QUYEN BAOCAO MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BÁO CÁO VI XỬ LÝ (CT141) HIỂN THỊ DỮ LIỆU LÊN LCD DÙNG MSP430G2231 Sinh viên thực Cán hướng dẫn Lê Huệ Minh Th.s Trần Hữu Danh MSSV: 1080984 Cần Thơ, tháng 12- 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BÁO CÁO VI XỬ LÝ (CT141) HIỂN THỊ DỮ LIỆU LÊN LCD DÙNG MSP430G2231 Sinh viên thực Cán hướng dẫn Lê Huệ Minh Th.s Trần Hữu Danh MSSV: 1080984 Niên luận nộp đánh giá vào ngày 05 tháng 12 năm 2011 Kết đánh giá: Cán đánh giá: LỜI CAM ĐOAN Đề tài “Mạch hiển thị liệu (chữ )lên LCD” đề tài đơn giản với sinh viên ngành điện tử Và với việc đưa vào giảng dạy vi xử lý MSP430 việc tìm hiểu loại vi xử lý cần thiết Vì em chọn đề tài “Mạch hiển thị dự liệu lên LCD dùng MSP430G2231 ” để làm đồ án vi xử lý cho Trong trình thực đề tài, nhiều thiếu sót kiến thức hạn chế nội dung trình bày báo cáo hiểu biết thành em đạt giúp đỡ giảng viên hướng dẫn thầy Trần Hữu Danh Em xin cam đoan rằng: nội dung trình bày báo cáo đồ án chép từ cơng trình có trước Nếu không thật, em xin chịu trách nhiệm trước nhà trường Cần Thơ, ngày 05 tháng 12 năm 2011 Sinh viên thực LÊ HUỆ MINH LỜI CẢM ƠN Hoàn thành niên luận em xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy Trần Hữu Danh, thầy trực tiếp hướng dẫn, theo sát, ân cần bảo em bước từ bắt đầu đồ án tới hoàn thành Em không quên cám ơn thầy cô Bộ môn Điện tử Viễn thơng, anh chị khóa trước số bạn sinh viên ngành Điện tử hỗ trợ kiến thức, kinh nghiệm để em thực đề tài Dù cố gắng nhiều báo cáo không tránh khỏi sai lầm, thiếu sót mong thơng cảm góp ý thầy bạn Xin chân thành cảm ơn! Trân trọng! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Khi khoa học công nghệ ngày phát triển người ngày muốn tự động hóa tất máy móc sống Ví dụ, người chế tạo quang báo cửa hàng với hiệu ứng nhìn cho đẹp mắt khơng bảng chữ thông thường Và để làm điều này, cần tìm hiểu vi xử lý thiết bị để hiển thị LCD, Led ma trận , đặc biệt vi xử lý thị trường để theo kịp cơng nghệ đại Do đó, để hồn thành mơn học Kỹ thuật vi xử lý, em chọn đề tài “Mạch hiển thị liệu (chữ ) dùng MSP430” để làm đồ án cuối kỳ Mạch sử dụng loại vi xử lý MSP430 xuất thị trường mẻ với sinh viên ngành điện tử 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Vấn đề hiển thị liệu sinh viên làm nhiều Tuy nhiên, đề tài vi xử lý thường họ 8051 Đây vi xử lý cũ Mới đây, vi xử lý MSP430 xuất thị trường với tính đáng ý: tiết kiệm lượng, giá thành rẻ, nhiều chức hay loại vi xử lý cũ, nên cần nghiên cứu để sử dụng Đây đề tài đơn giản giúp phần hiểu dòng MSP430 bắt đầu tìm hiểu dòng 1.3 PHẠM VI ĐỀ TÀI Đề tài thực việc hiển thị dòng chữ lên LCD sau:  Lần 1: hiển thị chuỗi “LE HUE MINH” lên dòng chuỗi “MSSV:     1080984” lên dòng Tiếp tuc lần Lần 2: hiển thị chuỗi “LOP TU DONG HOA” lên dòng chuỗi “KHOA 34 ” lên dòng Tiếp tuc lần Lần 3: hiển thị chuỗi “BÁO CAO DE TAI” lên dòng chuỗi “VI XU LY” lên dòng Tiếp tuc lần Lần 4: hiển thị chuỗi “HIEN THI DU LIEU” lên dòng chuỗi “LCD 16x2” lên dòng Quay lại thực lần 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU-HƯỚNG