Nghiên cứu thiết kế thiết bị huấn luyện báo vụ trên công nghệ dspic

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ HUẤN LUYỆN BÁO VỤ TRÊN CÔNG NGHỆ DSPIC Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: Học viên: HOÀNG VIỆT SƠN Người HD khoa học: PGS.TS ĐỖ XUÂN TIẾN THÁI NGUYÊN NĂM 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến LỜI MỞ ĐẦU Đối với quân đội ta nhiệm vụ trọng tâm thời bình huấn luyện chiến đấu để đảm bảo cho đội có đủ sức mạnh tinh thần, vật chất sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ đƣợc giao Quán triệt chủ trƣơng đại hoá quân đội Đáp ứng yêu cầu ngày tăng công tác huấn luyện quân thời kỳ đổi đại Sự phát triển vƣợt bậc khoa học kỹ thuật năm gần Đối với lĩnh vực quân sự, công nghệ điện tử, tin học nói chung kỹ thuật vi xử lý nói riêng đƣợc ứng dụng để cải tiến, nâng cấp chế tạo trang thiết bị phục vụ huấn luyện chiến đấu sẵn sàng chiến đấu Hiện phƣơng thức truyền tin vô tuyến điện báo MORSE (Bảng mã MORSE cở sở để mã hố / giải mã thơng tin thực truyền tin vô tuyến điện báo) phổ biến Qua trình học tập, với tìm hiểu đơn vị thông tin Tôi nhận thấy trang thiết bị dùng cho huấn luyện báo vụ cịn thơ sơ Chính vậy, phải sử dụng phƣơng pháp huấn luyện thủ công chủ yếu Từ chất lƣợng huấn luyện báo vụ, nhƣ trình độ đội ngũ nhân viên báo vụ cịn nhiều hạn chế Thơng qua nội dung mơn học khố học, Đã trang bị kiến thức đầy đủ lập trình chƣơng trình điều khiển cho ONCHIP, nhƣ kiến thức thiết kế mạch điện chức có ứng dụng ONCHIP Trên sở vi xử lý hãng Intel, ngày với công nghệ cao ngƣời ta chế tạo vi xử lý ONCHIP có tốc độ xử lý nhanh, dung lƣợng nhớ ROM, RAM lớn tích hợp sẵn nhiều chức Tiểu biểu ONCHIP nhƣ 89, AVR, đặc biệt PIC DSPIC hãng MICROCHIP sản xuất PIC, DSPIC phù hợp với tất ứng dụng từ đơn giản đến phức tạp Đặc biệt phù hợp giải tốn điều khiển, nên ngƣời ta cịn gọi vi điều khiển PIC, DSPIC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xn Tiến Ngồi việc dùng ngơn ngữ lập trình ASM thơng dụng, cịn sử dụng ngơn ngữ lập trình khác nhƣ : C, PASCAL, BASIC để lập trình cho hệ thống Tất nội dung lý thúc đẩy đến chọn đề tài cho luận văn tốt nghiệp có tên là: "Nghiên cứu thiết kế thiết bị huấn luyện báo vụ công nghệ DSPIC" Đề tài gồm có chƣơng: + Chƣơng một: Tổng quan công nghệ vi điều khiển PIC, DSPIC + Chƣơng hai: Lập trình cho chức PIC, DSPIC + Chƣơng ba: Tổng quan thiết bị huấn luyện báo vụ chuyên dùng + Chƣơng bốn: Thiết kế chế tạo phần cứng + Chƣơng năm: Thiết kế lập trình phần mềm Kết nghiên cứu đề tài sản phẩm đƣợc ứng dụng đơn vị huấn luyện quân đội, đảm bảo thơng tin vơ tuyến điện báo Ngồi kết nghiên cứu đề tài mở hƣớng việc ứng dụng công nghệ PIC, DSPIC để nghiên cứu thiết kế, chế tạo trang thiết bị quân Nội dung luận văn nguồn tài liệu tƣơng đối đầy đủ công nghệ PIC, DSPIC, cách đƣa công nghệ ứng