Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Môn: Kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển Sinh viên thực tìm hiểu: Nguyễn Văn Hưng Lê Đức Nhân Đặng Văn Minh Dương Tuấn Linh Dương Đình Thắng Nguyễn Quang Đức Kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Mục lụ Môn: Kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển Mục lục Chương Đo lường điều khiển thiết bị theo chuẩn 1Wire Chuẩn giao tiếp Wire .3 1.1 Giới thiệu chuẩn giao tiếp 1Wire 1.2 Cách thức hoạt động: 1.3 Lập trình giao tiếp Wire .5 Cảm biến ngoại vi chuẩn Wire 2.1 Một số loại cảm biến ngoại vi giao tiếp với VĐK Wire Lập trình đo điểu khiển với cảm biến DS18B20 Mục lục hình ảnh: Hình 1: Sơ đồ đấu nối chuẩn giao tiếp Wire Hình 2: Gửi bit Hình 3: Gửi bit Hình 4: Đọc bit Hình 5: Reset/Presence Hình 6: Cảm biến đo nhiệt độ DS18B20 .5 Hình 7: Cảm biến đo nhiệt độ/độ ẩm DHT11 Hình 8: Sơ đồ đấu nối với cảm biến DS18B20 Kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Chương Đo lường điều khiển thiết bị theo chuẩn 1Wire Chuẩn giao tiếp Wire 1.1 Giới thiệu chuẩn giao tiếp 1Wire Chuẩn giao tiếp dây (1 wire) hãng Dallas giới thiệu Trong chuẩn giao tiếp cần dây để truyền tín hiệu làm nguồn ni (Nếu khơng tín dây mass) Là chuẩn giao tiếp khơng đồng bán song công (half-duplex) Trong giao tiếp tuân theo mối liên hệ chủ tớ cách chặt chẽ Trên bus gắn nhiều thiết bị slave Nhưng có master kết nối đến bus Bus liệu trạng thái rãnh (khi khơng có liệu đường truyền) phải mức cao bus liệu phải kéo lên nguồn thông qua điện trở Giá trị điện trở tham khảo datasheet thiết bị / thiết bị slave Hình 1: Sơ đồ đấu nối chuẩn giao tiếp Wire Các thiết bị tớ (slave) kết nối với bus phân biệt với nhờ 64 bit địa (64-bit serial number) byte (64 bit) chia làm ba phần chính: Bắt đầu với LSB, byte mã họ thiết bị có độ lớn bit (8-bit family codes) xác định kiểu thiết bị byte lưu trữ địa riêng thiết bị Byte cuối (MSB) byte kiểm tra tính tồn vẹn liệu cyclic redundancy check (CRC) có giá trị tương ứng với giá trị byte Nhờ byte CRC giúp cho master xác định có địa đọc có bị lỗi hay không Với 224 địa khác tạo số lượng lớn địa chỉ.Do vấn đề địa vấn đề chuẩn giao tiếp Kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện 1.2 Cách thức hoạt động: Tín hiệu bus wire chia thành khe thời gian 60 µs bit liệu truyền bus dựa khe thời gian (time slots) Các thiết bị slave cho phép có thời gian có chúc khác biệt từ thời gian danh nghĩa Tuy nhiên thiết bị master cần có định thời với độ xác cao, để đảm bảo giao tiếp với thiết bị salve có thời gian khác biệt Do quan trọng để tuân theo giới hạn thời gian mô tả phần sau Bốn thao tác hoạt động bus wire Reset/Presence, gửi bit 1, gửi bit 0, đọc bit Thao tác byte gửi byte đọc byte dựa thao tác bít 1.2.1 Gửi bit (“Write 1” signal) Thiết bị master kéo bus xuống mức thấp khoảng đến 15µs Sau nhả bus (releases the bus) hết phần cịn lại khe thời gian Hình 2: Gửi bit 1.2.2 Gửi bit ("Write 0" signal) Kéo bus xuống mức thấp 60µs, với chiều dài tối đa 120 µs Hình 3: Gửi bit Lưu ý: lần gửi bit (0 1), phải có khoảng thời gian phục hồi bus (recovery time) tối thiểu µs 1.2.3 Đọc bit: Thiết bị master kéo bus xuống mức thấp từ -15µs Khi thiết bị tớ sẻ giữ bus mức thấp muốn gửi bit 0, Nếu muốn gửi bit đơn giản nhả bus Bus nên lấy mẫu 15 µs sau bus kéo xuống mức thấp Kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Hình 4: Đọc bit 1.2.4 "Reset/Presence": Tín hiệu reset Presence(Báo diện) trình bày hình bên Thiết bị master kéo bus xuống thấp khe thời gian (tức 480 µs) sau nhả bus Khoảng thời gian bus mức thấp gọi tín hiệu reset Nếu có thiết bị slave gắn bus sẻ trả lời tín hiệu Presence tức thiết