Đồ án Thiết kế mạch báo động trộm vào nhà chuyển động qua điện thoại và loa bằng modul sim900a có code chính xác bài báo cáo đầy đủ Đồ an thiết kế mạch điện tử .Mạch chạy ổn định ,bộ cảm biến báo động tương đối chính xác ,=> Hoàn thành , thành công mạch báo động chuyển động ra loa và gọi về điện thoại.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
- -ĐỒ ÁN THIẾT KẾ 2
Đề tài : Thiết kế mạch báo động chuyển động
qua điện thoại và loa
GVHD : Nguyễn Đỗ Dũng
Họ và tên: Huỳnh Thái Hoài
Mã SV: 4051080028 Lớp : Kỹ thuật điện tử - Truyền thông Khóa:2017-2022
Quy nhơn ngày 30 tháng 12 năm 2020
Trang 2LỜI NÓI ĐẦUNgành công nghệ điện tử - viễn thông đã có những bước phát triển mạnh mẽtrong những năm vừa qua, đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến và di động Sự pháttriển của các công nghệ mới kéo theo là rất nhiều dịch vụ tiện ích mới ra đời đápứng được nhu cầu ngày càng cao của xã hội Điển hình là điện thoại di động - mộtsản phẩm ứng dụng phổ biến của Viễn thông, sự ra đời của những thiết bị thôngminh khác là một điều tất yếu, nhằm phục vụ cho cuộc sống hiện đại và phát triểncủa thời kỳ công nghệ số.
Sự phát triển của các loại máy, các thiết bị sử dụng trong ngôi nhà ở đã làmthay đổi cuộc sống và không gian sống Các thiết bị ngày càng hiện đại, tiện lợi vàthông minh hơn Tuy nhiên đó chỉ là những thay đổi cục bộ trong từng thiết bị Cácthiết bị còn có thể trở nên “thông minh” một cách tổng thể nhờ những giải phápngôi nhà thông minh - hiện cũng đang rất phát triển trên thị trường Tất cả các hệthống, thiết bị đều được tự động hoá, được lập trình và hoạt động theo những kịchbản tương ứng Ngày nay, với công việc bộn bề, tấp nập và tình trạng an ninh kém
ổn định dẫn đến những tình huống như quên khóa nhà, khóa cửa, thậm chí dù đãkhóa cũng bị trộm phá hoại, đột nhập vào nhà Đề phòng và xử lý các vụ trộm cắp,đặc biệt là khi vắng nhà, điện thoại di động sẽ trở thành một thiết bị tối ưu để kếthợp với các hệ thống cảnh báo, có thể thông báo một cách nhanh chóng đến người
sử dụng để kịp thời nắm bắt tình hình và giải quyết từ xa (gọi điện nhờ trợ giúp từhàng xóm, báo công an, mà không cần phải lập tức về nhà, đặc biệt là trongnhững trường hợp đang ở xa nhà : công tác, tham quan, nghỉ dưỡng, …) Để giải
quyết bài toán này, chúng em đã chọn “Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng
di động GSM bằng dịch vụ thoại và Báo động loa” để làm đồ án tốt nghiệp, và
cũng là để ứng dụng vào thực tiễn những gì đã được học trong nhà trường
Trang 3Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng di động GSM bằng dịch vụ thoại và Báo động loa , nhằm mục đích:
- Biết được khi nào có trộm đột nhập vào nhà
- Kích hoạt chuông cảnh báo chống trộm và gọi cảnh báo tới số điện thoạicủa người sử dụng
-Em xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn T.s Nguyễn Đỗ Dũng đã có
những định hướng và góp ý quý báu giúp em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệpcủa mình với kết quả tốt nhất
Trang 4
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 2
MỤC LỤC 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 7
I Tầm quan trọng của hệ thống 7
II Mục đích nghiên cứu 7
III Phương pháp nghiên cứu 8
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9
I Mạng thông tin di động GSM 9
1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM 9
