Thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát, cảnh báo tự động trong nhà thông minh

Mỗi chức năng của ngôi nhà thông minh đều có khả năng tựvận hành dưới sự tác động từ bên ngoài của con người hay dưới sự thay đổi của nhiệtđộ, áp suất…Vấn đề đặt ra đối với chúng ta là p

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

CÁC ỨNG DỤNG DỰ KIẾN CỦA ĐỀ TÀI 2

CHƯƠNG 1 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2

1.1 TỔNG QUÁT VỀ TIN NHẮN SMS 2

1.1.1 Giới thiệu về SMS 2

1.1.2 Tổng quát về hệ thống thông tin di động GSM 6

1.2 GIỚI THIỆU MODULE SIM900 9

1.2.1 Sơ lược về module SIM900 9

1.2.2 Đặc điểm của Modem Sim900 10

1.2.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân 14

1.2.4 Khảo sát tập lệnh của module SIM 900 16

1.3 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ VĐK PIC16F877 26

1.3.1 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN 29

1.3.2 Bộ chuyển đổi tương tự sang - số (ADC) 34

1.3.3 Bộ so sánh COMPARATOR 37

1.3.4 Truyền thông nối tiếp EUART 37

1.3.5 Hoạt động của các bộ định thời TIMER 42

1.3.6 Ngắt (INTERRUPT) 46

CHƯƠNG 2 48

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 48

2.1 PHÂN TÍCH YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG 48

2.1.1 Các loại điều khiển từ xa 48

2.1.2 Thiết kế phần cứng, phần mềm hệ thống 49

2.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH 51

2.2.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống 51

2.2.2 Phân tích các khối 51

2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CÁC KHỐI 54

2.3.1 Khối xử lý trung tâm 54

2.3.2 Khối giao tiếp SMS 55

-i-2.3.3 Khối công suất 56

2.3.4 Khối nguồn 57

2.3.5 Khối bàn phím và hiển thị 58

2.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 60

CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 61

3.1 CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH 61

3.2 CÁC CHƯƠNG TRÌNH CON 62

3.2.1 Chương trình cảnh báo 62

3.2.2 Chương trình xử lý tin nhắn 63

3.2.3 Chương trình điều khiển thiết bị 64

KẾT LUẬN 67

KẾT LUẬN 67

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 67

PHỤ LỤC VÀ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC A 68

CHƯƠNG TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN 68

PHỤ LỤC B 82

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SẢN PHẨM 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

-ii-DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Cấu trúc một tin nhắn SMS 5

Hình 1.2: Cấu trúc của công nghệ GSM 8

Hình 1.3: Các thành phần mạng GSM 9

Hình 1.4: Module Sim900 11

Hình 1.5: Sơ đồ khối SIM900 14

Hình 1.6: Sơ đồ chân IC SIM900 15

Hình 1.7: Khởi tạo cấu hình mặc định cho module SIM900 24

Hình 1.8 : Đọc tin nhắn từ 2 vùng nhớ 1 và 2 trên SIM 25

Hình 1.9: Gửi tin nhắn 26

Hình 1.10: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877P 29

Hình 1.11: Vi điều khiển PIC16F877P và các dạng sơ đồ chân 30

Hình 1.12: Sơ đồ khối của AT89C51 35

Hình 1.13 : Sơ đồ khối bộ chuyển đổi AD 37

Hinh 1.14: Các cách lưu kết quả chuyển đổi AD 37

Hình 1.15: Nguyên lý hoạt động của bộ so sánh đơn giản 38

Hình 1.16: Sơ đồ khối của khối truyền dữ liệu EUSART 40

Hình 1.17: Sơ đồ khối bộ nhận dữ liệu EUSART bất đồng bộ 42

Hình 1.18: Sơ đồ khối của Timer0 và WDT 43

Hình 1.19: Sơ đồ khối Timer1 45

Hình 1.20: Sơ đồ khối của bộ định thời Timer2 47

Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa 50

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhà thông minh 52

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của module vi xử lý 55

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý khối công suất 57

Hình 2.7: Sơ đồ bố chí linh kiện khối công suất 58

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 58

Hình 2.9: Sơ đồ mạch bàn phím 59

Hình 2.10: Sơ đồ mạch bàn phím 59

Hình 3.1: Lưu đồ chương trình chính 63

Hình 3.2: Lưu đồ chương trình cảnh báo 63

Hình 3.3: Lưu đồ chương trình xử lý tin nhắn 64

Hình 3.4: Lưu đồ chương trình điều khiển thiết bị 65

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng phối hợp 12

Bảng 1.2 : Chế độ lệnh AT 16

Bảng 1.3 : Một số lệnh AT 17

Bảng 1.4 : Lệnh AT+CMGR 17

Bảng 1.5 : Lệnh AT+CMGS 18

Bảng 1.6 : Lệnh AT+CMSS 18

Bảng 1.7 : Lệnh AT+CMGD 19

Bảng 1.8 : Lệnh ATE 19

Bảng 1.9 : Lệnh AT+CLIP 20

Bảng 1.10 : Lệnh AT&W 20

Bảng 1.11 : Lệnh AT+CMGF 21

Bảng 1.12: Lệnh AT+CNMI 21

Bảng 1.13: Lệnh AT+CSAS 22

Bảng 1.14: Thanh ghi OPTINO_REG 43

Bảng 1.15: T1CON thanh ghi điều khiển Timer1 44

Bảng 1.16: T2CON thanh ghi điều khiển Timer2 45

ở các nước công nghệ cao và du nhập sang các quốc gia có cơ sở hạ tầng và ứng dụngđiện tử đang phát triển Mỗi chức năng của ngôi nhà thông minh đều có khả năng tựvận hành dưới sự tác động từ bên ngoài của con người hay dưới sự thay đổi của nhiệt

độ, áp suất…Vấn đề đặt ra đối với chúng ta là phải tạo ra được những thiết bị điềukhiển trong nhà có thể tự động điều khiển và giám sát được theo một chương trình đãđược cài đặt sẵn

Hiện nay, do nhu cầu sử dụng các hệ thống, thiết bị tự động của người dân ngàycàng tăng Đồng thời, mạng điện thoại di động phát triển rộng khắp và các thiết bị điệnthoại di động ngày càng có mức giá phù hợp với người dân thì việc tích hợp khả năngđiều khiển từ xa cho chiếc điện thoại có ý nghĩa thực tiễn to lớn Đó là những mặtthuận lợi của việc hình thành ý tưởng sử dụng điện thoại di động điều khiển các thiết

bị điện trong nhà bằng cách thông qua tin nhắn SMS Dựa vào đặc tính truyền tin xanhằm cải tiến khoảng cách điều khiển các thiết bị điện trong ngôi nhà thông minh hiệnnay Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng với

0

-sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên chúng em đã chọn đề tài Thiết

kế, chế tạo hệ thống giám sát, cảnh báo tự động trong nhà thông minh” để đáp ứng

được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiệnđại của nước nhà

 Phương pháp nghiên cứu

Tham khảo tài liệu

● Các tài liệu hướng dẫn lập trình cho tập lệnh AT COMMAND, kỹ thuật đa xử lý của

vi điều khiển, giao tiếp vi điều khiển với các thiết bị

● Tìm hiểu các hoạt động của các IC sử dụng trong đề tài qua datasheet do nhà sảnxuất cung cấp

Phương pháp thực nghiệm.

