đồ án môn học iii thiết kế và thi công mạch tổng đài nội bộ pabx 1 trung kế 4 thuê bao

Khái niệm tổng đài: Tổng đài điện thoại là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối các cuộcliên lạc từ thiết bị đầu cuối chủ gọi đến thiết bị đầu cuối bị gọi.. Trong tổng đài cơ

LỜI CẢM ƠN

LỜI NÓI ĐẦU

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

PHẦN I 8

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

Chương 1 9

Giới thiệu chung về tổng đài 9

1 Khái niệm tổng đài: 9

2 Phân loại tổng đài: 9

2.1 Phân loại theo công nghệ: 9

Tổng đài nhân công : 9

Tổng đài tự động: 10

2.2 Phân loại cấu trúc mạng điện thoại Việt Nam 11

3 Các chức năng của hệ thống tổng đài: 11

3.1 Nhận dạng thuê bao gọi: 12

3.2 Tiếp nhận số được quay: 12

3.3 Kết nối cuộc gọi: 12

3.4 Chuyển thông tin điều khiển: 12

3.5 Kết nối trung chuyển: 13

3.6 Kết nối trạm cuối: 13

3.7 Truyền tín hiệu chuông: 13

3.8 Tính cước: 13

3.9 Truyền tính hiệu báo bận: 13

3.10 Phục hồi hệ thống: 13

4 Các thông tin báo hiệu trong mạng điện thoại: 14

4.1 Giới thiệu: 14

4.2 Phân loại các thông tin âm hiệu: 15

Thông tin về yêu cầu và giải tỏa cuộc gọi: 15

Thông tin chọn địa chỉ: 15

Thông tin chấm dứt chọn địa chỉ 15

Thông tin giám sát: 15

4.3 Báo hiệu trên đường dây thuê bao: 15

Báo hiệu trên đường dây thuê bao gọi: 15

Báo hiệu trên đường dây thuê bao bị gọi: 16

4.4 Hệ thống âm hiệu của tổng đài 17

Tín hiệu chuông:(Ringging Signal) 17

Tín hiệu mời gọi(dialtone): 18

Tín hiệu báo bận: (busysignal) 18

Tín hiệu hồi âm chuông: 18

Gọi sai số: 19

Tín hiệu báo gác máy 19

Tín hiệu đảo cực: 19

5 Tín hiệu thoại: 20

5.1 Mức động: 20

5.2 Dãi động 20

5.3 Độ rõ và độ hiểu 21

5.4 Băng tần điện thoại: 21

Chương 2 22

KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN THOẠI 22

1 Nguyên lý thông tin điện thoại: 22

1.1 Sơ đồ mạng thông tin điện thoại: 22

1.2 Nguyên lý hoạt động: 22

2 Những chức năng cơ bản của máy điện thoại: 23

3 Những yêu cầu cơ bản về máy điện thoại 23

4 Phân loại máy điện thoại: 24

4.1 Chức năng: 24

4.2 Phân loại: 24

4.2.1 Máy điện thoại cơ điện: 24

4.2.2 Máy điện thoại điện tử: 24

4.2.3 Máy điện thoại ấn phím thông thường: 25

4.2.4 Máy điện thoại ấn phím có màn hình 25

4.2.5 Máy điện thoại ấn phím có ghi âm: 26

4.2.6 Máy điện thoại ấn phím không day: 26

CHƯƠNG 3: 27

Giới thiệu về vi điều khiển 8051 27

1 Giới thiệu chung 27

2 Ứng dụng của vi điều khiển 28

3 Hoạt động của vi điều khiển 29

4 Cấu trúc chung của vi điều khiển 30

5 Kiến trúc vi điều khiển 8051 35

5.1 Chuẩn 8051 35

5.2 Chân vi điều khiển 8051 36

5.2 Tổ chức bộ nhớ 8051 42

5.3.1 Tổ chức bộ nhớ trong 43

5.3.2 Tổ chức bộ nhớ ngoài 46

5.3.3 Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFRs - Special Function Registers) 49

5.3.4 Bộ đếm và bộ định thời 53

5.3.5 Truyền thông không đồng bộ (UART) 54

5.3.6 Ngắt vi điều khiển 8051 55

5.4 Lập trình hợp ngữ cho 8051 55

5.4.1 chế độ địa chỉ 55

5.4.2 Tập lệnh trong 8051 57

5.4.3 Bộ đếm và bộ định thời 62

5.4.4 Truyền thông nối tiếp 65

5.4.5 Xử lý ngắt 71

PHẦN II 77

Thiết kế và thi công mạch 77

Sơ đồ khối toàn mạch 78

1 Sơ đồ khối 78

1.1 Khối điều khiển trung tâm 78

1.2 Nguồn cấp: 78

1.3 Tone: 79

1.4 DTMF: 79

1.5 Khối trung kế: 79

2 Sơ đồ nguyên lý mạch từng khối 79

2.1 Khối nguồn: 79

2.2 Khối thu DTMF : 80

2.2.1 Giới thiệu về ic 8870 80

2.2.2 Giải thích hoạt động 81

2.2.3 Bảng mã chức năng: 82

2.2.4 sơ đồ mạch thu DTMF 83

2.3 Sơ đồ mạch TONE: 83

2.3.1 Sơ đồ chân CD4093: 83

2.3.2 Sơ đồ mạch TONE 84

2.4 Sơ đồ mạch chuyển mạch: 84

2.4.1 Sơ đồ mach: 84

2.4.2 Thiết kế mạch đóng ngắt relay: 85

2.5 Sơ đồ mạch trung kế: 85

2.5.1 Giới thiệu ic Opto: 85

2.5.2 Mạch cảm biến khi có thuê bao ngoài gọi đến: 87

2.5.3 Mạch điều khiển giả lập nhất máy 88

2.5.4 Mạch tạo tín hiệu mời quay số: 90

2.5.5 Sơ đồ tổng thể mạch trung kế: 90

2.6 Mạch cấp nguồn và cảm biến nhất máy thuê bao: 91

3 Sơ đồ nguyên lý mạch tổng đài pabx: 92

4 Sơ đồ mạch in tổng đài pabx: 94

Chương II 95

Lưu đồ giải thuật và chương trình 95

1 Lưu đồ giải thuật: 95

1.1 Chương trình chính 95

1.2 Chương trình giải mả quay số 96

1.3 Chương trình ngắt ngoài: 97

1.4 Chương trình kêt nối thuê bao nội bộ 98

1.5 Chương trình kết nối thuê bao ngoài 99

PHẦN I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1 Giới thiệu chung về tổng đài

1 Khái niệm tổng đài:

Tổng đài điện thoại là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối các cuộcliên lạc từ thiết bị đầu cuối chủ gọi đến thiết bị đầu cuối bị gọi

