Đồ án môn học giao tiếp máy tính với vi điều khiển bằng công nghệ USB điều khiển led ma trận

Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC I-Mở bài SVTH : Nguyễn Văn Trung 1 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA 1-Vị trí của đề tài 3 2-Tình hình nghiên cứu hiện nay 3 3-Cách tiếp cận đề tày 3 II-Lựa chọn phương án -Lựa chọn phương án…………………………………… 3 -Sơ đồ phần cứng và lưu đồ………………………………6 III-Giới thiệu linh kiện và phần mền A-Vi điều khiển PIC 18F2550…………………………….7 1-Giới thiệu sơ lược về PIC 18F2550…………………… .7 2- Sơ đồ chân và chức năng các chân…………………… .8 3- Đặc tính điện………………………………………… 8 4-Các thanh ghi……………………………………… ….9 B-Giới thiệu usb………………………………… …… 12 1-Nhận biết tốc độ trên bus…………………………… 14 2- Các trạng thái usb……………………………… 14 3-Truyền thông qua bus USB……………………………15 C- LED MA TRẬN 1. Giới thiệu về led ma trân…………………………………21 2.Cấu tạo và phương pháp điều khiển led ma trận…………22 D- Các linh kiện khác 1- ULN2803……………………………………………… 22 2-TPIC6B595……………………………………………….22 3- Transistor D46825……………………………………….25 IV-Tính tóan từng khối 1-Khối giao tiếp usb…………………………………………………… 25 2-Khối điều khiển và hiển thị………………………… 25 3) Tính công suất:…………………………………… .28 4-Khối nguồn………………………………………… 28 IV-Phần mền………………………………………………. 28 V-Kết quả………………………………………………… 35 VI-Kết luận………………………………………… …. …36 I-Mở bài: SVTH : Nguyễn Văn Trung 2 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA 1) Vị trí của đề tài: Ngày nay với sự phát triển của nền công nghiệp điện tử thì vấn đề giao tiếp đơn giản, tốc độ truyền và xử lý dữ liệu ngày càng được chú trọng. Chuẩn giao tiếp USB ngày càng được sử dụng rộng rãi để đáp ứng những yêu cầu trên để thay thế dần cho giao tiếp cổng com, lpt có tốc độ thấp hơn. 2) Tình hình nghiên cứu hiện nay: - Ở Việt Nam: + Tại các trường đại học có nhiều đề tài giao tiếp máy tính với vi điều khiển AVR bằng cổng usb, còn với PIC thì có rất ít đề tài và chủ yếu giao tiếp qua lớp HID. + Trên thị trường có các doanh nghiệp đã giao tiếp thành công và tự viết driver cho thiết bị và truyền với tốc độ cao. - Trên thế giới: vấn đề giao tiếp máy tính với vi điều khiển qua cổng usb đã được nghiên cứu rất lâu, và có rất nhiều sản phẩm như các kit thí nghiệm, mạch nạp cổng usb 3) Tiếp cận đề tài: -Có các kiến thức cơ bản về kỹ thuật số, vi điều khiển PIC, điện tử cơ bản, kiến thưc cơ bản về chuẩn usb, lập trình C (hoặc ngôn ngữ lập trình khác) *Hướng giải quyết đề tài: - Tìm hiểu các linh kiện liên quan đến đề tài, so sánh tính ưu việt của các linh kiện tương quan nhằm lựa chọn linh kiện thiết kế cho phù hợp. - Thiết kế mạch. - Chạy mô phỏng. - Thi hành mạch. II- Lựa chọn phương án : • Phương án 1 : sử dụng vi điều khiển có hổ trợ giao tiếp USB • Ưu điểm: giá thành rẽ, có nhiều phần mềm hổ trợ • Khuyết điểm: Có một số phần mềm đòi hỏi viết driver. • Phương án 2 : sử dụng sẵn module giao tiếp USB, và xây dựng những ứng dụng mong muốn. • Ưu điểm: dễ thiết kế, lập trình đơn giản ( ứng dụng), không mất nhiêù thơì gian để viết driver. • Khuyết điểm: giá thành cao • Phương án 3 : sử dụng cổng com ảo • Ưu điểm: lập trình như cổng com • Khuyết điểm: tốc độ thấp hơn so với cổng usb. • Từ những phân tích trên và từ yêu cầu của đề tài nên em chọn phương án 1. SVTH : Nguyễn Văn Trung 3 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA Các lựa chọn trong phương án 1: - Vi xử lý: AVR, pic 18F2550, pic 18F4450 - Hiển thị: led ma trận,LCD, led 7 đoạn. - Phần mền: CCS, Delphi, mikcroC, C#,C+. - Tạo giao diện: VB, mikcroC. 