● Bằng cách vận dụng các kiến thức đạt được trong quá trình học tập, thamkhảo tài liệu Nhóm thực hiện tiến hành tìm hiểu, thiết kế, thi công, và thử nghiệm môhình trong nhiều tình huống và điều kiện khác nhau Quá trình thực nghiệm giúp nhómthực hiện tự hoàn thiện và bổ sung dần các kiến thức mới Đặc biệt là tìm được hướngnghiên cứu thích hợp nhất để hoàn chỉnh và tối ưu đề tài

● Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng nhữngkiến thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống Điều khiển tựđộng từ xa bằng tin nhắn SMS hoàn chỉnh Hệ thống tích hợp module điều khiển giámsát trung tâm, module công suất cho các thiết bị trong nhà và và module báo động(cảnh báo) cùng các module tiện ích khác

 Phạm vi nghiên cứu

 Nghiên cứu về công nghệ GSM

 Nghiên cứu kiến trúc phần cứng và kỹ thuật lập trình cho VĐK PIC16F4550,Sim900 sử dụng tập lệnh AT

 Nghiên cứu và thiết kế mạch trên eagle

 Nghiên cứu và viết chương trình xử lý bằng codevisionavr và sử dụng tập lệnh

AT để kết nối với Sim900

 Các ứng dụng dự kiến của đề tài

 Điều khiển các thiết bị trong nhà (cụ thể là điều khiển một thiết bị côngsuất trung bình) bằng tin nhắn SMS tại ví trí có phủ sóng của mạng điện thoại di độngđang hoạt động trong nước như Viettel, Mobile Phone, Vina Phone …

1

- Tự động gửi tin nhắn ngược trở lại cho người điều khiển, với nội dungtin nhắn chứa thông tin hoạt động của thiết bị (on/off)

 Ngoài ra, hệ thống còn có chức năng tự động báo động bằng cách gửimột tin nhắn SMS tới người điều khiển khi có người lạ đột nhập

 Hệ thống được bảo mật bằng password

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.1 TỔNG QUÁT VỀ TIN NHẮN SMS

về sự phát triển và duy trì các chuẩn GSM và SMS

Như đã nói ở trên về tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, từ cụm từ

đó, có thể thấy được là dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắn SMS là rất giớihạn Một tin nhắn SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ liệu Vì vậy, mộttin nhắn SMS chỉ có thể chứa :

- 160 kí tự nếu như mã hóa kí tự 7 bit được sử dụng (mã hóa kí tự 7 bit thì phùhợp với mã hóa các lí tự latin chẳng hạn như các lí tự alphabet của tiếng Anh)

- 70 kí tự nếu như mã hóa kí tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (các tinnhắn SMS không chứa các kí tự latin như kí tự chữ Trung Quốc phải sử dụng mã hóa

kí tự 16 bit)

Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau Nó có thể hoạt độngtốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm cả Arabic, Trung Quốc,Nhật bản và Hàn Quốc Bên cạnh gửi tin nhắn dạng text thì tin nhắn SMS còn có thể

2

-mang các dữ liệu dạng binary Nó còn cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiềutiện ích khác … tới một điện thoại khác.

Một trong những ưu điểm nổi trội của SMS đó là nó được hỗ trợ bởi các điệnthoại có sử dụng GSM hoàn toàn Hầu hết tất cả các tiện ích cộng thêm gồm cả dịch vụgửi tin nhắn giá rẻ được cung cấp, sử dụng thông qua sóng mang wireless Khônggiống như SMS, các công nghệ mobile như WAP và mobile Java thì không được hỗtrợ trên nhiều mode điện thoại

Sử dụng tin nhắn SMS ngày càng phát triển và trở lên rộng khắp :

- Các tin nhắn SMS có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào

Ngày nay, hầu hết mọi người đều có điện thoại di động của riêng mình và mang

nó theo người hầu như cả ngày Với một điện thoại di động, bạn có thể gửi và đọc cáctin nhắn SMS bất cứ lúc nào bạn muốn, sẽ không gặp khó khăn gì khi bạn đang ởtrong văn phòng hay trên xe bus hay ở nhà…

- Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại mà tắt nguồn

Nếu như không chắc cho một cuộc gọi nào đó thì bạn có thể gửi một tin nhắnSMS đến bạn của bạn thậm chí khi người đó tắt nguồn máy điện thoại trong lúc bạngửi tin nhắn đó Hệ thống SMS của mạng điện thoại sẽ lưu trữ tin nhắn đó rồi sau đógửi nó tới người bạn đó khi điện thoại của người bạn này mở nguồn

- Các tin nhắn SMS ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc vớingười khác

Việc đọc và viết các tin nhắn SMS không gây ra ồn ào Trong khi đó, bạn phảichạy ra ngoài khỏi rạp hát, thự viện hay một nơi nào đó để thực hiện một cuộc điệnthoại hay trả lời một cuộc gọi Bạn không cần phải làm như vậy nếu như tin nhắn SMSđược sử dụng

- Các điện thoại di động và chúng có thể được thay đổi giữa các sóng mangWireless khác nhau

Tin nhắn SMS là một công nghệ rất thành công và trưởng thành Tất cả các điệnthoại mobile ngày nay đều có hỗ trợ nó Bạn không chỉ có thể trao đổi các tin nhắnSMS đối với người sử dụng mobile ở cùng một nhà cung cấp dịch vụ mạng sóng mangwireless, mà đồng thời bạn cũng có thể trao đổi nó với người sử dụng khác ở các nhàcung cấp dịch vụ khác

- SMS là một công nghệ phù hợp với các ứng dụng Wireless sử dụng cùng với

nó

Nói như vậy là do:

3

Thứ nhất, tin nhắn SMS được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại có sử dụng côngnghệ GSM Xây dựng các ứng dụng wireless trên nền công nghệ SMS có thể phát huytối đa những ứng dụng có thể dành cho người sử dụng.