Trong sự phát triển kỹ thuật về viễn thông có hai bước ngoặt lớn:

+ Vào thập kỷ 1960 là sự xóa bỏ khoảng cách địa lí, điện thoại gọi được đi khắpthế giới, trái đất như co lại

+ Vào thập kỷ 1980 là sự chinh phục thời gian, sự thành công của kỹ thuật sốphân theo thời gian cả về chuyển mạch và truyền dẫn

Ngày nay, kỹ thuật số và chuyển mạch, truyền dẫn phân theo thời gian đã trở nên rấtphổ biến và là phương thức hoạt động chủ yếu trong các hệ tổng đài hiện nay Trong đó

kỹ thuật điều chế xung mã (PCM: pulse code modulation) được sử dụng rất hiệu quảtrong các mạng truyền số liệu, tiếng nói, hình ảnh đang phát triển hiện nay, đó là mạng

số liên kết dịch vụ ISDN

2 Phân loại tổng đài:

2.1 Phân loại theo công nghệ:

Được chia làm hai loại

Tổng đài nhân công :

Tổng đài nhân công ra đời đầu tiên từ khi mới bắt đầu hệ thống thông tin điệnthoại trong tổng đài việc định hướng thông tin được thực hiện bằng sức người nóicách khác, việc kết nối thông thoại cho các thuê bao được thực hiện bằng thao táctrực tiếp của con người

Nhược điểm của tổng đài nhân công là:

+ Thời gian kết nối lâu

+ Dễ nhẫm lẫn.

+ Khó mở rộng dung lượng

+ Tốn nhiều nhân công

Tổng đài tự động:

Được chia làm hai loại chính

2.1.1.1 Tổng đài cơ điện :

Kỹ thuật chuyển mạch trong tổng đài cơ điện nhờ vào các bộ chuyển mạch cơkhí, được điều khiển bằng các mạch điện tử bao gồm:

+ Chuyển mạch quay tròn

+ Chuyển mạch từng nấc

+ Chuyển mạch ngang dọc

Trong tổng đài cơ điện, việc nhận dạng thuê bao gọi, xác định thuê bao gọi, cấp

âm hiệu, kết nối thông thoại đều được thực hiện một cách tự động nhờ các mạchđiều khiển bằng điện tử cùng với các bộ chuyển mạch bằng cơ khí

So với tổng đài nhân công, tổng đài cơ điện có những ưu điểm lớn:

+ Thời gian kết nối nhanh chóng hơn, chính xác hơn

+ Dung lượng tổng đài có thể tăng lên nhiều

+ Giảm nhẹ công việc của điện thoại viên

Tuy nhiên tổng đài cơ điện có một số nhược điểm sau:

+ Thiết bị cồng kềnh

+ Tốn nhiều năng lượng

+ Điều khiển kết nối phức tạp

+ Bảo trì, bảo dưỡng phức tạp

2.1.1.2 Tổng đài điện tử :

Trong các tổng đài điện tử, các bộ chuyển mạch gồm các linh kiện bán dẫn, vimạch cùng với các relay, analog switch được điều khiển bằng các mạch điện tử, vimạch

Ưu Điểm:

Các bộ chuyển mạch bằng bán dẫn thay thế các bộ chuyển mạch cơ khí của tổngđài cơ điện làm cơ cấu tổng đài gọn nhẹ đi nhiều, thời gian kết nối thông thoạinhanh hơn, năng lượng tiêu tán ít hơn

Có thể tăng dung lượng thuê bao lớn mà thiết bị không phức tạp lên nhiều

2.2 Phân loại cấu trúc mạng điện thoại Việt Nam

Hiện nay trong mạng viễn thông Việt Nam có 5 loại tổng Đài sau:

+ Tổng đài cơ quan PABX (Private Automatic Branch Exchange): Được sửdụng trong các cơ quan, khách sạn và chỉ sử dụng các trung kế CO – Line

+ Tổng đài nông thôn RE (Rural Exchange): Được sử dụng ở các xã, khu dânđông, chợ và có thể sử dụng các loại trung kế

+ Tổng đài nội hạt LE (Local Exchange): Được đặt ở trung tâm huyện, tỉnh

và sử dụng được tất cả các loại trung kế

+ Tổng đài đường dài TE (Toll Exchange): Dùng để kết nối các tổng đài nộihạt ở các tỉnh với nhau, chuyển mạch các cuộc gọi đường dài trong nước, không cóthuê bao

+ Tổng Đài cửa ngõ quốc tế GWE (Gate Way Exchange): tổng đài nàydùng cho chọn hướng và chuyển mạch cuộc gọi vào mạng quốc tế để nối các mạngquốc gia với nhau có thể chuyển quá giang các cuộc gọi

3 Các chức năng của hệ thống tổng đài:

Mặc dù các hệ thống tổng đài được nâng cấp rất nhiều từ khi nó được phát minh

ra, các chức năng cơ bản của nó như xác định các cuộc gọi thuê bao, kết nối với thuêbao bị gọi và sau đó tiến hành phục hồi lại khi các cuộc gọi đã hoàn thành hầu nhưvẫn như cũ Hệ thống tổng đài nhân công tiến hành các quá trình này bằng tay, trongkhi hệ thống tổng đài tự động tiến hành những công việc này bằng các thiết bị điện.Trong trường hợp đầu, khi một thuê bao gởi yêu cầu kết nối tới tổng đài, nhânviên cắm nút trả lời đường dây bị gọi vào ổ cắm của dây chủ gọi để thiết lập cuộcgọi với phía bên kia Khi cuộc gọi đã hoàn thành, người vận hành rút dây nối ra và đưa

nó về trạng thái ban đầu hệ tổng đài nhân công được phân thành loại điện từ và hệdùng ăc- quy chung Đối với hệ điện từ thì thuê bao lắp thêm cho mỗi ăc-quy chung.Các tín hiệu gọi và tín hiệu hoàn thành cuộc gọi được đơn giản chuyển tới người thaotác viên thông qua các đèn

Đối với hệ tổng đài tự động, các cuộc gọi được phát ra và hoàn thành thông quacác bước sau:

3.1 Nhận dạng thuê bao gọi:

Xác định thuê bao nhấc ống nghe và sau đó được nối với mạch điều khiển

3.2 Tiếp nhận số được quay:

Khi đã nối với mạch điều khiển, thuê bao chủ gọi bắt đầu nghe thấy tín hiệu mờiquay số và sau đó chuyển số điện thoại của thuê bao bị gọi hệ thống tổng đài thựchiện các chức năng này

3.3 Kết nối cuộc gọi:

Khi số quay được ghi lại, thuê bao bị gọi đã được xác định, hệ tổng đài sẽ chọn một

bộ các đường trung kế đến tổng đài thuê bao bị gọi và chọn một đường rỗi trong số đó.Khi thuê bao bị gọi nằm trong tổng đài nội hạt thì đường dây nội hạt được sử dụng