GIẢI QUYẾT 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu vi xử lý MSP430 (cấu tạo, tập lệnh, cách lập trình, ngơn ngữ để lập trình, ), tìm hiểu LCD (cấu tạo, tập lệnh, ) 1.4.2 Hướng giải Sử dụng MSP430G2231 để xử lý liệu, dùng ngôn ngữ lập trình C để lập trình, hiển thị liệu LCD CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÌM HIỂU MSP430 I TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG HỌ MSP430 I.1 Giới thiệu MSP430 chứa 16 bit RISC CPU, ngoại vi hệ thống định thời linh hoạt kết nối với theo cấu trúc VON-NEUMANN, có Bus liên kết như: Bus địa nhớ ( MAB), Bus liệu nhớ ( MDB) Đây xử lý đại với mô đun nhớ tương tự kết nối ngoại vi tín hiệu số, MSP430 đưa giải pháp tốt cho nhu cầu ứng dụng với tín hiệu hỗn tạp MSP430 có số phiên như: MSP430x1xx, MSP430x2xx, MSP430x3xx, MSP430x4xx, MSP430x5xx Dưới đặc điểm tổng quát họ vi điều khiển MSP430: + Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ Pin - Duy trì 0.1µA dòng ni RAM - Chỉ 0.8µA real- time clock - 250 µA/ MIPS + Bộ tương tự hiệu suất cao cho phép đo xác - 12 bit 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref - 12 bit DAC - Bộ giám sát điện áp nguồn + 16 bit RISC CPU cho phép nhiều ứng dụng, thể phần kích thước Code lập trình - Thanh ghi lớn nên loại trừ trường hợp tắt nghẽn tập tin làm việc - Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện giảm giá thành - Tối ưu hóa cho chương trình ngơn ngữ bậc cao C, C++ - Có chế độ định địa - Khả ngắt theo véc tơ lớn + Trong lập trình cho nhớ Flash cho phép thay đổi Code cách linh hoạt, phạm vi rộng, nhớ Flash lưu lại nhật ký liệu I.2 Hệ thống định thời ( Clock) linh hoạt Hệ thống Clock thiết kế cách đặc biệt cho ứng dụng sử dụng nguồn cung cấp Pin Một tạo xung nhịp phụ tần số thấp ( ACLK) cung cấp trực tiếp từ dao động thạch anh 32 KHz ACLK sử dụng Real-time Clock để kích hoạt tính Một dao động kĩ thuật số tốc độ cao ( DCO) làm nguồn xung đồng hồ ( MCLK) sử dụng cho CPU kết nối ngoại vi tốc độ cao Bởi thiết kế này, DCO hoạt động ổn định 1MHz thời gian µS MSP430 thiết kế dựa giải pháp có hiệu sử dụng RISC CPU 16 bít hiệu suất cao + Bộ định thời phụ tần số thấp: Hoạt động chế độ sẵn sàng sử dụng nguồn cực thấp + Bộ định thời ( Master Clock) tốc độ cao: Hoạt động xử lý tín hiệu hiệu suất cao Hình I.1: Sơ đồ cấu trúc MSP430 II Các vùng địa MSP430 thiết kế theo cấu trúc Von-Neumann có vùng địa chia thành nhiều vùng ghi chức đặc biệt ( SFRs), ngoại vi, RAM, nhớ Flash/ROM Hình I.2: Sơ đồ nhớ MSP430 II.1 Flash/ROM Địa bắt đầu Flash/ROM phụ thuộc vào độ lớn Flash/ROM tùy thuộc vào họ vi điều khiển Địa kết thúc Flash/ROM 0x1FFFFh Flash/ROM sử dụng cho mã chương trình liệu Những bảng Byte Word tồn trử sử dụng Flash/ROM mà không cần copy vào RAM trước sử dụng chúng Những bảng véc tơ ánh xạ đến 16 Word phía vùng địa Flash/ROM với ưu tiên ngắt cao vùng địa cao Flash/ROM II.2 RAM RAM bắt đầu địa 0200h giới hạn cuối tùy thuộc vào kích thước RAM RAM sử dụng cho mã chương trình liệu II.3 Các module ngoại vi Trong vùng khơng gian địa MSP430 có vùng địa dành cho mô đun