Đồ án điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại di động

Giải thích : Công nghệ CDMA sử dụng mã số cho mỗi cuộc gọi, và nó không sử dụng một kênh để đàm thoại như công nghệ TDMA mà sử dụng cả mộtphổ tần nhiều kênh một lúc vì vậy công nghệ này

PHẦN 2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

TÀI

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

CHƯƠNG DẨN NHẬP

Mạch được thiết kế để điều khiển 4 thiết bị điện trong nhà nhờ ứng dụngTone DTMF trong điện thoại, đồng thời kết hợp việc hiển thị nhiệt độ trongphòng ra một LCD Mạch điện được kết nối với một ĐTDĐ qua Jack cắm HeadPhone Đây em sử dụng điện thoại Nokia với Jack cắm 2mm Muốn điều khiểnthiết bị ta bấm số của ĐTDĐ đặt trong mạch điều khiển Trong vòng 3 đến 4 hồichuông hệ thống sẽ tự động bắt máy Và phát câu thông báo mời nhập mật khẩu.

Mật khẩu là được đặt là 1122, nhập xong ta nhấn phím (#) để hệ thống kiểm

tra Nếu trong quá trình nhập bấm nhầm số có thể bấm phím (*) để xóa rồi nhậplại Nếu mật khẩu sai hệ thống sẽ yêu cầu nhập lại, nhưng nếu nhập sai đến ba lẩnthì hệ thống sẽ gác máy Nếu đúng mật khẩu hệ thống sẽ phát thông báo yêu cầulựa chọn

Nhấn phím 9 (1 lần) để chọn mở thiết bị, nếu thiết bị đang được mở sẽ cóthông báo là thiết bị đã được mở, còn nếu thiết bị chưa mở thì sẽ mở thiết bị đó

Nhấn phím (*) để chọn tắt thiết bị , nếu thiết bị đang tắt sẽ có thông báo

là thiết bị đang tắt, còn nếu thiết bị chưa tắt thì sẽ tắt thiết bị đó

Nhấn phím 9 (2 lần liên tiếp) để kiểm tra trạng thái thiết bị

Nhấn các phím 1-2-3-4-5-6-7-8 để chọn các thiết bị

VD: Nhấn 9-4-3-2-1 mở TB4, TB3, TB2, TB1

9-9-1-2-3-4 tắt TB 1, TB 2, TB3, TB4

Khi hệ thống đã bắt máy nếu trong khoản thời gian 30 giây mà không có

phím nào được nhấn sẽ tự động gác máy Để dễ dàng cho việc sử dụng chúng ta

có thể đeo Head Phone trong lúc điều khiển hoặc mở loa ngoài của điện thoại

Nếu nhiệt độ bên ngoài vược quá 50oC thì chuông báo sẽ được bật lên

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích của đề tài là thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị điện

từ xa qua điện thoại di động với khả năng phản hồi trạng thái, kết quả điều khiểnthiết bị bằng tiếng nói Đồng thời hiển thị nhiệt độ trong phòng qua một LCD

3 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM

Hệ thống điều khiển từ xa nắm giữ 1 vai trò quan trọng trong công cuộccông nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Điều khiển từ xa rất đa dạng phong phú:trong lĩnh vực quân sự được ứng dụng vào điều khiển máy bay không người lái,tên lửa, phi thuyền, vệ tinh nhân tạo… trong dân dụng điều khiển từ xa làm tăngtính tiện ích và tăng giá trị sử dụng cho các thiết bị

Điều khiển thiết bị từ xa qua điện thoại di động là sự kết hợp giữa các

ngành Điện – Điện tử và Viễn thông, sự phối hợp ứng dụng vi điều khiển hiệnđại và hệ thống thông tin liên lạc đã hình thành một hướng nghiên cứu và pháttriển không nhỏ trong Khoa Học Kỹ Thuật , khắc phục được nhiều giới hạn trong

hệ thống điều khiển từ xa và báo động thông thường Hệ thống này không phụthuộc vào khoảng cách, môi trường ,đối tượng điều khiển và đối tượng báo động