3.4. Chuyển thông tin điều khiển:

Khi được nối tới tổng đài của thuê bao bị gọi hay tổng đài trung chuyển, cả haitổng đài trao đổi với nhau các thông tin cần thiết như số của thuê bao bị gọi

3.5 Kết nối trung chuyển:

Trong trường hợp tổng đài được nối đến là tổng đài trung chuyển, các bước trên đâyđược nhắc lại để kết nối tới trạm cuối và sau đó thông tin như số của thê bao bị gọi đượctruyền đi

3.6 Kết nối trạm cuối:

Khi trạm cuối được đánh giá là trạm nội hạt dựa trên số thuê bao bị gọi đượctruyền đi, bộ điều khiển trạng thái máy bận của thuê bao bị gọi được tiến hành Nếumáy không ở trạng thái bận thì một đường nối với các đường trung kế được chọn đểkết nối các cuộc gọi

3.7 Truyền tín hiệu chuông:

Để kết nối cuộc gọi, tín hiệu chuông Được truyền và chờ cho đến khi có trả lời từthuê bao bị gọi khi trả lời tín hiệu chuông bị ngắt và trạng thái được chuyển thànhtrạng thái máy bận

3.8 Tính cước:

Tổng đài chủ gọi xác định câu trả lời của thuê bao bị gọi và nếu cần thiết bắt đầutính toán giá trị cước phải trả theo khoảng cách và thời gian gọi

3.9 Truyền tính hiệu báo bận:

Khi tất cả các đường trung kế bị chiếm theo các bước trên đây hoặc thuê bao bịgọi bận thì tín hiệu bận được truyền đến thuê bao chủ gọi

Do đó, các điểm cơ bản sau đây phải được xem xét khi vận hành và sử dụng:

+ Tiêu chuẩn truyền dẫn :

Mục đích đầu tiên của việc đấu nối điện thoại là truyền tiếng nói và theo đó là chỉtiêu của việc truyền dẫn để đáp ứng chất lượng gọi phải được xác định bằng cáchxem xét sự mất mát khi truyền, Độ rộng dải tần số truyền dẫn và tạp âm

+ Tiêu chuẩn kết nối:

Điều này liên quan tới vấn đề dịch vụ đấu nối cho các thuê bao Đó là chỉ tiêu vềcác yêu cầu đối với các thiết bị tổng đài và các đường truyền dẫn nhằm đảm bảochất lượng kết nối nhằm mục đích này, một mạng lưới tuyến tính linh hoạt có khảnăng xử lý đường thông tin có hiệu quả với tỷ lệ cuộc gọi bị mất ít nhất phải được lậpra

+ Độ tin cậy :

Các thao tác Đdều khiển phải được tiến hành phù hợp, đặc biệt các lỗi xuất hiệntrong hệ thống với những chức năng điểu khiển tập trung có thể gặp phải những hậuquả nghiêm trọng trong thao tác hệ thống Theo đó hệ thống phải có được chức năngsửa chữa và bảo dưỡng hữu hiệu bao gồm việc chuển đoán lỗi, tìm và sửa chữa

4 Các thông tin báo hiệu trong mạng điện thoại:

4.1. Giới thiệu:

4.2 Phân loại các thông tin âm hiệu:

Thông tin về yêu cầu và giải tỏa cuộc gọi:

Thông tin yêu cầu cuộc gọi: là khi thuê bao nhấc tổ hợp và tổng đài sẽ kết nối đến thiết bị nhận thích hợp để nhận thông tin địa chỉ (số bị gọi)

Thông tin giải tỏa: khi đó cả hai thuê bao đầu gác tổ hợp (on hook) và tổng đài sẽ giải tỏa tất cả các thiết bị được làm bận cho cuộc gọi và xóa sạch bất kỳ thông tin nào khác được dùng cho việc thiết lập và kiềm giữ cuộc gọi

Thông tin chọn địa chỉ:

Khi tổng đài đã sẵn sàng nhận thông tin điạ chỉ, nó sẽ gởi một tín hiệu yêu cầu đếnthuê bao – Đó chính là âm hiệu mời quay số (dial tone)

Thông tin chấm dứt chọn địa chỉ

Thông tin này chỉ dẫn tình trạng của Đường dây bị gọi hoặc lỶ do không hoàn tấtcuộc gọi

Thông tin giám sát:

Chỉ rõ tình trạng nhấc/gác tổ hợp của thuê bao gọi cũng như tình trạng của thuê bao

bị gọi sau khi đường thoại đã được thiết lập

+ Thuê bao gọi nhấc tổ hợp

+ Thuê bao bị gọi đã trả lời và việc tính cước đã bắt đầu

+ Thuê bao bị gọi gác tổ hợp

+ Thuê bao bị gọi đã gác tổ hợp kết thúc cuộc gọi và ngắt đường kết nối cuộc gọisau một thời gian nếu thuê bao chủ gọi không gác tổ hợp

4.3 Báo hiệu trên đường dây thuê bao:

Báo hiệu trên đường dây thuê bao gọi:

Trong các mạng Điện thoại hiện nay, nguồn tổng đài cung cấp đến các thuê baothường là 48VDC - 52VDC

Yêu cầu cuộc gọi: Khi thuê bao rỗi, trở kháng đường dây cao, trở kháng đường dây

giảm xuống ngay khi thuê bao nhấc tổ hợp kết quả là dòng điện tăng cao Dòng tăng caonày được tổng đài phát hiện như là một yêu cầu kết nối và sẽ cung cấp đến thuê bao âmhiệu mời quay số

Tín hiệu địa chỉ: Sau khi nhận tín hiệu mời quay số, thuê bao sẽ gởi các chữ số địa

chỉ Các chữ số địa chỉ có thể được phát đi bằng hai cách quay số, quay số ở chế độPulse và quay số ở chế độ Tone

Tín hiệu chấm dứt việc lựa chọn: sau khi nhận đủ địa chỉ, bộ phận nhận địa chỉ

được ngắt ra Sau đó việc kết nối được thiết lập, lúc này tổng đài gởi một trong các tínhiệu sau:

+ Nếu đường dây bị gọi rỗi, tín hiệu chuông sẽ được gởi tới thuê bao bị gọi và tínhiệu hồi âm chuông được gởi về thuê bao chủ gọi

+ Nếu đường dây bị bận hoặc không thể truy xuất được thì tín hiệu bận sẽ được gởi về thuê bao chủ gọi

+ Một thông báo đã được ghi sẵn gởi đến thuê bao chủ gọi để chỉ dẫn cuộc gọi hiện tại bị thất bại, khác với trường hợp thuê bao bị gọi bận