- Thứ hai, các tin nhắn SMS còn tương thích với việc mang các dữ liệu binarybên cạnh gửi các text Nó có thể được sử dụng để gửi nhạc chuông, hình ảnh…

- Thứ ba, tin nhắn SMS hỗ trợ việc chi trả các dịch vụ trực tuyến

- Instructions to handset : Chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay

- Instructions to SIM (optional) : Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM(Subscriber Identity Modules)

- Message body : Nội dung tin nhắn SMS

b) Tin nhắn SMS chuỗi / tin nhắn SMS dài

Một trong những trở ngại của công nghệ SMS là tin nhắn SMS chỉ có thể mangmột lượng giới hạn các dữ liệu Để khắc phục trở ngại này, một mở rộng của nó gọi làSMS chuỗi (hay SMS dài) đã ra đời Một tin nhắn SMS dạng text dài có thể chứanhiều hơn 160 kí tự theo chuẩn dùng trong tiếng Anh Cơ cấu hoạt động cơ bản SMSchuỗi làm việc như sau: điện thoại di động của người gửi sẽ chia tin nhắn dài ra thànhnhiều phần nhỏ và sau đó gửi các phần nhỏ này như một tin nhắn SMS đơn Khi các

4

-Message Body

Instructions to air interface

Instructions to SMSC

Instructions to handset Instructions to SIM (optional)

tin nhắn SMS này đã được gửi tới đích hoàn toàn thì nó sẽ được kết hợp lại với nhautrên máy di động của người nhận.

Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít được hỗ trợ nhiều so với SMS ở các thiết bị

sẽ gửi tin nhắn này tới người nhận

Thường thì một SMSC sẽ họat động một cách chuyên dụng để chuyển lưuthông SMS của một mạng wireless Hệ thống vận hành mạng luôn luôn quản lí SMSCcủa riêng nó và ví trí của chúng bên trong hệ thống mạng wireless Tuy nhiên hệ thốngvận hành mạng sẽ sử dụng một SMSC thứ ba có vị trí bên ngoài của hệ thống mạngwireless

Bạn phải biết địa chỉ SMSC của hệ thống vận hành mạng wireless để sử dụng,tinh chỉnh chức năng tin nhắn SMS trên điện thoại của bạn Điển hình một địa chỉSMSC là một số điện thoại thông thường ở hình thức, khuôn mẫu quốc tế Một điệnthoại nên có một thực đơn chọn lựa để cấu hình địa chỉ SMSC Thông thường thì địachỉ được điều chỉnh lại trong thẻ SIM bởi hệ thống mạng wireless Điều này có nghĩa

là bạn không cần phải làm bất cứ thay đổi nào cả

d) Nhắn tin SMS quốc tế

Các tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành được chia ra làm hai hạng mục gồmtin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ và tin nhắn SMS giữa các nhà điều hànhquốc tế với nhau Tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ là tin nhắn mà đượcgửi giữa các nhà điều hành trog cùng một quốc gia còn tin nhắn SMS giữa các nhàđiều hành quốc tế là tin nhắn SMS được gửi giữa các nhà điều hành mạng wireless ởnhững quốc gia khác nhau

5

-Thường thì chi phí để gửi một tin nhắn SMS quốc tế thì cao hơn so với gửitrong nước Và chi phí gửi tin nhắn trong nội mạng thì ít hơn so với gửi cho mạngkhác trong cùng một quốc gia <= chi phí cho việc gửi tin nhắn SMS quốc tế.

Khả năng kết hợp của tin nhắn SMS giữa hai mạng wireless cục bộ hay thậmchí là quốc tế là một nhân tố chính góp phần tới sự phát triển mạnh mẽ của hệ thốngSMS toàn cầu

1.1.2 Tổng quát về hệ thống thông tin di động GSM

a) Giới thiệu về công nghệ GSM

GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin di động

số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G(second generation) có cấu trúcmạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng caovới các băng tần khác nhau: 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, được tiêuchuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định

GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phầncứng, người ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau

Do nó hầu như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch

vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sửdụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu

Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chấtlượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tinnhắn SMS Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSMđược xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từcác nhà cung cấp thiết bị khác nhau

Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê bao củamình với các mạng khác trên toàn thế giới Và công nghệ GSM cũng phát triển thêmcác tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau này truyền với tốc độ cao hơn sử dụngEDGE

GSM hiện chiếm 85% thị trường di động với 2,5 tỷ thuê bao tại 218 quốc gia vàvùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do

đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sửdụng được nhiều nơi trên thế giới

b) Đặc điểm của công nghệ GSM

- Cho phép gởi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng kí tự dài đến 126 kítự

6

Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, FAX giữa các mạng GSM với tốc độhiện hành lên đến 9.600 bps.

- Tính phủ sóng cao: Công nghệ GSM không chỉ cho phép chuyển giao trongtoàn mạng mà còn chuyển giao giữa các mạng GSM trên toàn cầu mà không có một sựthay đổi, điều chỉnh nào Đây là một tính năng nổi bật nhất của công nghệ GSM(dịch

- Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1khz

đó là mã hoá 6 và 13kbps gọi là Full rate (13kbps) và haft rate (6kbps)

c) Cấu trúc của mạng GSM

Cấu trúc tổng quát

Hình 1.2: Cấu trúc của công nghệ GSM

Hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau:

- Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem)

- Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

- Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem)

- Trạm di động MS (Mobile Station)

Các thành phần công nghệ mạng GSM

7

-Hình 1.3: Các thành phần mạng GSM

HLR: Bộ ghi định vị thường trú OSS: Phân hệ khai thác bảo dưỡng

EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bị PSPDN: Mạng số liệu cộng chuyển mạch gói

MSC: trung tâm chuyển mạch CSPDN: Mạng số liệu cộng chuyển mạch

BSC: Bộ điều khiển tram gốc PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch

NSS: Phân hệ chuyển mạch PLMN: Mạng di động mặt đất

ISDN: Mạng số dịch vụ tích hợp OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

d) Sự phát triển của công nghệ GSM của Việt Nam

Công nghệ GSM đã vào Việt Nam từ năm 1993 Hiện ba nhà cung cấp di độngcông nghệ GSM lớn nhất của Việt Nam là VinaPhone, MobiFone và Viettel Mobile,cũng là những nhà cung cấp chiếm thị phần nhiều nhất trên thị trường với số lượngthuê bao mới tăng chóng mặt trong thời gian vừa qua

Hiện nay có đến hơn 85% người dùng hiện nay đang là khách hàng của các nhàcung cấp dịch vụ theo công nghệ GSM