Thực tế là hệ thống điều khiển từ xa và tự động quay số báo động quamạng điện thoại mặc dù có những đặc trưng nổi bật, nhưng chúng chỉ được ứngdụng ở những công trình có tầm cỡ lớn và chưa thực sự là một sản phẩm phổbiến trong dân dụng là do giá thành sản phẩm còn quá cao

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, em thực hiện đề tài : “Điều khiển thiết bị

từ xa qua điện thoại di động” với mục đích tạo ra một sản phẩm có độ tin cậy

cao nhưng giá thành sản phẩm hạ nhằm nâng cao đời sống tiện ích cho conngười, góp phần vào công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Nhưng đề tài vẫn còn nhiều hạn chế nhất định như chưa thể tự động gọi rabên ngoài để báo động khi có sự cố bất ngờ

CHƯƠNG 2 MẠNG GSM

MẠNG GSM

2.1 ĐỊNH NGHĨA GSM

GSM là viết tắt của từ " The Global System for Mobile Communication" -

Mạng thông tin di động toàn cầu

GSM là tiêu chuẩn chung cho các thuê bao di động di chuyển giữa các vị

trí địa lý khác nhau mà vẫn giữ được liên lạc

2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG GSM

Vào đầu những năm 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điệnthoại di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó đượcchuẩn hoá bởi (CEPT : European Conference of Postal and TelecommunicationsAdministrations) và tạo ra Groupe Special Mobile (GSM) với mục đích sử dụngchung cho toàn Châu Âu

Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưavào sử dụng đầu tiên bởi nhà khai thác Radiolinja ở Finland Vào năm 1989 côngviệc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễnthông châu Âu (European Telecommunications Standards Institute (ETSI)), cáctiêu chuẩn, đặc tính của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990 Đến cuốinăm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấpdịch vụ trên 48 quốc gia

Ở Việt Nam và các nước trên Thế giới , mạng điện thoại GSM vẫn chiếm

đa số, Việt Nam có 3 mạng điện thoại GSM đó là :

- Mạng Vinaphone : 091 => 094

- Mạng Mobiphone : 090 => 093

- Mạng Vietel 098

Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA - TDMA là viết tắt

của từ " Time Division Multiple Access " - Phân chia các truy cập theo thời gian

Giải thích : Đây là công nghệ cho phép 7 máy di động có thể sử dụng

chung 1 kênh để đàm thoại , mỗi máy sẽ sử dụng 1 khe thời gian để truyền vànhận thông tin

Giải thích : Công nghệ CDMA sử dụng mã số cho mỗi cuộc gọi, và nó

không sử dụng một kênh để đàm thoại như công nghệ TDMA mà sử dụng cả mộtphổ tần (nhiều kênh một lúc) vì vậy công nghệ này có tốc độ truyền dẫn tín hiệucao hơn công nghệ TDMA

2.5 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MẠNG DI ĐỘNG

Mỗi mạng điện thoại di động có nhiều tổng đài chuyển mạch MSC ở cáckhu vực khác nhau ( Ví dụ như tổng đài miền Bắc, miền Trung, miền Nam) vàmỗi Tổng đài lại có nhiều trạm thu phát vô tuyến BSS

Cấu trúc mạng thông tin di động

Trung tâm xác thực (AuC) là một cơ sở dữ liệu bảo vệ chứa bản sao cáckhoá bảo mật của mỗi card SIM, được dùng để xác thực và mã hoá trên kênh vôtuyến

với trạm di động Hệ thống trạm gốc gồm có hai phần: Trạm thu phát gốc (BTS)

và Trạm điều khiển gốc (BSC: là kết nối giữa trạm di động và tổng đài chuyển mạch di động MSC)

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC), thực hiện việc chuyểnmạch cuộc gọi giữa các thuê bao di động và giữa các thuê bao di động với thuêbao của mạng cố định

Trạm di động (Mobile Station) được người thuê bao mang theo

Hệ thống trạm gốc ( Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyếnvới trạm di động

HLR bao gồm tất cả các thông tin quản trị cho các thuê bao đã được đăng

ký của mạng GSM, cùng với vị trí hiện tại của thuê bao Chỉ có một HLR logiccho toàn bộ mạng GSM mặc dù nó có thể được triển khai dưới dạng cơ sở dữ liệuphân bố

Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) bao gồm các thông tin quản trị được lựachọn từ HLR, cần thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ thuê bao,cho các di động hiện đang ở vị trí mà nó quản lý Mặc dầu các chức năng này cóthể được triển khai ở các thiết bị độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất tổng đàiđều kết hợp VLR vào MSC, vì thể việc điều khiển vùng địa lý của MSC tươngứng với của VLR nên đơn giản được báo hiệu

Băng tần GSM 1900MHz

Tất cả các mạng điện thoại ở Việt Nam hiện đang phát ở băng tần

900MHz , các nước trên Thế giới sử dụng băng tần 1800MHz, Mỹ sử dụng băng tần 1900MHz

● Tần số thu và phát của máy di động là do tổng đài điều khiển

♦ So sánh 2 băng tần

Băng tần GSM 900MHz và băng tần GSM 1800MHz

875 thuê bao có thể liên lạc đồng thời trong một thời điểm cho một mạng

di động, đây là con số quá ít không đáp ứng được nhu cầu sử dụng, vì vậy tái sửdụng tần số là phương pháp làm tăng số thuê bao di động có thể liên lạc trongmột thời điểm lên tới con số hàng triệu

● Phương pháp tái sử dụng tần số

Người ta chia một Thành phố ra thành nhiêu ô hình lục giác => gọi là

Cell , mỗi ô có một trạm BTS để thu phát tín hiệu, các ô không liền nhau có thểphát chung một tần số ( như hình dưới thì các ô có cùng mầu xanh hay mầu vàng

có thể phục vụ được hàng chục ngàn thuê bao có thể liên lạc trong cùng một thờiđiểm

Thành phố được chia thành nhiều ô hình lục giác, mỗi ô được đặt một trạm

thu phát BTS

● Phát tín hiệu trong mỗi ô

Tín hiệu trong mỗi ô được phát theo một trong hai phương pháp

Phát đẳng hướng

Phát có hướng theo góc 120o

2.8 THỰC HIỆN CUỘC GOI TỪ THIẾT BỊ DI ĐỘNG ĐẾN THIẾT BỊ DI ĐỘNG

Thiết bị gửi yêu cầu một kênh báo hiệu

BSC sẽ chỉ định kênh báo hiệu

Thiết bị gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi cho MSC/VLR Thao tác đăng ký trạng thái tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi số được gọi cho mạng, kiểm tra thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra…

+ Nếu hợp lệ MSC/VLR báo cho BSC một kênh đang rỗi

+ MSC/VLR sẽ phân tích số điện thoại di động bị gọi để tìm ra vị trí đăng ký gốc trong HLR

HLR phân tích số điện thoại di động để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ cho thiết bị

HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ

MSC/VLR gửi thông điệp trả lời đến HLR

HLR phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR đang phục vụ

MSC/VLR đã biết địa chỉ LA của thiết bị nên sẽ gửi thông điệp đến BSC quản lý LA này

BSC phát thông điệp ra toàn bộ các ô thuộc LA

Khi nhận được thông điệp, thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại BSC

BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin cho MSC/VLR.MSC/VLR phân tích thông điệp của BSC để tiến hành thủ tục bật trạng thái của thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị…

di động chấp nhận trả lời thì kết nối được thiết lập.

CHƯƠNG 3 MÁY DI ĐỘNG

MÁY DI ĐỘNG

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Sơ đồ khối của điện thoại di động

3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Điện thoại di động có 3 khối chính đó là

Khối nguồn

Khối điều khiển

Khối Thu - Phát tín hiệu

Sau đây là chức năng và nguyên lý hoạt động của các khối

3.3 KHỐI NGUỒN

Chức năng :

Điều khiển tắt mở nguồn

Chia nguồn thành nhiều mức nguồn khác nhau

Ổn định nguồn cung cấp cho các tải tiêu thụ

Điện áp V.BAT cấp nguồn trực tiếp vào ba IC đó là IC nguồn, IC công suất phát và IC dung chuông led

Khi ta bật công tắc nguồn => tác động vào IC nguồn qua chân

PWR-ON => Mở ra các điện áp khởi động cấp cho khối điều khiển bao gồm :