Tín hiệu trả lời trở về: ngay khi thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp, một tín hiệu đảo cực

được phát đến thuê bao gọi Việc này cho phép sử dụng để hoạt động thiết bị đặc biệt đãđược gắn vào thuê bao chủ gọi như máy tính cước

Tín hiệu giải tỏa: khi thuê bao chủ gọi đã gác tổ hợp, tổng trở đường dây lên cao,tổng đài xác nhận tín hiệu này và giải tỏa tất cả các thiết bị liên quan đến việc thiết lệpcuộc gọi và xóa các thông tin trong bộ nhớ đang được dùng để kềm giữ cuộc gọi thôngtường tín hiệu này có trong khoảng thời gian hơn 500ms

Báo hiệu trên đường dây thuê bao bị gọi:

Tín hiệu rung chuông: Đường dây thuê bao rỗi nhận cuộc gọi đến, tổng đài sẽ gởi

dòng điện rung chuông tới máy bị gọi dòng điện này có tần số 20Hz, 25Hz, 50Hz đượcngắt quãng thích hợp Đồng thời tín hiệu hồi âm chuông cũng được gởi tới thuê bao chủgọi

Tín hiệu trả lời: khi thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp nhận cuộc gọi, tổng trở đường dây

xuống thấp, tổng đài phát hiện việc này sẽ cắt dòng điện rung chuông và âm hiệu hồi âmchuông bắt đầu giai đoạn đàm thoại

Tìn hiệu giải tỏa: nếu sau khi giai đoạn đàm thoại, thuê bao bị gọi ngắt tổ hợp

trước thuê bao chủ gọi sẽ thay đổi tình trạng tổng trở đường dây, khi đó tổng đài sẽ gởitín hiệu đường dây lâu dài đến thuê bao gọi và giải tỏa cuộc gọi sau một thời gian

Tín hiệu gọi lại bộ ghi phát: tín hiệu gọi lại trong giai đoạn quay số trong khoảng

thời gian thoại được gọi là tín hiệu gọi lại bộ ghi phát

4.4 Hệ thống âm hiệu của tổng đài

Đường dây điện thoại thông thường hiện nay có hai dây là dây Tip và dây Ring cómàu đỏ và màu xanh Chúng ta không cần quan tâm tới dây nào là dây Tip và dây nào làdây Ring vì điều này thật sự không quan trọng Tất cả các điện thoại hiện nay đều đượccấp nguồn thông hai dây này điện áp cung cấp thường là 48VDC nhưng cũng có thểthấp Đến 47VDC hoặc cao tới 105VDC tùy thuộc vào tổng đài

Ngoài ra, để hoạt động giao tiếp được dễ dàng, tổng đài sẽ gởi một số tín hiệu đặcbiệt tới điện thoại như tín hiệu chuông, tín hiệu báo bận, tín hiệu xâm nhập… Sau đâychúng ta sẽ tím hiểu về các tín hiệu này và ứng dụng của nó

Tín hiệu chuông:(Ringging Signal)

Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gởi tín hiệu chuông đến để báo cho thuê bao đóbiết có người bị gọi tín hiệu chuông là tín hiệu xoay chiều AC thường có tần số 25Hztuy nhiên nó có thể cao hơn đến 60Hz hoặc thấp hơn đến 16Hz Biên độ của tín hiệu

chuông cũng thay đổi từ 40 VRMS Đến 130 VRMS Tín hiệu chuông được gởi tới theodạng xung thường là 2s có và 4s không (như hình vẽ) hoặc có thể thay đổi theo thờigian tùy thuộc vào tổng đài.

Tín hiệu mời gọi(dialtone):

Đây là tín hiệu liên tục không phải là tín hiệu xung như các tín hiệu khác Được sử dụng trong hệ thống Điện thoại tín hiệu này Được tạo ra bởi hai âm thanh (tone) có tần

số 350Hz và 440Hz

Tín hiệu báo bận: (busysignal)

Khi thuê bao nhấc máy Để thực hiện một cuộc gọi thì thuê bao sẽ nghe một trong hai tínhiệu:

+ Tín hiệu mời gọi cho phép thuê bao thực hiện ngay một cuộc gọi

+ Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết Đường dây Đang bận không thể thựchiện cuộc gọi ngay lúc này Thuê bao phải chờ tới khi nghe Được tín hiệu mời gọi khithuê bao bị gọi Đã nhấc máy trước khi thuê bao gọi cũng nghe Được tín hiệu này

+ Tín hiệu báo bận là tín hiệu xoay chiều có dạng hình sin tần số 425Hz, có chu

kỳ 1s (0.5s có và 0.5 s không)

Tín hiệu hồi âm chuông:

Tín hiệu hồi âm chuông (ringback tone): là tín hiệu hình sin tần số f

= 425Hz ± 25Hz, biên ñộ 2VRMS trên nền DC 10V, phát ngắt quãng 2s có 4s không

Gọi sai số:

Nếu bạn gọi nhầm một số mà nó không tồn tại thì bạn sẽ nhận được tín hiệu xung cóchu kỳ 1s và có tần số 200Hz – 400Hz Hoặc đối với các hệ thống điện thoại ngày naybạn sẽ nhận được thông báo rằng bạn gọi sai số

Tín hiệu báo gác máy

Khi thuê bao nhấc tổ hợp ra khỏi điện thoại quá lâu mà không thực hiện cuộc gọi thìthuê bao sẽ nhận được một tín hiệu chuông rất lớn ( để thuê bao có thể nghe được khi ở

xa máy) đẻ cảnh báo Tín hiệu này là tổng hợp của bốn tần số 1400Hz +2050Hz+2450Hz +2600Hz được phát dạng xung 0.1s có và 0.1s không

Tín hiệu đảo cực:

Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi hai thuê baobắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện khi đó hệ thống tính cước củatổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi ở các trạm côngcộng có trang bị máy tính cước, thì cơ quan bưu điện cung cấp tín hiệu đảo cực cho trạm

để thuận tiện việc tính cước

5 Tín hiệu thoại:

Khi ta nói vào ống nói, ống nói đã biến đổi sóng âm thanh thành dao động điện, tức

là thành tín hiệu điện thoại một trong những yêu cầu quan trọng của điện thoại là mức

độ rõ nét của tín hiệu chỉ tiêu này liên quan chặt chẽ tới đặc tính của tín hiệu điện thoại

là mức động, dải động và băng tần điện thoại

5.1 Mức động:

Biết rằng thính giác có quán tính, tai không phản ứng với quá trình tức thời của âm

mà chỉ cảm thụ sau một khoảng thời gian nhất định để gom các nhân tố của âm vậy tạithời điểm đang xét, cảm thụ thính giác không chỉ được xác định bởi công suất tín hiệu

tại thời điểm đó mà còn bởi các giá trị vừa mới qua không lâu của tín hiệu Vậy mứcđộng của tín hiệu điện thoại là cảm thụ thính giác có được nhờ đặc tính bình quân trongkhoảng thời gian xác định các giá trị tức là thời gian san bằng của các tín hiệu đó.

