THIẾT KẾ MẠCH KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ TRÊN VĐK MSP430, điện tử viễn thông, đại học bách khoa hà nội

THIẾT KẾ MẠCH, KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ, TRÊN VĐK MSP430, điện tử viễn thông, đh bách khoa hà nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Sinh viên thực hiện: Đàm Văn Phượng 20111974

Trần Hồng Quân 20111998

Hà Nội 1/2015

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa như ngày nay, các thiết bịđiện tử, tự động hóa đóng vai trò rất quan trọng, đặc biệt là trong quá trình sảxuất ở các phân xưởng, nhà máy cũng như là trong đời sống gia đình.Tronglĩnh vực điều khiển công nghệ chế tạo vi mạch lập trình phát triển đã đem đếncác kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụngcác mạch lắp ráp Các linh kiện sử dụng nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tincậy, công suất cao

Lĩnh vự điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sảnphẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như các loạimáy tự động, đồng hồ báo giờ, các loại đèn quang báo, Với những kiến thức

đã học và thông qua tìm hiểu internet chúng em chúng em đã chọn đề tài là:Mạch khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển MSP430

Bài tập lớn bao gồm 3 chương:

Chương 1: Khảo sát & phân tích hệ thống

+ Tìm hiểu qua về các linh kiện

+ Hoạt động của các linh kiện trong hệ thống

Chương 2: Giới thiệu hệ thống nhúng và KIT MSP430

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 5

1.1 Giới thiệu đề tài: 5

1.2 Mô tả đề tài: 5

1.3 Yêu cầu chức năng: 5

1.4 Yêu cầu phi năng: 6

1.5 Các công cụ sử dụng: 6

1.6 Sơ đồ khối của hệ thống: 6

1.7 Phân chia công việc: 6

CHƯƠNG 2: Giới thiệu về các hệ thống nhúng và KIT MSP430 7

2.1 Hệ thống nhúng là gì? 7

2.2 KIT MSP430 8

2.2.1 Sơ lược cấu tạo KIT MSP430 8

2.2.2 Bộ nhớ KIT MSP430 12

2.3 Phần mềm 13

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 14

3.1 Sơ đồ bàn phím 14

3.2 : Khối hiển thị 15

3.3 Khối nguồn 15

3.4 : Sơ đồ toàn mạch 16

3.4.1 Mạch chạy thử trên proteus 17

3.4.2 Sơ đồ mạch in 17

3.4.5 Hình chụp toàn mạch: 18

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 18

PHỤ LỤC : SOURCE CODE 19

CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG

1.1 Giới thiệu đề tài:

Các thiết bị trong nhà luôn là những vật dụng quan trọng không thể thiếu trongđời sống của chúng ta, ví dụ như: đồng hồ báo thức, bóng điện, nhiệt kế , khóa Tuy nhiên những thiết bị bằng cơ học này thường không chính xác và dễ sai lệch,lại không thể hoạt động một cách tự động Nhưng ngày nay với sử dụng các thiết

bị điện tử, những các thiết bị này sẽ được thay thế bởi các thiết bị nhỏ gọn và cóthể chạy chính xác hơn Chính vì vậy từ những nhu cầu và điều kiện trên chúng emquyết định chọn đề tài: thiết kế mạch khóa số điện tử, góp 1 phần nhỏ vào các thiết

bị thông minh trong ngôi nhà

1.2 Mô tả đề tài:

Đề tài: Khóa số điện tử.

- Hệ thống kết nối với cửa ra vào, yêu cầu người sử dụng phải đăng nhập mậtkhẩu vào hệ thống để được vào

- Dùng LCD để hiển thị mật khẩu và giao tiếp với người sử dụng

- Hệ thống có keypad giúp người dùng nhập mật khẩu vào hệ thống

- Khi người sử dụng nhập đúng mật khẩu vào hệ thống thì hệ thống sẽ tựđộng mở cửa cho người vào trong

1.3 Yêu cầu chức năng:

- Khóa số giao tiếp qua keypad , hiển thị lên LCD

- Nhập mật khẩu để mở khóa

- Nhập sai 3 lần hệ thống sẽ treo 5 phút

- Có thể thay đổi mật khẩu

1.4 Yêu cầu phi năng:

- Sử dụng vi điều khiển MSP430 với công suất nhỏ

- Altium 13.4: Thiết kế mạch nguyên lý và mạch in

- Micosoft Visio : Lập sơ đồ khối

1.6 Sơ đồ khối của hệ thống:

Hình 1: Sơ đồ khối của hệ thống

1.7 Phân chia công việc:

- Đàm Văn Phượng: Soạn thảo code C, đặt mạch in, viết báo cáo

- Trần Hồng Quân: Thiết kế mạch nguyên lý và mạch in, hàn mạch

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC HỆ THỐNG NHÚNG VÀ KIT MSP430

