BAO CAO DO AN VDK DINH+KHUONG

xdcvbnm,.

Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại PHẦN 1: SƠ LƯỢC VỀ MCU PHILIPS P89V51Rx2 Đối với đa số sinh viên biết đến vi điều khiển gắn liền với dòng chip hãng Atmel như: AVR, 89c51, 89s52 Cùng với phát triển nhu cầu ứng dụng vi điều khiển ngày cao dòng chip đời, nhiều tính dễ dàng cho người lập trình Trong số phải kể đến dịng chip hãng Phillip với MCU P89V51RD2, P89V51RC2, P89V5RB2… Để giới thiệu dòng chip xin lấy MCU P89V51RD2 làm điển hình 1/ Khái qt tính năng: + Khái qt: ϒ P89V51RD2 vi điều khiển 80C51 có 64kB Flash 1024bytes nhớ liệu RAM ϒ Tính đặc biệt P89V61RD2 chế độ hoạt động mode x2 Người thiết kế chọn chạy ứng dụng chế độ để nâng đơi tốc độ hoạt động tần số dao động Tốc độ thơng thường 80c51 12 xung nhịp chu kì máy ϒ Bộ nhớ chương trình Flash cho phép lập trình ISP hoặc/và song song Chế độ lập trình song song đưa để thích ứng với tốc độ cao, giảm thời gian giá thành Chức ISP cho phép ta nạp chương trình trực tiếp vào chip mạch ứng dụng ϒ P89V51RD2 cịn có chức IAP (In_Application Program) cho phép nhớ chương trình Flash cấu hình lại ứng dụng chạy + Một số tính năng: ϒ CPU 80C51 ϒ Hoạt động VDC tầm tần số dao động đến 40MHz ϒ 64kB ISP ϒ SPI (Serial Peripheral Interface) chức UART cải tiến SPI cho phép truyền liệu đồng với tốc độ cao chip Phillip với thiết bị ngoại vi khác hay chip phillip với ϒ PCA (Program counter array) với chức PWM/capture/compare 16bits ϒ cổng xuất nhập ϒ Timers/Couters 16bits ϒ Watchdog Timer lập trình ϒ nguồn ngắt với mức ưu tiên ngắt Nó có ngắt ngồi, timer, nối tiếp 89x, ngồi cịn có ngắt PCA, UART/SPI ϒ ghi DPTR ϒ Tương thích mức logic TTL CMOS ϒ Phát nguồn yếu ϒ Chế độ Low-power, Power down, Idle NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại Có thể khái quát sơ đồ khối : Hình 1: Sơ đồ khối MCU P89V51RD2 2/ Khái quát phần cứng : Sơ đồ chân : NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại 2.1/ Sơ qua chân vi điều khiển: - Port 0, Port 1, Port 2, Port 3: Như cấu trúc 8051 kinh điển - P1.0 / T2: Ngõ vào Counter cho Timer/Counter ngõ cho Counter/Timer - P1.1 / T2EX: Điều khiển hướng cạnh kích chức Capture cho timer/Counter - P1.2 / ECI: Ngõ vào xung nhịp Tín hiệu nguồn xung nhịp cho chức PCA - P1.3 / CEX0: ngõ vào xung nhịp cho chức Capture/Compare modul - P1.4: o SS : Chọn cổng phụ vào cho SPI o CEX1: ngõ vào xung nhịp cho chức Capture/Compare modul - P1.5: o MOSI: phục vụ SPI o CEX2: ngõ vào xung nhịp cho chức Capture/Compare modul - P1.6: o MISO: phục vụ SPI o CEX3: ngõ vào xung nhịp cho chức Capture/Compare modul - P1.7: o SCK: phục vụ SPI o CEX4: ngõ vào xung nhịp cho chức Capture/Compare modul -P S E N : Cho phép dùng nhớ chương trình ngồi Khi MCU sử dụng nhớ chương trình chip, P S E N khơng tích cực Khi sử dụng nhớ chương trình ngồi, P S E N thường mức tích cực lần chu kì máy Sự chuyển mức cao sang thấp ↓ P S E N cưỡng từ bên ngõ vào RST mức cao 10 chu kì máy đưa MCU vào chế độ lập trình host từ bên ngồi - RST: Khi nguồn dao động hoạt động, mức cao chân RST chu kì máy Reset lại hệ thống Nếu chân P S EN chuyển mức ↓ RST mức cao, MCU vào chế độ lập trình host từ bên ngồi, khơng, hoạt động bình thường - E A : Cho phép sử dụng nhớ chương trình ngồi o E A =’0’ Bộ nhớ o E A =’1’ Bộ nhớ chip - ALE/ PROG : Cho phép khóa địa chỉ ngồi ra, chân dùng để đưa vào chế độ lập trình FLASH 2.2/ Tổ chức nhớ: MCU P89V51RD2 có vùng không