1.2 Cấu trúc hệ thống GSM 10
1.3 Các dịch vụ của GSM 11
1.3.1 Dịch vụ thoại 11
1.3.2 Dịch vụ số liệu 11
1.3.3 Dịch vụ nhắn tin SMS 11
1.3.4 Dịch vụ Wap 12
II Các tập lệnh AT 12
2.1 Giới thiệu 12
2.2 Các tập lệnh AT cơ bản 13
2.2.1 Các thuật ngữ 13
2.2.2 Cú pháp 13
2.2.3 Các lệnh thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS 15
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 16
Trang 5I Mô tả hệ thống 16
II Sơ đồ nguyên lý và chức năng các khối 18
III Cấu trúc từng khối 20
3.1 Khối xử lý trung tâm 20
3.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển PIC 20
3.1.1.1 Một số đặc tính của vi điều khiển PIC 21
3.1.1.2 Giới thiệu về PIC16F8XX và PIC16F877A 22
3.1.2 Tổ chức bộ nhớ - Thanh ghi chức năng 23
3.1.2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A 23
3.1.2.2 Một vài thông số về vi điều khiển PIC16F877A 28
3.1.2.3 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A 29
3.1.2.4 Tổ chức bộ nhớ 30
3.1.2.5 Các thanh ghi đặc biệt 33
3.2 Khối module SIM 37
3.2.1 Một vài thông số cơ bản 38
3.2.2 Bảng mô tả chân của khối module SIM900A 39
3.2.3 Kết nối với Module SIM900A 45
3.3 Khối nguồn 46
3.4 Khối cảm biến 48
3.5 Khối cảnh báo 50
3.6.Ic thuật toán lm 358 51
3.7 Biến trở 103 52
3.8 Transitor C1815 53
3.9 Diode 1N4017 54
3.10 Thạch anh 20Mhz 55
Trang 63.12 Tụ không phân cực 22p 56
3.13 Led đơn 57
CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH 58
I Các bước tiến hành .58
II Sơ đồ nguyên lí 59
1 Nguyên lí hoạt động của mạch 59
III.Sơ đồ mạch in 59
IV Code chương trình 61
V Thành phẩm thực tế .63
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 65
I Kết quả 65
II Ưu, Khuyết điểm 65
2.1 Ưu điểm: 65
2.2 Khuyết điểm: 65
III Phương hướng phát triển đề tài 65
KẾT LUẬN 66
Trang 7CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
I Tầm quan trọng của hệ thống:
-Ngày nay, xã hội càng hiện đại, khoa học kỹ thuật càng phát triển thì cuộc sốngcủa con người càng đầy đủ tiện nghi và việc ứng dụng tự động hóa càng được rộngrãi Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đếntoilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại diđộng, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhàhoạt động theo lịch Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ củanhau và có khả năng tương tác với nhau
-Tạo ra những thiết bị thông minh, giúp con người có thể kiểm soát các thiết bịđiện tử nhà ở được tự động an toàn ngôi nhà , công ty , đồng thời điều khiển chúng
từ xa
-Trên đây cũng là những mục tiêu cuối cùng mà đồ án tốt nghiệp muốn hướng tới
Đó thực sự là kết quả rất phù hợp với yêu cầu thực tiễn
II Mục đích nghiên cứu:
-Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến
thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống “Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng di động GSM bằng dịch vụ thoại và báo động loa ” hoàn thiện Hệ thống tích hợp module nhận cuộc gọi sử dụng mạng GSM,
module xử lý dữ liệu, module cảm biến, module điều khiển Qua xử lí, dữ liệu sẽđược gửi về thiết bị đầu cuối (mobile) của người sử dụng để báo tình trạng củacảm biến và báo động cho người sử dụng khi có trộm
-Hệ thống cảnh báo chống trộm qua điện thoại di động dùng cuộc thoại có chứcnăng như sau:
Trang 8- Kích hoạt chuông loa báo động khi có trộm đột nhập và thực hiện gọi điện cảnhbáo cho người sử dụng.