Cho tới thời điểm này, thị trường thông tin di động của Việt Nam đã có khoảng

70 triệu thuê bao di động Khi mà ba “đại gia” di động của Việt Nam là VinaPhone,MobiFone và Viettel đều tăng trưởng rất nóng với số lượng thuê bao mỗi ngày pháttriển được lên tới hàng trăm ngàn thuê bao

8

-1.2 GIỚI THIỆU MODULE SIM900

1.2.1 Sơ lược về module SIM900

Các modem được sử dụng từ những ngày đầu của sự ra đời máy tính TừModem là một từ được hình thành từ hai từ modulator và demodulator Và định nghĩađặc trưng này cũng giúp ta hình dung được phần nào là thiết bị này sẽ làm cái gì Dữliệu số thì đến từ một DTE, thiết bị dữ liệu đầu cuối được điều chế theo cái cách mà nó

có thể được truyền dữ liệu qua các đường dây truyền dẫn Ở một mặt khác của đườngdây, một modem khác thứ hai điều chế dữ liệu đến và xúc tiến, duy trì nó

Các modem ngày xưa chỉ tương thích cho việc gữi nhận dữ liệu Đễ thiết lậpmột kết nối thì một thiết bị thứ hai như một dialer thì được cần đến Đôi khi kết nốicũng được thiết lập bằng tay băng cách quay số điện thoại tương ứng và một khimodem được bật thì kết nối coi như được thực thi Các máy tính loại nhỏ ở các năm 70thâm nhập vào thị trường là các gia đình, cùng với chi phí thì sự thiếu hụt về kiến thức

kỹ thuật trở thành một vấn đề nan giải

Một modem GSM là một modem wireless, nó làm việc cùng với một mạngwireless GSM Một modem wireless thì cũng hoạt động giống như một modem quay

số Điểm khác nhau chính ở đây là modem quay số thì truyền và nhận dữ liệu thôngqua một đường dây điện thoại cố định trong khi đó một modem wireless thì việc gửinhận dữ liệu thông qua sóng Giống như một điện thoại di động GSM , một modemGSM yêu cầu 1 thẻ sim với một mạng wireless để hoạt động

9

-Hình 1.4: Module Sim900

Modem Sim900 là một trong những loại modem GSM Nhưng Modem Sim900được nâng cao hơn có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn Nó sử dụng công nghệGSM/GPRS hoạt động ở băng tầng EGSM 900Mhz, DCS 1800 Mhz và PCS1900Mhz, tính năng GPRS của Sim 900 có nhiều lớp

 8 lớp điện dung

 10 lớp điện dung

Và hỗ trợ GPRS theo dạng đồ thị mã hóa CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4

1.2.2 Đặc điểm của Modem Sim900.

1 Nguồn cung cấp khoảng 3,4 – 4,5V

2 Nguồn lưu trữ

3 Băng tần

- EGSM 900Mhz, DCS 1800 Mhz và PCS 1900Mhz, Sim900 có thể tự động tìmkiếm các băng tần

- GPRS dữ liệu tải xuống: Max 85.6 kbps

- GPRS dữ liệu tải lên: Max 42.8 kbps

- Sơ đồ mã hóa: CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4

- Sim 900 hỗ trợ giao thức PAP, kiểu sử dụng kết nối PPP

- Sim900 tích hợp giao thức TCP/IP

- Chấp nhận thông tin được điều chỉnh rộng rãi

- MT, MO, CB, Text and PDU mode

- Toàn bộ chế độ tăng cường (ETS 06.50/ 06.06/ 06.80)

- Loại bỏ tiếng dội

14 Giao tiếp nối tiếp và sự ghép nối:

- Cổng nối tiếp: 7 Cổng nối tiếp ( ghép nối)

- Cổng kết nối có thể sử dụng với CSD Fax, GPRS và gửi lệnh ATCommandtới mudule điều khiển

- Cổng nối tiếp có thể sử dụng chức năng giao tiếp

- Hỗ trợ tốc độ truyền 1200 BPS tới 115200 BPS

- Cổng hiệu chỉnh lỗi: 2 cổng nối tiếp TXD và RXD

- Cổng hiệu chỉnh lỗi chỉ sử dụng sữa lỗi

15 Quản lý danh sách:

- Hỗ trợ mẫu danh sách: SM, FD, LD, RC,ON, MC

16 Sim Application toolkit:

-Hình 1.5: Sơ đồ khối SIM900

13

-KHỐINGUỒN

KHỐINGUỒN PIN

NGUỒNSIM

KHỐITIẾNG NÓI

KHỐIRF

KHỐIA/D

KHỐI ĐIỀU KHIỂNSIM

KHỐI MÃ HÓATIẾNG NÓI

KHỐIBÀN PHÍM

KHỐIUART1_UART2

KHỐISPI-IC2RTC

CPU

KHỐITHU PHÁT

KHỐIĐẦU CUỐI

KHỐIKÊT NỐISÓNG

QUẢN LÝ

BỘ NHỚFLASH

ROM

1.2.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân

Hình 1.6: Sơ đồ chân IC SIM900

- Chân 1 (PWRKEY): Chân này dùng để điều khiển hệ thống bật/tắt

- Chân 25 (ADC) : Chân vào của bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số

- Chân 52 ( NETLIGHT): Đầu ra dùng để chỉ báo mạng kết nối được hệ thống

- Chân 47, 48, 49, 50, 51 (KBC): Bàn phím

- Chân 66 (STATUS) : Báo trình trạng công việc

- Chân 67, 68 (GPIO) :Normal input/output port

- Chân 30 ( SIM VCC) : Nguồn cung cấp cho thẻ sim

- Chân 33 ( SIM RST) : Chân reset cho mạch sim

- Chân 40, 41, 42, 43, 44 ( KBR ): chân kết nối với bàn phím

- Chân30 ( SIM DATA) : đầu ra dữ liệu chân sim

- Chân 32 ( SIM CLK ): Chân thời gian của sim

- Chân 34 (SIM PRESENCE ) : Chân dò tìm mạng

- Chân 5 (DCD): Phát hiện dữ liệu

Chân 3 ( DTR ) : chân đầu cuối dữ liệu

- Chân 10 (RXD ) : chân nhận dữ liệu

- Chân 9 (TXD ) : chân truyền dữ liệu

- Chân 8 ( RTS ) : Yêu cầu gửi dữ liệu

- Chân 7 ( CTS ) : Xóa nội dung vừa gửi

- Chân 4 ( RI ) : Chỉ số vòng

- Chân 28 ( DBG RXD ) : đầu ra dùng để điều chỉnh trong nhận dữ liệu

- Chân 27 ( DBG TXD ) : đầu ra dùng để điều chỉnh trong truyền dữ liệu

- Chân 21 ( SPK_P), 22 ( SPK_N ) : chân output

- Chân 19 ( MIC_P ), 20 ( MIC_N ) : chân input

- Chân 21 ( SPK_P ), 22 ( SPK_N) : chân output

 Các chế độ hoạt động của Module Sim900

Module sẽ tự động chuyển sang chế độ SLEEP nếu DTR được thiết lập mứccao và ở đó không có ngắt phần cứng như ngắt GPIO hoặc dữ liệu trên port nối tiếp.Trong trường hợp này, dòng tiêu thụ của module sẽ giảm xuống mức thấp nhất Trongsuốt chế độ SLEEP, module vẫn có thể nhận gói tin nhắn hoặc SMS từ hệ thống

