Đề tài Thiết kế mạch quản lý cuộc gọi đi

TÓM TẮT NỘI DUNG Sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A để thiết kế một mạch quản lý cuộc gọi đi. Việc thiết kế cần phải có kiến thức cơ sở về điện thoại và mã DTMF. Vì vậy trong chương 1 của luận văn em trình bày cơ sở lý thuyết về điện thoại và mã DTMF. Tiếp theo là vi điều khiển PIC 16F877A được em lựa chọn và lí do em lựa trọn được em trình bày ở chương 3, đặc điểm kỹ thuật được trình bày ở phần phụ lục. Phần thực nghiệm bao gồm các công việc: thiết kế mạch phần cứng của mạch quản lý cuộc gọi đi bằng phần mềm Altium Designer 6.7.9346, lập trình các khối cho bản mạch. Trong luận văn này tập trung vào các vấn đề sau: Thiết kế phần cứng của mạch quản lý số điện thoại gọi đi Hiển thị thông tin cuộc gọi lên LCD BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT DTMF : dual-tone multiFequency I2C : Inter-intergrated Circuit ICSP : In-Circuit Serial Programming MCLR : Master Clear PIC : Peripheral Interface Controller : Programmable Intelligent Computer LCD : Liquid crytal Display SPI : Serial Pripheral Interface LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên trong khoá luận em xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể các thầy cô, cán bộ trong khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn điện tử đã nhiệt tình chỉ dạy dỗ em trong suốt bốn năm học vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Ngô Diên Tập đã hướng dẫn, quan tâm, chỉ bảo tận tình để em hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này. Cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, khích lệ, giúp đỡ về mọi mặt trong quá trình em làm luận văn tốt nghiệp. Hà Nội: ngày 07 tháng 5 năm 2008 Sinh viên thực hiện Vũ Tiến Chương LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay kĩ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong ngành kỹ thuật và cả trong các ứng dụng đời thường. Hầu hết các dây truyền tự động lớn và các sản phẩn dân dụng ta đều thấy sự suất hiện của vi điều khiển. Vi điểu khiển được nhà sản xuất tích hợp rất nhiều các nhiều tính năng với các bộ ngoại vi được tích hợp ngay trên vi điều khiển, cùng với khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp, tất cả được tích hợp trên một con chip nhỏ gọn, chính vì vậy sẽ gặp nhiều thuận lợi hơn trong thiết kế board, khi đó board mạch sẽ nhỏ gọn và đẹp hơn dễ thiết kế hơn rất nhiều. Về mặt tính năng và công năng thì có thề xem PIC vượt trội hơn rất nhiều so với 89 với nhiều module được tích hợp sẵn như ADC10 BIT, PWM 10 BIT, PROM 256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER, một đặc điểm nữa là tất cả các con PIC sử dụng thì đều có chuẩn PI tức chuẩn công nghiệp thay vì chuẩn PC (chuẩn dân dụng). Ngoài ra PIC còn được rất nhiều nhà sản xuất phần mềm tạo ra các ngôn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngoài ngôn ngữ Asembly ra còn có thể sử dụng ngôn ngữ C thì sử dụng CCSC, HTPIC hay sử dụng Basic thì có MirkoBasic… và còn nhiều chương trình khác nữa để hỗ trợ cho việc lập trình bên cạnh ngôn ngữ kinh điển là asmbler. Cùng với