gian địa riêng biệt: vùng lưu trữ cho nhớ chương trình địa cho nhớ liệu NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại 2.2.1/ Lựa chọn bank nhớ chương trình flash: Có vùng nhớ nội flash MCU, Block có 64kB tổ chức thành 512 sector, sector chứa 128 Bytes Block chứa chương trình ISP/IAP kích hoạt chọn kết hợp bit reset mềm (SWR) bit chọn bank (BSEL) Sự kết hợp thể bảng : Nếu chế độ IAP/ISP enable đoạn bootcode đặt 8kB Quá trình sau nguồn bật: chương trình boot tự động thực thi cố gắng lấy tín hiệu autobaud từ máy chủ Nếu khơng có autobaud xảy vịng 400ms bit cờ SoftICE khơng bật, chương trình boot tự động vào đoạn chương trình người dùng lập trình 2.2.2/ Thực thi đoạn code Reset nguồn sau bật nguồn: Khi cấp điện vào MCU, tất port trạng thái tới oscillator bắt đầu hoạt động trình reset kéo tất pin lên mức cao Quá trình bật nguồn mà không đôi với việc Reset MCU hợp lý dẫn tới tình trạng ta khơng biết MCU thực thi lệnh vùng nhớ Điều dẫn đến mã lệnh flash bị thay đổi Reset hệ thống chương trình hoạt động khơng có ảnh hưởng tới RAM MCU, nhiên, nội dung vùng nhớ RAM chip trình bật nguồn giá trị ngẫu nhiên Khi bắt đầu mở nguồn, chân RST phải giữ mức cao khoảng thời gian đủ cho oscillator khởi động , thêm nữa, để trình reset hợp lệ, cần giữ mức cao chu kì máy Các giá trị trở tụ chọn hình 3: NTH: Phan Hồng Định & Ông Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại Hình 3: Mạch Reset hợp lệ Nói cách dễ hiểu, để trình Reset hợp lệ, ta nên mắc mạch RC hình3 Khi dùng chức ISP/ICP, cần thêm Push button kéo lên nguồn hình5 Q trình Reset ngồi POR có tác dụng Hình 4: Mạch MCU P89V51RD2 sử dụng ISP Q trình Reset ngồi reset bật nguồn làm cho bit SWR BSEL mang giá trị MCU thực thi đoạn bootcode 8kB (block 1) cố gắng lấy tín hiệu autobaud, khoảng 400ms ko nhận tín hiệu autobaud cờ solfICE khơng tích cực MCU chuyển sang thực thi user code địa (block 0),tức thực trình solfware reset Ngồi cịn có chế độ reset khác : Brown-out reset, Watchdog reset Trạng thái bit SWR BSEL sau kiểu reset thể bảng sau: NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại 2.3/ Bộ nhớ RAM ghi chức đặc biệt (SFRs): MCU P89V51RB2/RC2/RD2 có RAM nhớ nội 1kB có khả giao tiếp nhớ lên tới 64kB Có đặc điểm đáng lưu ý nhớ nội : 128 bytes thấp RAM (00-7Fh) có byte định địa trực tiếp khơng trực tiếp 128 bytes cao (80h-FFh) định địa không trực tiếp Chỉ ghi chức đặc biệt (80h-FFh) định địa trực tiếp 768 bytes Expanded Ram (000h-2FFh) định địa không trực tiếp lệnh MOVX việc xóa bit EXTRAM 128 bytes cao RAM có địa với SFRs, RAM phải truy cập gián tiếp Vùng không gian RAM SFRs phân biệt mặt vật lý chúng có địa logic Hình 5: Cấu trúc nhớ nội NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại Các ghi chức đặc biệt NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại NTH: Phan Hoàng Định & Ông Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại 3/ Mô tả chức : Trong phần khái qt tính tơi đề cập đến tính MCU Phillip Ở phần xin sâu tính : Tạo tốc độ baud UART chức PCA 3.1/ Tạo tốc độ baud UART : Bit TCLK và/hoặc RCLK ghi T2CON cho phép chọn nguồn sinh tốc độ Baud UART truyền phát từ timer1 2: SCON: SM0-SM1 định mode UART tốc độ baud TI: cờ ngắt truyền phát RI: cờ ngắt thu nhận REN: cho phép thu SM2= ‘1’ UART mode 3, cho phép truyền thông đa xử lý Khi TCLK = 0, Timer nguồn sinh tốc độ Baud, Khi TCLK = 1, Timer nguồn sinh tốc độ Baud Ở ta xét đến trường hợp Timer