Module sẵn sàng truyền dữ liệu GPRS, nhưng không có dữ liệu nào được gửi

và nhận Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụ phụ thuộc vào thiết lập mạng vàcấu hình GPRS

Xảy ra việc truyền dữ liệu GPRS Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụliên quan tới việc thiết lập mạng ( mức điều khiển nguồn), tốc độ uplink/downlink vàcấu hình GPRS (sử dụng thiết lập multi-slot)

15

-1.2.4 Khảo sát tập lệnh của module SIM 900

Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem AT làmột cách viết gọn của chữ Attention Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT” hay “at”

Đó là lý do tại sao các lệnh modem được gọi là các lệnh AT

a) Các thuật ngữ

<CR>: Carriage return (Mã ASCII 0x0D)

<LF>: Line Feed (Mã ASCII 0x0A)

MT: Mobile Terminal - Thiết bị đầu cuối mạng (trong trường hợp này làmodem)

TE: Terminal Equipment - Thiết bị đầu cuối (máy tinh, hệ vi điều khiển)

Cú pháp cơ bản : “AT<x><n>” hoặc “AT&<x><n>” Với: <x>: Lệnh <n>: Đối

số của lệnh, đối số có thể có 1 hoặc nhiều đối số, đối số có thể tùy chỉnh, được thiếtlập mặc định nếu trong lệnh thiếu đối số

Cú pháp tham số S: “ATS<n>=<m>” Với: <n>: Chỉ số của thanh ghi S đượcthiết lập <m> : Giá trị đặt cho thanh ghi S <m> có thể tùy chỉnh, nếu thiếu giá trị mặcđịnh sẽ được đặt cho <m>

Cú pháp mở rộng : Các lệnh có cú pháp này có thể hoạt động ở nhiều chế độ,các chế độ được liệt kê ở bảng bên dưới :

Bảng 1.2 : Chế độ lệnh AT

Lệnh kiểm tra AT+<x>? Liệt kê danh sách các tham số của lệnh và

các giá trị có thể thiết lập cho tham sốLệnh đọc AT+<x>? Cho biết giá trị hiện tại của các tham số

trong lệnhLệnh thiết lập AT+<x>=<…> Thiết lập các giá trị cho các tham số của

lệnhLệnh thực thi AT+<x> Đọc các tham số bất biến được tác động bởi

các tiến trình bên trong của module

16

-Kết hợp các lệnh AT liên tiếp trên cùng một dòng lệnh: Chỉ cần đánh “AT”hoặc “at” một lần ở đầu dòng lệnh, các lệnh còn lại chỉ cần đánh lệnh, các lệnh cáchnhau bởi dấu chấm phẩy Một dòng lệnh chỉ chấp nhận tối đa 256 ký tự Nếu số ký tựnhiều hơn sẽ không có lệnh nào được thi hành Nhập các lệnh AT liên tiếp trên cácdòng lệnh khác nhau Giữa các dòng lệnh sẽ có một đáp ứng (Ví dụ như OK, CMEerror, CMS error) Cần phải chờ đáp ứng này trước khi nhập lệnh AT tiếp theo

<value> 0 Thiết lập lại mẫu thứ 0 Chú ý: Mẫu được người dùng định nghĩa được lưu trên bộ nhớ

cố định Nếu mẫu của người dùng không hiệu lực, nó sẽ mặcđịnh theo mẫu mặc định lúc sản xuất Bất cư lệnh cộng thêmtrên cùng một dòng lệnh đều bị bác bỏ

 Đọc nội dung tin nhắn SMS: AT+CMGR

-Bảng 1.5 : Lệnh AT+CMGS

OK Lệnh thiết lập

<da> Số điện thoại mà tin nhắn được gửi đến

<toda> Định dạng dạng địa chỉ thể hiện trong sốđiện thoại

129 Dạng không xác định (Số định dạng ISDN)

128 Dạng không xác định (Số định dạng khôngxác định)

161 Dạng số quốc gia (Định dạng ISDN)

145 Dạng số quốc tế (Định dạng ISDN)

177 Số mạng chuyên biệt (Định dạng ISDN)

 Gửi tin nhắn SMS đã được lưu sẵn trong bộ nhớ: AT+CMSS :

1) Nếu gửi thành công: +CMGS:<mr> [,<scts>] OK 2) Nếu có lỗi sẽ báo: +CMS ERROR: <error>

Các tham số

<index> dạng số nguyên; giá trị nằm trong khoảng giá trịđược hỗ trợ bởi bộ nhớ lưu trữ liên quan

<da> Số điện thoại mà tin nhắn được gửi đến

<toda> Định dạng dạng địa chỉ thể hiện trong số điện thoại

- Xóa tin nhắn SMS: AT+CMGD

Bảng 1.7 : Lệnh AT+CMGD

Lệnh đọc

AT+CMGD=?

Đáp ứng +CMGD : <khoảng các tin nhắn SMS trên SIM có thể được xóa>

OK Lệnh thiết lập

 Thiết lập chế độ lệnh phản hồi ATE

OK

19

-Nếu có lỗi sẽ báo cho TE:

+CME ERROR: <error>

Lệnh kiểm tra

AT+CLIP?

Đáp ứng+CLIP: (danh sách các <n> được hỗ trợ) Lệnh thiết lập

AT+CLIP=<n>

Đáp ứngOKNếu có lỗi sẽ báo cho TE :+CME ERROR: <error>

<n> 0 số thứ tự của mẫu được lưu vào

 AT+CMGF Lựa chọn định dạng tin nhắn SMS

Bảng 1.11 : Lệnh AT+CMGF

Lệnh đọc

AT+CMGF?

Đáp ứng +CMGF: <mode>

OK Lệnh kiểm tra

AT+CMGF=?

