Dùng psoc để điều khiển các đồ điện gia dụng trong gia đình

Trờng đại học bách khoa hà nội Khoa điện Bộ môn: kỹ thuật đo tin học công nghiệp =======o0o======= đồ án môn học Đề tài : Dùng PSoC để điều khiển đồ điện gia dụng gia đình Sinh viªn thùc hiƯn Líp : Ngun Anh Tn - B : §L K : 46 MSSV : 20013043 Giáo viên hớng dẫn : Vũ Đức Trọng Hà Nội – 6/2005 6/2005 Môc lôc Môc lôc .1 Lời cảm ơn .4 Chơng I: Đặt vấn đề nhiƯm vơ th I Đặt vấn đề II NhiƯm vơ th .5 Chơng II: tổng quan psoc điện thoại I Tỉng quan vỊ psoc hä c8yc27 Nh÷ng nÐt chung KiÕn tróc phÇn lâi .7 2.1 Tỉng qu¸t 2.2 M8C 2.3 SROM 2.4 Điều khiển ngắt .10 2.5 Cổng vào công dơng chung (GPIO) 13 2.6 §iỊu khiĨn đầu tơng tự 14 2.7 IMO: Bộ tạo dao động bên 14 2.8 ILO (internal low speed oscilator) .14 2.9 32KHz crystal oscilatorr (ECO) 15 2.10 Vòng giữ pha (PLL) 17 2.11 Sleep and watchdog 17 HÖ thèng sè 18 3.1 KiÕn tróc tỉng qu¸t nhÊt vỊ hƯ thèng sè 18 3.2 KiÕn tróc cđa mét khèi 18 3.3 Các chức chÝnh cđa hƯ thèng sè 19 I Tổng quan điện thoại 20 chơng III: sơ đồ khối thiết kế phần cứng .20 I sơ đồ khối 21 II thiÕt kÕ phÇn cøng 22 Mạch tách sóng chuẩn hoá 22 1.1 Mạch tách sóng .22 1.2 Mạch chuẩn hoá 23 Khối xử lý điều khiÓn 25 Khèi ngo¹i vi 25 3.1 Khèi trun tin víi m¸y tÝnh 25 3.2 Khèi ®iỊu khiĨn ®ãng c¾t tiÕp ®iĨm 27 3.3 Khèi nguån nu«i 27 III sơ đồ nguyên lý 28 IV nguyên lý hoạt ®éng vµ sư dơng 29 Nguyên tắc hoạt động .29 Sư dơng 29 chơng IV: modul phần mÒm 30 i ii iii iv v modul power on 30 modul ngắt 30 modul chän tÇn: chän-f .31 modul khëi t¹o timer: init timer 31 modul int_srv .32 chơng v: đánh giá thiết bị 33 i NH÷NG NGUY£N NH¢N G¢Y RA sai sè 33 Nguyên nhân gây sai số thiết bị 33 Đánh giá sai số cđa thiÕt bÞ .33 ii đánh giá SAI Số CủA thiết Bị 33 Kết đạt đợc 33 Phạm vi ứng dụng đề tài 33 iii híng ph¸t triĨn cđa ®Ị tµi 33 phơ lôc .35 i ii chơng trình phần mềm 35 tµi liƯu tham kh¶o 35 Lời cảm ơn Trong thời gian làm đồ án môn học vừa qua, em đà tiến hành tìm hiểu đề tài: Dùng PSoC điều khiển đồ dùng gia dụng Đây đề tài đợc ứng dụng nhiều đời sống sau Khối lợng công việc lớn song với nỗ lực thân hớng dẫn tận tình thầy Vũ Đức Trọng, đề tài đà hoàn thành thời hạn Tuy đà cố gắng nhng hạn chế thời gian, kiến thức nên đồ án em không tránh khỏi sai sót, bất cập, em mong nhận đợc ý kiến đóng góp quý báu thầy bạn đọc để đề tài đợc hoàn thành trọn vẹn Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Đức Trọng đà giúp đỡ em thời gian làm đồ án Sự định hớng, giúp đỡ thầy đà tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài Hà Nội, ngày 7/06/2005 Sinh viên thực Nguyễn Anh Tuấn Chơng I: Đặt vấn đề nhiệm vụ th I Đặt vấn đề Sự phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật giúp cho sống ngời ngày tăng Việc ứng dụng khoa học vào đời sống hàng ngày cđa ngêi lµ rÊt nhiỊu Mét ý tëng míi là, dùng vi đièu khiển kết nối với máy điện thoại cố định để thực vài công việc gia đình Đối tợng điều khển đồ gia dụng nh: máy bơm, giàn phun nớc, mở