giao tiếp giữa máy tính và vi xử lý trong hệ thông scada

Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : GVHD : THẦY HUỲNH HỮU PHƯƠNG SVTH : CHÂU THỊ BÍCH NGA MSSV : 49700931 LỚP : DD97-TỰ ĐỘNG THÁNG 1.2002 Luận Văn Tốt Nghiệp 3 SVTH: Châu Thò Bích Nga Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp là đúc kết quá trình học tập trong suốt những năm tháng dưới mái trường đại học, để đạt được kết quả ngày hôm nay, ngoài sự phấn đấu của bản thân em là công ơn sinh thành và dưỡng dục của cha mẹ, công ơn dạy dỗ của thầy cô, sự quan tâm giúp đỡ của những người thân bè bạn. Em xin dâng lên cha mẹ, thầy cô, bè bạn và những người thân yêu nhất với tấm lòng thành kính và tri ân sâu sắc. Nhân dòp này em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại Học Bách Khoa nói chung và các thầy cô trong bộ môn Điều Khiển Tự Động nói riêng đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Đặc biệt em xin cảm ơn Thầy Huỳnh Hữu Phương đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. TP.HCM ngày 14/1/2002 Sinh viên thực hiện Châu Thò Bích Nga Luận Văn Tốt Nghiệp 4 SVTH: Châu Thò Bích Nga Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương Nhận Xét Của Giáo Viên Phản Biện Luận Văn Tốt Nghiệp 5 SVTH: Châu Thò Bích Nga Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn Luận Văn Tốt Nghiệp 6 SVTH: Châu Thò Bích Nga Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương MỤC LỤC: NỘI DUNG trang Giới thiệu chung 01 CHƯƠNG 1: GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG 03 I. Giới thiệu 03 II. Protocol 05 1. Khái niệm 05 2. Xây dựng Protocol 06 a) Cấu trúc frame dữ liệu 06 b) Xây dựng Protocol 08 III. Truyền thông nối tiếp 09 1 Thanh ghi diều khiển đường truyền 10 2 Thanh ghi điều khiển MODEM 11 3 Thanh ghi trạng thái đường dây 12 4 Chuẩn giao tiếp RS-232 13 5 Giới thiệu IC Max_232 15 CHƯƠNG 2: CƠ LƯC AT89C51 17 I. Khái quát về họ IC MCS-51 17 II. Giới thiệu AT89C52 18 1. Những đặc trưng cơ bản 20 2. Cấu hình chân 20 III. Tổ chức bộ nhớ 25 1. RAM đa dụng 25 2. RAM đòa chỉ hoá từng bit 27 3. Các bank thanh ghi 27 IV. Các thanh ghi chức năng đặc biệt 29 1 Từ trạng thái chương trình 30 2 Thanh ghi B 32 3 Con trỏ ngăn xếp 32 4 Con trỏ dữ liệu 33 5 Các thanh ghi port xuất nhập 33 Luận Văn Tốt Nghiệp 7 SVTH: Châu Thò Bích Nga Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương 6 Các thanh ghi timer 34 7 Các thanh ghi port nối tiếp 35 8 Các thanh ghi ngắt 36 9 Thanh ghi điều khiển công suất 36 V. Bảo vệ bộ nhớ 36 VI. Hoạt động của port nối tiếp 37 1 Giới thiệu 37 2 Thanh ghi điều khiển port nối tiếp 38 3 Các chế độ hoạt động 40 4 Khởi động và truy xuất các thanh ghi cổng nối tiếp 44 5 Tốc độ baud port nối tiếp 47 CHƯƠNG 3: RTX51 TINY 50 Giới thiệu chung 50 1. Giới thiệu phần mềm KEIl 50 2. Chương trình tuần hoàn thời gian biểu của RTX51 51 3. Các yêu cầu và đònh nghóa 55 4. Các hàm thư viện của RTX51 56 CHƯƠNG 4: BOARD DEMO-KIT 59 I. Khối hiển thò 60 II. Khối giao tiếp A/D - D/A 62 III. Khối RS-232 68 IV. Khối output (rơle) 70 V. Khối input 71 CHƯƠNG 5: Phần 1: TẬP LỆNH 72 I. Giới thiệu tập lệnh 72 II. Nội dung tập lệnh 73 Phần 2: MÔ TẢ CHƯƠNG TRÌNH 76 Chương trình nhận chuỗi 78 Chương trình kiểmtra 80 Chương trình xử lý tập lệnh 81 Chương trình đóng gói dữ liệu 83 Luận Văn Tốt Nghiệp 8 SVTH: Châu Thò Bích Nga Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương Chương trình Demo-Kit 85 Phần 3: Chương trình 88 Báo cáo kết quả 146 Luận Văn Tốt Nghiệp 9 SVTH: Châu Thò Bích Nga Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương Giới thiệu chung : Như chúng ta đã biết trong điều kiện khoa học kỹ thuật và kinh tế phát