ngoại vi Vùng địa từ 0100 đến 01FFh sử dụng dành riêng cho mơ đun ngoại vi 16 Bít Vùng địa từ 010 đến 0FFh sử dụng dành riêng cho mơ đun ngoại vi Bít II.4 Thanh ghi chức đặc biệt SFRs liên quan nhiều đến cho phép tính số mơ đun ngoại vi dùng để truyền tín hiệu ngắt từ ngoại vi SFRs nằm 16 Byte thấp vùng địa tổ chức Byte SFRs truy cập thị Byte III Tổ chức nhớ Byte dùng để định vị trí địa lẽ chẳn, Word sử dụng cho địa chẵn Vì sử dụng lệnh Word có địa chẵn sử dụng Byte thấp Word ln số chẵn, Byte cao số lẽ 10 TARx: Thanh ghi đếm Timer_A TACCTLx, Capture/compare control + CMx: Chế độ Capture 00 Không Capture 01 Capture cạnh lên 10 Capture cạnh xuống 11 Capture hai cạnh lên cạnh xuống + CCISx: Lựa chọn ngã vào Capture/Compare 00 CCIxA 01 CCIxB 10 GND 11 Vcc + SCS: Đồng nguồn Capture Không đồng Đồng + SCCI: Đồng ngã vào Capture/Compare Lựa chọn tín hiệu vào CCI chốt với tín hiệu EQUx đọc thơng qua Bit SCCI + CAP: Chọn chế độ Compare Capture 29 + OUTMODx: Chọn chế độ ngã 000 Out 001 Set 010 Toggle/Reset 011 Set/Reset 100 Toggle 101 Reset 110 Toggle/Set 111 Reset/set + CCIE: Cho phép ngắt Capture/Compare Không cho phép ngắt Cho phép ngắt + CCI: Ngã vào Capture/Compare đọc Bit + OUT: Ngã Mức thấp Mức cao + COV: Sự tràn Capture Không xuất tràn Capture Xuất tràn Capture + CCIFG: Cờ ngắt Capture/Compare Khơng có trì hỗn ngắt Có trì hỗn ngắt TACCRx, Timer_A capture/compare TACCRx: Đây ghi Timer_A Capture/Compare Chế độ Capture: TAR copy vào ghi TACCRx Capture sử dụng 30 Chế độ Compare: Thanh ghi TACCRx chứa liệu so sánh giá trị Timer TAR TAIV, Timer_A Interrupt vector TAIVx: Giá trị Véc tơ ngắt Timer_A 00h Khơng có trì hoãn ngắt 02h Cờ TACCR1 CCIFG 04h Cờ TACCR2 CCIFG 06h Được dự trữ 08h Được dự trữ 0Ah Cờ TAIFG 0Ch Được dự trữ 0Eh Được dự trữ BỘ BIẾN ĐỔI ADC10 Giới thiệu ADC10 ADC10 biến đổi A-D 10 Bit có hiệu suất cao Mô đun ADC10 lắp đặt 10 bit SAR core, Bộ điều khiển lựa chọn mẫu, Bộ sinh mẫu, Bộ điều khiển chuyển đổi liệu ( DTC) DTC cung cấp cho ADC10 mẫu chuyển đổi lưu trữ nơi đâu nhớ mà khơng có can thiệp CPU Mơ đun ADC10 thiết lập người sử dụng cho ứng dụng đa dạng ADC10 bao gồm: + Tỉ lệ chuyển đổi lớn 200 ksps + Lấy mẫu giữ với chu kỳ lấy mẫu lập trình + Sự chuyển đổi khởi tạo chương trình timer A + Chương trình lựa chọn điện áp chuẩn chip ( 1.5V 2.5V ) + Chương trình lựa chọn tham chiếu bên bên ngồi + Có kênh nhập tín hiệu từ bên ngồi ( 12 MSP430x22xx) + Có kênh chuyển đổi cho cảm biến nhiệt độ bên ngoài, Vcc, tham chiếu bên 31 + Lựa chọn nguồn xung clock chuyển đổi + Nhân ADC điện áp chuẩn cấp xuống cách riêng rẽ + Bộ chuyển đổi liệu lưu trữ kết chuyển đổi cách tự động VIII TÌM HIỂU LCD 16x02 LCD loại hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị dòng chữ số bảng mã ASCII Không giống loại LCD lớn, LCD 16x02 chia sẵn thành ô ứng với hiển thị ký tự ASCII Cũng lý thị ký tự ASCII nên loại LCD gọi Text LCD (để phân biệt với Graphic LCD hiển thị hình ảnh) Mỗi LCD bao gồm “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” “hiện” chấm tạo thành ký tự cần hiển thị Trong LCD, mẫu ký tự