vật thể gắn cảm biến theo ba trục x, y, z, cảm biến có độ phân giải rất cao (16 bit) có để đo ở tốc độ 2000 độ/giây (dps) ổn định mà không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn nhiều loại cảm biến có sẵn trên thị trường hiện nay.Cảm biến Gyro 3 trục L3G4200D có thể giao tiếp qua giao tiếp I2C hoặc SPI, nếu xử dụng giao tiếp I2C các bạn chỉ cần hàn 1 số jumper để chọn địa chỉ trên board, cảm biến còn tích hợp thêm 32 thanh ghi buffer FIFO giúp bạn có thể truy xuất dữ liệu nhanh và thuận tiện hơn làm giảm độ xử lý của Vi điều khiển.
Liên hệ làm Đồ án và Mạch điện tửPhone : 0967.551.477Zalo : 0967.551.477FB : Huỳnh Nhật TùngEmail : dientunhattung@gmail.comĐịa Chỉ: 171/25 Lê Văn Thọ, P8, Gò Vấp, Tp HCMChi tiết: Nhận làm mạch và đồ án Điện tử
Table of Contents
1. Linh kiện cần thiết làm mạch cảm biến gia tốc L3G4200 giao tiếp Arduino
1.1 Vi điều khiển Arduino trong mạch cảm biến gia tốc L3G4200 giao tiếp Arduino
a. Giới thiệu
Arduino Uno R3 (Dip) có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).
Các chức năng khác
Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau. Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…).Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit.
Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt.
Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, …
b. Chức năng của Arduino R3:
2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
Các chức năng khác
Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
Arduino Uno R3 có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit. Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ 7-12VDC).
5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).
3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 50mA).
GND: Là chân mang điện cực âm trên board.
IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO và có thể đọc điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.
e.Bộ nhớ
Vi điều khiển ATmega328:
32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.
f. Các chân đầu vào và đầu ra
Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu ra và chúng sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50 ohm. Dòng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch.Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:
Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu (TX) TTL.
Ngắt ngoài: Chân 2 và 3.
PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite ().
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI.
LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
1.2 Cảm biến cảm biến gia tốc L3G4200 giao tiếp Arduino
a. Giới thiệu L3G4200 giao tiếp Arduino
Cảm biến Gyro 3 trục L3G4200D được sử dụng để đo góc quay của vật thể gắn cảm biến theo ba trục x, y, z, cảm biến có độ phân giải rất cao (16 bit) có để đo ở tốc độ 2000 độ/giây (dps) ổn định mà không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn nhiều loại cảm biến có sẵn trên thị trường hiện nay.Cảm biến Gyro 3 trục L3G4200D có thể giao tiếp qua giao tiếp I2C hoặc SPI, nếu xử dụng giao tiếp I2C các bạn chỉ cần hàn 1 số jumper để chọn địa chỉ trên board, cảm biến còn tích hợp thêm 32 thanh ghi buffer FIFO giúp bạn có thể truy xuất dữ liệu nhanh và thuận tiện hơn làm giảm độ xử lý của Vi điều khiển.Cảm biến Gyro L3G4200D là cảm biến con quay hồi chuyển 3 trục dùng để đo gia tốc gốc, cảm biến có khả năng thay đổi tốc độ ở các mức 250/ 500/ 2000 dps. Cảm biến L3G4200D sẽ đo được vật thể quay được góc bao nhiêu độ quanh 3 trục cố định của nó, khoảng đo có thể được tùy chỉnh tùy theo nhu cầu sử dụng.
b. Thông số kỹ thuật
Nguồn sử dụng: 3~5VDC
Điện áp giao tiếp: 3~5VDC
Giao tiếp: I2C hoặc SPI
Đo 3 trục gia tốc góc.
Có thể điều chỉnh độ phân giải (2
Tích hợp chế độ FIFO
Phạm vi đo là ± 2 g, ± 4 g và ± 8 g
Độ phân giải trong phạm vi ± 2 g là 1 mg / LSB
Điều chỉnh tốc độ đo: 250, 500, 2000 dps.
Đo rất nhạy và ổn định.