triển như hiện nay thì qui trình tự động hóa trong công nghiệp và sản xuất hầu như không thể thiếu được . Nó đóng một vai tró hết sức quan trọng trong việc giúp tăng năng suất , tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả sản xuất . Trong đó một vai trò không thể không nhắc đến của qui trình tự động hóa là thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa . Để kiểm tra tình hình sản xuất cũng như trạng thái hoạt động của từng phân xưởng ta không thể cứ cho người đến tận nơi , kiểm soát từng hoạt động và quay về báo cáo nếu có sự cố xảy ra mà nhất thiết phải có một hệ thống thu thập dữ liệu từ xa . Khi đó, người kỹ sư vận hành chỉ cần ngồi tại bàn điều khiển và quan sát những trạng thái được cập nhật về liên tục để có thể xử lý kòp thời những tình huống xảy ra thông qua quá trình liên kết dữ liệu, mà không phải mất thời gian đi đến nơi có xảy ra sự cố . Không dừng ở đó , việc thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa còn là một nhân tố quản lý, một yếu tố tất yếu cho sự phát triển của tất cả các ngành nghề , các lónh vực khác như giao thông vận tải ( theo dõi các trạm giao thông đường bộ, hàng hải , hàng không … ) , điện lực , y tế . . . Luận Văn Tốt Nghiệp 10 SVTH: Châu Thò Bích Nga Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương Biết được ý nghóa và tầm quan trọng của nó nên chúng em quyết đònh nghiên cứu và hy vọng có cơ hội mở rộng đề tài này . Tổng quan về công việc thực hiện như sau : - Xây dựng một tập lệnh trong giao tiếp giữa Máy tính và micro- controller. - Xây dựng một giao thức truyền nhận thông tin (Protocol). - Sử dụng tập lệnh theo yêu cầu mong muốn . - Xây dựng một chương trình demo như một ứng dụng cụ thể của đề tài . Luận Văn Tốt Nghiệp 11 SVTH: Châu Thò Bích Nga Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương Chương 1: GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG I. GIỚI THIỆU: Sơ đồ các lớp cơ bản xây dựng cho quá trình liên kết dữ liệu giữa 2 đối tượng sử dụng: Mục đích chính của luận văn này không nhằm thực hiện một ứng dụng điều khiển cụ thể mà tạo nên một ứng dụng mới trong giao tiếp dữ Luận Văn Tốt Nghiệp 12 SVTH: Châu Thò Bích Nga Tập lệnh Frame dữ liệu RS-232 USER 1 Lớp vật lý Quản lý truyền tin Liên kết dữ liệu Dữ liệu USER 2 Lớp vật lý Quản lý truyền tin Liên kết dữ liệu Dữ liệu Chương trình ngươi sử dụng Chương trình người sử dụng Xử lý giao tiếp thiết bò [...]... cầu mới cho vi xử lý nhằm mục đích nhắc lại frame vừa truyền Khi nhận được frame này, khối vi xử lý kiểm tra quá trình xử lý trước đó thực hiện xong chưa và trả lời lại cho PC - Nếu sau vài lần gởi mà PC vẫn không nhận được trả lời từ vi xử lý thì xem như đường truyền bò lỗi Nếu đường truyền bò lỗi hoặc có thông báo lỗi từ vi xử lý gởi về thì PC sẽ gởi một frame truyền mới mang đầy đủ thông tin ban... thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương liệu thành công, tức PC phải nhận được trả lời từ vi xử lý theo đúng yêu cầu mà nó gởi đến và kết thúc một chu trình liên kết dữ liệu III TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP: Ta có thể thực hiện truyền dữ liệu giữa máy tính và vi xử lý theo nhiều chuẩn khác nhau Vì trong luận văn này sử dụng đến vi c thu phát dữ liệu theo kiểu nối tiếp nên cần phải khái quát vài nét về... dòch và thanh ghi phát trống 0 : Thanh ghi dòch còn chứa dữ liệu 0 4 Chuẩn RS-232: Chuẩn RS-232 lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1962 do hiệp hội kỹ thuật điện tử EIA (Electronics Industries Association) như là chuẩn giao tiếp truyền thông giữa máy tính và một thiết bò ngoại vi (modem, máy vẽ, mouse, máy tính khác,……) Cổng