2.1 Hệ thống nhúng là gì?

 Theo Wikipedia.org thì Hệ thống nhúng (Embedded system) là mộtthuật ngữ để chỉ một hệ thống có khả năng tự trị được nhúng vàotrong một môi trường hay một hệ thống mẹ Đó là các hệ thống tíchhợp cả phần cứng và phần mềm phục vụ các bài toán chuyên dụngtrong nhiều lĩnh vực công nghiệp, tự động hoá điều khiển, quan trắc

và truyền tin Đặc điểm của các hệ thống nhúng là hoạt động ổn định

và có tính năng tự động hoá cao

 Không giống như máy tính, các hệ thống nhúng chỉ thực hiện mộthoặc một vài chức năng nhất định chứ không có chức năng xử lý nhưtrong máy tính Các hệ thống nhúng này bắt buộc phải có phần cứngđược thiết kế riêng đi kèm mới hoạt động đúng với chức năng Các hệthống nhúng thường được thiết kế tối ưu cả về kích thước và giáthành; hơn nữa các hệ thống nhùng thường được sản xuất với số lượngkhá lớn

hoặc bộ nhớ flash Phần mềm thường chạy với số tài nguyên phầncứng hạn chế: không có bàn phím, màn hình hoặc có nhưng với kíchthước nhỏ, dung lượng bộ nhớ thấp Sau đây, ta sẽ đi sâu, xem xét cụthể đặc điểm của các thành phần của hệ thống nhúng

 Các hệ thống nhúng sau khi được sử dụng sẽ hoạt động độc lập,không cần sự điều khiển của con người Hệ thống hoạt động ổn địnhtrong thời gian rất lâu và hầu như không xảy ra bất cứ lỗi, sự cố nào.

 Các hệ thống nhúng thường gặp trong thực tế như: các mạch điềukhiển trong máy giặt, tivi, điệ thoại…

Hướng phát triển của hệ thống nhúng:

 Hệ thống điều khiển tương tự (trước những năm 1970)

 Hệ thống máy tính số (từ 1970 tới nay)

+ Mạch số tích hợp thấp: transistor, IC 555…

+ Mạch số tích hợp trung bình: CMOS 4000+ Mạch số tích hợp cao: vi điều khiển

2.2 KIT MSP430

2.2.1 Sơ lược cấu tạo KIT MSP430

Hình 2: KIT MSP430G2.

o KIT MSP-EXP430G2 được phát triển bởi Texas Instruments hỗ trợ các dòng

vi điều khiển MSP430G2xx LaunchPad hỗ trợ cổng kết nối USB, 20 chânDIP socket Nó là một công cụ hỗ trợ cho nạp code cũng như đánh giá và gỡlỗi dễ dàng hơn

 Một Kit LaunchPad gồm hai thành phần, với GND được phủ chung:

o Nửa trên: (Embedded Emulation ) là phần mạch nạp theo chuẩn spy-bi-wireJtag (2 dây), kết hợp với chuyển đổi giao tiếp UART với máy tính Trêncùng là đầu USBmini để nối với máy tính

 phía dưới là hàng Header để nối ra đối tượng cần giao tiếp, bao gồmcác chân:

+ TXD, RXD: phục vụ giao tiếp UART với máy tính.

+ RST, TEST: phục vụ nạp và debug (sửa lỗi) theo chuẩn spy-bi-wire

Châ

n

vào đồng hồ kiểm tra trong quá trình lập trình và thử

bảng mạch eZ430 vào PC hoặc MSP430G2xx)

o Nửa dưới: là một mạch phát triển MSP430 đơn giản, bao gồm:

Socket cắm MSP430 (khối IC1): gồm 20 chân cắm, hỗ trợ cho chip 14chân hoặc 20 chân (hỗ trợ cho các dòng vđk MSP430G2xxx), Pad hànthạch anh, nút nhấn Reset chip

Nút nhấn gắn vào P1.3, hai Led hiển thị có jumper để gắn vào P1.0 vàP1.6

Hai hàng header để kết nối hai hàng chân của chip ra ngoài:

+ VCC( chân 1) VSS (chân 20) dùng để cấp nguồn 3,3V cho chíp.

Nguồn có thể dao động trong khoảng 1,8V – 3,6 V

+ P1.0–P1.7, P2.0, and P2.7 là 2 cổng nhập, xuất số Mỗi cổng 8 chân (8 bít), gọi tắt là P1 và P2 Các khối chức năng cũng sử dụng các chânnày khi cần nhờ cấu hình thanh ghi chọn khối P1SEL và P2 SEL

Một hàng header nguồn GND-GND-VCC để lấy nguồn 3,3V trênLaunchPad cấp cho các khối liên kết với KIT.

