LỜI NÓI ĐẦU Trong lĩnh vực Điện Điện tử nói chung và ngành Tự động hóa nói riêng, truyền thông và ghép nối các thiết bị là vấn đề then chốt và rất phổ biến. Phần lớn các thiết bị, các hệ thống đều được kết nối với máy tính để thu thập thông tin, lưu trữ số liệu, điều khiển và giám sát các trạng thái của thiết bị. Ở trình độ của sinh viên, hầu hết các mô hình hay sản phẩm đều được kết nối qua giao thức RS232. Giao thức này rất quen thuộc và dễ thực hiện, tuy nhiên bản thân nó cũng quá lỗi thời so với yêu cầu về tốc độ truyền của công nghệ ngày nay. Vì vậy trong đề tài Tốt Nghiệp này em xin gửi đến quí thầy cô cùng tất cả các bạn đọc giao thức USB, một phương pháp mới để tăng tốc độ truyền của dữ liệu, đồng thời thân thiện hơn với người dùng. Nội dung của đề tài này gồm 6 chương: Chương I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương II: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC USB Chương III: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG 1 DÂY Chương IV: TỔNG QUAN VỀ PIC 18F25504550 Chương V: GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 Chương VI: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP CÁC MÔ HÌNH Mặc dù bản thân cũng rất nổ lực trong việc tìm kiếm thông tin, tài liệu để hoàn thành đề tài một cách trọn vẹn nhất nhưng mắc sai sót là điều khó tránh khỏi. Thành thật mong quý thầy cô cùng bạn đọc góp ý kiến để đề tài ngày càng hoàn thiện Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, thầy cô và bạn bè đã động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, gửi lời cảm ơn đến thầy Lâm Tăng Đức đã trực tiếp hướng dẫn để đề tài được hoàn thành Mục Lục CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Error Bookmark not defined. 1.1:Tầm quan trọng của truyền thông và ghép nối máy tính với ngànhTự động hóa Error Bookmark not defined. 1.2:Thực trạng hiện nay Error Bookmark not defined. 1.3: Nội dung đề tài Error Bookmark not defined. CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC USB VÀ LỚP HID Error Bookmark not defined. 2.1: Giới thiệu sơ bộ về giao thức USB Error Bookmark not defined. 2.2:Quá trình phát triển giao thức USB Error Bookmark not defined. 2.3: Phân tích ưu điểm và nhược điểm của giao thức USB Error Bookmark not defined. 2.3.1: Ưu điểm: Error Bookmark not defined. 2.3.2: Nhược điểm Error Bookmark not defined. 2.4: Giới thiệu các lớp của giao thức USB Error Bookmark not defined. 2.4.1: Lớp thiết bị âm thanh (Audio) Error Bookmark not defined. 2.4.2: Lớp thiết bị thẻ thông minh (ChipSmart Card Interface) Error Bookmark not defined. 2.4.3: Các thiết bị truyền thông (Modems and Networks) Error Bookmark not defined. 2.4.4: Lớp thiết bị bảo mật thông tin Error Bookmark not defined. 2.4.5 Lớp các thiết bị nâng cấp firmware Error Bookmark not defined. 2.4.6:Lớp các thiết bị tương tác với con người (Human Interface) Error Bookmark not defined. 2.4.7:Cầu chuyển đổi hồng ngoại (IrDA) Error Bookmark not defined. 2.4.8: Lớp các thiết bị lưu trữ thứ cấp (Mass Storage) Error Bookmark not defined. 2.4.9:Lớp các thiết bị in ấn (Printers) Error Bookmark not defined. 2.4.10:Lớp các thiết bị lưu giữ hình ảnh tĩnh (Still Image Capture) Error Bookmark not defined. 2.4.11: Các thiết bị đo đạc và kiểm tra Error Bookmark not defined. 