Quang báo điều khiển thông qua Web nhúng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Đề tài: THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO ĐIỀU KHIỂN BẰNG WEB NHÚNG TP. HỒ CHÍ MINH – 01/2014 Đồ án môn học 3 Trang 3 Lời cảm ơn Đồ án môn học 3 Trang 4 Mục lục Mục lục Đồ án môn học 3 Trang 5 Liệt kê hình Liệt kê hình Đồ án môn học 3 Trang 6 Liệt kê bảng Liệt kê bảng Đồ án môn học 3 Trang 7 Tóm tắt Sau khoảng thời gian thực hiện, người thực hiện đề tài đã hoàn thành đề tài của mình và có những đặc điểm nổi bật như sau: Về phần hiển thị, mạch thiết kế có 5 Led ma trận, được tính toán cấp nguồn sao cho đủ dòng để Led sáng rõ và đẹp. Sử dụng thêm IC ghi dịch để tiết kiệm số chân vi điều khiển và có khả năng mở rộng không giới hạn. Về phần điều khiển, người thực hiện đề tài chọn sử dụng PIC 18F4550 có hỗ trợ giao tiếp ethernet thông qua chuẩn SPI, bộ nhớ lớn có thể chứa nội dung trang web và mảng quét Led ma trận. Trang web điều khiển được nhúng vào vi diều khiển nên tạo sự thuận lợi khi sử dụng. Về giao diện của chương trình, nó được thiết kế đơn giản, dễ sử dụng nhưng vẫn có đủ các chức năng như truyền chuỗi hiển thị, cài đặt các thông số, tốc độ…. Nội dung đề tài được chia thành 6 chương và được sắp xếp như sau: • Chương 1 Giới thiệu: trình bày tổng quan nội dung chính trong đề tài – những vấn đề sẽ được đề cập đến trong toàn bộ đồ án. • Chương 2 Cơ sở Lý thuyết: chương này sẽ trình bày về lý thuyết vi điều khiển PIC18F4550 và trình biên dịch mikroC PRO for PIC, module Ethernet ENC28J60 và chuẩn giao tiếp SPI, led matrix và các phương pháp điều khiển. • Chương 3 Thiết kế Phần Cứng: đề cập đến những tính toán cụ thể để thiết kế phần cứng cho hệ thống bao gồm các thông tin về sơ đồ nguyên lý, chức năng, hoạt động các khối, các linh kiện sử dụng trong mạch. • Chương 4 Thiết kế phần Mềm: đề cập đến những tính toán cụ thể để thiết kế phần mềm cho hệ thống bao gồm phân tích các chương trình trên máy tính, các yêu cầu và hướng giải quyết, phân tích chương trình trên vi điều khiển, giải quyết lưu đồ giải thuật cho chương trình. • Chương 5 Kết Quả: bao gồm kết quả thi công mạch điện tử, giao diện trên máy tính. • Chương 6 Kết Luận: trình bày kết quả đạt được, những hạn chế và hướng phát triển của đề tài. Tóm tắt Đồ án môn học 3 Trang 8 Chương 1 Giới Thiệu 1.1 Tình hình nghiên cứu hiện nay Vấn đề truyền dữ liệu giữa thiết bị và máy tính hay từ máy tính xuống thiết bị là một khâu khá quan trọng trong khi thiết kế hệ thống . Mục đích giao tiếp trên máy tính là giúp người sử dụng kiểm soát được các thông số hoạt động của thiết bị trên máy tính và điều khiển được thiết bị thông qua máy tính một cách dễ dàng. Hiện nay có nhiều phương pháp kết nối máy tính với các thiết bị điều khiển như kết nối theo chuẩn RS232, LPT…, tuy nhiên khi thực hiện kết nối theo các chuẩn này thì gặp những hạn chế: • Khoảng cách kết nối giữa máy tính và thiết bị điều khiển khoảng 30 – 50 m • Tốc độ truyền dữ liệu tối đa 19,2 kBd • Kết nối điểm – điểm Từ những hạn chế trên nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu và thực hiện đề tài “Thiết Kế Thi Công Mạch Quang Báo Điều Khiển Bằng Web Nhúng” có nhiều cải tiến hơn. 1.2 Mục tiêu đề tài • Thực hiện giao tiếp mạng giữa phần cứng mạch điện tử với máy tính qua mạng Ethernet. • Điều khiển hiệu ứng quang báo như hiển thị nội dung lên các ledmatrix và một số hiệu ứng. • Xây dựng được trang web nhúng vào vi điều khiển, và thông qua trang web đó có thể điều khiển được mạch quang báo. 1.3 Nhiệm vụ của đề tài Để có thể đạt được mục tiêu đề ra, nhóm thực hiện đề tài đã đưa ra nhiệm vụ cần phải thực hiện: • Thiết kế và thi công mạch phần cứng điều khiển. • Thiết kế giao diện phần mềm giúp người sử dụng theo dõi và