+ VKĐ1 ( điện áp khởi động 1 ) 2,8V cấp cho CPU

+ VKĐ2 - 1,8V cấp cho CPU, Memory và IC mã âm tần

+ VKĐ3 - 2,8V cấp cho mạch dao động 26MHz

Sau khi được cấp nguồn, khối vi xử lý hoạt động, CPU sẽ trao đổi dữliệu với Memory để lấy ra phần mềm điều khiển các hoạt động của máy,trong đó có các lệnh quay lại điều khiển khối nguồn để mở ra các điện áp cấpcho khối thu phát tín hiệu gọi là các điện áp điều khiển bao gồm :

+ VĐK1 (điện áp điều khiển 1) Cấp cho bộ dao động nội VCO

+ VĐK2 Cấp cho mạch cao tần ở chế độ thu

+ VĐK3 Cấp cho mạch cao tần ở chế độ phát

Điều khiển nạp bổ xung :

Dòng điện từ bộ xạc đi vào IC nạp và được CPU điều khiển thông qua

CPU mà CPU biết và ngắt dòng nạp

Sự hoạt động của khối nguồn được minh hoạ như sau :

- Minh hoạ sự hoạt động của điện thoại khi mở nguồn :

- Bước1 : Lắp Pin vào máy, máy được cấp nguồn V.BAT

- Bước 2 : Bật công tắc ON-OFF, chân PWR-ON chuyển từ mức caoxuống mức thấp

- Bước 3 : IC nguồn hoạt động và cho ra các điện áp VKĐ cung cấp chokhối điều khiển bao gồm dao động 13MHz, CPU và Memory

- Bước 4 : Khối điều khiển hoạt động và truy cập vào bộ nhớ Memory

để lấy ra chương trình điều khiển máy

- Bước 5 : CPU đưa ra các lệnh quay lại IC nguồn để điều khiển mở racác điện áp cung cấp cho khối thu phát sóng hoạt động

3.4 KHỐI ĐIỀU KHIỂN

Bao gồm CPU ( Center Processor Unit - Đơn vị xử lý trung tâm )

CPU thực hiện các chức năng.

- Điều khiển tắt mở nguồn chính, chuyển nguồn giữa chế độ thu và phát

- Điều khiển đồng bộ sự hoạt động giữa các IC

- Điều khiển khối thu phát sóng

- Quản lý các chương trình trong bộ nhớ

- Điều khiển truy cập SIM Card

- Điều khiển màn hình LCD

- Xử lý mã quét từ bàn phím

- Điều khiển sự hoạt động của Camera

- Đưa ra tín hiệu dung chuông và chiếu sáng đèn Led

- MEMORY ( Bộ nhớ ) bao gồm

- ROM ( Read Olly Memory ) đây là bộ nhớ chỉ đọc lưu các chương trình

quản lý thiết bị, quản lý các IC, quản lý số IMEI, nội dung trong ROM do nhà sản xuất nạp vào trước khi điện thoại được xuất xưởng

bộ nhớ lưu tạm các chương trình phục vụ trực tiếp cho quá trình xử lý của

- FLASH đây là bộ nhớ có tốc độ truy cập nhanh và có dung lượng khá

lớn dùng để nạp các chương trình phần mềm như hệ điều hành và các chươngtrình ứng dụng trên điện thoại, khi hoạt động CPU sẽ truy cập vào FLASH đểlấy ra phần mềm điều khiển máy hoạt động

các chương trình ứng dụng , tập tin ảnh, video, ca nhạc

3.5 KHỐI THU PHÁT TÍN HIỆU

Khối thu phát tín hiệu bao gồm:

- RX là kênh thu

- TX là kênh phát tín hiệu

* Kênh thu : Kênh thu có hai đường song song dùng cho 2 băng sóng

+ Băng GSM 900MHz có tần số thu từ 935MHz đến 960MHz.+ Băng DCS1800MHz có tần số thu từ 1805MHz đến 1880MHz