sự phát triển của vi điều khiển là sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ điện thoại chính vì vậy nên việc quản lý các cuộc điện thoại trở nên cấp thiết. Từ yêu cầu trên và những kiến thức em đã được học trên trường em đã được chọn đề tài quản lý số điện thoại gọi đi với mục tiêu đặt ra: sử dụng PIC 16F887A và đồng hồ thời gian thực để xác định thời gian gọi, ghép nối với LCD để hiển thông tin về cuộc gọi . Giới hạn đề tài : việc thiết kế các ứng dụng của PIC với đường dây điện thoại rất phong phú và phức tạp, do vậy trong luận văn này em tập trung giải quyết các vấn đề chính: Thiết kế phần cứng mạch quản lý cuộc gọi đi Hiển thị thông tin cuộc gọi trên màn hình LCD PHẦN 1: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1 Ý TƯỞNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Ý tưởng Nhiều khi em mở hoá đơn điện thoại ra và nghĩ rằng: “Mình không thể gọi nhiều như thế được”. Hầu hết các hoá đơn điện thoại ghi lại các cuộc gọi đường dài và đưa ra chi tiết các số đã gọi. Nhưng các cuộc gọi địa phương (như kiểu nội hạt) chỉ được cộng tổng lại vì vậy sẽ không thể biết được chi tiết về các cuộc gọi đi. Chính vì vậy mà em thiết kế mạnh điện này để lưu lại chi tiết cuộc gọi mà mình đã gọi đi (số điện thoại và thời gian gọi). Với mạch điện này thì tất cả những cuộc gọi đi được ghi lại và vì vậy em có thể biết đựơc chi phí cước gọi hàng tháng. Mạch điện ghi lại thời gian bắt đầu và kết thúc của tất cả các cuộc gọi đi cùng với các số đã gọi. Nó hoạt động một cách độc lập với PC. Dữ liệu cuộc gọi điện thoại là đầu ra trong một fomat mà có thể dễ dàng nhập vào Microsoft Excel. Các chức năng đa dạng của Excel sau đó có thể được dùng để phân tích và phân loại dữ liệu và tạo ra các bản in từ máy tính đã được định dạnh. Dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ EEPROM, do đó sẽ không mất dữ liệu trong các trường hợp bị mất điện. Mạch điện được cung cấp với bộ nhớ 256K. 1.2 Cơ sở lý thuyết 1.2.1 Cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của điện thoại Một chiếc máy điện thoại cơ bản là gồm ba phần chính sau: Phần chuyển đổi mạch điện: Phần này gồm hệ thống lá mạ tiếp điểm và có nhiệm vụ đóng mở mạch điện khi có yêu cầu. Phần thu và phát tín hiệu gọi: Phần này gồm hai phần chính là máy điện quay tay có nhiệm vụ phát tín hiệu gọi lên đường chuyền và phần chuông máy có nhiệm vụ biến dòng tín hiệu gọi thành tín hiệu gọi. Phần thu phát thoại: Gồm có loa và mic. Loa có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện và mic thì có nhiệm vụ ngược lại biến tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh. Nút gạt tổ hợp Thiết bị gửi số Triệu tiếng lickic Bù trừ chiều dài đường dây Chuông Ống nói Cuộn cảm ứng Ống nghe Mạch cân bằng Hình 1.1: Sơ đồ khối của điện thoại Nguyên lý hoạt động: Khi ta thực hiện cuộc gọi dao động âm thanh của tiếng nói sẽ tác động vào màng rung của mic làm suất hiện dòng điện biến đổi tương ứng trong mạch. Dòng điện biến đổi này được truyền trên đường dây điện thoại và được chuyển mạch đến máy điện thoại được gọi, làm cho màng rung của loa dao động, lớp