dung làm nguồn sinh tốc độ baud Nếu Timer chế độ ‘counter’ ( C/T2 = 1) tốc độ baud mode UART tính theo cơng thức : Mode & baud rate = Timer over flow/ 16 Trong trường hợp timer chế độ ‘timer’ tốc độ baud tính theo cơng thức: Oscillator Frequency Baud rate = -(16 x (65536 – (RCAP2H RCAP2L))) Với RCAP2H - RCAP2L giá trị integer 16bit không dấu NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN 10 Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại + Chức PWM PCA : Hình 9: Chế độ PWM PCA Ở chức này, giá trị ngõ CEX phụ thuộc vào giá trị ghi: CCAPnL CL, CL tăng lớn CCAPnL CEX chuyển sang mức 1, ngược lại, mức 0, lần tràn cờ, CCAPnL nạp lại giá trị từ CCAPnH, điều cho phép ta cập nhật duty cycle mà không gây ảnh hưởng tới q trình PWM Chức PWM có độ phân giải bit, tức ta 256 mức chia NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN 15 Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại Phần 2: DỤNG VI ĐIÊU KHIÊN TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC BẰNG SĨNG HỒNG NGOẠI Với ưu điểm nhu cầu đời sống mà phạm vi ứng dụng VI ĐIỀU KHIỂN ngày rộng rãi Điều khiển động ứng dụng đặc trưng vi điều khiển Với đề tài mong ủng hộ thầy cô bạn sinh viên 1.1/ Giới thiệu sơ lược hồng ngoại: 1.1.1/ Hồng ngoại ? Hồng ngoại xạ lượng với tần số thấp tần số mà mắt ta nhìn thấy Vì khơng thể nhìn thấy Tuy nhiên biết khơng “nhìn” thấy tần số âm biết tồn tai ta nghe thấy chúng Ta khơng thể nhìn thấy hay nghe thấy hồng ngoại ta cảm thấy từ cảm ứng nhiệt da Khi bạn đưa tay tới gần lửa vật nóng , bạn cảm thấy nhiệt dù bạn khơng nhìn thấy Bạn nhìn thấy lửa phát nhiều loại xạ mắt ta nhìn thấy, đồng thời phát hồng ngoại mà ta cảm nhận qua da 1.1.2/ Hồng ngoại điện tử: Hồng ngoại thật thú vị, tạo cách dễ dàng không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ sử dụng cách rộng rãi tiện lợi thơng tin điều khiển Tuy nhiên khơng hồn hảo, nhiều nguồn sáng khác phát hồng ngoại gây nhiễu đến thơng tin Mặt trời ví dụ, phát khoảng phổ rộng có phổ hồng ngoại Việc sử dụng hồng ngoại thiết bị điều khiển từ xa TV/VCR nhiều ứng dụng khác phần Diode phát thu hồng ngoại rẻ sẵn có thị trường Như nói trên, nhiều thứ tạo hồng ngoại, thứ xạ nhiệt có khả Bao gồm thể chúng ta, đèn, lị vi sóng, chà sát tay bạn vào nhau, thâm chí nước nóng Vì phép truyền thông hiệu sử dụng hồng ngoại tránh tín hiệu nhiễu khơng mong muốn phải sử dụng “khoá” để báo cho đầu thu đâu tín hiệu có ích, đâu nhiễu Khi nhìn lên bầu trời đêm bạn thấy nhiều sao, NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN 16 Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại bạn dễ dàng nhận máy bay ánh sáng nhấp nháy Ánh sáng nhấp nháy coi “khố” , kiểu mã hoá Tương tụ máy bay bầu trời đêm ,TV nhận hàng trăm nguồn hồng ngoại li ti từ thể chúng ta, đèn xung quanh chí tách trà nóng Một cách để tránh nguồn hồng ngoại khác tạo khố Do đó, điều khiển từ xa dùng để điều biến hồng ngoại tần số Đầu thu hồng ngoại TV/VCR theo tần số mà lờ hồng ngoại khác nhận Khoảng tần số hay sử dụng 30
60KHz , tốt khoảng từ 36