Ở việt nam chỉ sử dụng băng GSM 900MHz vì vậy tìm hiểu và sửa chữađiện thoại ta chỉ quan tâm đến băng sóng này, băng DCS 1800MHz ở nước ngoài

sử dụng Khi thu băng GSM 900MHz , tín hiệu thu vào Anten đi qua

Chuyển mạch Anten đóng vào đường GSM900MHz => Đi qua bộ lọc thu

để lọc bỏ các tín hiệu nhiễu => Đi qua bộ khuếch đại nâng biên độ tín hiệu => Điqua bộ ghép hỗ cảm để tạo ra tín hiệu cân bằng đi vào IC Cao trung tần

Mạch trộng tần trộn tín hiệu cao tần với tần số dao động nội tạo ra từ bộdao động VCO => tạo thành tín hiệu trung tần IF => đưa qua mạch khuếch đạitrung tần khuếch đại lên biên độ đủ lớn cung cấp cho mạch tách sóng điều pha.Mạch tách sóng lấy ra 2 dữ liệu thu RXI và RXQ >> Tín hiệu RXI và RXQ được

đưa sang IC mã âm tần để xử lý và tách làm hai tín hiệu :

=> Tín hiệu thoại được đưa đến bộ đổi D - A lấy ra tín hiệu âm tần =>khuếch đại và đưa ra loa => Các tín hiệu khác được đưa xuống IC vi xử lý theohai đường IDAT và QDAT để lấy ra các tin hiệu báo dung chuông, tin nhắn

* Kênh phát

- Tín hiệu thoại thu từ Micro được đưa vào IC mã âm tần

- Các dữ liệu khác ( thông qua giao tiếp bàn phím ) đưa vào CPU xử lý vàđưa lên IC mã âm tần theo hai đường IDAT và QDAT

- IC mã âm tần thực hiện mã hoá , chuyển đổi A - D và xử lý cho ra 4 tínhiệu TXIP, TXIN, TXQP, TXQN đưa lên IC cao trung tần

- IC cao trung tần sẽ tổng hợp các tín hiệu lại sau đó điều chế lên sóngcao tần phát

- Dao động nội VCO cung cấp dao động cao tần cho mạch điều chế

- Mạch điều chế theo nguyên lý điều chế pha => tạo ra tín hiệu cao tầntrong khoảng tần số từ 890MHz đến 915MHz => tín hiệu cao tần được đưa quamạch ghép hỗ cảm => đưa qua mạch lọc phát => khuếch đại qua tầng tiềnkhuếch đại => đưa đến IC khuếch đại công suất khuếch đại rồi đưa qua bộ cảmứng phát => qua chuyển mạch Anten => đi ra Anten phát sóng về trạm BTS

- IC công suất phát được điều khiển thay đổi công suất phát thông qualệnh APC ra từ IC cao trung tần

- Một phần tín hiệu phát được lấy ra trên bộ cảm ứng phát =>hồi tiếp về

IC cao trung tần qua đường DET để giúp mạch APC tự động điều chỉnh côngsuất phát APC ( Auto Power Control )

CHƯƠNG 4 MÃ ĐA TẦN

MÃ ĐA TẦN

4.1 HỆ THỐNG DTMF

Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong hệ thốngđiện thoại hiện đại hiện nay Hệ thống này còn gọi là hệ thống Touch-Tone, hệthống được hình thành vào năm 1960 nhưng mãi đến năm 1970 mới được pháttriển rộng rãi Hệ thống DTMF giờ đây trở thành chuẩn thay thế cho hệ thốngxung kiểu cũ

DTMF (dual tone multi frequency) là tổng hợp của hai âm thanh Nhưngđiểm đặc biệt của hai âm này là không cùng âm nghĩa là: tần số của hai âm thanhnày không có cùng ước số chung với âm thanh kia Ví dụ như 750 và 500 thì cócùng ước số chung là 250 (750=250 x 3, 500= 250 x 2) vì vậy 750 và 500 là haithanh cùng âm không thể kết hợp thành tín hiệu DTMF