5.2 Dãi động

Dải động của tín hiệu là khoảng cách giá trị của mức động nằm giữa mức Động cựctiểu và mức động cực Đại

Ý nghĩa: người ta có thể biến Đổi dải Động bằng phương pháp nén/giãn dải Động

Để tăng tỷ số tín hiệu/tạp âm Để Đảm bảo tiêu chuẩn

b Độ hiểu lại tuỳ thuộc vào chủ quan của từng người

Thông thường độ rõ đạt 85% thì độ hiểu rất tốt, nếu độ rõ giảm dưới 70% thì độhiểu rất kém

Độ trung thực truyền tín hiệu thoại: là tỷ số giữa các giọng nói mà người nghenhận biết đúng trên tổng số các giọng nói truyền đạt

5.4 Băng tần điện thoại:

Qua quá trình nghiên cứu, người ta thấy rằng năng lượng tiếng nói con người chỉ tậptrung lớn nhất trong khoảng tần số từ 300Hz – 3400Hz và người ta hoàn toàn nghe rõ,còn trong khoảng tần số khác thì năng lượng không đáng kể Song băng tần càng mởrộng thì tiếng nói càng trung thực, chất lượng âm thanh càng cao Đối với điện thoại chủyếu là yêu cầu nghe rõ, còn mức độ trung thực của tiếng nói chỉ cần đạt tới một mức độnhất định Mặt khác trong thông tin điện thoại nếu truyền cả băng tần tiếng nói thì yêucầu các thiết bị hỗ trợ cũng phải nâng lên Đặc biệt với những thông tin nhiều kênh, nếutruyền cả băng tần tiếng nói thì sẽ ghép được ít kênh, và các thiết bị đầu cuối, các trạm

phải có yêu cầu kỹ thuật cao hơn Cho nên băng tần truyền dẫn của điện thoại hiện nayđược chọn từ 300Hz – 3400Hz, gọi là băng tần truyền dẫn hiệu dụng của điện thoại.

Chương 2 KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN THOẠI

1 Nguyên lý thông tin điện thoại:

Thông tin điện thoại là một quá trình truyền đưa tín hiệu tiếng nói từ nơi này đến nơikhác, bằng dòng điện thông qua máy điện thoại máy điện thoại là một dạng thiết bị đầucuối của mạng thông tin điện thoại quá trình thông tin đó được minh hoạ như sau:

1.1 Sơ đồ mạng thông tin điện thoại:

Bao gồm các thành phần:

+ Ống nói

+ Ống nghe

+ Nguồn điện

+Đường dây điện thoại

Hình 2.1: Nguyên lý thông tin điện thoại

1.2 Nguyên lý hoạt động:

Khi ta nói trước ống nói của máy điên thoại, dao động âm thanh của tiếng nói sẽ daođộng vào màng rung của ống nói làm cho ống nói thay đổi , xuất hiện dòng điện biếnđổi tương ứng trong mạch, dòng điện biến đổi này được truyền qua đường dây tới ốngnghe của máy bị gọi làm cho màng rung của ống nghe dao động và phát ra âm thanh tác

động đến tai nguời nghe, quá trình truyền tiếng nói từ nguời bị gọi trở lại người gọicũng diễn ra tương tự như quá trình gọi

2 Những chức năng cơ bản của máy điện thoại:

2.1 Chức năng báo hiệu: Báo cho người sủ dụng điện thoại biết tổng đài sẵn sàng

tiếp nhận hoặc chưa tiếp nhận cuộc gọi đó bằng các âm hiệu: Tone mời quay

số, Tone báo bận

2.2 Phát mã số của thuê bao bị gọi vào tổng đài bằng cách thuê bao chủ gọi ấn

phím số của thuê bao bị gọi trên máy điện thoại

2.3 Thông báo cho người sử dụng điện thoại biết tình trạng diễn biến việc kết nối

mạch bằng các âm hiệu hồi âm chuông, âm báo bận

2.4 Báo hiệu bằng chuông kêu, tín hiệu nhạc … cho thuê bao bị gọi biết là có

người đang gọi cho mình

2.5 Biến âm thanh thành tín hiệu điện phát sang máy bị gọi và chuyển tín hiệu từ

máy bị gọi tới thành âm thanh

2.6 Báo hiệu cuộc gọi kết thúc

2.7 Tự động điều chỉnh âm lượng và phối hợp trở kháng với đường dây

2.8 Một số chức năng khác: Có hệ thống vi xử lý, hệ thống ghi âm màm hình và

các hệ thống hỗ trợ truyền dẫn làm cho máy có nhiều dịch vụ tiện lợi như:+ Chuyển tín hiệu tính cước đến tổng đài

+ Gọi rút ngắn địa chỉ

+ Nhớ số thuê bao đặc biệt

+ Gọi lại…

3 Những yêu cầu cơ bản về máy điện thoại

a Khi thu phát tín hiệu chuông thì bộ phận đàm thoại phải được tách rời đường điện, trên đường chỉ còn tín hiệu chuông

b Khi đàm thoại thì bộ phận phát và tiếp nhận tín hiệu chuông phải được tách ra khỏi đường điện, trên đường dây chỉ còn dòng điện thoại.

c Máy phải phát được mã số thuê bao bị gọi tới tổng đài và phải nhận được tín hiệuchuông từ tổng đài đưa tới

d Trạng thái nghỉ máy thường trực đón nhận tín hiệu chuông từ tổng đài Ngoài ra máy cần phải được chế tạo ngắn gọn, nhẹ, đơn giản, bền, đẹp, tiện lợi cho mọi người sử dụng

4 Phân loại máy điện thoại:

4.1 Chức năng:

Là một thiết bị đầu cuối (terminal - equipment), có chức năng:

Chuyển đổi qua lại giữa tiếng nói và dòng điện truyền trên dây dẫn

Gỡi các số quay đến tổng đài xử lý

Nhận các tín hiệu gọi từ đối phương gởi đến (chuông kêu)

Quay lại số máy gọi sau cùng (redial)

Ghi âm cuộc đàm thoại đang diễn ra

Cài bức điện thoại thông báo đến người gọi (trong trường hợp vắng nhà)

Lưu trữ số điện thoại đối phương vào bộ nhớ

Kiềm giữ cuộc đàm thoại và phát tín hiệu chờ (tín hiệu nhạc)

4.2 Phân loại:

Chia làm hai loại:

4.2.1 Máy điện thoại cơ điện:

Là loại máy dung đĩa quay số, khi quay số nó sẽ phát ra tín hiệu dạng xung với loạimáy này chức năng cung cấp dịch vụ bị giới hạn Nó có khả năng đàm thoại, nhậnchuông mà không mà có các chức năng khác

4.2.2 Máy điện thoại điện tử:

Là loại máy dung nút ấn để gọi số Với loại máy này cung cấp được nhiều chức năngdịch vụ hơn, được dùng rộng rãi hiện hay và có rất nhiều chủng loại, ngoài những chứcnăng cơ bản của một máy điện thoại thì còn có thêm những chức năng mở rộng.