bị tớ sẻ kéo bus xuống mức thấp khoảng thời gian 60µs Nếu khơng có tín hiệu Presence, thiết bị master sẻ hiểu khơng có thiết bị slave bus, giao tiếp sẻ khơng thể diễn Hình 5: Reset/Presence 1.3 Lập trình giao tiếp Wire Gửi byte: void onewire_write(int8 data) { int8 count; for(count = 0; count < 8; ++count) { output_low(ONE_WIRE_PIN); delay_us(2); // pull 1-wire low to initiate write time-slot output_bit(ONE_WIRE_PIN, shift_right(&data, 1, 0)); // set output bit on 1-wire delay_us(60); // wait until end of write slot output_float(ONE_WIRE_PIN); // set 1-wire high again, delay_us(2); // for more than 1us minimum } } Đọc byte: int onewire_read() { int count, data; for(count = 0; count < 8; ++count) { Kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện output_low(ONE_WIRE_PIN); delay_us(2); // pull 1-wire low to initiate read time-slot output_float(ONE_WIRE_PIN); // now let 1-wire float high, delay_us(8); // let device state stabilise, shift_right(&data, 1, input(ONE_WIRE_PIN)); // and load result delay_us(120); // wait until end of read slot } return data; } Thao tác reset: #define ONE_WIRE_PIN PIN_A5 void onewire_reset() { output_low(ONE_WIRE_PIN); // pull the bus low for reset delay_us(500); output_float(ONE_WIRE_PIN); // float the bus high delay_us(500); // wait-out remaining initialisation window output_float(ONE_WIRE_PIN); } Cảm biến ngoại vi chuẩn Wire 2.1 Một số loại cảm biến ngoại vi giao tiếp với VĐK Wire - Cảm biến đo nhiệt độ DS18B20 DS18B20 IC cảm biến nhiệt độ, bao gồm chân, đóng gói dạng TO-92 chân nhỏ gọn DS18B20 giao tiếp thông qua giao thức dây dẫn với vi xử lý Đặc điểm DS18B20 sau: Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải 12bit Ngưỡng nhiệt độ rộng: -10°C đến 125°C Sai số cho phép: ±0.5°C Có chức cảnh báo nhiệt nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép Người dùng lập trình chức cho DS18B20 Bộ nhớ nhiệt độ cảnh báo không bị mất nguồn Cảm bien nhiet DS18B20 có mã nhận diện lên đến 64-bit, bạn kiểm tra nhiệt độ với nhiều IC DS18B20 mà dùng dây dẫn để giao tiếp với IC Kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Hình 6: Cảm biến đo nhiệt độ DS18B20 - Cảm biến đo nhiệt độ/độ ẩm DHT11 DHT11 Là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm thông dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thông qua giao tiếp 1-wire ( giao tiếp digital 1-wire truyền liệu nhất) Cảm biến tích hợp tiền xử lý tín hiệu giúp liệu nhận xác mà khơng cần phải qua tính tốn Đặc điểm: Điện áp hoạt động : 3V - 5V (DC) Dải độ ẩm hoạt động : 20% - 90% RH, sai số ±5%RH Dải nhiệt độ hoạt động : 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C Tần số lấy mẫu tối đa: Hz Khoảng cách truyển tối đa: 20m Sơ đồ chân Cảm biến DHT11 gồm chân cấp nguồn, chân tín hiệu Hiện nay, thơng dụng ngồi thị trường có hai loại đóng gói cho DHT11: chân chân Hình 7: Cảm biến đo nhiệt độ/độ ẩm DHT11 Kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Lập trình đo điểu khiển với cảm biến DS18B20 Sơ đồ đấu nối : Hình 8: Sơ đồ đấu nối với cảm biến DS18B20 Kỹ thuật vi xử lý vi điều khiển ... chuẩn giao tiếp Wire Các thiết bị tớ (slave) kết nối với bus phân biệt với nhờ 64 bit địa ( 64- bit serial number) byte ( 64 bit) chia làm ba phần chính: Bắt đầu với LSB, byte mã họ thiết bị có độ lớn... Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Hình 4: Đọc bit 1.2 .4 "Reset/Presence": Tín hiệu reset Presence(Báo diện) trình bày hình bên Thiết bị master kéo bus xuống thấp khe thời gian (tức 48 0 µs) sau nhả bus Khoảng... Hình 3: Gửi bit Hình 4: Đọc bit Hình 5: Reset/Presence Hình 6: Cảm biến đo nhiệt độ DS18B20 .5 Hình 7: Cảm biến đo nhiệt độ/độ ẩm DHT11