không khí trước màng sẽ dao động theo phát ra âm thanh tác động đến tai người nghe và quá trình chuyền dẫn ngược lại cũng tương tự. 1.3 phân loại các kiểu điện thoại 1.3.1 Phân loại theo phương thức tiếp dây +Máy điện thoại nhân công: các loại máy liên lạc với nhau qua tổng đài nhân công gồm hai loại Máy điện thoại từ thạch: Nguồn cung cấp để đàm thoại và gọi chuông đều được trang bị tại từng máy lẻ, nguồn đàm thoại thường dùng pin, nguồn gọi chuông là máy phát điện magneto. Máy điện thoại công điện: Nguồn cung cấp để đàm thoại và để gọi chuông được đặt tại tổng đài, sử dụng nguồn một chiều 48V. +Máy điện thoại tự động Liên lạc với nhau qua tổng đài tự động bằng cách quay số hay bằng ấn phím. Nguồn cung cấp điện để đàm thoại là nguồn một chiều 48V hoặc 60V, nguồn để gọi chuông từ 90 – 100 V, tần số 16 – 25 Hz. 1.4 Sơ lược về tín hiệu DTMF 1.4.1 Định nghĩa DTMF(dual tone multi-frequency): là tín hiệu gồm có hai tần số xếp trồng lên nhau. Mỗi tần số được lựa chọn sao cho có lợi cho việc thiết kế bộ lọc và dễ dàng truyền đi trên đường dây điện thoại có băng thông khoảng chừng 3,5KHz. DTMF phát ra là 1 tín hiệu âm thanh ghép của 2 tín hiệu trong dải tần số từ 697Hz đến 1633Hz Phiên bản của DTMF sử dụng cho tín hiệu điện thoại được biết đến như hãng Touch-Tone, và được tiêu chuẩn hoá bởi ITU-T là Q.23. Tín hiệu DTMF có thể được phát hoặc thu bằng một IC chuyên dụng (VD: MTD887X) Hệ thống DTMF đang phát triển và trở thành phổ biến trong hệ thống điện thoại hiện nay. Hệ thống này được hình thành vào năm 1960 nhưng mãi đến năm 1970 mới được phát triển rộng rãi. 1.4.2 KEYPAD Trong DTMF mỗi chữ số chọn lựa có tín hiệu dưới dạng tổ hợp của hai tần số xoay chiều : Hình 1.2: Dạng tín hiệu DTMF Khi một nút được bấm, hai tần số mô tả chữ số được phát ra và được gửi một cách đồng thời. Đặc biệt là hai âm thanh này không cùng âm, tức là tần số của âm thanh này không có cùng ước số chung với âm thanh kia, điều này để tránh sự nhầm lẫn vô tình với âm hiệu nói, sự phân tánh rõ ràng giữa hai loại này là rất cần thiết. Ví dụ như hai tần số 750 và 500 là hai tần số không thể kết hợp thành tín hiệu DTMF vì có cùng ước số chung là 250, hai tần số này là hai thanh cùng âm. Keypad chuẩn là một ma trận chữ nhật gồm ba cột và bốn hàng (3x4) tạo nên tổng cộng là 12 phím nhấn: trong đó có 10 phím cho chữ số (từ 0 đến 9), hai phím đặc biệt là ‘*’ và ‘#’. Mỗi hàng trên bàn phím bấm được gán cho một tần số tín hiệu thấp, mỗi cột được gán cho tần số tín hiệu cao. Mỗi một phím sẽ có một tín hiệu DTMF riêng được tổng hợp bởi hai tần số tương ứng với hàng và cột mà phín đó đang đứng . Những tần số này đã được lựa chọn cẩn thận sao cho có lợi cho việc thiết kế bộ lọc và dễ dàng truyền đi trên đường dây điện thoại. Hình 1.3: Bàn phím chuẩn 12 nút Ngày nay người ta còn cho thêm một vài phím để tạo nên bảng mã được nằm trong một ma trận (4x4) với mỗi hàng miêu tả bằng một tần số thấp và mỗi cột miêu tả bằng một tần số cao. Hình 1.4: Bàn phín mở rộng 16 phím ----------------------------------------------------------------------------------- PHẦN 2: THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.1 Sơ đồ khối của mạch PHONE Mạch giao tiếp đường dây Khối thu và giải mã DTMF Khối đồng hồ thời gian Khối hiển thị Khối ghép nối máy tính EEPROM Khối cảm biến tín hiệu nhấc điện thoại Khối xử lý trung tâm Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch. 2.2 Nguyên lý hoạt động 2.2.1 Khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch: nhận dữ liệu giải mã DTMF từ bộ giải mã DTMF, nhận tín hiệu thời gian từ khối đồng hồ thời gian thực, ghi dữ liệu (số điện thoại, ngày giờ gọi, thời gian gọi) vào EEPROM và hiển thị tất cả thông tin lên màn hình tinh thể lỏng. 2.2.2 Khối thu và giải mã DTMF Khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu DTMF từ mạch giao tiếp với đường dây điện thoại và sau đó giải mã thành mã nhi phân 4 bit đưa vào khối xử lý trung tâm. 2.2.3 Khối đồng hồ thời gian thực Khối này cung cấp dữ liệu về: ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây một cách chính xác cho khối điều khiển để tính thời gian gọi đến và thời gian gọi. Chính vì vậy mà nó cần phải chạy ngay cả khi mất điện nên yêu cầu có nguồn pin để nuôi trong trường hợp mất điện. 2.2.4 Khối hiển thị Là màn hình tinh thể lỏng LCD (2 dòng, mỗi dòng 16 kí tự) để hiển thị thông tin cuộc gọi như: số điện thoại, thời gian thực hiện cuộc gọi, thời gian gọi 2.2.5 Khối EEPROM Khối này để lưu trữ toàn bộ thông tin về cuộc gọi (số điện thoại, thời gian thực hiện cuộc gọi, thời gian gọi). Khối này có dung lượng là 256kB. 2.2.6 Khối ghép nối máy tính theo chuẩn RS-232 Khối này có nhiệm vụ giao tiếp với máy tính theo chuẩn RS-232. Khối này có nhiệm vụ chính là đọc dữ liệu cuộc gọi từ EEPROM. 2.2.7 Khối nguồn nuôi Là khối cơ bản nhất nó cung cấp dòng nuôi cho toàn bộ linh kiện trong mạch. Nó tạo ra điện áp ổn định thoả mãn các chỉ số về điện áp và dòng . 2.2.8 Hoạt động của mạch Mạch được ghép nối song song với đường dây điện thoại để đảm bảo cho thuê bao luôn hoạt động bình thường. mạch có chức năng hiển thị các thông tin chi tiết về cuộc gọi đi: ngày, giờ gọi, thời gian gọi, số gọi đi. Mạch có phần phát hiện cuộc gọi, tức là nếu người dùng nhấc máy thực hiện cuộc gọi thì mạch sẽ hiển thị số gọi đi và khi kết thúc cuộc gọi sẽ hiển thị thời gian đã thực hiện cuộc gọi. Cuối tháng người dùng có thể lấy thông tin chi tiết từ tất cả các cuộc gọi đi trong tháng bằng cách kết nối mạch với máy tính từ cổng COM. ----------------------------------------------------------- CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ THỰC NGHIỆM 3.1 Thiết kế mạch nguyên lý 3.1.1 Khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm là vi điều khiển PIC16F877A, là IC có 40 chân, với 5 cổng vào ra là Port A(RA0÷RA5), Port B(RB0÷RB7), Port C(RC0÷RC7), Port D(RD0÷RD7), Port E(RE0÷RE2). Nó có 8k Flash ROM và 368 Byte RAM. Sơ đồ chi tiết là: Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A trong mạch Chân RESET là chân số 1 của PIC (chân MCLR) PIC sẽ reset khi chân này ở mức thấp. Bộ dao động thạch anh (20MHz) được nối với chân 13 và 14 của vi điều khiển, bộ dao động có thêm tụ C12 và