điều khiển mạch phần cứng. Tóm tắt Đồ án môn học 3 Trang 9 1.4 Giới thiệu tổng quan nội dung các chương • Chương 1 Giới thiệu: trình bày tình hình nghiên cứu hiện nay, mục tiêu, nhiệm vụ của của đề tài. • Chương 2 Cơ sở Lý thuyết: trình bày về lý thuyết vi điều khiển PIC18F4550 và trình biên dịch mikroC PRO for PIC, module Ethernet ENC28J60 và chuẩn giao tiếp SPI, led matrix và ngôn ngữ HTML. • Chương 3 Thiết kế Phần Cứng: bao gồm các thông tin về sơ đồ nguyên lý, chức năng, hoạt động các khối, sơ đồ mạch in. • Chương 4 Thiết kế phần Mềm: đề cập đến thiết kế phần mềm cho hệ thống bao gồm phân tích các chương trình trên máy tính, các yêu cầu và hướng giải quyết, phân tích chương trình trên vi điều khiển, giải quyết lưu đồ giải thuật cho chương trình. • Chương 5 Kết Quả: bao gồm kết quả thi công mạch điện tử, giao diện trên máy tính. • Chương 6 Kết Luận: trình bày kết quả đạt được, những hạn chế và hướng phát triển của đề tài. Tóm tắt Đồ án môn học 3 Trang 10 Chương 2 Cơ Sở Lý Thuyết 2.1 Tổng quan về mạng Ethernet 2.1.1 Giới thiệu Ethernet là một công nghệ mạng nội bộ (LAN) được ứng dụng chủ đạo ngày nay và chiếm 85% các máy PC và máy trạm có kết nối mạng LAN. Nói tới Ethernet tức là đề cập tới họ sản phẩm LAN theo chuẩn IEE 802.3, công nghệ này cho phép dùng cáp quang và cáp xoắn đôi. Ethernet dùng phuơng pháp truy nhập Carrier Sensing Multiple Access - Collision Detection (CSMA-CD) tạm dịch là đa truy nhập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột. CSMA-CD là hệ luật chỉ rõ các hành động mà mỗi thiết bị mạng phải thực hiện khi có xung đột. Truớc khi một trạm truyền 1 frame, nó nghe ngóng môi truờng truyền: [ 1 ] • Nếu môi truờng đang rảnh, nó sẽ truyền frame đó. Trong quá trình truyền, nó theo dõi môi truờng truyền để phát hiện xung đột. Nếu có xung đột xảy ra, trạm đó huỷ việc truyền frame đó. • Nếu môi truờng truyền đang bận, nó sẽ liên tục lắng nghe môi truờng truyền, ngay khi môi truờng hết bận, nó sẽ bắt đầu truyền frame. Ethernet thuộc lớp giao tiếp mạng trong mô hình TCP/IP hay thuộc lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI. Ethernet được chuẩn hóa bởi IEEE thành IEEE 802.3 vào những năm 1980. IEEE 802.3 quy định tốc độ bit tối đa, chế độ truyền và môi truờng truyền của Ethernet: • Tốc độ bit tối đa(Mbits/s): 10, 100, 1000… • Chế độ truyền: broadband, baseband. • Môi truờng truyền: cáp đồng trục, cáp quang, cáp UTP…  Những công nghệ ethernet phổ biến: • 10Base-T: sử dụng cáp xoắn đôi UTP tốc độ 10Mb/s. • 100Base-T: sử dụng cáp UTP tốc độ 100Mb/s • Gigabit Ethernet sử dụng cả cáp quang hoặc cáp xoắn đôi với tốc độ truyền là 1Gb/s Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 2 Cơ sở lý thuyết [...]... Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 2 Cơ sở lý thuyết Đồ án môn học 3 Trang 23  Giao tiếp giữa vi điều khiển với ENC28J60 • Sơ đồ kết nối với vi điều khiển Hình 2.7: Kết nối phần cứng vi điều khiển với ENC28J60 • • • • • Nguyên lý hoạt động của mạch: Vi điều khiển ENC28J60 được điều khiển hoàn toàn thông qua giao tiếp SPI với PIC18 PIC18 đóng vai trò là Master trong giao tiếp SPI với ENC28J60 Tương tự... lượng khác nhau của các chân cho I / O truyền thông dữ liệu PIC18F4550 có thể làm việc trên các nguồn clock nội bộ và bên ngoài khác nhau Nó có thể làm việc trên một phạm vi với tần số từ 31 KHz đến 48 MHz Có thiết bị ngoại vi sẵn có khác nhau như ADC, bộ so sánh… trong bộ vi điều khiển này PIC18F4550 là một vi điều khiển tiên tiến được trang bị giao thức truyền thông nâng cao như EUSART, SPI, I2C, USB…... 