2.4.12: Lớp thiết bị ảnh động (Video) Error Bookmark not defined. 2.4.13: Thực hiện các chức năng không tiêu chuẩn Error Bookmark not defined. 2.5:Lớp thiết bị giao diện người sử dụng (HIDHuman Interface Device) Error Bookmark not defined. 2.5.1: Khái niệm về HID Error Bookmark not defined. 2.5.2: Các yêu cầu về phần cứng Error Bookmark not defined. 2.5.3: Các yêu cầu về vi chương trình (Firmware) Error Bookmark not defined. 2.5.4: Cách thức để chỉ ra một thiết bị thuộc lớp HID Error Bookmark not defined. 2.5.5: Bộ mô tả báo cáo (Report Descriptor) Error Bookmark not defined. 2.5.6: Các yêu cầu mà host có thể gửi tới một thiết bị thuộc lớp HID Error Bookmark not defined. 2.6: Sự hỗ trợ của Hệ điều hành với lớp HID Error Bookmark not defined. 2.7: Chọn chip Error Bookmark not defined. CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG 1 DÂY Error Bookmark not defined. 3.1:Định nghĩa mạng truyền thông 1 dây Error Bookmark not defined. 3.2: Tổng quan về Bus 1 dây Error Bookmark not defined. 3.3: Các yêu cầu Error Bookmark not defined. 3.4:Hoạt động của bus 1 dây Error Bookmark not defined. 3.4: Mạng một dây và Vi điều khiển PIC Error Bookmark not defined. CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ PIC 18F25504550 Error Bookmark not defined. 4.1: Giới thiệu PIC 18F25504550 Error Bookmark not defined. 4.2: Khái quát chức năng USB trong PIC Error Bookmark not defined. 4.2.1:Trạng thái và điều khiển USB Error Bookmark not defined. 4.2.2: Thanh ghi điểu khiển (UCON) Error Bookmark not defined. 4.2.3: Thanh ghi cấu hình USB (UCFG) Error Bookmark not defined. 4.2.4: Thanh ghi trạng thái USB Error Bookmark not defined. 4.2.5: Thanh ghi điều khiền USB ENDPOINT( UEPn) Error Bookmark not defined. 4.2.6: Thanh ghi trạng thái ngắt của giao thức USB Error Bookmark not defined. 4.2.7: Thanh ghi kích hoạt trạng thái ngắt của giao thức USB Error Bookmark not defined. CHƯƠNG V: GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 Error Bookmark not defined. 5.1: Khái quát chung Error Bookmark not defined. 5.2: Cấu trúc phần cứng Error Bookmark not defined. 5.3:Hoạt động đo nhiệt độ Error Bookmark not defined. 5.4: Hoạt động báo hiệu Error Bookmark not defined. 5.5: Thanh ghi cấu hình và độ phân giải Error Bookmark not defined. 5.6: 8 Bit CRC Error Bookmark not defined. 5.7: Tập lệnh Error Bookmark not defined. 5.7.1: Lệnh ROM Error Bookmark not defined. 5.7.2: Lệnh chức năng bộ nhớ Error Bookmark not defined. 5.8: Chuẩn 1 dây với cảm biến DS18B20 Error Bookmark not defined. 5.8.1: Thời gian khởi động bus Error Bookmark not defined. 5.8.2: Thiết lập các Slots ở chế độ ghi cho Master Error Bookmark not defined. CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MỘT SỐ CÁC ỨNG DỤNG Error Bookmark not defined. 6.2: Sơ đồ nguyên lý Error Bookmark not defined. 6.3: Môđun thu phát RF 8 phím bấm Error Bookmark not defined. 6.3.1: Môđun thu RF Error Bookmark not defined. 6.3.2: Mô đun phát RF (Remote 8 phím) Error Bookmark not defined. 6.4: LCD 16x2 Error Bookmark not defined. 6.5: Công cụ hỗ trợ Error Bookmark not defined. 6.6: Xây dựng giao diện trên máy tính bằng VB 6.0 Error Bookmark not defined. 6.7: Sơ đồ khối firmware bên trong chip Error Bookmark not defined. 