III Phương pháp nghiên cứu:
Trong đề tài này, em đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin chủ yếu từcác bài viến trên internet của các nước khác và từ sách , tạp chí về điện tử, viễnthông, truy cập từ mạng internet
- Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện từ mạng internet, khảosát các điện thoại di động để chọn lựa phương án thiết kế cho hệ thống
- Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức của em, kết hợp
sự hướng dẫn của giáo viên, em đã có được nhiều thiết kế khác nhau để từ đó chọnlọc được hệ thống tối ưu nhất
Trang 9CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GSM
I Mạng thông tin di động GSM:
1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM:
-GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin diđộng số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (second generation) cócấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệuchất lượng cao với các băng tần khác nhau: 400 Mhz, 900 Mhz, 1800 Mhz và 1900Mhz, được tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định
-Do nó hầu như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấpdịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễdàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu
-Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh vớichất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơnnhư là gửi/ nhận tin nhắn SMS Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấpdịch vụ thì công nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàngkết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau
-Ở nước ta, mạng thông tin di động đầu tiên ra đời vào năm 1992 với khoảng
5000 thuê bao Hai nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn là Mobifone (VMS)
ra đời năm 1993 - liên doanh giữa công ty bưu chính viễn thông VN (VNPT) vàtập đoàn COMVIK và Vinafone của trung tâm dịch vụ viễn thông (GPC) thuộcVNPT ra đời năm 1996 Đến năm 2002 Sfone của tập đoàn TELECOM của HànQuốc và tháng 6/2004, Viettel của công ty Viễn Thông Quân Đội cùng bước vàocuộc đua Cuộc chạy đua của các nhà khai thác làm cho giá cước giảm xuống vàcác dịch vụ ngày càng đa dạng
Trang 101.2 Cấu trúc hệ thống GSM:
Một hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều phân hệ sau đây:
- Phân hệ chuyển mạch (SS: Switchj Subsystem)
- Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem)
- Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem)
Truyền dẫn tin tức Kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức
Trang 11Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại.
Nó cho phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát haycứu hoả mà có thể có hay không có SIM card trong máy di động
1.3.2 Dịch vụ số liệu:
GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều dịch vụ số liệu Các dịch vụ số liệuđược phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng các mạngđiện thoại PSTN, ISDN,…), bởi bản chất các luồng thông tin đầu cuối (dữ liệu thô,fax, videotex, teletex…), bởi phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch, đồng bộ haykhông đồng bộ…) và bởi bản chất thiết bị đầu cuối Tốc độ truyền số liệu trênmạng GSM là 9,6kbps
Trang 12Mặc dù Wap sử dụng các công nghệ và khái niệm từ thế giới wed và Internetnhưng các thiết bị Wap không thể truy cập trực tiếp vào các nguồn tài nguyên wedtrên Internet mà phải nhờ qua Wap gateway.
II Các tập lệnh AT:
2.1 Giới thiệu:
Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem AT
là một cách viết gọn của chữ Attention Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT”hay “at” Đó là lý do tại sao các lệnh modem được gọi là các lệnh AT Nhiều lệnhcủa nó được sử dụng để điều khiển các modem quay số sử dụng dây nối (wireddial-up modems), chẳng hạn như ATD (Dial), ATA (Answer), ATH ( Hoolcontrol) và ATO (return to online data state) cũng được hỗ trợ bởi các modemGSM/GPRS và các điện thoại di động
Bên cạnh bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điệnthoại di động còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệGSM Nó bao gồm các lệnh liên quan đến SMS như AT+CMGS (gửi tin nhắnSMS), AT+CMSS (gửi tin nhắn SMS từ một vùng lưu trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt
kê các tin nhắn SMS) và AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS)
2.2 Các tập lệnh AT cơ bản:
2.2.1 Các thuật ngữ:
<CR>: Carriage return (Mã ASCII 0x0D)
<LF>: Line Feed (Mã ASCII 0x0A)
MT : Mobile Terminal- Thiết bị đầu cuối mạng (trong trường hợp này làmodem)
Trang 13TE : Terminal Equipment- Thiết bị đầu cuối (Máy tính, vi điều khiển).