4.2.3 Máy điện thoại ấn phím thông thường:

 Quay số dùng chế độ

 Rung chuông điện tử

 Gọi lại số sau cùng (Redial)

 Đàm thoại không dùng tổ hợp (spker – phone)

 Kèm giữ và phát nhạc (hold on music)

 Lưu trữ số điện thoại vào bộ nhớ

 Điều chỉnh âm lượng nghe

 Điều chỉnh âm lượng chuông

 Lấy lại âm hiệu mời quay số mà không cần gác tổ hợp (chức năng của

nút flash)Trong các loại máy này cũng tùy từng kiểu mà có thể thêm bớt đi một vài chứcnăng đã liệt kê

4.2.4 Máy điện thoại ấn phím có màn hình

 Hiển thị thời gian như một đồng hồ trên màn hình tinh thể lỏng

 Hiển thị số thuê bao bị gọi khi tiến hành quay số

 Hiển thị khoảng thời gian của cuộc đàm thoại

 Hiển thị trạng thái máy trong quá trình sử dụng.

4.2.5 Máy điện thoại ấn phím có ghi âm:

 Cài đặt vào máy bức điện báo tin vắng nhà và trả lời tự động khi có

đối phương gọi đến

 Tự động ghi nhận các thông tin của đối phương gởi đến, sau khi đã trả lờibức điện báo tin vắng nhà

 Điều khiển thay đổi bức điện cài đặt, nghe các bức điện của đối phương ở

xa (Remote control) và ở gần (Local control)

4.2.6 Máy điện thoại ấn phím không day:

 Thiết lập cuộc gọi nội bộ giữa máy chính (Base Unit) và máy cầm tay(Portable Unit)

 Thiết lập cuộc gọi ra đường dây từ máy cầm tay hoặc từ máy chính

 Nhận cuộc gọi từ bên ngoài trên máy chính hay máy cầm tay

 Cự ly liên lạc từ máy cầm tay đến máy chính tùy thuộc vào nhà sản xuất

và môi trường liên lạc

CHƯƠNG 3:

Giới thiệu về vi điều khiển 8051

1 Giới thiệu chung

Bộ Vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả năng tính toán, xử

lý, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt hiệu quả đốivới các bài toán và hệ thống lớn.Tuy nhiên đối với các ứng dụng nhỏ, tầm tính toánkhông đòi hỏi khả năng tính toán lớn thì việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc Bởi vì

hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì cũng đòi hỏi các khối mạch điện giaotiếp phức tạp như nhau Các khối này bao gồm bộ nhớ để chứa dữ liệu và chương trìnhthực hiện, các mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập và điều khiển trở lại, các khốinày cùng liên kết với vi xử lý thì mới thực hiện được công việc Để kết nối các khốinày đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường về các thành phần vi xử lý, bộ nhớ,các thiết bị ngoại vi Hệ thống được tạo ra khá phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch

in phức tạp và vấn đề chính là trình độ người thiết kế Kết quả là giá thành sản phẩmcuối cùng rất cao, không phù hợp để áp dụng cho các hệ thống nhỏ

Vì một số nhược điểm trên nên các nhà chế tạo tích hợp một ít bộ nhớ và một sốmạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất được gọi làMicrocontroller-Vi điều khiển Vi điều khiển có khả năng tương tự như khả năng của vi

xử lý, nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn giản hơn nhiều Vi điềukhiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ không cần nắm vững một khốilượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý, kết cấu mạch điện dành cho ngườidùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bịbên ngoài Vi điều khiển tuy được xây dựng với phần cứng dành cho người sử dụng đơngiản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là khả năng xử lý bị giới hạn (tốc độ xử lý chậmhơn và khả năng tính toán ít hơn, dung lượng chương trình bị giới hạn) Thay vào đó, Viđiều khiển có giá thành rẻ hơn nhiều so với vi xử lý, việc sử dụng đơn giản, do đó nóđược ứng dụng rộng rãi vào nhiều ứng dụng có chức năng đơn giản, không đòi hỏitính toán phức tạp

Vi điều khiển được ứng dụng trong các dây chuyền tự động loại nhỏ, các robot cóchức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v.v

Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748, một chip tương tựnhư các bộ vi xử lý và là chip đầu tiên trong họ MCS-48 Độ phức tạp, kích thước vàkhả năng của Vi điều khiển tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980 khi inteltung ra chip 8051, bộ Vi điều khiển đầu tiên của họ MCS-51 và là chuẩn công nghệ chonhiều họ Vi điều khiển được sản xuất sau này Sau đó rất nhiều họ Vi điều khiển củanhiều nhà chế tạo khác nhau lần lượt được đưa ra thị trường với tính năng được cải tiếnngày càng mạnh

2 Ứng dụng của vi điều khiển

Về cơ bản, vi điều khiển rất đơn giản Chúng chỉ bao gồm tối thiểu một số thànhphần sau:

- Một bộ vi xử lý tối giản được sử dụng như bộ não của hệ thống

- Tùy theo công nghệ của mỗi hãng sản xuất, có thể có thêm bộ nhớ, các chânnhập/xuất tín hiệu, bộ đếm, bộ định thời, các bộ chuyển đổi tương tự/số (A/D), …

- Tất cả chúng được đặt trong một vỏ chíp tiêu chuẩn

- Một phần mềm đơn giản có thể điều khiển được toàn bộ hoạt động của vi điềukhiển và có thể dễ dàng cho người sử dụng nắm bắt

Dựa trên nguyên tắc cơ bản trên, rất nhiều họ vi điều khiển đã được phát triển và ứngdụng một cách thầm lặng nhưng mạnh mẽ vào mọi mặt của đời sống của con người.Một số ứng dụng cơ bản thành công có thể kể ra sau đây:

- Những thành phần điện tử được nhúng vào vi điều khiển có thể trực tiếp hoặc quacác thiết bị vào ra (công tắc, nút bấm, cảm biến, LCD, rơ le, …) điều khiển rất nhiềuthiết bị và hệ thống như thiết bị tự động trong công nghiệp, điều khiển nhiệt độ, dòngđiện, động cơ, …

- Giá thành rất thấp khiến cho chúng được nhúng vào rất nhiều thiết bị thông minhtrong đời sống con người như ti vi, máy giặt, điều hòa nhiệt độ, máy nghe nhạc, …