2.1: Mã Manchester Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 2 Cơ sở lý thuyết Đồ án môn học 3 Trang 14 2.2 Vi điều khiển PIC18F4550 và Trình biên dịch mikroC PRO for PIC 2.2.1 Giới thiệu khái quát PIC18F4550 [2] Hình 2.2: hình dạng thực tế của PIC 18F4550 PIC18 là dòng vi điều khiển cao cấp của họ vi điều khiển PIC với việc thêm vào khả năng chịu đựng cao và tăng cường bộ nhớ flash PIC18 sử dụng công nghệ... trò như card mạng Nhận dữ liệu: - Tín hiệu yêu cầu từ mạng truyền qua cổng RJ45 vào ENC28J60 ENC28J60 được thiết kế để giải mã tín hiệu và chuyển tín hiệu đó thành dữ liệu và lưu vào bộ đệm thu Thông qua giao tiếp SPI, PIC18 liên tục kiểm tra bộ đệm của ENC28J60 Nếu phát hiện có dữ liệu nó sẽ đọc dữ liệu và xử lí Truyền dữ liệu: - Thông qua giao tiếp SPI, PIC18 sẽ gửi dữ liệu vào bộ đệm phát của ENC28J60... Trang 29 Hình 2.13: SPI giữa một chip Master và 3 chip Slave thông qua 4 đường 2.4 Giới thiệu về HTML [4] 2.4.1 Giới thiệu HTML (tiếng Anh, viết tắt cho "HyperText Markup Language", tức là "Ngôn ngữ Đánh dấu Siêu văn bản") là một ngôn ngữ đánh dấu được thiết kế ra để tạo nên các trang web, nghĩa là các mẩu thông tin được trình bày trên World Wide Web Được định nghĩa như là một ứng dụng đơn giản của SGML,... trình theo hướng Realtime hoặc những ứng dụng yêu cầu khắt khe về thời gian tính toán 2.3 Module Ethernet ENC28J60 [3] và chuẩn giao tiếp SPI 2.3.1 Giới thiệu − ENC28J60 là vi điều khiển hỗ trợ kết nối Ethernet cho bất kỳ vi điều khiển nào có giao tiếp SPI ENC28J60 được thiết kế và chế tạo bởi Microchip gồm có 28 chân − Phần cứng của ENC28J60 được tích hợp trong cả hai lớp kết nối dữ liệu và lớp vật lý... PIC hỗ trợ đầy đủ các tính năng cho USB, nghĩa là ta nối trực tiếp các chân USB của vi điều khiển tới máy tính mà không cần mạch kéo hay bất cứ mạch gắn ngoài nào khác Họ PIC18F dựa trên kiến trúc 16-bit tập lệnh PIC18F4550 bao gồm 32KB bộ nhớ flash, 2KB SRAM và 256 Bytes EEPROM Đây là một trong 40 chân của vi điều khiển PIC bao gồm 5 cổng I / O (PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và PORTE) PORTB và PORTD có... IP 0806: ARP Phần thông tin: Từ 46 tới 1500 bytes: • Do kích thước frame tối thiều là 64 bytes, kích thước tối thiểu của phần thông tin là 64-18=46 bytes Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 2 Cơ sở lý thuyết Đồ án môn học 3 •  Trang 13 Kích thước phần thông tin tối đa là 1500 bytes Do đó, kích thước gói IP trong Ethernet tối đa là 1500 bytes, đây cũng là một trong ba kích thước gói IP thông dụng nhất (40,... BF: bit báo bộ đệm đầy 1 = quá trình nhận hoàn tất, SSPBUF đầy 0 = quá trình nhận chưa hoàn tất, SSPBUF rỗng  Kết nối điển hình giữa Master và Slave Hình 2.10: Kết nối Master và Slave  Hoạt động: Master có thể truyền dữ liệu bất cứ lúc nào bởi vì nó điều khiển đường xung giữ nhịp SCK Cứ mỗi xung nhịp do Master tạo ra trên đường giữ nhịp SCK, một bit trong thanh ghi đệm của Master được truyền qua Slave... Các trình biên dịch cho vi điều khiển PIC nói chung phát triển theo 2 hướng: • Hướng tiện dụng, nhanh chóng: phổ biến nhất là CCS C và mikroC • Hướng chuyên sâu: phổ biến nhất là HITECH C, MPLAB XC Xét thấy mức độ phổ biến hiện nay, mảng thư viện hỗ trợ mạnh cho người dùng từ phía nhà sản xuất, và quy mô đồ án môn học, đồng thời cũng do là lần đầu tiên tiếp cận với vi điều khiển PIC, nên người thực . ứng quang báo như hiển thị nội dung lên các ledmatrix và một số hiệu ứng. • Xây dựng được trang web nhúng vào vi điều khiển, và thông qua trang web đó có thể điều khiển được mạch quang báo. 1.3. Quang Báo Điều Khiển Bằng Web Nhúng có nhiều cải tiến hơn. 1.2 Mục tiêu đề tài • Thực hiện giao tiếp mạng giữa phần cứng mạch điện tử với máy tính qua mạng Ethernet. • Điều khiển hiệu ứng quang. - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Đề tài: THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO ĐIỀU KHIỂN BẰNG WEB NHÚNG TP. HỒ CHÍ MINH – 01/2014 Đồ