Lợi điểm của việc sử dụng tín hiệu DTMF trong điện thoại là chống đượcnhiễu tín hiệu do đó tổng đài có thể biết chính xác được phím nào đã được nhấn.Ngoài ra nó còn giúp cho người ta sử dụng điện thoại thuận tiện hơn Ngày nayhầu hết các hệ thống điện thoại đều sử dụng tín hiệu DTMF Bàn phím chuẩn củaloại điện thoại này có dạng ma trận chữ nhật gồm có 3 cột và 4 hàng tạo nên tổngcộng là 12 phím nhấn: 10 phím cho chữ số (0-9), hai phím đặc biệt là ‘* ’ và ‘# ’.Mỗi một hàng trên bàn phím được gán cho một tần số tone thấp, mỗi cột đượcgán cho tần số tone cao Mỗi một phím sẽ có một tín hiệu DTMF riêng mà đượctổng hợp bởi hai tần số tương ứng với hàng và cột mà phím đó đang đứng.Những tần số này đã được chọn lựa rất cẩn thận

Bàn chuẩn phím 12 số

Ngày nay để tăng khả năng sử dụng của điện thoại người ta phát triểnthêm một cột nữa cho bàn phím điện thoại chuẩn tạo nên bàn phím ma trận 4x4như hình

Bàn phím chuẩn 16 số

4.2 TIẾP NHẬN ÂM HIỆU DTMF

Tần số DTMF được chọn kỹ để ở tổng đài có lẫn với những âm hiệu khác

có thể xuất hiện Bộ thu có những mạch lọc rất tốt chỉ để tiếp nhận các tần số

DTMF và có những mạch đo thời gian để đảm bảo âm hiệu xuất hiện trong thời gian ít nhất là 50ms trước khi nhận lại âm hiệu DTMF Sau khi được nối thông

đến người gọi, bộ thu đã được tách ra khỏi đường dây và thuê bao có thể dùng

bằng nút ấn để chỉnh tín hiệu DTMF đến người bị gọi như là mạch truyền đưa số

liệu tốc độ thấp

4.3 SO SÁNH THỜI GIAN GỬI SỐ

Gửi số bằng lưỡng âm đa tần DTMF nhanh hơn cách quay số rất nhiều về mặt nguyên tắccũng như trên thực tế Với DTMF thời gian nhận được một số là

50ms và thời gian nghỉ giữa hai số là 50ms, tổng cộng là 100ms cho mỗi số Giả

sử gởi đi 10 số:

Với DTMF mất: 100 ms x 10 = 1s.

Với đĩa quay số : 5x10x100ms + 9x700ms = 11,3 s

Ngoài ưu điểm sử dụng dễ dàng, nhẹ, DTMF giảm thời gian chiếm dụng

bộ thu số rất nhiều, giảm bởi số lượng bộ thu số dẫn tới giảm giá thành tổng đài

7 8

1 0

5 6 9

1 6 3

Pin 1 (in+): non-inverting op-amp: ngõ vào không đảo

Pin 2 (in-): investing op-amp: ngõ vào đảo

cuối qua điện trở hồi tiếp.

Pin 4 (Vref): reference voltage: ngõ ra thông thường bằng VDD/2

Pin 5 (inh) : inhibit : ngõ vào khi chân này ở mức logic cao thì khôngnhận dạng được kí tự A,B,C ở ngõ ra (undelected)

Pin 6 (pwdn): power down: ngõ vào tác động mức cao Khi chân này tácđộng thì sẽ cấm mạch dao động và IC 8870 hoạt động

Pin 7 (osc1) : xung clock ngõ vào

Pin 8 (osc1) : xung clock ngõ ra NốI 2 chân 7, 8 vớI thạch anh 3.58MHz

sẽ tạo thành dao dộng nội

Pin 9 (Vss) : nối mass

Pin 10 (TOE): three stage output: ngõ ra Q1-Q4 hoạt động khi TOE ở mứccao

Pin 11 đến 14: ngõ ra Q1-Q4, khi chân TOE ở mức cao thì các chân nàycung cấp mã tương ứng với các cặp tone dò tìm được theo bảng chức năng, khiTOE ở mức thấp thì dữ liệu ngõ ra ở trạng thái trở kháng cao

Pin 15 (STD) : delayed steering: chân này ở mức cao khi gặp tần số tone

đã được ghi nhận và ngõ ra chốt dữ liệu , trở về mức thấp khi điện áp ST/GT nhỏhơn điện áp ngưỡng VTST

Pin 16 (EST) : early steering: chân này lên mức 1 khi bộ thuật toán nhậnđược cặp tone và trở về mưc 0 khi mất tone

Pin 17 (ST/GT): steering input/guard tone output: khi điện áp VC lớn hơnVTST thì ST sẽ điều khiển dò tim cặp tone và chốt ngõ ra

Pin 18 (VDD) : điện áp cung cấp thường là +5v.