Kích thước: 24 x 23 x 2 (mm).
c. Kết nối
VCC, GND: Cấp nguồn cho cảm biến hoạt động.
SCL/SCK: Nối với chân SCL của vi điều khiển nếu dùng giao tiếp I2C, nối với chân SCK (xung clock SPI, chân 13 trên Arduino Uno) nếu dùng giao tiếp SPI.
SDA/MOSI: Nối chân SDA của vi điều khiển nếu dùng giao tiếp I2C, nối chân MOSI (chân 11 trên Arduino Uno) nếu dùng SPI.
SDO: Nối với chân MISO (chân 12 trên Arduino Uno) nếu dùng giao tiếp SPI.
CS: Chân dùng với giao thức SPI, mặc định được kéo lên 3.3V, kéo xuống mức LOW để thực hiện giao tiếp qua SPI.
DR: Chân trạng thái dữ liệu. Mức HIGH cho biết dữ liệu đã sẵn sàng, có thể đọc cảm biến. Chân này có thể cài đặt FIFO interrupt.
INT: Programable interrupt.
1.3 LCD1602 cho cảm biến gia tốc L3G4200 giao tiếp Arduino
a. Giới thiệu
Màn hình text LCD1602 xanh lá sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án.
b. Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động là 5 V.
Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm
Chữ đen, nền xanh lá
Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard.
Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện.
Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu
Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật, xem thêm HD44780 datasheet để biết thêm chi tiết.
c. Sơ đồ chân LCD
Số chân
Ký hiệu chân
Mô tả chân
1
Vss
Cấp điện 0v
2
Vcc
Cấp điện 5v
3
V0
Chỉnh độ tương phản
4
RS
Lựa chọn thanh ghi địa chỉ hay dữ liệu
5
RW
Lựa chọn thanh ghi Đọc hay Viết
6
EN
Cho phép xuất dữ liệu
7
D0
Đường truyền dữ liệu 0
8
D1
Đường truyền dữ liệu 1
9
D2
Đường truyền dữ liệu 2
10
D3
Đường truyền dữ liệu 3
11
D4
Đường truyền dữ liệu 4
12
D5
Đường truyền dữ liệu 5
13
D6
Đường truyền dữ liệu 6
14
D7
Đường truyền dữ liệu 7
15
A
Chân dương đèn màn hình
16
K
Chân âm đèn màn hình
Trong 16 chân của LCD được chia ra làm 3 dạng tín hiệu như sau:
Các chân cấp nguồn: Chân số 1 là chân nối mass (0V), chân thứ 2 là Vdd nối với nguồn+5V. Chân thứ 3 dùng để chỉnh contrast thường nối với biến trở.
Các chân điều khiển: Chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi. ChânR/W dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi. Chân E là chân cho phép dạng xung chốt.
Các chân dữ liệu D7÷D0: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD.
d. Địa chỉ ba vùng nhớ
Bộ điều khiển LCD có ba vùng nhớ nội, mỗi vùng có chức năng riêng. Bộ điều khiển phải khởi động trước khi truy cập bất kỳ vùng nhớ nào. a. Bộ nhớ DDRAM
Bộ nhớ chứa dữ liệu để hiển thị (Display Data RAM: DDRAM) lưu trữ những mã ký tự để hiển thị lên màn hình. Mã ký tự lưu trữ trong vùng DDRAM sẽ tham chiếu với từng bitmap kí tự được lưu trữ trong CGROM đã được định nghĩa trước hoặc đặt trong vùng do người sử dụng định nghĩa. b. Bộ phát kí tự ROM – CGROM
Bộ phát kí tự ROM (Character Generator ROM: CGROM) chứa các kiểu bitmap cho mỗi kí tự được định nghĩa trước mà LCD có thể hiển thị, như được trình bày bảng mã ASCII. Mã kí tự lưu trong DDRAM cho mỗi vùng kí tự sẽ được tham chiếu đến một vị trí trong CGROM. Ví dụ: mã kí tự số hex 0x53 lưu trong DDRAM được chuyển sang dạng nhị phân 4 bit cao là DB[7:4] = “0101” và 4 bit thấp là DB[3:0] = “0011” chính là kí tự chữ ‘S’ sẽ hiển thị trên màn hình LCD. c. Bộ phát kí tự RAM – CGRAM
Bộ phát kí tự RAM (Character Generator RAM: CG RAM) cung cấp vùng nhớ để tạo ra 8 kí tự tùy ý. Mỗi kí tự gồm 5 cột và 8 hàng.