6.8: Một số hình ảnh của sản phẩm Error Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO Error Bookmark not defined. PHỤ LỤC Error Bookmark not defined. Phụ Lục 0: Chương trình xây dựng giao diện trên VB Error Bookmark not defined. Phụ Lục 1: Chương trình REMOTE 8 phím Error Bookmark not defined. Phụ Lục 2: Chương trình đo nhiệt độ và ghép nối máy tính qua cổng USB Error Bookmark not defined. Phụ Lục 3: Thư viện chuẩn 1dây Error Bookmark not defined. Phụ Lục 4: Danh sách các chip có hỗ trợ giao thức USB Error Bookmark not defined.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MƠN: TỰ ĐỘNG HĨA -o0o - THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP VÀ GHÉP NỐI MÁY TÍNHQUA GIAO THỨC USB/LỚP HID GVHD: ThS Lâm Tăng Đức SVTH: Nguyễn Hữu Việt MSSV: 105106061149 Đà Nẵng, tháng 5/2011 LỜI NÓI ĐẦU Trong lĩnh vực Điện - Điện tử nói chung ngành Tự động hóa nói riêng, truyền thơng ghép nối thiết bị vấn đề then chốt phổ biến Phần lớn thiết bị, hệ thống kết nối với máy tính để thu thập thơng tin, lưu trữ số liệu, điều khiển giám sát trạng thái thiết bị Ở trình độ sinh viên, hầu hết mơ hình hay sản phẩm kết nối qua giao thức RS-232 Giao thức quen thuộc dễ thực hiện, nhiên thân lỗi thời so với yêu cầu tốc độ truyền cơng nghệ ngày Vì đề tài Tốt Nghiệp em xin gửi đến q thầy tất bạn đọc giao thức USB, phương pháp để tăng tốc độ truyền liệu, đồng thời thân thiện với người dùng Nội dung đề tài gồm chương: Chương I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương II: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC USB Chương III: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG DÂY Chương IV: TỔNG QUAN VỀ PIC 18F2550/4550 Chương V: GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 Chương VI: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP CÁC MÔ HÌNH Mặc dù thân nổ lực việc tìm kiếm thơng tin, tài liệu để hồn thành đề tài cách trọn vẹn mắc sai sót điều khó tránh khỏi Thành thật mong quý thầy bạn đọc góp ý kiến để đề tài ngày hoàn thiện Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, thầy bạn bè động viên, giúp đỡ suốt thời gian qua Đặc biệt, gửi lời cảm ơn đến thầy Lâm Tăng Đức trực tiếp hướng dẫn để đề tài hoàn thành Đà Nẵng tháng năm 2011 Sinh viên thực NGUYỄN HỮU VIỆT ii Mục Lục CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Error! Bookmark not defined 1.1:Tầm quan trọng truyền thơng ghép nối máy tính với ngànhTự động hóa Error! Bookmark not defined 1.2:Thực trạng Error! Bookmark not defined 1.3: Nội dung đề tài Error! Bookmark not defined CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC USB VÀ LỚP HID Error! Bookmark not defined 2.1: Giới thiệu sơ giao thức USB Error! Bookmark not defined 2.2:Quá trình phát triển giao thức USB Error! Bookmark not defined 2.3: Phân tích ưu điểm nhược điểm giao thức USB Error! Bookmark not defined 2.3.1: Ưu điểm: Error! Bookmark not defined 2.3.2: Nhược điểm Error! Bookmark not defined 2.4: Giới thiệu lớp giao thức USB Error! Bookmark not defined 2.4.1: Lớp thiết bị âm (Audio) Error! Bookmark not defined 2.4.2: Lớp thiết bị thẻ thông minh (Chip/Smart Card Interface) Error! Bookmark not defined 2.4.3: Các thiết bị truyền thông (Modems and Networks) Error! Bookmark not defined 2.4.4: Lớp