định nghĩa sẵn Kích thước LCD định nghĩa số ký tự hiển thị dòng tổng số dòng mà LCD có Ví dụ LCD 16x2 loại có dòng dòng hiển thị tối đa 16 ký tự Một số kích thước Text LCD thơng thường gồm 16x1, 16x2, 16x4, 20x2, 20x4… Hình 2.1 ví dụ LCD 16x2 Hình 2.1: LCD 16x02 LCD có cách giao tiếp nối tiếp (như I2C) song song Đối với LCD bạn cần tham khảo datasheet riêng loại I Cấu tạo chân: Các LCD 16x02 thường có 16 chân 14 chân kết nối với điều khiển chân nguồn cho “đèn LED nền” Thứ tự chân thường 32 xếp sau: Bảng I.1: Sơ đồ chân LCD 16x02 Trong số LCD chân LED đánh số 15 16 số trường hợp chân ghi A (Anode) K (Cathode) II Thanh ghi tổ chức nhớ: LCD có ghi bits INSTRUCTION REGISTER (IR) DATA REGISTER (DR) Thanh ghi IR chứa mã lệnh điều khiển LCD ghi “chỉ ghi” (chỉ ghi vào ghi mà khơng đọc nó) Thanh ghi DR chứa các loại liệu ký tự cần hiển thị liệu đọc từ nhớ LCD…Cả ghi nối với đường liệu D0:7 LCD lựa chọn tùy theo chân điều khiển RS, RW Thực tế để điều khiển 33 LCD không cần quan tâm đến cách thức hoạt động ghi này, khơng cần khảo sát chi tiết chúng LCD có loại nhớ, nhớ RAM liệu cần hiển thị DDRAM (Didplay Data RAM), nhớ chứa ROM chứa font tạo ký tự CGROM (Character Generator ROM) nhớ RAM chứa font tạo symbol tùy chọn CGRAM (Character Generator RAM) Để điều khiển hiển thị LCD cần hiểu tổ chức cách thức hoạt động nhớ này: II.1 DDRAM: DDRAM nhớ tạm chứa ký tự cần hiển thị lên LCD, nhớ gồm có 80 chia thành hàng, có độ rộng bit đánh số từ đến 39 cho dòng 1; từ 64 đến 103 cho dòng Mỗi nhớ tương ứng với hình LCD Như biết LCD loại 16x2 hiển thị tối đa 32 ký tự (có 32 hiển thị), có số nhớ DDRAM khơng sử dụng làm ô hiển thị Để hiểu rõ tham khảo hình II.1 bên dưới: Hình II.1: Tổ chức DDRAM Chỉ có 16 nhớ có địa từ đến 15 16 ô địa từ 64 đến 79 hiển thị LCD Vì muốn hiển thị ký tự LCD cần viết ký tự vào DDRAM 32 địa Các ký tự nằm ngồi 32 nhớ khơng hiển thị, nhiên không bị đi, chúng dùng cho mục đích khác cần thiết II.2 CGROM CGROM vùng nhớ cố định chứa định nghĩa font cho ký tự Chúng ta không trực tiếp truy xuất vùng nhớ mà LCD tự thực có yêu cầu đọc font để hiển thị Một điều đáng lưu ý địa font ký tự vùng nhớ CGROM mã ASCII ký tự Ví dụ ký tự ‘a’ có mã ASCII 97, tham khảo tổ chức vùng nhớ CGROM hình II.2 bạn nhận thấy địa font ‘a’ có bit thấp 0001 bit cao 0110, địa tổng hợp 01100001 = 97 CGROM DDRAM tự động phối hợp trình hiển thị 34 LCD Giả sử muốn hiển thị ký tự ‘a’ vị trí đầu tiên, dòng thứ LCD bước thực sau: trước hết biết vị trí dòng có địa 64 nhớ DDRAM (xem hình II.1 ), ghi vào nhớ có địa 64 giá trị 97 (mã ASCII ký tự ‘a’) Tiếp theo, LCD đọc giá trị 97 coi địa vùng nhớ CGROM, tìm đến vùng nhớ CGROM có địa 97 đọc bảng font định nghĩa sẵn đây, sau xuất font “chấm” hình LCD vị trí dòng LCD Đây cách mà nhớ DDRAM CGROM phối hợp với để hiển thị ký tự Như mô tả, công việc người lập trình điều khiển LCD tương đối đơn giản, viết mã ASCII vào nhớ DDRAM vị trí yêu cầu 35 II.3 CGRAM Hình II.2: Vùng nhớ CGROM CGRAM vùng nhớ chứa symbol người dùng tự định nghĩa, symbol có kích thước 5x8 dành cho ô nhớ bit Các symbol thường