Đáp ứng +CMGF: Danh sách các <mode> được hỗ trợ

20

-OK Lệnh thiết lập

AT+CMGF=[<mode>]

Đáp ứng

OK Tham số

<mt> được hỗ trợ), (danh sách các <bm> được hỗ trợ),(danh sách các <ds> được hỗ trợ), (danh sách các <bfr>được hỗ trợ)

OK Lệnh thiết lập

+CMS ERROR <error>

Các tham số

<mode> 0 lưu các mã lệnh chỉ thị kết quả trong bộ đệmcủa module Nếu bộ đệm đầy thì các chỉ thị có thể lưu ởcác vùng nhớ khác hoặc chỉ thị cũ nhất sẽ bị xóa và thaythế bởi chỉ thị mới nhận được

1 Hủy chỉ thị và không chấp nhận mã lệnh chỉthị kết quả báo tin nhắn mới nhận khi kết nối giữamodule và thiết bị bị ngắt Ngược lại truyền chúng trựctiếp cho thiết bị

2 Lưu các mã lệnh chỉ thị kết quả trong bộ đệmcủa module nếu kết nối giữa module và thiết bị bị ngắt

và gửi chúng cho thiết bị nếu kết nối được thiết lập lại.Ngược lại gửi chúng trực tiếp cho thiết bị <mt> 0.Không có chỉ thị báo có tin nhắn mới được gửi đến thiết

bị

 AT+CSAS Lưu các thiết lập SMS

21

-Bảng 1.13: Lệnh AT+CSAS

Lệnh kiểm tra

AT+CSAS=?

Đáp ứng +CSAS: Danh sách các <profile> được hỗ trợ

OK Lệnh thiết lập

AT+CSAS=[<profile>]

Đáp ứng

OK Nếu có lỗi sẽ báo cho TE:

+CMS ERROR: <error>

Tham số

<profile> 0 số của mẫu lưu các thiết lập

d) Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem

22

-Hình 1.7: Khởi tạo cấu hình mặc định cho module SIM900

(1) ATZ<CR> Reset modem, kiểm tra modem đã hoạt động bình thường chưa.Gửi nhiều lần, cho đến khi nhận được chuỗi ATZ<CR><CR><LF>OK<CR><LF>

Kết thúc các thao tác khởi tạo cho quá trình nhận cuộc gọi Các bước khởi tạotiếp theo liên quan đến các thao tác truyền nhận tin nhắn

(4) AT&W<CR> Lưu cấu hình cài đặt được thiết lập bởi các lệnh ATE0 vàAT+CLIP vào bộ nhớ

(5) AT+CMGF = 1<CR> Thiết lập quá trình truyền nhận tin nhắn được thựchiện ở chế độ text (mặc định là ở chế độ PDU) Chuỗi trả về sẽ có dạng:

23

(7) AT+CSAS<CR> Lưu cấu hình cài đặt được thiết lập bởi các lệnh:

AT+CMGF và AT+CNMI

e) Đọc tin nhắn

Hình 1.8 : Đọc tin nhắn từ 2 vùng nhớ 1 và 2 trên SIM

Mọi thao tác liên quan đến quá trình nhận tin nhắn đều được thực hiện trên 2ngăn 1 và 2 của bộ nhớ nằm trong SIM

(1) Đọc tin nhắn trong ngăn 1 bằng lệnh AT+CMGR = 1

24

(2) Bao gồm: (2A) Nếu ngăn 1 không chứa tin nhắn, chỉ có chuỗi sau được trả

về <CR><LF>OK<CR><LF> (2B) Nếu ngăn 1 có chứa tin nhắn, nội dung tin nhắn sẽđược gửi trả về TE với định dạng như sau:

<CR><LF>+CMGR: "REC UNREAD","+84929047589",,"07/05/15, 09:32:05+28" <CR><LF>NỘI DUNG<CR><LF><CR><LF>OK<CR><LF>

Các tham số trong chuỗi trả về bao gồm trạng thái của tin nhắn (RECUNREAD), số điện thoại gửi tin nhắn (+84929047589) và thời gian gửi tin nhắn(07/05/15,09:32:05+28) và nội dung tin nhắn Đây là định dạng mặc định của moduleSIM300 lúc khởi động Dạng mở rộng có thể được thiết lập bằng cách sử dụng lệnhAT+CSDH = 1 trước khi thực hiện đọc tin nhắn

(3) Sau khi đọc, tin nhắn được xóa đi bằng lệnh AT+CMGD = 1 Thao táctương tự đối với tin nhắn chứa trong ngăn thứ 2 trong các bước 4, 5A (5B) và 6

-(3) Gửi nội dung tin nhắn và kết thúc bằng kí tự có mã ASCII 0x1A (3A) Gửi

kí tự ESC (mã ASCII là 27) nếu không muốn tiếp tục gửi tin nhắn nữa Khi đó TE sẽgửi trả về chuỗi <CR><LF>OK<CR><LF>

(4) Chuỗi trả về thông báo kết quả quá trình gửi tin nhắn Chuỗi trả về có địnhdạng như sau: <CR><LF>+CMGS: 62<CR><LF><CR><LF>OK<CR><LF>

Trong đó 62 là một số tham chiếu cho tin nhắn đã được gửi Sau mỗi tin nhắnđược gửi đi, giá trị của số tham chiếu này sẽ tăng lên 1 đơn vị Số tham chiếu này cógiá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 255 Thời gian gửi một tin nhắn vào khoảng 3-4 giây(kiểm tra với mạng Mobi phone) (4A) Nếu tình trạng sóng không cho phép thực hiệnviệc gửi tin nhắn (thử bằng cách tháo antenna), hoặc chức năng RF của modem khôngđược cho phép hoạt động (do sử dụng các lệnh AT+CFUN = 0 hoặc AT+CFUN = 4),hoặc số tin nhắn trong hàng đợi phía tổng đài vượt qua giới hạn cho phép, hoặc bộ nhớchứa tin nhắn của MT nhận được tin nhắn bị tràn, MT sẽ gửi thông báo lỗi trở về và cóđịnh dạng như sau: <CR><LF>+CMS ERROR: 193<CR><LF> <CR><LF>+CMSERROR: 515<CR><LF> Chức năng truyền nhận tin nhắn và chức năng thoại đượctách biệt Khi đang thông thoại vẫn có thể truyền nhận được tin nhắn Khi truyền nhậntin nhắn vẫn có thể tiến hành thiết lập và kết thúc cuộc gọi