C14 để tăng sự ổn định cho nguồn xung nhịp của hệ thống. PIC được cấp nguồn qua hai cặp chân VSS và VDD. Hai cặp chân VSS là chân 12 và 31 nối đất còn hai cặp chân VDD là chân 11 và 32 nối lên nguồn +5V do bộ nguồn nuôi cung cấp. Các cổng của PortB (từ RB0 đến RB7, RB3 không dùng) nối đến LCD. Các cổng của PortD (từ RD0 đến RD3) là lối vào của tín hiệu DTMF đã được mã hoá thành mã nhị phân 4 bit. Các cổng của PortC (từ RC2 đến RC4 ) được nối đến đồng hồ thời gian thực, từ RC6 đến RC7 kết nối tới máy tính theo chuẩn RS-232. 3.1.2 Khối thu và giải mã DTMF Giải mã DTMF được thực hiện bằng vi mạch chuyên dụng IC MT8870 nhờ thế mà việc giải mã trở nên đơn giản hơn. Sơ đồ nguyên lý kết nối của IC MT8870 trong mạch được trình bày như hình dưới: Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý kết nối trong mạch của IC MT8870 IC nhận tín hiệu DTMF từ đường điện thoại qua chân 2 (IN -), sau khi thực hiện giải mã nó đưa dữ liệu qua ra 4 chân (từ chân 11 đến chân 14) dưới dạng 4 bit nhị phân. IC sử dụng dao động thạch anh 3, 579545 MHz . MT8870 hoạt động theo nguyên lý: Digit TOE INH Est Q4 Q3 Q2 Q1 ANY L X H Z Z Z Z 1 H X H 0 0 0 1 2 H X H 0 0 1 0 3 H X H 0 0 1 1 4 H X H 0 1 0 0 5 H X H 0 1 0 1 6 H X H 0 1 1 0 7 H X H 0 1 1 1 8 H X H 1 0 0 0 9 H X H 1 0 0 1 0 H X H 1 0 1 0 * H X H 1 0 1 1 # H X H 1 1 0 0 A H L H 1 1 0 1 B H L H 1 1 1 0 C H L H 1 1 1 1 D H L H 0 0 0 0 A H H H undetected, the output code will remain the same as the previous detected code B H H H C H H H D H H H 3.1.3 Khối đồng hồ thời gian thực IC DS1307 đồng hồ thời gian thực nối tiếp (DS1307) của hãng Dallas Semiconductor. Nó sử dụng một giao diện nối tiếp I2C 2 dây để giao tiếp với vi điều khiển. Nó đếm giây, phút, giờ, ngày trong tháng, tháng, ngày trong tuần và năm cho đến năm 2100. Nó có một đầu xung vuông (pin 7), đã được lập trình để đưa ra một tín hiệu một giây. Ngoài ra DS1307 chuyển mạch tự động khi phát hiện lỗi nguồn. Bộ pin lithium 3V cung cấp nguồn dự phòng trong trường hợp mất điện. Cách nối chân trong mạch: Vcc: nối với nguồn X1, X2: nối với thạch anh 32, 768 kHz Vbat: đầu vào pin 3V GND: đất SDA: chuỗi data SCL: dãy xung clock SQW/OUT: xung vuông/đầu ra driver Sơ đồ nguyên lý kết nối trong mạch: Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý kết nối trong mạch điện 3.1.4 Khối hiển thị thông tin Sử dụng màn hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crytal Display) loại 2 dòng, 16 kí tự LCD1602. Màn hình LCD đã rất phổ biến trên thị trường và việc lập trình cho nó rất đơn giản thêm vào đó là nó có mặt thẩm mĩ rất cao. Sử dụng nguồn nuôi thấp (từ 2, 5 đến 5V). Có thể hoạt động ở hai chế độ 4 bit hoặc 8 bit (trong đề tài này em sử dụng chế độ 4 bit). Có thể điều chỉnh độ tương phản qua biến trở R6. Có thể ghi lên LCD và đọc dữ liệu từ LC Sơ đồ nguyên lý kết nối của LCD1602 trong mạch điện: Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý kết nối của LCD1602 trong mạch điện LCD1602 được ghép nối với vi điều khiển thông qua PortB (RB0 đến RB7 Không sử dụng RB3). RB0 nối với chân E, RB1 nối với chân RS, RB2 nối với