nhà, Loại điều khiển điều khiển đóng mở Relay tếp điểm Trong tơng lai ứng dụng trở lên phổ biến sống Các ứng dụng làm cho sống hàng ngày ngời trở lên thú vị II nhiệm vụ th Nhằm mục đích trên, thầy giáo Vũ Đức Trọng đà hớng dẫn em tiến hành nghiên cứu, thiết kế chơng trình ứng dụng thử nghiệm sống Các chức điều khiển là: điều khiển từ xa vài dụng cụ gia đình nh lu số điện thoại gọi đến gọi Chong II: Tổng Quan Về PSoC Và Điện thoại I Tổng quan PSoC hä C8YC27*** Nh÷ng nÐt chung PSoC bao gåm khối sau: phần lõi PSoC, hệ thống số, hệ thống tơng tự, hệ thống nguồn tài nguyên, cỉng vµo vµ hƯ thèng Bus PSoC cã kiÕn tróc Harvard, tèc ®é xư lý nhanh:  Tèc ®é xư lý tíi 24MHz  Thanh chøa 32 bit  Công suất tiêu thụ thấp nhng có tốc độ cao Giải điện áp làm việc từ 3.0 Vdc đến 5Vdc Khi điện áp nhỏ 1.0V sử dụng chế độ máy bơm (SMP) chip Khoảng nhiệt độ làm việc từ: -400C đến +800C Khối tơng tự cung cấp: Các ADC 14 bit Các DAC bit Lập trình hệ số khuếch đại Lập trình lọc so sánh Khối số cung cấp chức tiêu biĨu nh:  Timer, Couter, PWM tõ ®Õn 32 bit  C¸c modules CRC, PRS  Hai bé UART d¹ng Full Duplex  Giao diƯn trun tin SPI (Master Slave) Các Bus kết nối tất chân GPIO Khối tạo nhịp: Bộ tạo dao động bên 24/48 MHz Bộ tạo dao động thạch anh 32KHz Bộ tạo dao dộng bên ngoài: khoảng 24MHz Bộ tạo dao động bên cho Watchdog Sleep Bộ nhớ chip: 16K bytes nhớ lu trữ chơng trình Flash, 50000 lần chu kỳ xoá/viết 256 bytes nhớ lu trữ liệu SRAM Kiến trúc phần lõi 2.1 Tổng quát Phần bao gồm: Lõi CPU (M8C) SROM Điều khiển ngắt Vào công dụng chung (GPIO) Điều khiển đầu tơng tự Bộ tạo dao động bên (IMO) Bộ tạo dao động tốc độ thấp bên (ILO) Bộ tạo dao động thạch anh 32khz (ECO) Vòng giữ pha (PLL) Sleep Watchdog Sơ đồ 1: KiÕn tróc tỉng qu¸t Port 5-0 SRAM SROM Analogs driver Bộ nhớ Flash bềnM8C Sleep Và Watchdog Điều khiển ngắt PLL IMO  ILO ECO 2.2 M8C M8C cã kiÕn tróc Harvard, tèc ®é xư lý tõ 93,7 KHz ®Õn 24 MHz Nó có ghi đợc sử dụng thực chơng trình: Thanh chứa (A) có độ dài 32 bit Thanh ghi số (X) Bộ đếm chơng trình (PC), có độ dài 16 bit Con trỏ ngăn xếp (SP), có độ dài 16 bit Các cờ (F), có độ dài bit 2.3 SROM SROM bao gồm: khối SROM vật lý lu trữ mà cho PSoC Mô tả kiến trúc: Bảng hàm Srom: Bảng 1: Bảng hàm SROM Mà lệnh Tên hàm Khoảng ngăn xếp 00h SWBootReset 01h Readblock 02h WriteBlock 03h EraseBlock 06h TableBlock 07h CheckSum 08h Calibrate0  C c 09h Calibrate1 hàm SROM đợc truy cập chØ dÉn SSC, nã cã m· hµm lµ 00h  Nếu ta gọi mà lệnh để sử dụng mà không định nghĩa chức SROM ta dùng hàm: halt Tất hàm SROM có khối thông số SRAM Ta phải định nghĩa trớc thực gọi hàm SSC Bảng 2: Các biến hàm SROM Tên biến địa SRAM KEY1/COUTER/RETURN CODE 0,F8h KEY2/TMP 0,F9h BLOCKID 0,Fah POINTER 0,FBh CLOCK 0.FCh Reserved 0,FDh DELAY 0,FEh Reserved 0,FFh  Hai biÕn quan trọng đợc sử dụng cho tất hàm KEY1-KEY2 Nó giúp cho ta phân biệt đợc SSC hợp lệ SSC không chắn KEY1 luôn giá trị 3Ah (KEY1 = 3Ah), KEY2 phải có giá trị tơng tự nh trỏ ngăn