1.3 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ VĐK PIC16F877

a) Giới thiệu về PIC16F877

Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong cáclĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa và điềukhiển từ xa Giờ đây với nhu cầu chuyên dụng hóa, tối ưu hóa (thời gian, không gian,giá thành) Tính bảo mật, tính chủ động trong công việc…ngày càng đòi hỏi khắt khe.Việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực thiết kế mạch điện tử đáp ứng những nhucầu trên là hoàn toàn cần thiết và mang tính thực tế cao

Khối xử lí trung tâm mà đóng vai trò chính là PIC16F877 sẽ làm nhiệm vụchính là tiếp nhận và xử lí các dữ liệu đến và đi một cách tự động Đề tài sử dụngPIC16F877 vì những ưu điểm vượt trội của nó so với các vi điều khiển khác Về mặttính năng và công năng thì có thề xem PIC vượt trội hơn rất nhiều so với 89 với nhiềumodule được tích hợp sẵn như ADC 10 BIT, PWM 10 BIT, EEPROM 256 BYTE,COMPARATER, VERF COMPARATER…Về mặt giá cả thì có đôi chút chênh lệchnhư giá 1 con 89S52 khoảng 40.000 thì PIC16F877 là 80.000 nhưng khi so sánh nhưthế thì ta nên xem lại phần linh kiện cho việc thiết kế mạch nếu như dùng 89 muốn cóADC bạn phải mua con ADC chẳng hạn như ADC 0808 hay 0809 với giá vài chục

26

-ngàn và bộ Opamp thì khi sử dung PIC nó đã tích hợp cho ta sẵn các module đó cónghĩa là bạn ko cần mua ADC, Opam, EPPROM vì PIC đã có sẵn trong nó Ngoài rachúng ta sẽ gặp nhiều thuận lợi hơn trong thiết kế board, khi đó board mạch sẽ nhỏgọn và đẹp hơn dễ thi công hơn rất nhiều, vì tính về giá cả tổng cộng cho đến lúc thànhphẩm thì PIC có thể xem như rẻ hơn 89 Một điều đặc biệt nữa là tất cả các con PICđược sử dụng thì đều có chuẩn PI tức chuẩn công nghiệp thay vì chuẩn PC (chuẩn dândụng).

Ngoài ra, PIC có ngôn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngoài ngôn ngữ Asemblycòn có ngôn ngữ C thì có thề sử dụng CCSC, HTPIC, MirkoBasic,…và còn nhiềuchương trình khác nữa để hỗ trợ cho việc lập trình bên cạnh ngôn ngữ kinh điển làasmbler thì sử dụng MPLAB IDE Bên cạnh đó với bề dày của sự phát triển lâu đờiPIC đã tạo ra rất nhiều diễn đàn sôi nổi về PIC cả trong và ngoài nước Chính vì vậychúng ta sẽ có nhiều thuận lợi trong việc dễ dàng tìm kiếm các thông tin lập trình chocác dòng PIC

b) Sơ đồ khối của PIC16F877

27

-Hình 1.10: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877P

28

-1.3.1 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN

a) Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877

Hình 1.11: Vi điều khiển PIC16F877P và các dạng sơ đồ chân

b) Một vài thông số về Vi điều khiển PIC16F877

Dòng PIC16F877 được chọn sử dụng trong đề tài là dòng phổ thông với các tínhnăng cơ bản và dễ cho việc sử dụng với:

- Tập lệnh để lập trình chỉ có 35 lệnh rất dễ nhớ và dễ học, có độ dài 8bit Tất

cả các lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ lệnh ngoại trừ một số câu lệnh rẽnhánh thực hiện trong hai chu kỳ lệnh

- Tốc độ hoạt động tối đa cho phép của xung đồng hồ là DC - 20MHz

- Chu kỳ lệnh thực hiện trong 200ns

- Bộ nhớ chương trình Flash Rom 8K×14words

- Bộ nhớ RAM 368×8 bytes

- Bộ nhớ EEPROM 256×8 bytes

Bộ nhớ chương trình của Vi điều khiển PIC16F877 là bộ nhớ flash, dung lượng

bộ nhớ 8K word (1 word = 16bit)

 Khả năng của bộ xử lý này:

- Khả năng ngắt ( lên tới 14 nguồn ngắt trong và ngắt ngoài )

- Ngăn nhớ Stack được phân chia làm 8 mức

- Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

29

- Nguồn khởi động lại (POR)

- Bộ tạo xung thời gian (PWRT) và bộ tạo dao động (OST)

- Bộ đếm xung thời gian (WDT) với nguồn dao động trên chíp (nguồn dao độngRC) hoạt động đáng tin cậy

- Có mã chương trình bảo vệ

- Có bảng lựa chọn dao động

- Công nghệ CMOST FLASH/EEPROM nguồn mức thấp, tốc độ cao

- Thiết kế hoàn toàn tĩnh

- Mạch chương trình nối tiếp có 2 chân

- Xử lý đọc/ghi tới bộ nhớ chương trình

- Dải điện thế hoạt động rộng từ 2.0V đến 5.5V

- Nguồn sử dụng hiện tại 25mA

- Dãy nhiệt độ công nghiệp và thuận lợi

- Công suất tiêu thụ thấp:

< 0.6mA với 5.5V, 4MHz

20µA với nguồn 3V, 32KHz

< 1µA nguồn dự phòng

 Các đặc tính nổi bật của thiết bị ngoại vi trên chip

- Timer0: 8 bít của bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỉ lệ trước

- Timer1: 16 bít của bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỉ lệ trước, có khả năng tăngtrong khi ở chế độ Sleep qua xung đồng hồ được cung cấp bên ngoài

- Timer2: 8 bít của bộ định thời, bộ đếm với 8 bít của hệ số tỉ lệ trước, hệ số tỉ

lệ sau

- Có 2 chế độ bắt giữ, so sánh, điều chế độ rộng xung (PWM)

- Chế độ bắt giữ với 16 bít, tốc độ 12.5ns, chế độ so sánh với 16 bít, tốc độ giảiquyết cực đại 200ns, chế độ điều chế độ rộng xung với 10 bít

- 2 bộ module CCP ( bao gồm Capture bắt giữ, Compare so sánh, PWM điềuchế xung 10 bit) và 1 bộ module ECCP

- 1 bộ ADC với 10 kênh ADC 10 bit

- Bộ chuyển đổi số sang tương tự với 10 bít

- Cổng truyền thông nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ và I2C (chủ/phụ)

- Bộ truyền nhận thông tin đồng bộ, dị bộ USART (AUSART/EUSART) có khảnăng phát hiện ra 9 bít địa chỉ