thiết bị bảo mật thông tin Error! Bookmark not defined 2.4.5 Lớp thiết bị nâng cấp firmware Error! Bookmark not defined 2.4.6:Lớp thiết bị tương tác với người (Human Interface) Error! Bookmark not defined 2.4.7:Cầu chuyển đổi hồng ngoại (IrDA) Error! Bookmark not defined 2.4.8: Lớp thiết bị lưu trữ thứ cấp (Mass Storage) Error! Bookmark not defined 2.4.9:Lớp thiết bị in ấn (Printers) Error! Bookmark not defined iii 2.4.10:Lớp thiết bị lưu giữ hình ảnh tĩnh (Still Image Capture) Error! Bookmark not defined 2.4.11: Các thiết bị đo đạc kiểm tra Error! Bookmark not defined 2.4.12: Lớp thiết bị ảnh động (Video) Error! Bookmark not defined 2.4.13: Thực chức không tiêu chuẩn Error! Bookmark not defined 2.5:Lớp thiết bị giao diện người sử dụng (HID-Human Interface Device) Error! Bookmark not defined 2.5.1: Khái niệm HID Error! Bookmark not defined 2.5.2: Các yêu cầu phần cứng Error! Bookmark not defined 2.5.3: Các yêu cầu vi chương trình (Firmware) Error! Bookmark not defined 2.5.4: Cách thức để thiết bị thuộc lớp HID Error! Bookmark not defined 2.5.5: Bộ mô tả báo cáo (Report Descriptor) Error! Bookmark not defined 2.5.6: Các yêu cầu mà host gửi tới thiết bị thuộc lớp HID Error! Bookmark not defined 2.6: Sự hỗ trợ Hệ điều hành với lớp HID Error! Bookmark not defined 2.7: Chọn chip Error! Bookmark not defined CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG DÂY Error! Bookmark not defined 3.1:Định nghĩa mạng truyền thông dây Error! Bookmark not defined 3.2: Tổng quan Bus dây Error! Bookmark not defined 3.3: Các yêu cầu Error! Bookmark not defined 3.4:Hoạt động bus dây Error! Bookmark not defined 3.4: Mạng dây Vi điều khiển PIC Error! Bookmark not defined CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ PIC 18F2550/4550 Error! Bookmark not defined 4.1: Giới thiệu PIC 18F2550/4550 Error! Bookmark not defined 4.2: Khái quát chức USB PIC Error! Bookmark not defined 4.2.1:Trạng thái điều khiển USB Error! Bookmark not defined 4.2.2: Thanh ghi điểu khiển (UCON) Error! Bookmark not defined 4.2.3: Thanh ghi cấu hình USB (UCFG) Error! Bookmark not defined iii 4.2.4: Thanh ghi trạng thái USB Error! Bookmark not defined 4.2.5: Thanh ghi điều khiền USB ENDPOINT( UEPn) Error! Bookmark not defined 4.2.6: Thanh ghi trạng thái ngắt giao thức USB Error! Bookmark not defined 4.2.7: Thanh ghi kích hoạt trạng thái ngắt giao thức USB Error! Bookmark not defined CHƯƠNG V: GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 Error! Bookmark not defined 5.1: Khái quát chung Error! Bookmark not defined 5.2: Cấu trúc phần cứng Error! Bookmark not defined 5.3:Hoạt động đo nhiệt độ Error! Bookmark not defined 5.4: Hoạt động báo hiệu Error! Bookmark not defined 5.5: Thanh ghi cấu hình độ phân giải Error! Bookmark not defined 5.6: Bit CRC Error! Bookmark not defined 5.7: Tập lệnh Error! Bookmark not defined 5.7.1: Lệnh ROM Error! Bookmark not defined 5.7.2: Lệnh chức nhớ Error! Bookmark not defined 5.8: Chuẩn dây với cảm biến DS18B20 Error! Bookmark not defined 5.8.1: Thời gian khởi động bus Error! Bookmark not defined 5.8.2: Thiết lập Slots chế độ ghi cho Master Error! Bookmark not defined CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MỘT SỐ CÁC ỨNG DỤNG Error! Bookmark not defined 6.2: Sơ đồ nguyên lý Error! Bookmark not defined 6.3: Mơ-đun thu phát RF phím bấm Error! Bookmark not defined 6.3.1: Mô-đun thu RF Error! Bookmark not defined 6.3.2: Mơ đun phát RF (Remote phím) Error! Bookmark not defined 6.4: LCD 16x2 Error! Bookmark not defined 6.5: Công cụ hỗ trợ Error! Bookmark not defined 6.6: Xây dựng giao diện máy tính VB 6.0 Error! Bookmark not defined iii 6.7: Sơ đồ khối firmware bên chip Error! Bookmark not defined 6.8: Một số hình ảnh sản phẩm Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined Phụ Lục 0: Chương trình xây dựng giao diện VB Error! Bookmark not defined Phụ Lục 1: Chương trình REMOTE phím Error! Bookmark not defined Phụ Lục 2: Chương trình đo nhiệt độ ghép nối máy tính qua cổng USB Error! Bookmark not defined Phụ Lục 3: Thư viện chuẩn 1-dây Error! Bookmark not defined Phụ Lục 4: Danh sách chip có hỗ trợ giao thức USB Error! Bookmark not defined iii ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Trường đại học Bách Khoa Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Khoa Điện *** -NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên: NGUYỄN HỮU VIỆT Lớp: 06D6 Khoa: Điện Nghành: Tự Động Hóa - Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HẾ THỐNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP VÀ GHÉP NỐI MÁY TÍNH QUA GIAO THỨC USB/LỚP HID - Nội dung thiết kế: Chương I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương II: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC USB VÀ LỚP HID Chương III: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DÂY Chương IV: TỔNG QUAN VỀ PIC 18F2550/4550 Chương V: GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 Chương VI: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP CÁC MƠ HÌNH - Ngày giao đề tài: Ngày tháng năm 2011 - Ngày nộp đề tài: Ngày tháng năm 2011 Ngày tháng năm 2011 Cán duyệt Ngày tháng năm 2011 Cán hướng dẫn ThS Lâm Tăng Đức i Ngày tháng năm 2011 Trưởng Bộ Môn Ngày tháng năm 2011 Chủ tịch hội đồng TS Nguyễn Hoàng Mai Ngày tháng năm 2011 Sinh Viên Thực Hiện Nguyễn Hữu Việt i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS LÂM TĂNG ĐỨC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1:Tầm quan trọng truyền thơng ghép nối máy tính với ngànhTự động hóa - Ngày tất nhà máy, xí nghiệp, hệ thống, thiết bị liên lạc trao đổi thông tin cho thông qua chuẩn truyền dẫn khác Chính điều tạo nên hoạt động hài hòa thiết bị hệ thống - Bên cạnh việc trao đổi thông tin cho nhau, thiết bị phải kết nối để đưa liệu máy tính chủ Từ máy chủ người điều khiển nhận biết trạng thái hoạt động, thông tin sảm phẩm đồng thời lưu trữ, in ấn thông số cần thiết 1.2:Thực trạng Hiện giao thức RS-232 sử dụng phổ biến để thực việc ghép nối thiết bị ngoại vi với máy tính Tuy nhiên giao thức lỗi thời tốc độ truyền hạn chế khả linh hoạt khơng cao Chính vậy, máy tính đại tháo bỏ, cịn lại cổng giao thức USB Vì để ghép nối thiết bị ngoại vi với máy tính đại nhà thiết kế sử dụng giải pháp sau: Một sử dụng mô đun chuyển đổi USB-COM (Hình 1.1) Hai sử dụng chip chuyển đổi USB-COM (Hình 1.2) Hình 1.1 Mơ đun chuyển đổi USB qua COM SVTH: NGUYỄN HỮU VIỆT Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS LÂM TĂNG ĐỨC if(init_1wire()) { write_1wire(0x55); //match ROM for(j=0;j