dụng thực tế Giúp cho sinh viên khác, cho muốn học tập nghiên cứu để ứng dụng công nghệ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VI ĐIỀU KHIỂN PIC, DSPIC 1.1 Giới thiệu hệ vi điều khiển PIC, DSPIC Vi điều khiển thực chất cấu trúc siêu nhỏ, bao gồm linh kiện điện tử có kích thƣớc cỡ MICRO NANO Các linh kiện đƣợc kết hợp với nhau, sau đƣợc nối tới thiết bị bên ngồi thơng qua chân vi điều khiển Chính hiểu đƣợc kiến trúc vi điều khiển, thuận tiện sử dụng chúng vào ứng dụng Kiến trúc vi điều khiển, giống nhƣ kiến trúc máy tính Các vi điều khiển nay, thƣờng phổ biến hai dạng kiến trúc sau Kiến trúc VON NEUMANN, kiến trúc HARVARD Sự khác hai kiến trúc này, chỗ việc tổ chức nhớ liệu nhớ chƣơng trình Kiến trúc VON NEUMANN tổ chức nhớ liệu chƣơng trình chung với nhau, vi điều khiển có kiến trúc sử dụng chung đƣờng truyền (BUS) Ƣu điểm vi điều khiển có kiến trúc tận dụng đƣợc tài nguyên nhớ, nhƣng nhƣợc điểm tốc độ xử lý khơng đạt cao Cịn kiến trúc HARVARD lại tách rời nhớ liệu nhớ chƣơng trình, đƣờng truyền (BUS) đƣợc tách riêng Vì vi điều khiển có kiến trúc đạt tốc độ xử lý cao, nhƣng nhƣợc điểm không tận dụng đƣợc tài nguyên nhớ Mặt khác đƣờng truyền liệu đƣờng truyền lệnh điều khiển, có dung lƣợng khác Hiện có họ vi điều khiển tiếng, 8051 (Bao gồm AVR), MOTOROLA PIC (Bao gồm DSPIC) Để hiểu đƣợc vi điều khiển, sử dụng thành thạo cần phải có kiến thức sau: - Tìm hiểu kiến trúc máy tính, kiến trúc VON MEUMANN, kiến trúc HARVARD; - Tìm hiểu khái niệm RISC, CISC; - Khái niệm ghi; Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến - Khái niệm STACK; - Khái niệm trỏ POINTER; - Khái niệm địa chỉ, địa gián tiếp ghi; - Khái niệm định thời (TIMER); - Khái niệm ngắt trong, ngắt - Các chuẩn giao tiếp RS232, USB, I2C - Thành thạo số ngơn ngữ lập trình cho vi điều khiển PIC tên viết tắt "Máy tính thơng minh" (PROGRAMMABLE INTELLIGENT COMPUTER) hãng GENERAL INSTRUMENT đặt tên cho vi điều khiển hãng PIC1650 Đây vi điều khiển đầu tiên, đồng thời tiền đề cho đời vi điều khiển họ PIC sau hãng Họ vi điều khiển PIC có cấu trúc HARVARD, có tốc độ xử lý cao Đồng thời dung lƣợng nhớ liệu, nhớ chƣơng trình tƣơng đối lớn Họ vi điều khiển PIC phù hợp với ứng dụng từ đơn giản đến ứng dụng phức tạp, đặc biệt phù hợp với ứng dụng có liên quan đến cấu điều khiển Đến ngày nay, PIC1650 đƣợc phát triển thành PIC16C54 Hãng MICROCHIP (WWW.MICROCHIP.COM) tiếp tục phát triển sản phẩm vi điều khiển, có vi điều khiển PIC Cho đến nay, sản phẩm vi điều khiển PIC MICROCHIP gần 100 loại sản phẩm từ họ 10Fxxx, 18LFxxx, 18Fxxx đến họ 12Cxxx, 12Fxxx, 16Cxxx, 17Cxxx, 16Fxxx, 16Fxxx,16FxxxA, 16LFxxxA, 18Fxxx, 18LFxxx Tuy nhiên có số họ PIC khơng cịn đƣợc sản xuất Hiện hãng MICROCHIP có họ vi điều khiển 16-BIT, gồm PIC24H PIC24F Tiếp đến họ vi điều khiển 32-BIT có tên PIC32MX, họ vi điều khiển