định nghĩa trước gọi hiển thị cần thiết Vùng có tất 64 nhớ nên có tối đa symbol định nghĩa III Tập lệnh LCD 36 Bảng III: Tóm tắt lệnh ghi vào LCD - Mode bit: Nếu bit DL lệnh function set mode bit dùng Để sử dụng mode bit, tất lines liệu LCD từ D0 đến D7 (từ chân đến chân 14) phải nối với PORT chip điều khiển bên Ưu điểm phương pháp giao tiếp liệu ghi đọc nhanh đơn giản chip điều khiển cần xuất nhận liệu PORT Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm tổng số chân dành cho giao tiếp LCD q nhiều, tính ln chân điều khiển cần đến 11 đường cho giao tiếp LCD - Mode bit: LCD cho phép giao tiếp với điều khiển theo chế độ bit Trong chế độ này, chân D0, D1, D2 D3 LCD không sử dụng (để trống), có chân từ D4 đến D7 kết nối với chip điều khiển Các instruction data bit ghi đọc cách chia thành phần, gọi Nibbles, nibble gồm bit giao tiếp thông qua chân D7:4, nibble cao xử lí trước nibble thấp sau Ưu điểm lớn phương pháp tối thiểu số lines dùng cho giao tiếp LCD Tuy nhiên, việc đọc ghi nibble tương đối khó khăn đọc ghi liệu bit Trong học 37 này, tơi trình bày chương trình viết riêng để ghi đọc nibbles gọi Read2Nib Write2Nib CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 38 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH: NGUỒN 3V MSP430G2231 LCD NGUỒN 5V SƠ ĐỒ CHI TIẾT CỦA MẠCH V C C = V J C O N J U 2 V P P P P P P c 1 1 1 c V s P P T E S R S P P 1 1 s T T 1 C O N K D D D D D D D D A 1 E R R S V E E V D D R W V S S R 0 V V C C = L C D b i e n t r o K M S P F 1 U L C D J C O N 3 J J 1 C O N 3 C O N LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 39 BEGIN KHỞI TẠO LCD XĨA MÀN HÌNH HÀM CON TRỎ BẮT ĐẦU Ở DÒNG HiỂN THI CHUỖI ”LE HUE MINH” HÀM CON TRỎ BẮT ĐẦU Ở DÒNG HiỂN THI CHUỖI ”MSSV: 1080984” 40 DELAY(1S) DELAY(1S) XĨA MÀN HÌNH XĨA MÀN HÌNH HÀM CON TRỎ BẮT ĐẦU Ở DÒNG HÀM CON TRỎ BẮT ĐẦU Ở DÒNG HiỂN THI CHUỖI HiỂN THI CHUỖI ”LOP TU DONG HOA” ”BAO CAO DE TAI” HÀM CON TRỎ BẮT ĐẦU Ở DÒNG HÀM CON TRỎ BẮT ĐẦU Ở DÒNG HiỂN THI CHUỖI HiỂN THI CHUỖI ”KHOA 34” ”VI XU LY” 41 DELAY(1S) XÓA MÀN HÌNH HÀM CON TRỎ BẮT ĐẦU Ở DỊNG HiỂN THI CHUỖI ”HIEN THI DU LIEU” HÀM CON TRỎ BẮT ĐẦU Ở DÒNG HiỂN THI CHUỖI ”LEN LCD 16x2” DELAY(1S) KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: Mạch chạy theo yêu cầu đề tài 42 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận a Ưu điểm: Mạch hoạt động tốt b Khuyết điểm: Mạch rườm rà Đề nghị: Có thể dùng thêm DS18B20 để đo nhiệt độ môi trường hiển thị lên LCD 43 ... VI XỬ LÝ (CT141) HIỂN THỊ DỮ LIỆU LÊN LCD DÙNG MSP430G2231 Sinh viên thực Cán hướng dẫn Lê Huệ Minh Th.s Trần Hữu Danh MSSV: 1080984 Niên luận nộp đánh giá vào ngày 05 tháng 12 năm 2011 Kết đánh... xin chịu trách nhiệm trước nhà trường Cần Thơ, ngày 05 tháng 12 năm 2011 Sinh viên thực LÊ HUỆ MINH LỜI CẢM ƠN Hoàn thành niên luận em xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy Trần Hữu Danh, thầy... PHẠM VI ĐỀ TÀI Đề tài thực việc hiển thị dòng chữ lên LCD sau:  Lần 1: hiển thị chuỗi “LE HUE MINH lên dòng chuỗi “MSSV:     1080984” lên dòng Tiếp tuc lần Lần 2: hiển thị chuỗi “LOP TU