1) Lựa chọn vi điều khiển: • PIC 18F2250 có 28 chân có cấu trúc như sau: -Có 3 port xuất nhập A,B,C. -10 kênh chuyển đổi tương tự sang số 10 bit. -Có 4 timers: 3 timer 16 bit, 1 timer 1 bit. -Có hỗ trợ giao tiếp USB. -Bộ nhớ dữ liệu EEPROM: 256 bytes. -Bộ nhớ chương trình : 32768 bytes. -Có giao tiếp nối tiếp MSSP, ENHANCED UART. -Giao tiếp song song PSP. -Có 19 nguồn ngắt. - Tần số hoạt động: 0-48MHz. • PIC 18F4550 có các thông số như 18F2550: -Có 5 port xuất nhập A,B,C, D,E. -13 kênh chuyển đổi tương tự sang số 10 bit. -Có 4 timers: 3 timer 16 bit, 1 timer 1 bit. -Có hỗ trợ giao tiếp USB. -Bộ nhớ dữ liệu EEPROM: 256 bytes. -Bộ nhớ chương trình : 32768 bytes. -Có giao tiếp nối tiếp MSSP, ENHANCED UART. -Giao tiếp song song PSP. -Có 20 nguồn ngắt. - Tần số hoạt động: 0-48MHz. • AVR: có nhiều dòng hỗ trợ giao tiếp usb như tiny2313 * Đề tài chọn PIC 18F2550 vì: - Có những kiến thức cơ bản về 16F877A. - Do yêu cầu của đề tài và giá thành. 2) Lựa chọn khối hiển thị: - Led ma trận hiển thị được nhiều thông tin hơn led 7 đoạn phù hợp với việc điều khiển hiển thị từ máy tính. -LCD cũng hiển thị đựợc nhiều thông tin nhưng cở chữ nhỏ. Do đó đề tài chọn led ma trận 3) Lựa phần mềm: SVTH : Nguyễn Văn Trung 4 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA Trên thị trường có nhiều chương trình biên dịch C cho vi điều khiển PIC18. Các trình bên dịch này có nhiều đặc tính giống nhau, và chúng dùng để phát triển chương trình C cho PIC18. Vài trình biên dịch C thường được dùng: -MikroC -PICC18 -C18 -CCS MikroC: được xây dựng bởi MikroElektronika. Dễ dàng để học với một số lượng lớn hàm được hỗ trợ để lập trình, và có hỗ trợ các hàm giao tiếp usb, và có sẵn giao diện. PICC18: được xây dựng bởi Hi-Tech Software, với hai phiên bản standard and professional. PICC18 được hỗ trợ bởi phần mềm mô phỏng PROTEUS dùng để mô phỏng vi điều khiển PIC. C18: được xây dựng bởi Microchip Inc, bao gồm việc mô phỏng, hỗ trợ phần cứng. CCS: được xây dựng bởi Custom Computer Systems Inc, cung cấp một số lượng lớn các hàm để lập trình và các mạch debugger , chúng rất hữu ích để phát triển PIC và có hỗ trợ các hàm giao tiếp usb. Người nghiên cứu chọn CCS để viết chương trình, và VB để viết giao diện. 5) Sơ đồ: a) Phần cứng: SVTH : Nguyễn Văn Trung 5 Vi điều khiển PIC18F4550 Máy tính Nguồn DC Hiển thị led ma trận Nút nhấn (mở rộng) usb BB Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA b) Phần mềm: Lưu đồ SVTH : Nguyễn Văn Trung 6 Bắt đầu S Đ Gởi data từ máy tính Xử lý Hiển thị led ma trận Kết thúc Bắt đầu S Đ Gởi data từ vđk Xử lý Hiển thị trên giao diện Kết thúc Lưu đồ trên vđk Lưu đồ trên máy tính Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA III- Giới thiệu linh kiện và phần mềm A-Vi điều khiển PIC 18F2550: 1-Giới thiệu sơ lược về PIC 18F2550 -Có 3 port xuất nhập A,B,C. -10 kênh chuyển đổi tương tự sang số 10 bit. -Có 4 timers: 3 timer 16 bit, 1 timer 1 bit. -Có hỗ trợ giao tiếp USB. -Bộ nhớ dữ liệu EEPROM: 256 bytes. -Bộ nhớ chương trình : 32768 bytes. -Có giao tiếp nối tiếp MSSP, ENHANCED UART. -Giao tiếp song song PSP. -Có 19 nguồn ngắt. - Tần số hoạt động: 0-48MHz. 2- Sơ đồ chân và