e. Các lệnh điều khiển của LCD
Lệnh thiết lập chức năng giao tiếp “Function set”:
Bit DL (data length) = 1 thì cho phép giao tiếp 8 đường data D7 ÷ D0, nếu bằng 0 thì cho phép giao tiếp 4 đường D7 ÷ D4.
Bit N (number of line) = 1 thì cho phép hiển thị 2 hàng, nếu bằng 0 thì cho phép hiển thị 1 hàng.
Bit F (font) = 1 thì cho phép hiển thị với ma trận 5×8, nếu bằng 0 thì cho phép hiển thị với ma trận 5×11.
Các bit cao còn lại là hằng số không đổi.
Lệnh xoá màn hình “Clear Display”: khi thực hiện lệnh này thì LCD sẽ bị xoá và bộ đếm địa chỉ được xoá về 0.
Lệnh di chuyển con trỏ về đầu màn hình “Cursor Home”: khi thực hiện lệnh này thì bộ đếm địa chỉ được xoá về 0, phần hiển thị trở về vị trí gốc đã bị dịch trước đó. Nội dung bộ nhớ RAM hiển thị DDRAM không bị thay đổi.
Lệnh thiết lập lối vào “Entry mode set”: lệnh này dùng để thiết lập lối vào cho các kí tự hiển thị,
Bit I/D = 1 thì con trỏ tự động tăng lên 1 mỗi khi có 1 byte dữ liệu ghi vào bộ hiển thị, khi I/D = 0 thì con trỏ sẽ tự động giảm đi 1 mỗi khi có 1 byte dữ liệu ghi vào bộ hiển thị.
Bit S = 1 thì cho phép dịch chuyển dữ liệu mỗi khi nhận 1 byte hiển thị.
Lệnh điều khiển con trỏ hiển thị “Display Control”:
Bit D: cho phép LCD hiển thị thì D = 1, không cho hiển thị thì bit D = 0.
Bit C: cho phép con trỏ hiển thị thì C= 1, không cho hiển thị con trỏ thì bit C = 0.
Bit B: cho phép con trỏ nhấp nháy thì B= 1, không cho con trỏ nhấp nháy thì bit B = 0.
Với các bit như trên thì để hiển thị phải cho D = 1, 2 bit còn lại thì tùy chọn, trong thư viện thì cho 2 bit đều bằng 0, không cho phép mở con trỏ và nhấp nháy, nếu bạn không thích thì hiệu chỉnh lại.
Lệnh di chuyển con trỏ “Cursor /Display Shift”: lệnh này dùng để điều khiển di chuyển con trỏ hiển thị dịch chuyển
Bit SC: SC = 1 cho phép dịch chuyển, SC = 0 thì không cho phép.
Bit RL xác định hướng dịch chuyển: RL = 1 thì dịch phải, RL = 0 thì dịch trái. Nội dung bộ nhớ DDRAM vẫn không đổi.
Vậy khi cho phép dịch thì có 2 tùy chọn: dịch trái và dịch phải.
Lệnh thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát kí tự “Set CGRAM Addr”: lệnh này dùng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát kí tự.
Lệnh thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM hiển thị “Set DDRAM Addr”: lệnh này dùng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM lưu trữ các dữ liệu hiển thị.
Hai lệnh cuối cùng là lệnh đọc và lệnh ghi dữ liệu LCD.
f. Bảng mã ASCII sử dụng cho LCD
g. Bảng địa chỉ cho LCD
2. Hướng dẫn đồ án cảm biến gia tốc L3G4200 giao tiếp Arduino hiển thị LCD1602
Phần này chưa được chia sẻ.
LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.
Phần cứng
Phần mềm
//This code is to use with L3G4200 triple axis gyro//Modified by SurtrTech//Refer to https://surtrtech.com/ for more information#include <Wire.h>#define CTRL_REG1 0x20#define CTRL_REG2 0x21#define CTRL_REG3 0x22#define CTRL_REG4 0x23#define CTRL_REG5 0x24int L3G4200D_Address = 105; //I2C address of the L3G4200Dint x;int y;int z;void setup(){Wire.begin(); Serial.begin(9600);Serial.println("starting up L3G4200D"); setupL3G4200D(2000); // Configure L3G4200 - 250, 500 or 2000 deg/secdelay(1500); //wait for the sensor to be ready }void loop(){ getGyroValues(); // This will update x, y, and z with new valuesSerial.print("X:"); Serial.print(x); //Here you can do some operations befor you use that value //For example set it on a surface and substract or add numbers to get 0,0,0 if you want that position to be your reference Serial.print(" Y:"); Serial.print(y);Serial.print(" Z:"); Serial.println(z);delay(100); //Just here to slow down the serial to make it more readable}void getGyroValues(){byte xMSB = readRegister(L3G4200D_Address, 0x29); byte xLSB = readRegister(L3G4200D_Address, 0x28); x = ((xMSB << 8) | xLSB);byte yMSB = readRegister(L3G4200D_Address, 0x2B); byte yLSB = readRegister(L3G4200D_Address, 0x2A); y = ((yMSB << 8) | yLSB);byte zMSB = readRegister(L3G4200D_Address, 0x2D); byte zLSB = readRegister(L3G4200D_Address, 0x2C); z = ((zMSB << 8) | zLSB);}int setupL3G4200D(int scale){ //From Jim Lindblom of Sparkfun's code// Enable x, y, z and turn off power down: writeRegister(L3G4200D_Address, CTRL_REG1, 0b00001111);// If you'd like to adjust/use the HPF, you can edit the line below to configure CTRL_REG2: writeRegister(L3G4200D_Address, CTRL_REG2, 0b00000000);// Configure CTRL_REG3 to generate data ready interrupt on INT2 // No interrupts used on INT1, if you'd like to configure INT1 // or INT2 otherwise, consult the datasheet: writeRegister(L3G4200D_Address, CTRL_REG3, 0b00001000);// CTRL_REG4 controls the full-scale range, among other things:if(scale == 250){ writeRegister(L3G4200D_Address, CTRL_REG4, 0b00000000); }else if(scale == 500){ writeRegister(L3G4200D_Address, CTRL_REG4, 0b00010000); }else{ writeRegister(L3G4200D_Address, CTRL_REG4, 0b00110000); }// CTRL_REG5 controls high-pass filtering of outputs, use it // if you'd like: writeRegister(L3G4200D_Address, CTRL_REG5, 0b00000000);}void writeRegister(int deviceAddress, byte address, byte val) { Wire.beginTransmission(deviceAddress); // start transmission to device Wire.write(address); // send register address Wire.write(val); // send value to write Wire.endTransmission(); // end transmission}int readRegister(int deviceAddress, byte address){int v; Wire.beginTransmission(deviceAddress); Wire.write(address); // register to read Wire.endTransmission();Wire.requestFrom(deviceAddress, 1); // read a bytewhile(!Wire.available()) { // waiting }v = Wire.read(); return v;}
3. Hoạt động của mạch cảm biến gia tốc L3G4200 giao tiếp Arduino
Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển đưa tín hiệu ban đầu cho lcd1602 hiển thị thông tin người dùng, lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu được gửi vào từ cảm biến gia tốc L3G4200 giao tiếp Arduino gửi vào. Khi nhận được tín hiệu vi điều khiển xử lý và gửi giá trị tọa độ trục X, Y, Z ra ngoài màn hình LCD1602 để hiển thị giá trị theo yêu cầu đã được lập trình.
4. Cụ thể hoạt động của mạch cảm biến gia tốc L3G4200 giao tiếp Arduino
Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit.
Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt.
Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, … 