<n>: Chỉ số của thanh ghi S được thiết lập
<m>: Giá trị đặt cho thanh ghi S <m> cí thể tùy chỉnh, nếu thiếu, giá trị mặcđịnh sẽ được đặt cho <m>
Trang 14Các lệnh có cú pháp này có thể hoạt động ở nhiều chế độ Các chế độ đượcliệt kê ở bảng dưới:
Lệnh đọc AT+<x>? Cho biết giá trị hiện tại của các
Lệnh thực thi AT+<x> Đọc các tham số bất biến được tác
động bởi các tiến trình bên trongcủa module
Kết hợp các lệnh AT liên tiếp trên cùng một dòng lệnh: chỉ cần đánh “AT”hoặc “at” một lần ở đầu dòng lệnh, các lệnh còn lại chỉ cần đánh lệnh, các lệnh cácnhau bởi dấu chấm phẩy Một dòng lệnh chỉ chấp nhận tối đa 256 ký tự Nếu số ký
tự nhiều hơn sẽ không có lệnh nào được thi hành
Nhập các lệnh AT liên tiếp trên các dòng lệnh khác nhau: giữa các dòng lệnh
sẽ có một đáp ứng (VD: OK, error, ) Cần phải chờ đáp ứng này trước khi nhậplệnh AT tiếp theo
2.2.3 Lệnh điều khiển cuộc gọi:
Lệnh: ATD[Số_điện_thoại];<CR><LF>
Trả lời: OK<CR><LF>
Trang 15Mô tả : Lệnh thực hiện cuộc gọi
Mô tả : Lệnh thực hiện chấp nhận khi có cuộc gọi đến
Chú ý: khi nhân được cuộc gọi đến thì Module Sim 900A sẽ phản hồi về như sau RING
RING
Nếu muốn hiển thị thông tin người gọi đến các bạn thực hiên thêm lệnh sau
Lệnh: AT+CLIP=1<CR><LF>Trả lời: OK<CR><LF>
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Trang 16Khối xử lý trung tâm
Khối loa báo động
Khối nguồn hệ thống
Khối nhận tín hiệu báo hiệu (Điện thoại )
Khối cảm biến Khối nguồn
Khối giao tiếp SMS (Module SIM 900A)
Sơ đồ khối hệ thống:
Hình 2: Sơ đồ khối hệ thống
Số lượng cảm biến: tối đa có thể lắp 8 cảm biến các loại như: cảm biếnquang, cảm biến chuyển động PIR, cảm biến thu - phát tia hồng ngoại, v v…người dùng có thể lựa chọn và lắp đặt tại các địa điểm khác nhau trong nhà tùytheo nhu cầu sử dụng Các cảm biến chuyển động PIR có thể được sử dụng để lắpđặt ở ngoài sân, vườn hoặc ở các hành lang, ban công Các cảm biến thu - phát tiahồng ngoại có hiệu quả tốt nhất khi lắp đặt phía sau các cửa ra vào, cửa sổ … loại
Trang 17cảm biến này sẽ được kích hoạt khi có vật cản chắn ngang tia hồng ngoại Trongkhi đó, các cảm biến quang trở sẽ trở nên thực sự hữu dụng khi được lắp đặt bêntrong các phòng kín như phòng ngủ, phòng sách hay trong các ngăn tủ đựng hồ sơ,giấy tờ, tài liệu Khoảng cách kéo dây từ bảng mạch hệ thống đi đến các điểm đặtcảm biến tối đa theo lý thuyết là 100m.