DSPIC30F DSPIC33F Phân loại PIC theo chữ cái: Các họ PIC xxCxx đƣợc đƣa vào nhóm, gọi nhóm OTP (ONE TIME PROGRAMMANBLE) Nhóm lập trình nạp chƣơng trình cho đƣợc lần nhất, khơng thể thay đổi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến chƣơng trình bên mạch điện thơng thƣờng Nhóm thứ hai theo cách phân chia này, số cịn lại với chữ F, LF 16C84 Nhóm nhóm FLASH, cho phép ghi xố mạch điện tử thông thƣờng (Ngày ngƣời ta cịn sản xuất loại này) Chúng ta gọi nhóm nhóm FLASH, nhƣng thực tế bao gồm nhóm EEPROM FLASH Tuy nhiên, chung đặc điểm ghi xố nhiều lần nên gọi chung thành nhóm FLASH Phân loại PIC theo hai số sản phẩm: Đây cách phân loại thơng dụng, họ PIC DSPIC thuộc nhóm FLASH Do cách phân loại nói lên đƣợc khác họ vi điều khiển PIC DSPIC Loại thứ dòng PIC (BASE-LINE), gồm PIC 12Cxxx, loại thứ hai dòng PIC 10,12F 16, gọi dịng phổ thơng (MID-RANGE) Loại thứ ba dòng PIC 18 (HIGH-END) Sự khác dịng độ dài lệnh (INSTRUCTION WORD LENGTH), với dịng BASE-LINE có độ dài lệnh 12 BIT, MID-RANGE có độ dài lệnh 14 BIT HIGH-END có độ dài từ lệnh 16-BIT Tuy nhiên dịng PIC có độ dài từ lệnh lớn thƣờng có nhớ ROM, RAM lớn hơn, tích hợp sẵn nhiều chuẩn giao tiếp ví dụ: Dịng PIC 16F8xxA dịng PIC MID-RANGE, thơng dụng Việt Nam PIC 16F877A Cấu hình cụ thể dịng nhƣ sau: Bảng 1-1 Cấu hình PIC16FxxxA Từ bảng thấy PIC 16F877A có cấu hình nhƣ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến - Bộ nhớ chƣơng trình (PROGRAM MEMORY): 14.3 KBYTES - Số lệnh điều khiển (WORD INSTRUCTIONS): 8192 lệnh - Bộ nhớ SRAM: 368 BYTES - Bộ nhớ EEPROM (bộ nhớ EPROM nội): 256 BYTES - Số chân I/O = 33 chân - Số chân nhận tín hiệu vào để chuyển đổi A/D 10 BIT: chân - Tích hợp sẵn giao tiếp PWM (Điều khiển động cơ) - Tích hợp sẵn giao tiếp SPI - Tích hợp sẵn giao tiếp I2C - Tích hợp sẵn giao tiếp USART - Tích hợp sẵn định thời BIT, định thời 10 BIT - Tích hợp sẵn so sánh Dòng PIC 18Fxxxx dòng PIC HIGH-END, thông dụng Việt Nam PIC 18F4550 Cấu hình cụ thể dịng nhƣ sau: Bảng 1-2 Cấu hình PIC18Fxxxx Từ bảng thấy PIC 18F4550 có cấu hình nhƣ sau: - Bộ nhớ chƣơng trình (PROGRAM MEMORY): 32 KBYTES (Lớn gấp lần so với dòng 16F877A) - Số lệnh điều khiển (WORD INSTRUCTIONS): 16384 lệnh - Bộ nhớ SRAM: 2048 BYTES - Bộ nhớ EEPROM (bộ nhớ EPROM nội): 256 BYTES - Số chân I/O = 35 chân Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến - Số chân nhận tín hiệu vào để chuyển đổi A/D 10 BIT: 13 chân - Tích hợp sẵn giao tiếp PWM (Điều khiển động cơ) - Tích hợp sẵn giao tiếp SPI Tích hợp sẵn giao tiếp I2C - Tích hợp sẵn giao tiếp USART - Tích hợp sẵn định thời BIT, định thời 16 BIT - Tích hợp sẵn so sánh - Tích hợp sẵn chuẩn giao tiếp USB Cịn dịng DSPIC có cấu hình cụ thể nhƣ sau: Bảng 1-3 Cấu hình DSPIC30Fxxxx 1.2 Cấu trúc PIC, DSPIC 1.2.1 Cấu trúc chân cắm PIC DSPIC thƣờng có cấu trúc vỏ chíp (Bộ chân