3 Hoạt động của vi điều khiển

Mặc dù đã có rất nhiều họ vi điều khiển được phát triển cũng như nhiều chương trìnhđiều khiển tạo ra cho chúng, nhưng tất cả chúng vẫn có một số điểm chung cơ bản Do

đó nếu ta hiểu cặn kẽ một họ thì việc tìm hiểu thêm một họ vi điều khiển mới là hoàntoàn đơn giản Một kịch bản chung cho hoạt động của một vi điều khiển như sau:

 Khi không có nguồn điện cung cấp, vi điều khiển chỉ là một con chip cóchương trình nạp sẵn vào trong đó và không có hoạt động gì xảy ra

 Khi có nguồn điện, mọi hoạt động bắt đầu được xảy ra với tốc độ cao Đơn vịđiều khiển logic có nhiệm vụ điều khiển tất cả mọi hoạt động Nó khóa tất cả cácmạch khác, trừ mạch giao động thạch anh Sau mini giây đầu tiên tất cả đã sẵnsàng hoạt động

 Điện áp nguồn nuôi đạt đến giá trị tối đa của nó và tần số giao động trở nên ổnđịnh Các bit của các thanh ghi SFR cho biết trạng thái của tất cả các mạch trong

vi điều khiển Toàn bộ vi điều khiển hoạt động theo chu kỳ của chuỗi xung chính

 Thanh ghi bộ đếm chương trình (Program Counter) được xóa về 0 Câu lệnh từđịa chỉ này được gửi tới bộ giải mã lệnh sau đó được thực thi ngay lập tức

 Giá trị trong thanh ghi PC được tăng lên 1 và toàn bộ quá trình được lặp lại vài

… triệu lần trong một giây

Hình 3-1 Cấu trúc chung họ VĐK

4 Cấu trúc chung của vi điều khiển

Như ta thấy, tất cả các hoạt động trong các vi điều khiển được thực hiện ở tốc độ cao

và khá đơn giản, nhưng vi điều khiển chính nó sẽ không được thật sự hữu ích nếu không

có mạch đặc biệt làm cho nó hoàn thiện Có một số mạch cụ thể sau đây

+ Read Only Memory (ROM)

Read Only Memory (ROM) là một loại bộ nhớ được sử dụng để lưu vĩnh viễn cácchương trình được thực thi Kích cỡ của chương trình có thể được viết phụ thuộc vàokích cỡ của bộ nhớ này ROM có thể được tích hợp trong vi điều khiển hay thêm vàonhư là một chip gắn bên ngoài, tùy thuộc vào loại vi điều khiển Cả hai tùy chọn có một

số nhược điểm Nếu ROM được thêm vào như là một chip bên ngoài, các vi điều khiển

là rẻ hơn và các chương trình có thể tồn tại lâu hơn đáng kể Nhưng đồng thời, làm giảm

số lượng các chân vào/ra để vi điều khiển sử dụng với mục đích khác

ROM nội thường là nhỏ hơn và đắt tiền hơn, nhưng lá ghim thêm có sẵn để kết nốivới môi trường ngoại vi Kích thước của dãy ROM từ 512B đến 64KB

+ Random Access Memory (RAM)

Random Access Memory (RAM) là một loại bộ nhớ sử dụng cho các dữ liệu lưu trữtạm thời và kết quả trung gian được tạo ra và được sử dụng trong quá trình hoạt độngcủa bộ vi điều khiển Nội dung của bộ nhớ này bị xóa một khi nguồn cung cấp bị tắt.+ Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM)

EEPROM là một kiểu đặc biệt của bộ nhớ chỉ có ở một số loại vi điều khiển Nộidung của nó có thể được thay đổi trong quá trình thực hiện chương trình (tương tự nhưRAM), nhưng vẫn còn lưu giữ vĩnh viễn, ngay cả sau khi mất điện (tương tự nhưROM) Nó thường được dùng để lưu trữ các giá trị được tạo ra và được sử dụng trongquá trình hoạt động (như các giá trị hiệu chuẩn, mã, các giá trị để đếm, v.v ), mà cầnphải được lưu sau khi nguồn cung cấp ngắt Một bất lợi của bộ nhớ này là quá trình ghivào là tương đối chậm

Hình 4-1 Giao tiếp bộ nhớ+ Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR)

Thanh ghi chức năng đặc biệt (Special Function Registers) là một phần của bộ nhớRAM Mục đích của chúng được định trước bởi nhà sản xuất và không thể thay đổiđược Các bit của chúng được liên kết vật lý tới các mạch trong vi điều khiển như bộchuyển đổi A/D, modul truyền thông nối tiếp,… Mỗi sự thay đổi trạng thái của các bit

sẽ tác động tới hoạt động của vi điều khiển hoặc các vi mạch

+ Bộ đếm chương trình (PC:Program Counter)

Bộ đếm chương trình chứa địa chỉ chỉ đến ô nhớ chứa câu lệnh tiếp theo sẽ đượckích hoạt Sau mỗi khi thực hiện lệnh, giá trị của bộ đếm được tăng lên 1 Vì lý do đónên chương trình chỉ thực hiện được được từng lệnh trong một thời điểm

+ Central Processor Unit (CPU)

Đây là một đơn vị có nhiệm vụ điều khiển và giám sát tất cả các hoạt động bên trong

vi điều khiển và người sử dụng không thể tác động vào hoạt động của nó Nó bao gồmmột số đơn vị con nhỏ hơn, trong đó quan trọng nhất là:

- Instruction decoder is a part of the electronics which recognizes programinstructions and runs other circuits on the basis of that The abilities of this circuit areexpressed in the "instruction set" which is different for each microcontroller family

- Bộ giải mã lệnh có nhiệm vụ nhận dạng câu lệnh và điều khiển các mạch khác theolệnh đã giải mã Việc giải mã đươpcj thực hiện nhờ có tập lệnh “instruction set” Mỗi họ

vi điều khiển thường có các tập lệnh khác nhau

- Arithmetical Logical Unit (ALU) Thực thi tất cả các thao tác tính toán số học vàlogic

- Thanh ghi tích lũy (Accumulator) là một thanh ghi SFR liên quan mật thiết vớihoạt động của ALU Nó lưu trữ tất cả các dữ liệu cho quá trình tính toán và lưu giá trịkết quả để chuẩn bị cho các tính toán tiếp theo Một trong các thanh ghi SFR khác đượcgọi là thanh ghi trạng thái (Status Register) cho biết trạng thái của các giá trị lưu trongthanh ghi tích lũy

+ Các cổng vào/ra (I/O Ports)