chức năng các chân. Sơ đồ chân: - Chân MCLR\/V pp /RE3 ( chân 1): + MCLR\: là ngõ vào reset tích cực mức thấp. +V pp : khi lập trình cho PIC thì đóng vai trò ngõ vào nhận điện áp lập trình. +RE3: ngõ vào số. -OSC1/CLK1 (chân 9): + OSC1: ngõ vào dao động thạch anh hoặc là ngõ vào nguồn xung bên ngoài. SVTH : Nguyễn Văn Trung 7 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA + CLK1:ngõ vào nguồn xung bên ngoài. -OSC2/CLK0/RA6(chân 10): + OSC2: ngõ vào dao động thạch anh . + CLK0: trong việc chọn mode, bằng ¼ tần số của OSC1. -RC4/D-/VM (chân 15): +RC4: ngõ vào số. +D-: ngõ vào trừ USB -RC5/D+/VP (chân 16): +RC5: ngõ vào số. +D-: ngõ vào cộng USB -V USB (chân 14): chân nguồn USB 3,3V. -Vss (chân 8,19) : chân GND. -V DD (chân 20): chân nguồn dương. 3- Đặc tính điện: - Dòng điện vào /ra =25mA. 4-Các thanh ghi: - Chế độ hoạt động của USB được cài đặt và quản lý bởi các thanh ghi điều khiển: +USB control register (UCON). +USB configuration registor (UCFG). +USB transfer status register (USTAT). +USB device Address register (UADDR). Thanh ghi UCON: chứa các bit cần thiết để điều khiển hoạt động của module trong quá trình chuyển đổi. Thanh ghi chứa các bit có thể điều khiển: -Cho phép thiết bị ngoại vi USB. - Reset Ping-Pong buffer pointer - Điều khiển chế độ suspend. -Cấm chuyển đổi gói. Ngoài ra còn chứa các bit trạng thái. SVTH : Nguyễn Văn Trung 8 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA -Thanh ghi UCFG: chứa hầu hết các bit điều khiển hoạt động của module USB: +Tốc độ bus. +Cho phép điện trở kéo lên trong chip. +Cho phép chuyển đổi trong chip. +Sử dụng ping-pong buffer. SVTH : Nguyễn Văn Trung 9 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA -Thanh ghi USATA: thanh ghi này chứa số endpoint, bộ đệm ping-pong, giá trị con trỏ. SVTH : Nguyễn Văn Trung 10 [...]... khổng thể dùng được ngoài trời vì ánh sáng mặt trời chiếu vào làm chúng ta không nhìn thấy rõ, chỉ có led outdoor mới thấy rõ, và dĩ nhiên led outdoor sẽ có giá thành cao hơn Giới thiệu led ma trận 5x7 với 4 màu khác nhau: SVTH : Nguyễn Văn Trung 20 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA 2.Cấu tạo và phương pháp điều khiển led ma trận: Led ma trận là một tập hợp các led đơn với cách kết nố như sau: theo... = usbConfirmAction; out_data[1] = lenhdk; out_data[2] = in_data[1]; } break; } } } } } } SVTH : Nguyễn Văn Trung 35 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA VI- Kết quả: -Mô phỏng: chạy đúng -Thi công mạch: phần giao tiếp máy tính nhận được thiết bị Phần điều khiển led ma trận chưa chạy -Đề tài chỉ thực hiện được những yêu cầu cơ bản: hiển thị được kí tự cố định • Chưa làm được -Mạch điều khiển led ma trận. .. 3 4 U SB 2-Khối điều khiển và hiển thị RA0-RA4 dùng để điều khiển quét cột (led màu xanh) RC0- RC3 và RC6RC7 dùng để quét cột (led màu đỏ) RB0- RB7 xuất dữ liệu SVTH : Nguyễn Văn Trung 24 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA Bình thường led làm vi c từ 1 0mA -2 0mA, áp là 2V Khi làm vi c bình thường (không dùng phương pháp quét) chọn dòng làm vi c 2 0mA Khi đó điện trở trên mỗi led là: Rled=2/20=0.1(k.. .Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA -Thanh ghi UADDR: chứa địa chỉ duy nhất của USB khi hoạt động.UADDR sẽ reset về 0 khi nhận lệnh reset usb hoặc reset vi điều khiển Địa chỉ usb phải được vi t trong vi điều khiển thông qua quá trình thiết lập usb cũng như trong firmware của Mỉcochip hỗ trợ B-Giới thiệu usb: Universal serial bus (usb- bus truyền thông nối tiếp) là 1 trong những giao diện... thiệu về led ma trân: Led ma trận là 1 tập các led đơn được bố trí theo dạng ma trận cho phép hiển thị được các kí tự bất kì Các nhà chế tạo đã tích hợp các dạng ma trận tính theo led 5*7 (5 cột và 7 hàng) hoặc 8x8 (8 cột và 8 hàng) và tính theo kích thước và phân biệt theo màu của led, cuối cùng là phân biệt led sáng trong nhà (indoor) hay led sáng ngòai trời (outdoor) Led sáng trong nhà thì khổng... chung, với led ma trận 5x7 thì có 7 hàng và 5 cột Anode nối với mức H và cathode nối mức L thì led sáng, các trường hợp còn lại thì led tắt Có hai cách điều khiển led ma trận Cách 1: dữ liệu gởi ra hàng, mã quét gởi ra cột: Ưu điểm: • Khi mở rộng thêm led thì chỉ cần kết nối song song 8 hàng và cột dùng thanh ghi dịch rất đơn giản do số lượng đường điều khiển ít • Mỗi một thời điểm chỉ có 1 cột sáng nên... descriptor -bcdusb là số phiên bản cao nhất được hỗ trợ SVTH : Nguyễn Văn Trung 17 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA -bdeviceclass, bdevicesubclass và bdeviceprotocol: được gán bởi usb và được sử dụng bởi hệ thống để tìm lớp diver cho thiết bị -bmaxpacketsize0: kích thước tối đa của in và output cho 1 endpoint -idvendor: id của nhà cung cấp -idproduct: id của sản phẩm được gán bởi nhà cung cấp -bcddivice:... Rled=2/20=0.1(k Ω )=100( Ω ) Khi dùng phương pháp quét thì dòng tức thời phải bằng 32 lần dòng làm vi c bình thường tức bằng 64 0mA (do sử dụng 4 led ma trận 8x8), khi đó dòng trung bình Iled-tb=640/32=20 (mA) Do dòng tức thời lớn hơn 50 0mA, nên dùng D468 khuếch đại dòng Chọn βsat =90, khi đó dòng IB=640/90= 7mA Do đó chọn giá trị điện trở như sơ đồ 12V R 16 C H 0 D 468 12V H 1 4 7 K 12V R 17 1 C H 1 D 468 R 20 4... khiển led ma trận chưa chạy -Chưa gởi được kí tự từ máy tính xuống để hiển thị • Phương hướng phát triển đề tài: -Xây dựng bảng mã, và gởi kí tự từ máy tính xuống hiển thị -Mở rộng thêm nhiều ứng dụng mới: đọc nhiệt độ, kiểm tra trạng thái hoạt động của vi điêu khiển -Điều khiển các thiết bị khác thông qua máy tính VII- Kết luận: - Sau 15 tuần nghiên cứu với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Nga,... #define USB_ EP1_TX_SIZE 64 //allocate 64 bytes in the hardware for transmission SVTH : Nguyễn Văn Trung 30 Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA #define USB_ EP1_RX_ENABLE USB_ ENABLE_INTERRUPT //turn on EP1 for OUT bulk/interrupt transfers #define USB_ EP1_RX_SIZE 64 //allocate 64 bytes in the hardware for reception // CCS USB Libraries #include //Microchip 18Fxx5x hardware layer for usb. c . cứu hiện nay: - Ở Vi t Nam: + Tại các trường đại học có nhiều đề tài giao tiếp máy tính với vi điều khiển AVR bằng cổng usb, còn với PIC thì có rất ít đề tài và chủ yếu giao tiếp qua lớp HID. +. có các doanh nghiệp đã giao tiếp thành công và tự vi t driver cho thiết bị và truyền với tốc độ cao. - Trên thế giới: vấn đề giao tiếp máy tính với vi điều khiển qua cổng usb đã được nghiên cứu. thị led ma trận Nút nhấn (mở rộng) usb BB Đồ án môn học 2 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA b) Phần mềm: Lưu đồ SVTH : Nguyễn Văn Trung 6 Bắt đầu S Đ Gởi data từ máy tính Xử lý Hiển thị led ma trận Kết