Sơ đồ khối bên trong MT 8870 Bảng giải mã các tín hiệu DTMF:

Khối này sẽ tách tín hiệu tone thành nhóm tần số thấp và nhóm tần số cao.Nhóm tần số thấp từ 697 Hz đến 941 Hz và tần số cao từ 1209 Hz đến 1633 Hz.

cả hai nhóm tín hiệu này được biến đổi thành xung vuông bởi bộ dò Zerocrossing

GT có điện thế lớn hơn mức ngưỡng VTST, điều này làm cho cặp tone được ghinhận và 4 bit dữ liệu tương ứng đươc đưa vào ngõ ra của bộ chốt Lúc đó chânEST cùng với chân ST/GT vẫn tiếp tục ở mức cao Sau một thời gian trể ngắn

cho phép thì chân STD

4.4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Điện áp tại ngõ vào ST/GT gọi là điện thế VC Ban đầu cặp tần số của mãtone được qua bộ lọc tần số (dial tone filter) Bộ này sẽ tách tín hiệu thành hainhóm Một nhóm tần số thấp, một nhóm tần số cao Việc này thực hiện được nhờ

bộ lọc thông dãy bậc 6 Nhóm thứ nhất sẽ lọc thông dãy tần số từ 697HZ đến

nhóm tín hiệu này được biến đổi thành xung vuông bởi bộ dò Zero crossing Saukhi có được xung vuông, xung này được xác định tần số và kiểm tra chúng cótương ứng với cặp tần số chuẩn DTMF hay không nhờ thuật toán trung bình phứchợp (complex averaging) Nhờ kỹ thuật này mà mạch sẽ bảo vệ được các tonegây ra từ tín hiệu bên ngòai mà tín hiệu này làm cho sai lệch tần số nhỏ Khi bộ

dò cũng nhận đủ có hai tone thích hợp thì ngõ ra EST sẽ lên mức cao EST lênmức cao sẽ làm cho VC tăng đến ngưỡng nào đó mà lớn hơn VTST thì sẽ tácđộng vào ngõ ST/GT làm cặp tone được ghi nhận Lúc này điện thế tại VC tiếptục tăng lên Sau một thời gian trễ nhất định thì ngõ ra STD sẽ chuyển lên mứccao Lúc này cặp tone đã được ghi nhận và sẵn sàng truy xuất ở ngõ ra nếu ngõTOE ở mức tích cực cao thì 4 bit mã đã giải mã được sẽ truy xuất ra bên ngòai.Sau một thời gian chuyển trạng thái lên mức cao ngõ STD sẽ chuyển xuống mứcthấp và VC giảm xuống, khi VC <VTST thì sẽ điều khiển thanh ghi dò cặp tonemới

Như vậy khi xuất hiện 1 cặp tần số tone trên đường dây ,qua tụ C6 đưavào ngõ vào IN − thì ngõ ra sẽ xuất hiện dạng nhị phân 4 bit tương ứng

Các thông số của MT 8870 do nhà sản xuất hướng dẫn Các giá trị điện trở, tụ điện, thời gian an tòan, bảo vệ được nhà sản xuất đưa ra : sẽ lên mức cao báo hiệu cặp tone đã được ghi nhận

CHƯƠNG 5 VI ĐIỀU KHIỂN

VI ĐIỀU KHIỂN

5.1 SƠ LƯỢC VỀ PIC 16F877A

Vi điều khiển PIC16F877A và dạng sơ đồ chân

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độdài 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạtđộng tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chươngtrình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM vớidung lượng 256 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O

Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếmdựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung.

Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ

Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điềukhiển RD, WR, CS ở bên ngoài

Các đặc tính Analog:

8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

Hai bộ so sánh

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần

Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần

Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

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

Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân Watchdog Timer với bộ dao động trong

Chức năng bảo mật mã chương trình

Chế độ Sleep

Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

5.2 SƠ ĐỒ KHỐI

Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A.

= 8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit).

Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ0000h (Reset vector) Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ0004h (Interrupt vector) Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack vàkhông được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình

5.3.2 BỘ NHỚ DỮ LIỆU

Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank.Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank Mỗi bank có dunglượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (SpecialFunction Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chungGPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank Cácthanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽđược đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truyxuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệuPIC16F877A như sau:

5.4 CÁC THANH GHI ĐIỀU KHIỂN

5.4.1 THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT

Đây là các thanh ghi được sử dụng bởi CPU hoặc được dùng để thiết lập

và điều khiển các khối chức năng được tích hợp bên trong vi điều khiển Có thểphân thanh ghi SFR làm hai lọai: thanh ghi SFR liên quan đến các chức năng bêntrong (CPU) và thanh ghi SRF dùng để thiết lập và điều khiển các khối chứcnăng bên ngoài (ví dụ như ADC, PWM, …)

Thanh ghi STATUS (03h, 83h, 103h, 183h):thanh ghi chứa kết quả thực

hiện phép toán của khối ALU, trạng thái reset và các bit chọn bank cần truy xuấttrong bộ nhớ dữ liệu

Thanh ghi OPTION_REG (81h, 181h): thanh ghi này cho phép đọc và

ghi, cho phép điều khiển chức năng pull-up của các chân trong PORTB, xác lậpcác tham số về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếmTimer0

Thanh ghi INTCON (0Bh, 8Bh,10Bh, 18Bh):thanh ghi cho phép đọc và

ghi, chứa các bit điều khiển và các bit cờ hiệu khi timer0 bị tràn, ngắt ngoại viRB0/INT và ngắt interrputon- change tại các chân của PORTB

Thanh ghi PIE1 (8Ch): chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của các

khối chức năng ngoại vi

Thanh ghi PIR1 (0Ch) chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các

ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE1

chức năng CCP2, SSP bus, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớEEPROM.

Thanh ghi PIR2 (0Dh): chứa các cờ ngắt của các khối chức năng ngoại

vi, các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE2

Thanh ghi PCON (8Eh): chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ

reset của vi điều khiển

5.4.2 THANH GHI MỤC ĐÍCH CHUNG GPR

Các thanh ghi này có thể được truy xuất trực tiếp hoặc gián tiếp thông quathanh ghi FSG (File Select Register) Đây là các thanh ghi dữ liệu thông thường,người sử dụng có thể tùy theo mục đích chương trình mà có thể dùng các thanhghi này để chứa các biến số, hằng số, kết quả hoặc các tham số phục vụ chochương trình

Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là mộtvùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi

Khi lệnh CALL được thực hiện hay khi một ngắt xảy ra làm chương trình

bị rẽ nhánh, giá trị của bộ đếm chương trình PC tự động được vi điều khiển cấtvào trong stack Khi một trong các lệnh RETURN, RETLW hat RETFIE được

thực thi, giá trị PC sẽ tự động được lấy ra từ trong stack, vi điều khiển sẽ thựchiện tiếp chương trình theo đúng qui trình định trước.

Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F87xA có khả năng chứa được

8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng Nghĩa là giá trị cất vào bộ nhớStack lần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần đầu tiên và giá trị cất vào bộnhớ Stack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần thứ 2 Cần chú ý làkhông có cờ hiệu nào cho biết trạng thái stack, do đó ta không biết được khi nàostack tràn Bên cạnh đó tập lệnh của vi điều khiển dòng PIC cũng không có lệnhPOP hay PUSH, các thao tác với bộ nhớ stack sẽ hoàn toàn được điều khiển bởiCPU

5.5 CÁC CỔNG XUẤT NHẬP CỦA PIC16F877A

Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng đểtương tác với thế giới bên ngoài Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích hợp sẵnbên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là cổng xuấtnhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các chức năng khác đểthể hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với thế giới bên ngoài

Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB,PORTC, PORTD và PORTE

Port A:

PORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin Đây là các chân “hai chiều”(bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được Chức năng I/O này đượcđiều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h) Muốn xác lập chức năng của mộtchân trong PORTA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trongthanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trongPORTA là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanhghi TRISA Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT và các thanh ghiđiều khiển tương ứng TRIS (đối với PORTA là TRISA, đối với PORTB là