- Cổng phụ song song (PSP) với 8 bít mở rộng, với RD, WR và CS điều khiển

- Bộ giám sát định thời Watchdog timer

- Chuẩn giao tiếp nối tiếp MSSP (SPI/I2C)

30

Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP( In Circuit Serial Programming)thông qua 2 chân

- Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

- Tần số hoạt động tối đa là 64Mhz

- Bộ nhớ Flash với khả nămh ghi xóa được 100.000 lần

- Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần

- Dữ liệu EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

- Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

c) Các cổng I/O của PIC16F877

Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện để vi điều khiển tương tác vớithế giới bên ngoài Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó,chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng

Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy theocách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượngchân trong mỗi cổng có thể khác nhau Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích hợpsẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là cổng xuất nhậpthông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các chức năng khác để thể hiện sựtác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với thế giới bên ngoài Chức năng củatừng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được xác lập và điều khiển đượcthông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó

Vi điều khiển PIC16F877 có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB,PORTC, PORTD và PORTE

PORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin Đây là các chân “hai chiều” (bidirectionalpin), nghĩa là có thể xuất và nhập được Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanhghi TRISA (địa chỉ 85h) Muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA làinput, ta “set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngượclại, muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là output, ta “clear” bit điềukhiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA Thao tác này hoàn toàn tương tựđối với các PORT và các thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS (đối với PORTA làTRISA, đối với PORTB là TRISB, đối với PORTC là TRISC, đối với PORTD làTRISC và đối với PORTE là TRISE) Bên cạnh đó PORTA còn là ngõ ra của bộADC, bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ

31

-giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port) Đặc tính này sẽ được trình bày cụthể trong phần sau.

Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:

PORTA (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong PORTA

TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập

CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh

CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp

ADCON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADC

PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng làTRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạpchương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau PORTB còn liên quanđến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéolên được điều khiển bởi chương trình

Các thanh ghi liên quan đến PORTB bao gồm:

PORTB (địa chỉ 06h, 106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB

TRISB (địa chỉ 86h, 186h) : điều khiển xuất nhập

OPTION_REG (địa chỉ 81h, 181h) : điều khiển ngắt ngoại vi và bộ timer0

PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng làTRISC Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ Timer1,

bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART Các thanh ghi điều

khiển liên quan đến PORTC:

PORTC (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong PORTC

TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập

PORTD (RPD) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng làTRISC PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel SlavePort)

Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:

Thanh ghi PORTD : chứa các giá trị Pin trong PORTD

Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập

32

- PORTE

PORTE (RPE) gồm 3 chân I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng làTRISE Các chân PORTE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn là chân điềukhiển của chuẩn giao tiếp PSP

Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:

+ PORTE : chứa giá trị các chân trong PORTE

+ TRISE : điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP.+ ADCON1 : thanh ghi điều khiển khối ADC

d) So sánh với bộ vi điều khiển 89C51

 Các đặc điểm chung của bộ VĐK này:

 8 KB EPROM bên trong

 128 Byte RAM nội

 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

 Giao tiếp nối tiếp

 Port 2:

Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21 - 28 được dùng như các đường xuấtnhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng

33

- Port 3:

Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10 - 17 Các chân của port này cónhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của8951

OTHER REGISTER 128 byte RAM

128 byte RAM 8051\8052

ROM 4K: 8031 4K: 8051 EPROM 4K: 8951

INTERRUPT

CONTROL

SERIAL PORT TIMER 0 TIMER 1 TIME 2

CPU

OSCILATOR

BUS CONTROL I/O PORT SERIAL PORT

INT0 INT1

Hình 1.12: Sơ đồ khối của AT89C51

Ngoài những đặc tính trên thì bộ vi điều khiển PIC16F877 còn có một đặc điểmhơn hẳn 89C51 là có 10bít chuyển đổi A/D trên chip điều này giúp chúng ta không mấtmột bộ chuyển đổi (sẽ dẫn đến kết nối dây trở nên phức tạp)

Một đặc điểm nữa là bộ VĐK PIC16F877 có bộ tạo dao động chủ trên chíp điềunày sẽ tránh được những sai số không cần thiết trong việc tạo xung dao động, vi điềukhiển PIC16F877 có khả năng tự Reset bằng bộ WTD và có thêm 256 byte EEPROM

1.3.2 Bộ chuyển đổi tương tự sang - số (ADC)

ADC (Analog to Digital Converter) là bộ chuyển đổi tín hiệu giữa hai dạngtương tự và số PIC16F877 có 8 ngõ vào analog (RA4:RA0 và RE2:RE0) Hiệu điệnthế chuẩn VREF có thể được chọn là VDD, VSS hay hiệu điện thế chuẩn được xác địnhtrên chân RA2 và RA3 Kết quả chuyển đổi từ tín tiệu tương tự sang tín hiệu số là 10bit số tương ứng và được lưu trong hai thanh ghi ADRESH và ADRESL Khi không

sử dụng bộ chuyển đổi ADECLARE, các thanh ghi này có thể được sử dụng như cácthanh ghi thông thường khác Khi quá trình chuyển đổi hoàn tất, kết quả sẽ được lưu

34

-vào hai thanh ghi ADRESH:ADRESL, bit GO/DONE (ADCON0<2>) được xóa về 0

và cờ ngắt ADIF được set

Quy trình chuyển đổi từ tương tự sang số bao gồm các bước sau:

 Thiết lập cấu hình cho port:

- Ngắt kết nối các đầu ra của bộ điều khiển

- Thiết lập cấu hình các chân ở dạng analog

 Thiết lập các thông số cho bộ chuyển đổi ADC

- Chọn xung clock cho bộ chuyển đổi ADC

- Chọn ngõ vào analog, điện áp mẫu dựa vào thanh ghi ADCON1

- Chọn đầu vào cho bộ ADC

- Chọn dạng kết quả

- Chọn chế độ kết nối trễ

- Chọn kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0)

- Cho phép bộ chuyển đổi ADC hoạt động

 Thiết lập các cờ ngắt cho bộ ADC

- Mở chế độ ngắt của bộ ADC

- Clear bit ADIF

- Set bit ADIF

- Set bit PEIE

- Set bit GIE

 Đợi cho tới khi quá trình lấy mẫu hoàn tất

 Bắt đầu quá trình chuyển đổi bằng cách set bit GO/DONE

 Đợi cho tới khi quá trình chuyển đổi hoàn tất bằng cách:

- Kiểm tra bit GO/DONE

- Kiểm tra cờ ngắt ADC

 Đọc kết quả chuyển đổi ADC

 Xóa cờ ngắt ADC (tiếp tục thực hiện nếu cần tiếp tục chuyển đổi)

35