chân R/W là chân đọc ghi dữ liệu và chân RB4 đến RB7 là chân dữ liệu vào. 3.1.5 Khối EEPROM Mạch điện được cung cấp với bộ nhớ 256K sử dụng IC AT24C526. Mạch điện ghi lại thời gian bắt đầu và kết thúc của tất cả các cuộc gọi đi cùng với các số đã gọi. Dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ EEPROM, do đó sẽ không mất dữ liệu trong các trường hợp bị mất điện. IC AT24C256 ghép nối với PIC qua PortC theo chuẩn I2C (RC3 và RC4). Sơ đồ ghép nối như hình dưới: Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý kết nối AT24C256 trong mạch điện 3.1.6 Khối ghép nối máy tính theo chuẩn RS-232 Sơ đồ ghép nối: Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý kết nối MAX232 trong mạch điện Mạch điện được ghép nối với máy tính thông qua vi mạch MAX232 qua hai chân 25 và 26 của PIC (RC6 và RC7). Qua ghép nối này ta có thể lấy dữ liệu về thông tin cuộc gọi từ EEPROM qua máy tính. 3.1.7 Khối nguồn nuôi Dùng IC 7805 để tạo nguồn +5V ổn định cấp toàn mạch cho mạch. Tụ C2 và C3 để lọc nhiễu, diode D3 có nhiệm vụ báo nguồn. Sơ đồ nguyên lý như hình dưới: Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý nguồn nuôi của mạch ----------------------------------------------- 3.2 THỰC NGHIỆM 3.2.1 Thiết kế mạch in Trong phần này em đã sử dụng công cụ phần mềm Altium Designer 6.7.9346 để thực hiện, nó là một phần mềm phát triển của protel. Hình dưới là bản mạch in sau khi đã vẽ hoàn chỉnh : Hình 3.7: Bản mạch in Bản mạch in được trình bày: các jack cắm (2 jack RJ11, 1 jack cắm nguồn, cổng kết nối với máy tính DB9), đèn báo nguồn và khối nguồn nuôi cấp nguồn +5V cho toàn mạch được sếp trên cùng để thuận tiện cho việc ghép nối. Tiếp theo đó là khối giải mã DTMF, đồng hồ thời gian thực và EEPRROM. Cuối cùng là vi điều khiển PIC16F877A, nguồn dự phòng cho đồng hồ thời gian thực trong trường hợp mất điện và jack cắm dùng để nạp vi điều khiển ngay trên mạch (ICSP) Bản mạch sau khi đã hàn linh kiện đầy đủ: Hình 3.8: Bản mạch khi đã hàn linh kiện 3.2.2 Lập trình Việc lập trình cho PIC sử dụng ngôn ngữ C chuẩn, viết bằng phần mền CCS PIC C Compiler phiên bản 3.249. Phần mềm CCS hỗ trợ một thư viện với khá nhiều hàm con nên việc lập trình trở nên dễ dàng hơn. Giao diện của phần mềm khá đẹp và có thể sử dụng một cách dễ dàng. Thêm vào đó CCS cung cấp một trang web có code chuẩn để tham khảo: ccsinfo.com/forum . Giao diện của PIC C Compiler: Hình 3.9: Giao diện của PIC C Compiler Giao diện phần mềm nạp cho PIC WinPic800: Hình 3.9: Giao diện phần mềm nạp WinPic800 Em sử dụng phần mềm WinPic800 để nạp cho PIC ngay trên mạch theo chuẩn ICSP. Khi trình dịch CCS đã dịnh dữ liệu thành file *.hex, sau đó WinPic800 sẽ gửi từ máy tính tới vi điều khiển, vi điều khiển sẽ nhận dữ liệu thông qua cổng truyền thông nối tiếp và ghi lên bộ nhớ chương trình. Lưu đồ lập trình: Bắt đầu Đọc thời gian Hiển thị thời gian lên LCD Lưu vào EEPROM STD=1 Hiển thị số điện thoai lênLCD Sai Hình 3.8: Lưu đồ lập trình 3.2.3 Lý do chọn PIC 16F877A Ngày nay vi điều khiển được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực điều khiển tự động mà vi điều