- 1 loa cảnh báo: loa sẽ kêu để báo động, cảnh báo cho người sử dụng, hàngxóm xung quoanh cũng như đánh động cho kẻ trộm sợ; loa được bật cho kêu khimột hoặc nhiều cảm biến bị kích hoạt Loa sẽ liên tục kêu cho đến khi hết thờigian được lập trình thời gian báo động sẽ được tắt đi , và khi khối cảm biếnchuyển động được báo về lại là có chuyển động thì loa sẽ bật
* Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
Khối cảm biến có nhiệm vụ phát hiện các chuyển động và gửi thông tin vềcho Khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm sử dụng một vi xử lýPIC16F877A, xử lý mọi thông tin đến và đi Khi nhận được thông tin cảm biến bịkích hoạt, vi xử lý sẽ bật cho loa kêu, đánh động cho chủ nhà, hàng xóm xungquoanh và khiến trộm giật mình, hoảng sợ… Đồng thời, vi xử lý sẽ gọi về số điệnthoại đã được lập trình báo động qua cuộc gọi , thông qua module SIM, tới sốđiện thoại được thiết lập trước, thường là số điện thoại của chủ nhà, để cảnh báocho người sử dụng về thông tin, vị trí hay tên cảm biến đã bị kích hoạt Đèn ledhiển thị của cảm biến tương ứng cũng sẽ được chuyển sang trạng thái sáng Sau khinắm bắt được tình hình, người sử dụng có thể ngắt chuông bằng cách bấm nút resettrên hộp hệ thống hoặc có thể để tự tắt sau 15 giây ( thời gian này sẽ được lậptrình theo tùy ý ) Cảm biến tại điểm vừa kích hoạt chuông sẽ được ngắt, các cảmbiến khác vẫn hoạt động bình thường và vẫn xảy ra quy trình báo động nếu chúng
bị kích hoạt
II Sơ đồ nguyên lý và chức năng các khối:
Trang 18Chức năng các khối:
- Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống
khác nếu như được lập trình thêm Khối này cần 1 thiết bị điện thoại di động và 1Module Sim900A:
+ Thiết bị điện thoại di động: dành cho người sử dụng (điều khiển).Người sử dụng cần phải đăng kí dịch vụ viễn thông đối với các nhà cung cấp dịch
vụ trong nước
+ GSM Module Sim900A: Module này phải được gắn Sim của nhàcung cấp dịch vụ và cũng cần phải có chức năng như một điện thoại di động để kếtnối với vi điều khiển Module này được đặt cố định và thường xuyên kết nối với viđiều khiển Khi người sử dụng nhắn một tin SMS có nội dung là một lệnh yêu cầuđiều khiển thiết bị, thì Module Sim900A sẽ nhận tin nhắn, xử lí trình và được nạpvào vi điều khiển
- Khối xử lý trung tâm: Được sử dụng ở đây là PIC 16F877A, Tiếp nhận và
xử lý thông tin từ khối Module SIM; Tiếp nhận và xử lý tín hiệu từ các cảm biến;Đưa ra tín hiệu điều khiển đóng mở các cảm biến và gửi tin nhắn phản hồi chongười sử dụng
- Khối cảm biến: Có thể mắc tối đa 8 cảm biến, khối này có 1 cảmbiến chính là cảm biến chuyển động PIR Nhiệm vụ là truyền tín hiệu cảnh báo vềcho khối xử lý trung tâm khi bị kích hoạt
- Khối cảnh báo: Sử dụng 1 loa 5v để báo động khi có cảm biến bị kích hoạt.Khối này do vi xử lý điều khiển khi có tín hiệu từ cảm biến Đồng thời sử dụng 1
Trang 19led đơn được lắp trên bảng mạch hệ thống để thông báo tình trạng hoạt động củacác cảm biến tương ứng, led này có 2 trạng thái hoạt động là:
+ Tắt: cảm biến tương ứng được tắt, khối xử lý trung tâm sẽ khôngđọc trạng thái của cảm biến đó khi xử lý thông tin
+ Bật: cảm biến tương ứng đang được bật và không bị kích hoạt, khối
xử lý trung tâm sẽ đọc tín hiệu từ cảm biến này và khi có kích hoạt xảy ra ở cảmbiến đó, vi xử lý sẽ kích hoạt loa báo động và điều khiển khối Module SIM gọi vềđiện thoại cảnh báo cho người sử dụng
Sơ đồ nguyên lý toàn mạch:
Hình 3 Sơ đồ nguyên lý
Trang 20III Cấu trúc từng khối:
3.1 Khối xử lý trung tâm:
Vi điều khiển là thành phần vô cùng quan trọng của hệ thống vì đây là nơitiếp nhận và xử lý rất nhiều tín hiệu cũng như thông tin, là “bộ não” của hệ thống
Vi điều khiển phải đạt được một số yêu cầu như:
3.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển PIC:
PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty MicrochipTechnology Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi MicroelectronicsDivision thuộc General Instrument PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt của
“Programmable Intelligent Computer” (Máy tính khả trình thông minh), GeneralInstruments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650 Lúc này, PIC1650được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16-bit CP1600, vìvậy, người ta cũng gọi PIC với tên “Peripheral Interface Controller” (Bộ điều khiểngiao tiếp ngoại vi) CP1600 là một CPU tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất
nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt
Trang 21động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, vàmặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng PIC thực sự là một
vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh trong một chu kỳ máy (4 chu kỳcủa bộ dao động) Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt cácmodule ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC…), với bộ nhớ chươngtrình từ 512 Word đến 32K Word
3.1.1.1 Một số đặc tính của vi điều khiển PIC:
Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng,nhưng có thể điểm qua một vài đặc tính nổi bật như sau :
- 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi
- Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte
- Các cổng Xuất/ Nhập (I/ O) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng vớilogic 0 và logic 1)
- 8/16 bit Timer
- Các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/ khung đồng bộ USART; Bộ chuyểnđổi ADC Analog-to-digital converters; 10/12 bit Bộ so sánh điện áp (VoltageComparator)
- Các module Capture/ Compare/ PWM LCD
- MSSP Peripheral dựng cho các giao tiếp I2C, SPI
- Bộ nhớ nội EPROM - có thể ghi/ xoá lên tới 1 triệu lần
- Module Điều khiển động cơ, đọc encoder
- Hỗ trợ giao tiếp USB
Trang 22- Hỗ trợ giao tiếp CAN; Hỗ trợ giao tiếp LIN
- Hỗ trợ giao tiếp IrDA
- Một số dòng có tích hợp bộ RF (PIC16F639, và RFPIC), KEELOQ, mờhoá và giải mờ
- Tất cả các lệnh là 1chu kỳ ngoại trừ chương trình con là 2 chu kỳ
3.1.1.2 Giới thiệu về PIC16F8XX và PIC16F877A:
PIC16F8X là nhóm PIC trong họ PIC16XX của họ Vi điều khiển 8-bit, tiêuhao năng lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệ CMOS, chống tĩnhđiện tuyệt đối Tất cả các PIC16/17 đều có cấu trúc RISC PIC16CXX các đặc tínhnổi bật, 8 mức ngăn xếp Stack, nhiều nguồn ngắt tích hợp bên trong lẫn ngoài Cócấu trúc Havard với các bus dữ liệu và bus thực thi chương trình riêng biệt nhaucho phép độ dài 1 lệnh là 14-bit và bus dữ liệu 8-bit cách biệt nhau Tất cả các lệnhđều mất 1 chu kỳ lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh chương trình mất 2 chu kỳ lệnh.Chỉ có 35 lệnh và 1 lượng lớn các thanh ghi cho phép đáp ứng cao trong ứng dụng
Họ PIC16F8X có nhiều tính năng đặc biệt làm giảm thiểu các thiết bị ngoại
vi, vì vậy tính kinh tế cao, có hệ thống nổi bật đáng tin cậy và sự tiêu thụ nănglượng thấp Chế độ SLEEP tiết kiệm nguồn và có thể được đánh thức bởi cácnguồn reset
Trang 23* PIC16F877A có 40/44 chân với sự phân chia cấu trúc như sau:
- Có 5 port xuất/nhập
- Có 8 kênh chuyển đổi A/D 10-bit
- Có 2 bộ PWM
- Có 3 bộ định thời: Timer0, timer1 và timer2
- Có giao tiếp truyền nối tiếp: chuẩn RS 232, I2C…
- Có giao tiếp LCD
3.1.2 Tổ chức bộ nhớ - Thanh ghi chức năng
3.1.2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A:
Trang 24Hình 4: Sơ đồ chân và hình dạng của PIC16F877A
* Chức năng các chân
Bảng 2 : Chức năng các chân PIC16F877 A
- VPP : ngõ vào áp lập trình
- AN0 : ngõ vào tương tự
- AN1 : ngõ vào tương tự
CVREF
- RA2 : xuất/nhập số
- AN2 : ngõ vào tương tự
- AN3 : ngõ vào tương tự
- TOCKI : ngõ vào xung clock bên ngoài chotimer0
Trang 257 RA5/AN4/ /C2OUT - RA5 : xuất/nhập số
- AN4 : ngõ vào tương tự 4
- SS : ngõ vào chọn lựa SPI phụ