38KHz Hồng ngoại phát từ diode hồng ngoại theo xung nhịp với tần số 36000 lần giây phát mức logic “0” “1” Để tạo tần số 36 Khz việc đơn giản, khó thu nhận dạng Đó lý nhiều công ty sản xuất thiết bị thu hồng ngoại bao gồm lọc, mạch giải mã sửa dạng đầu Một xung vuông chu kỳ xấp xỉ 27µs đưa vào cực bazơ Transistor điều khiển LED hồng ngoại để truyền Bạn bật tắt tần số đầu phát , đầu thu đầu phát bật hay tắt NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN 17 Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại Những giải điều chế có mức logic đảo đầu có gói hồng ngoại gửi, đầu mức tích cực thấp ,tương đương mức logic Để tránh việc điều khiển từ xa Philip thay đổi kênh TV Panasonic , người ta sử dụng cách mã hoá khác cho khoảng tần số Chúng sử dụng kiểu tổ hợp bít khác để mã hoá việc truyền liệu tránh nhiễu 1.1.3/ Điều khiển TV SONY : Sony sử dụng loại mã hóa độ rộng bít, kiểu mã hố đơn giản cho việc giải mã Hãy xem xét khoảng thời gian nhỏ T cỡ 600µs Mỗi bit truyền kết hợp -T+T cho bít “0” -T+2T cho bít ”1” Vì bit có chiều dài 1200µs bit có chiều dài 1800µs Mức lên (+T) tín hiệu có nghĩa hồng ngoại truyền , mức xuống (-T) nghĩa khơng có Các nhà sản xuất tăng cường hiệu truyền tín hiệu cách mở rộng chút khoảng thời gian sóng mang 36 KHz tích cực rút ngắn khoảng thời gian Như tín hiệu tử REMOTE SONY có dạng sóng sau: NTH: Phan Hồng Định & Ông Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN 18 Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại Mỗi lần tín hiệu hồng ngoại truyền mã hóa thành 12 bit Header (cũng xem Start bit) _ Phần Header truyền có độ rộng 3T hay 1800us _ Tiếp theo 12 bit điều chế sau: 500µs im lặng + 700µs hồng ngoại = bit 500µs im lặng +1300µs hồng ngoại = bit Bit sau bit START bit LSB, ta đặt tên bit B0, bit cuối B11 B0 -B6 : bit mã lệnh B7 -B11 : bit địa Nếu bạn sử dụng mắt nhận hồng ngoại có sẵn thị trường , tất dạng sóng bị đảo lại sau: NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN 19 Đồ án VĐK : Điều khiển động từ xa hồng ngoại Để thu giải mã tín hiệu từ REMOTE SONY, thực tế ta khơng cần thu tồn 12 bit mã hố Ta cần thu bit COMMAND bỏ qua 5bit địa chỉ, với điều khiển tất nút bấm phát mã địa nhau, khác mã lệnh Mã địa SONY sử dụng để phân biệt MODEL REMOTE SONY khác 2/ Thuật tốn thu nhận tín hiệu hồng ngoại: Để thu bit mã lệnh ta có thuật tốn sau: Thiết lập ghi A = 01000000B Khởi đầu cách chờ tín hiệu xuống – Đây bit START Chờ cho tín hiệu lên - Đây khởi đầu bit Chờ tín hiệu xuống Chờ khoảng 750-950µs Đo mức tín hiệu Nếu mức tín hiệu mức cao (UP) –Bit nhận bit - Thiết lập bit nhớ C = (bit mã lệnh thu được) - Quay phải có nhớ A, C gửi vào MSB A, LSB A gửi vào C - Ban đầu, A = 01000000B sau quay ta có C = MSB A bit mã lệnh - Như sau lần quay C = bít bên trái A chứa mã lệnh - Kiểm tra bit nhớ C, C = nhảy tới bước , C = quay lại bước Nếu mức tín hiệu mức thấp (DOWN) – Bit nhận - Thiết lập Bit nhớ C = (bit mã lệnh thu được) - Quay phải có nhớ A - Kiểm tra bit nhớ C, C = nhảy tới bước , C = quay lại bước bit mã lệnh chứa bit trái A : A = D6D5D4D3D2D1D00 - Quay phải A bít phải A chứa mã lệnh : A = 0D6D5D4D3D2D1D0 NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK ĐN 20 ... kì máy Sự chuyển mức cao sang thấp ↓ P S E N cưỡng từ bên ngõ vào RST mức cao 10 chu kì máy đưa MCU vào chế độ lập trình host từ bên - RST: Khi nguồn dao động hoạt động, mức cao chân RST chu kì... tín hiệu cách mở rộng chút khoảng thời gian sóng mang 36 KHz tích cực rút ngắn khoảng thời gian Như tín hiệu tử REMOTE SONY có dạng sóng sau: NTH: Phan Hồng Định & Ơng Thế Khương Lớp 04CDT_DHBK... cao (80h-FFh) định địa không trực tiếp Chỉ ghi chức đặc biệt (80h-FFh) định địa trực tiếp 768 bytes Expanded Ram (000h-2FFh) định địa không trực tiếp lệnh MOVX việc xóa bit EXTRAM 128 bytes cao