cắm) kiểu QFN, TQFP nhƣng thông dụng kiểu PDIP Cụ thể nhƣ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến Hình 1-1 Cấu trúc chân cắm QFN, TQFP PIC Hình 1-2 Cấu trúc chân cắm PDIP DSPIC PIC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến 1.2.2 Chức chân vi điều khiển Một chân vi điều khiển thƣờng có nhiều chức năng, nhƣng thời điểm thực đƣợc chức cụ thể Việc thực chức ngƣời lập trình quy định, chức chân đƣợc thay đổi vi điều khiển hoạt động Thông thƣờng chân vi điều khiển đƣợc chia thành nhóm sau đây: - Các chân dùng để cấp nguồn - Các chân dùng để nối tới thạch anh - Các cổng I/O - Các chân chức Ví dụ vi điều khiển 18F4550, chức chân nhƣ sau: Trong chân có chức nhƣ sau: + Các chân cấp nguồn: - Chân 11, 32 (VDD) - Chân 12, 31(VSS) + Các chân nối tới thạch anh, dao động ngồi: - Chân 13 (Osc1) Hình 1-3 Cấu trúc chi tiết chân cắm PIC 18F4550 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 117 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến //=====================Ngắt thu I2C============================ #INT_SSP void i2c_isr() { int8 ka; int8 state; state= i2c_isr_state(); if (state < 0x80) { value = i2c_read(); if (value=='!') {index_i2c=0; data_bd=0;} //else{index_i2c=index_i2c+1;} //data_i2c[index_i2c]=value; if (value!='!' && data_bd==0) { index_i2c=index_i2c+1; data_i2c[index_i2c]=value;} if (value!='!' && data_bd==1) { ++index; thu[index]=value;} if (value=='%')// ket thuc chuoi i2c => xu ly { if (data_i2c[1]=='T') // Lenh HL thu bao { play_STOP=0; phatbao=1; } if (data_i2c[1]=='?') //slave=>master: bd, td,td1 -{ datap_i2c[1]='!'; datap_i2c[2]=(file/100); datap_i2c[3]=(file%100)/10; datap_i2c[4]=(file%100)%10; datap_i2c[5]=(td/100); datap_i2c[6]=(td%100)/10; Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 118 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến datap_i2c[7]=(td%100)%10; datap_i2c[8]=td1; indexp_i2c=8; } if(data_i2c[1]=='V') //master => slave: td,td1 { td=((int16)data_i2c[2]*100)+((int16)data_i2c[3]*10)+(int16)data_i2c[4]; td1=data_i2c[5]; trep=data_i2c[5]-1; if (trep slave: STOP. -{ play_STOP=2; } if (data_i2c[1]=='Z') //master => slave dieu khien tan so cua bo dao dong { tanso=data_i2c[2]-2; output_E(tanso); } if (data_i2c[1]=='E') //HL thu co PCT, hoac PCD { wmax=data_i2c[2]; lso=data_i2c[3]; lcai=data_i2c[4]; tongchu=((int16)data_i2c[5]*100)+((int16)data_i2c[6]*10)+(int16)data_i2c[7]; //tong so chu toan ban dien xoathu(); index=0; data_bd=1; } Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 119 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS: Đỗ Xuân Tiến if (data_i2c[1]=='P') { play_STOP=0; phatbao=2; } }// -ket thuc chuoi i2c } if (state == 0x80)//data tu slave > master { if (indexp_i2c>=1) //co data can truyen ve master { i2c_write(datap_i2c[1]); indexp_i2c=indexp_i2c-1; for (ka=0;ka