giao tiếp RS-232 là giao diện phổ biến rộng rãi nhất Người dùng máy tính. .. với khối vi xử lý Khối vi xử lý luôn đóng vai trò của một slave; trong quá trình hoạt động, nó phải chờ chỉ được quyền gởi tín hiệu trả lời mỗi khi nhận được yêu cầu từ PC Do các tác vụ trong chương trình được thực hiện song song theo hệ thời gian thực (multitasking), nên đôi khi khối vi xử lý có thể gởi tín hiệu trả lời ngay khi yêu cầu từ PC gởi đến chưa được xử lý xong (nếu thời gian xử lý vượt quá... gởi đến đầu 2 và hy vọng trong thời gian này nó nhận được thông báo đã nhận đúng từ đầu 2 Và nếu không thì sau vài lần lặp lại (được đònh trước ) mà đầu “1” vẫn không nhận được thông báo nhận đúng từ đầu “2” nó xem như đường truyền bò lỗi và thông báo ra ngoài 2 Xây dựng Protocol: Xây dựng một protocol cho quá trình trao đổi dữ liệu trong trường hợp mạch vi xử lý đóng vai trò slave và máy tính (PC) đóng...Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương liệu giữa hai đối tượng là máy tính và khối vi xử lý Vì thế, chương trình người sử dụng, liên kết giữa hai đối tượng sử dụng- user 1và user2 ( tức chương trình Demo-Kit thực hiện trong phần cuối chương trình ) không phải là trọng tâm mà chỉ là một ứng dụng cụ thể của đề tài Vì thế, nó chỉ xây dựng các dạng sóng vào ra một cách đơn... trước đó) + bit b2 : bit này chỉ được gởi đi từ vi xử lý để báo với PC kết quả của lần truyền vừa rồi b2=0 : dữ liệu gởi từ PC đến vi xử lý nhận đúng b2=1 : dữ liệu gởi từ PC đến vi xử lý bò lỗi - 1 byte length : chỉ số byte của chuỗi data cộng một byte “↵” kết thúc frame truyền - Các byte data : mang thông tin yêu cầu của master (PC) đối với slave (vi xử lý) dựa trên qui tắc tập lệnh Chuỗi data bao... thanh ghi và các port xuất nhập đã được xếp trong bộ nhớ và có thể được truy xuất trực tiếp giống như các đòa chỉ bộ nhớ khác • Ngăn xếp bên trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngoài như trong các bộ vi xử lý khác Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip: Theo hình vẽ sau, RAM bên trong 8051/8031 được phân chia giữa các bank thanh ghi (00H–1FH), RAM đòa chỉ hóa từng bit (20H–2FH), RAM đa dụng (30H–7FH) và các thanh... (Lối vào) 22 SVTH: Châu Thò Bích Nga Chương 1: Giao thức truyền thông 9 22 GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương RI _ Ring Indicator (Lối ra) Vi c truyền dữ liệu xảy ra trên hai đường dẫn Qua chân cắm ra TxD, máy tính gởi dữ liệu của nó đến các thiết bò khác Trong khi đó dữ liệu mà máy tính nhận được, lại được dẫn đến chân nối RxD Các tín hiệu khác đóng vai trò như là tín hiệu hỗ trợ khi trao đổi thông tin và. .. đònh cho 1 tác vụ) Khi đó, khối vi xử lý sẽ tạo nên một frame truyền trả về PC, không mang theo nội dung trả lời cho yêu cầu của PC mà chỉ có các byte control fiels với mục đích thông báo kết qua vừa nhận được từ PC là đúng hay sai (nhờ vào bit b2 của byte control fiel) - Nếu trong một khoảng thời đònh trước mà PC chưa nhận được tín hiệu trả lời từ vi xử lý, nó sẽ gởi tiếp một frame khác Frame này chỉ . chuẩn giao tiếp truyền thông giữa máy tính và một thiết bò ngoại vi (modem, máy vẽ, mouse, máy tính khác,……). Cổng giao tiếp RS-232 là giao diện phổ biến rộng rãi nhất. Người dùng máy tính PC. dụng Xử lý giao tiếp thiết bò Chương 1: Giao thức truyền thông GVHD: Thầy Huỳnh Hữu Phương liệu giữa hai đối tượng là máy tính và khối vi xử lý. Vì thế, chương trình người sử dụng, liên kết giữa. TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP: Ta có thể thực hiện truyền dữ liệu giữa máy tính và vi xử lý theo nhiều chuẩn khác nhau. Vì trong luận văn này sử dụng đến vi c thu phát dữ liệu theo kiểu nối tiếp nên