xếp hàm SROM bắt đầu thực Đó giá trị SP mà lệnh SSC đợc thực cộng thêm Nếu mà giá trị sai M8C thực hàm Haltcho đến KEY1-KEY2 có giá trị 2.4 Điều khiển ngắt Các ghi điều khiển ngắt: Bảng 3: Các ghi điều khiển ngắt Tên ghi §Þa chØ INT_CLR0 0,DAh INT_CLR1 0,DBh INT_CLR3 0,DDh INT_MSK3 0,DEh INT_MSK1 0,E1h INT_MSK0 0,E0h INT_VC 0,E2h xF7h  CPU_F C¸c nguồn báo ngắt: Các khối số hệ thống số Các cột tơng tự hệ thống tơng tự Ngắt việc cung cấp điện áp Chế độ ngủ Nhịp đồng hồ thay đổi Ngắt Bảng 4: bảng ngắt Mức u tiên ngắt Địa ngắt Tên ngắt (Cao nhất) 0000h Reset 0004h Cung cấp điện áp 0008h Cột tơng tự 000Ch Cét t¬ng tù 0010h Cét t¬ng tù 0014h Cét t¬ng tù 0018h VC3 001Ch GPIO 0020h Khèi DBB00 0024h Khèi DBB01 10 0028h Khèi DBB02 11 002Ch Khèi DBB03 12 0030h Khèi DBB10 13 0034h Khèi DBB11 14 0038h Khèi DBB12 15 003Ch Khèi DBB13 24 0060h I2C 25 0064h Sleep timer sơ đồ 2: Sơ đồ khối việc điều khiển ngắt Đặt ngắt Mà hoá mức u tiên INT_CLKx V ecter ngắt D Q Nguồn ngắt Yêu cầu ngắt Timer, GPIO INT_MSKx M8C GIE 2.4.1 Thanh ghi INT_CLRx Đây ghi xoá ngắt, chúng giữ bit cho nguồn báo ngắt Bảng 5: Các ghi xoá ngắt Tên Bit Bit Bit Bit Bit Bit Bit1 Bit Acess Int_clr0 VC3 Sleep GPIO Analog Analog Analo g1 Analog V monit or RW: 00 Int_clr1 DCB13 DCB12 SBB11 DBB10 DCB03 DCB0 DCB01 DBB00 RW: 00 I2C RW: 00 Int_clr3 Khi ngời gọi hay ngời đợc gọi muốn lu lại số ta phải đăng ký với tổng đài Nói tóm lại, bạn muốn dùng điện thoại vào công việc khác ta phải đăng ký với tổng đài Chơng III: sơ đồ khối thiết kế phần cứng I Sơ Đồ Khối PSoC Điện thoại Mạch tách sóng mạch chuẩn hoá LED báo hiệu CY8C27443_24PI Truyền tin với máy tính RS232 Khối điều khiển đóng cắt tiếp điểm II Thiết kế phần cứng Mạch tách sóng chuẩn hoá 1.1 Mạch tách sóng - Giả sử điện thoại ta để chế độ tơng tự - Tín hiệu đợc điều biên - Mạch tách sóng dùng mạch tách sóng chỉnh lu Mạch tách sóng chỉnh lu có hai sơ đồ: mắc nối tiếp mắc song song D C R Hình 1: sơ đồ mắc nối tiếp C D R Hình 2: sơ đồ mắc song song - Chó ý: NÕu tÝn hiƯu t¸ch sãng cha đủ lớn ta phải khuếch đại tách sóng tín hiệu lớn không bị méo phi tuyến - Trong sơ đồ ta chọn mạch tách sóng nối tiếp tải sơ đồ tách song song có điện áp cao tần Vì vậy, dùng sơ đồ mắc song song ta cần dùng thêm mạch lọc - Tính toán lựa chọn c¸c linh kiƯn R, C: Ta chän R,C cho: 10/wt < RC < 1/wsmax Thùc tÕ, ta chØ cÇn chän R, C cho: wt >= 100wsmax VËy chän: R = 1K C = 1nF - Chó ý: kh«ng đợc chọn C lớn - Sơ đồ nguyên lý mạch tách sóng: D C1 1nF R1 1K 1.2 Mạch chuẩn hoá Mạch chuẩn hoá đầu vào so sánh có trễ theo sơ đồ thuận Lý em không dùng so sánh thông thờng tách sóng dù hay nhiều bị ảnh hởng méo phi tuyến Nếu ta dùng mạch so sánh bình thờng phản hồi gây sai số lớn Sơ đồ: R3 R2 Uv + Ur - Uv (R2//R3)=R4 Ta cã: UPmax = Urmax*R1/(R1 + R2) UPmin = Urmin* R1/ ( R1 + R2) Utr = UPmax - UPmin TÝnh to¸n lùa chän R: Chọn điện trở Utr cho Kv = Kht*K0 > Do ®ã chän: R2 = R# = 15K R4 = 7.5K Sơ đồ: mạch nguyên lý cđa khèi chn ho¸