- RD : điều khiển việc đọc ở port nhánh song song
- WR : điều khiển việc ghi ở port nhánh song song
10 RE2/ /AN7 - RE2 : xuất/nhập số
- CS : Chip lựa chọn sự điều khiển ở port nhánhsong song
- AN7 : ngõ vào tương tự
- CLKI : ngõ vào nguồn xung bên ngoài Luônđược kết hợp với chức năng OSC1
14 OSC2/CLKO Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock
- OSC2 : Ngõ ra dao động thạch anh Kết nối đếnthạch anh hoặc bộ cộng hưởng
- CLKO : ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2, bằng tần
số của OSC1 và chỉ ra tốc độ của chu kỳ lệnh
15 RC0/T1OCO/T1CKI - RC0 : xuất/nhập số
- T1OCO : ngõ vào bộ dao động Timer 1
Trang 2616 RC1/T1OSI/CCP2 - RC1 : xuất/nhập số
- T1OSI : ngõ vào bộ dao động Timer 1
- CCP2 : ngõ vào Capture 2, ngõ ra compare 2, ngõ
- SDI : dữ liệu vào SPI
- SDA : xuất/nhập dữ liệu vào I2C
Trang 28Đây 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 8K x 14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368 x 8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROMvới dung lượng 256x8 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/ sosánh/ điều chế độ rộng 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 điều khiển
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 256 byte (có địa chỉ 00h÷FFh), có thể lưu trữtrên 40 năm
- Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm
Trang 29- Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit SerialProgramming) thông qua 2 chân.
- Watchdog Timer với bộ dao động trong Chức năng bảo mật mã chươngtrình Chế độ Sleep
- Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau
3.1.2.3 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A:
Hình 5: Sơ đồ khối cấu trúc bên trong của PIC16F877A
Trang 30Vi điều khiển PIC có kiến trúc Harvard, trong đó CPU truy cập chương trình
và dữ liệu trên hai bus riêng biệt, nên làm tăng đáng kể băng thông so với kiến trúcVon Neumann trong đó CPU truy cập chương trình và dữ liệu trên cùng một bus.Việc tách riêng bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu cho phép số bit của từ lệnh
có thể khác với số bit của dữ liệu Ở PIC 16F877A, từ lệnh dài 14 bit, dữ liệu dài 8bit
PIC 16F877A chứa một bộ ALU 8 bit và thanh ghi làm việc WR (workingregister) ALU là đơn vị tính toán số học và logic, nó thực hiên các phép tính số vàđại số Boole trên thanh ghi làm việc WR và các thanh ghi dữ liệu ALU có thể thựchiện các phép cộng, trừ, dịch bit và các phép toán logic
3.1.2.4 Tổ chức bộ nhớ:
* Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dunglượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page
0 đến page 3) Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024 =
8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14bit))
Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉhóa bởi bộ đếm chương trình Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình
sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector) Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽchỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector)
Trang 31Hình 6: Bộ nhớ chương trình của PIC
* 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 Các thanhghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ởtất cả các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làmgiảm bớt lệnh của chương trình Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A nhưsau:
Trang 32Hình 7: Bộ nhớ của PIC
Trang 333.1.2.5 Các thanh ghi đặc biệt:
* Thanh ghi FSR và INDF
Hình 8: Sơ đồ thanh ghi FSR
Thanh ghi FSR chứa địa chỉ “con trỏ” chỉ đến, thanh ghi INDF chứa nộidung có địa chỉ nằm trong thanh ghi FSR
Ví dụ: Thanh ghi 22H có giá trị là 10 Nếu FSR =22H thì INDF =10.
Tóm lại, Thanh ghi INDF không phải là một thanh ghi vật lí Nó chứa giá trịcủa thanh ghi có địa chỉ nằm ở thanh ghi FSR
* Thanh ghi Status