 Chuẩn giao tiếp UART

- Có thể nói đây là một trong những giao tiếp phổ biến và dễ sử dụngnhất, dùng để truyền nhận dữ liệu giữa 2 hay nhiều thiết bị khác nhaukhông nhất thiết là vi điểu khiển.UART là chuẩn truyền thông đồng

bộ (nghĩa là 2 thiết bị giao tiếp với nhau cần phải biết được các thông

số của khung truyền như tốc độ, độ dài khung, số bit stop, bitparity ).Khi muốn dùng giao tiếp UART thì chúng ta phải khai báohàm khởi tạo giá trị cho các thanh ghi UART, cụ thể:

- Càiđặt nguồn cấp xung clk

- Định tần số giao tiếp(Chú ý là module trên kit Lauchpad chỉ hỗ trợ

duy nhất tần số 9600, muốn dùng tần số khác các bạn buộc phải nối với module UARTto Com bên ngoài.

- Set cờ cho phép ngắt nhận tín hiệu

2.3 Phần mềm.

Sử dụng phần mềm CCS ( C Composer Studio)

- Phần mềm C Composer Studio (CCS) là một phần mềm lập trình hầu hếtcho các dòng MSP430 dễ dàng sử dụng với trình biên dịch Eclipse vàmiễn phí với ứng dụng < 16KB

- CCS cho phép lập trình với hầu hết các vi điều khiển hiện có

- Đối với MSP430 thì CCS cho phép lập trình với ngôn ngữ C, thực hiệndebug và nạp chương trình trực tiếp cho vi điều khiển thông qua mạchnạp tích hợp trên KIT MSP430

Hình 4: Trình dịch CCS

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ bàn phím

3.2 : Khối hiển thị

3.3 Khối nguồn

3.4 : Sơ đồ toàn mạch

3.4.1 Mạch chạy thử trên proteus

3.4.2 Sơ đồ mạch in

3.4.5 Hình chụp toàn mạch:

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

Xin cảm ơn thầy Trần Ngọc Tuấn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho nhóm

em suốt thời gian thực hiện đề tài Trong thời gian làm việc với thầy, chúng emkhông những học được nhiều kiến thức bổ ích mà còn được học tinh thần làm việccủa thầy

Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện đồ án với tất cả kiến thức học và nỗ lực của cảnhóm,nhưng chắc chắn không thể thiếu những thiếu sót Kính mong thầy tận tìnhchỉ bảo thêm để đồ án của chúng em hoàn thiện thêm

Một lần nữa ,em xin chân thành cảm ơn và luôn mong nhận được sự đóng góp quýbáu của tất cả mọi người

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

#define COT0 BIT0

#define COT1 BIT1

#define COT2 BIT2

#define COT3 BIT3

#define COT4 BIT4

#define COT5 BIT5

#define COT6 BIT6

#define COT7 BIT7

/* Doan quet phim so va nhap pass */

void quetphim (int *nhappass,int *p)

if ( i >0 ) //Neu bang i = 1 khong xoa

/* Chon nhan ok hay exit hoac clear */

while (i==6) //Xoa so vua nhap khi i = 5.

/* Ket thuc doan so sanh pass */

/* Doan treo he thong */

void treohethong (void)

int j=0,i,k,n,m,p,g;

int nhappass[6],passdoi[6];

int a=2,b=2,c=2,d=2,e=2,h=2;

/* Doan chuong trinh chinh */

void main( void )

{

WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; //Stop Watchdog

DCOCTL = CALDCO_1MHZ; // Clock=1Mhz

LCD_PrintString("Door Open");

m=0; //Cho phep vong lap quet phim chuc nang hoat dong.

j=0; //Gan j=0 de dem so lan nhap pass sai trong lan nhap moi.

k=1; //Gan k=1 de thoat khoi vong lap so sanh pass.

j=0; //Gan j=0 dem so lan nhap pass sai trong lan nhap moi.

k=1; //Gan k=1 de thoat khoi vong lap so sanh pass.

k=1; //Gan k=1 thoat khoi doan sanh pass de nhap tiep khi j<3.

m=1; //Khong phep vong lap quet phim chuc nang hoat dong.

}

}

}

/* Ket thuc doan kiem tra ket qua so sanh pass */

/* Doan quet phim chuc nang */

while (m==0)

{

P1OUT = 0x0E; /*Quet phim open.*/

p=0; //Gan p=0 lam bien cho vong lap thay doi pass.

g=0; //Gan g=0 lam bien so sanh nhap pass sai may lan khi chon change.

p=1; //Gan p=1 de thoat khoi vong lap khi pass da thay doi.

m=1; //Gan m=1 de thoat doan quet phim chuc nang roi ve ban dau.

p=1; //Gan p=1 de thoat khoi vong lap khi pass da thay doi.

m=1; //Gan m=1 thoat doan quet phim chuc nang roi ve ban dau.