Để vi điều khiển có thể hoạt động hữu ích, nó cần có sự kết nối với các thiết bị ngoại

vi Mỗi vi điều khiển sẽ có một hoặc một số thanh ghi (được gọi là cổng) được kết nốivới các chân của vi điều khiển

Hình 4-2 Vào ra với thiết bị ngoại vi

Chúng được gọi là cổng vào/ra (I/O port) bởi vì chúng có thể thay đổi chức năng,chiều vào/ra theo yêu cầu của người dùng

+ Bộ dao động (Oscillator)

Hình 4-3 ghép nối bộ dao động

Bộ dao động đóng vai trò nhạc trưởng làm nhiệm vụ đồng bộ hóa hoạt động của tất

cả các mạch bên trong vi điều khiển Nó thường được tạo bởi thạch anh hoặc gốm để ổnđịnh tần số Các lệnh không được thực thi theo tốc độ của bộ dao động mà thường chậmhơn, bởi vì mỗi câu lệnh được thực hiện qua nhiều bước Mỗi loại vi điều khiển cần sốchu kỳ khác nhau để thực hiện lệnh

+ Bộ định thời/đếm (Timers/Counters)

Hầu hết các chương trình sử dụng các bộ định thời trong hoạt động của mình Chúngthường là các thanh ghi SFR 8 hoặc 16 bit, sau mỗi xung dao động clock, giá trị củachúng được tăng lên Ngay khi thanh ghi tràn, một ngắt sẽ được phát sinh

Hình 4-4 Bộ định thời/đếm

+ Truyền thông nối tiếp

Hình 4-5 Truyền nhận nối tiếp Kết nối song song giữa vi điều khiển và thiết bị ngoại vi được thực hiện qua cáccổng vào/ra là giải pháp lý tưởng với khoảng cách ngắn trong vài mét Tuy nhiên khicần truyền thông giữa các thiết bị ở khoảng cách xa thì không thể dùng kết nối songsong, vì vậy truyền thông nối tiếp là giải pháp tốt nhất

Ngày nay, hầu hết các vi điều khiển có một số bộ điều khiển truyền thông nối tiếpnhư một trang bị tiêu chuẩn Chúng được sử dụng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhaunhư:

- Bao nhiêu thiết bị vi điều khiển muốn trao đổi dữ liệu

- Tốc độ trao đổi dữ liệu

để chúng có thể thực thi Có rất nhiều phần mềm chạy trên môi trường Windows chophép xây dựng các chương trình hoàn chỉnh cho các họ vi điều khiển.

5 Kiến trúc vi điều khiển 8051

5.1 Chuẩn 8051

Họ vi điều khiển MCS-51 do Intel sản xuất đầu tiên vào năm 1980 là các IC thiết

kế cho các ứng dụng hướng điều khiển Các IC này chính là một hệ thống vi xử lýhoàn chỉnh bao gồm các các thành phần của hệ vi xử lý: CPU, bộ nhớ, các mạchgiao tiếp, điều khiển ngắt

MCS-51 là họ vi điều khiển sử dụng cơ chế CISC (Complex Instruction SetComputer), có độ dài và thời gian thực thi của các lệnh khác nhau Tập lệnh cungcấp cho MCS-51 có các lệnh dùng cho điều khiển xuất/nhập tác động đến từng bit.MCS-51 bao gồm nhiều vi điều khiển khác nhau, bộ vi điều khiển đầu tiên là 8051

có 4KB ROM, 128 byte RAM và 8031, không có ROM nội, phải sử dụng bộ nhớngoài Sau này, các nhà sản xuất khác như Siemens, Fujitsu, … cũng được cấpphép làm nhà cung cấp thứ hai

MCS-51 bao gồm nhiều phiên bản khác nhau, mỗi phiên bản sau tăng thêm một

số thanh ghi điều khiển hoạt động của MCS-51

Hình 5-1.Kiến trúc vi điều khiển 8051

AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS có các đặc tính như sau:

-4 KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory), có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá

- Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 128 Byte RAM nội

- 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

- 4 chu kỳ máy (4 µs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc chia

- Có các chế độ nghỉ (Low-power Idle) và chế độ nguồn giảm (Power-down)

- Ngoài ra, một số IC khác của họ MCS-51 có thêm bộ định thời thứ 3 và 256 byte RAM nội

5.2 Chân vi điều khiển 8051

Hình 5-2 Sơ đồ chân VĐK AT89C51

Chip AT89C51 có các tín hiệu điều khiển cần phải lưu ý như sau:

• Tín hiệu vào /EA trên chân 31 thường đặt lên mức cao ( +5V) hoặc mức thấp(GND) Nếu ở mức cao, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉthấp (4K hoặc tối đa 8k đối với 89C52) Nếu ở mức thấp, chương trình được thi hành từ

bộ nhớ mở rộng (tối đa đến 64Kbyte) Ngoài ra người ta còn dùng /EA làm chân cấpđiện áp 12V khi lập trình EEPROM trong 8051

+ Chân PSEN (Program store enable):

PSEN là chân tín hiệu ra trên chân 29 Nó là tín hiệu điều khiển cho phép chươngtrình mở rộng, PSEN thường được nối đến chân /OE (Output Enable) của một EPROMhoặc ROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh

Hãy nhớ rằng : bình thường chân /PSEN sẽ được thả trống ( No Connect).Chỉkhi nào cho /EA ở mức thấp thì lúc đó: /PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh.Các mã nhị phân của chương trình được lấy từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốtvào thanh ghi lệnh của 8951 để giải mã lệnh /PSEN ở mức thụ động (mức cao) nếu thihành chương trình trong ROM nội của 8951

+ CÁC CHÂN NGUỒN:

AT89C51 hoạt động ở nguồn đơn +5V Vcc được nối vào chân 40, và Vss

(GND) được nối vào chân 20

Cổng vào/ra

Tất cả các vi điều khiển 8051 đều có 4 cổng vào/ra 8 bit có thể thiết lập như cổng vàohoặc ra Như vậy có tất cả 32 chân I/O cho phép vi điều khiển có thể kết nối với cácthiết bị ngoại vi.

Hình 5-3 Cổng vào/ra

Hình 5-4 Xuất mức

+ Chân vào/ra (I/O)

Hình trên mô tả sơ đồ đơn giản của mạch bên trong các chân vi điều khiểntrừ cổng P0 là không có điện trở kéo lên (pull-up)

Hình 5-5 Trở treo nội tại chân p0+ Chân ra

Một mức logic 0 đặt vào bit của thanh ghi P làm cho transistor mở, nối chântương ứng với đất

Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 – 39 của AT89C51:

- Chức năng I/O (xuất/nhập): dùng cho các thiết kế nhỏ Tuy nhiên, khi dùngchức năng này thì Port 0 phải dùng thêm các điện trở kéo lên (pull-up), giá trịcủa điện trở phụ thuộc vào thành phần kết nối với Port