khiển có rất nhiều loại như: dòng 89 hay AVR, PIC, PSOC…Em chọn PIC mà ko chọn AVR hay 89, bởi nếu so với 89 về mặt tính năng và công năng thì có thề xem PIC vượt trội hơn rất nhiều so với 89 với nhiều module được tích hợp sẵn như ADC10 BIT, PWM 10 BIT, PROM 256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER…Nhưng về mặt giá cả thì có đôi chút chênh lệch như giá 1 con 89S52 khoảng 20.000 thì PIC16F877A là 60.000 nhưng khi so sánh như thề thì em lại phần linh kiện cho việc thiết kế mạch nếu như dùng 89 muốn có ADC em phải mua con ADC chẳng hạn như ADC0808 hay 0809 với giá vài chục nghìn và bộ opamp thì khi sử dụng PIC nó đã tích hợp cho em sẵn các module đó, có nghĩa là em không cần mua ADC, opam, EPPROM vì PIC đã có sẵn trong nó rồi ngoài ra em sẽ gặp nhiều thuận lợi hơn trong thiết kế board, khi đó board mạch của em sẽ nhỏ gọn và đẹp hơn dễ thi công hơn rất nhiều, nên tính về giá cả tổng cộng cho đến lúc thành phẩm thì PIC có thể xem như rẻ hơn 89, một đặc điểm nữa là tất cả các con PIC sử dụng thì đều có chuẩn PI tức chuẩn công nghiệp thay vì chuẩn PC (chuẩn dân dụng) nếu mua một con 89PI thì lúc đó giá cả giữa PIC và 89PI thì đã chênh lệch rất nhiều rồi. Và gần đây Philip cũng đã ra 1 dòng 89VRD mới bổ sung thêm chức năng PWM nhưng giá cả còn rất đắt mà vẫn còn thiếu nhiều tính năng so với PIC. Ngoài ra PIC còn được rất nhiều nhà sản xuất phần mềm tạo ra các ngôn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngoài ngôn ngữ Asembly ra còn có thể sử dụng ngôn ngữ C thì sử dụng CCSC, HTPIC hay sử dụng Basic thì có MirkoBasic… và còn nhiều chương trình khác nữa để hỗ trợ cho việc lập trình bên cạnh ngôn ngữ kinh điển là asmbler. Tóm lại em chọn PIC bởi nó được phát triển lâu đời và có rất nhiều dòng sản phầm cho em lựa chọn như dòng basic PIC 12 midrange là PIC16, hi end là PIC18, gần đây là DS PIC, vói những ai quan tâm đến lập trình điều khiển từ xa thì có IF PIC… và trong mỗi dòng sản phẩm ấy lại có rất nhiều loại chip để đáp ứng mọi nhu cầu của em. Có thề nói 1 dòng phổ thông và đáp ứng gần như hầu hết các công dụng nên em chọn là PIC16F877A. PIC 16F877A là loại có 40 chân, với 5 cổng vào ra là Port A(RA0÷RA5), Port B(RB0÷RB7), Port C(RC0÷RC7), Port D(RD0÷RD7), Port E(RE0÷RE2). + Tập lệnh để lập trình chỉ có 35 lệnh rất dễ nhớ và dễ học. +8K Flash Rom.+368 Byte Ram.+ 5 Port điều khiển vào ra với tín hiệu điề khiển độc lập, với dòng ra cao có thề kích trực tiếp các transirtor mà không cần qua bộ buffer.+ 2 bộ đinh thời timer0 va timer2 8 bit có thể lập trình được.+ 1 bộ định thời timer1 16 bit có thể hoạt động trong chế độ sleep với nguồn xung clock ngoài.+ 2 bộ module CCP (bao gồm Capture bắt giữ, Compare so sánh, PWM điều chế xung 10 bit).+ 1 Bộ ADC với 8 kênh ADC 10 bit .+ 2 bộ so sánh tương tự hoạt động độc lập.+ Bộ giám sát định thời Watchdogtimer.+ 1 cồng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển.+ 1 cổng nối tiếp.+ Hỗ trợ giao tiếp I2C.+ 15 nguồn ngắt.+ Chế độ sleep tiết kiệm năng lượng.+ Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP.+ Tần số hoạt động tối đa là 20MHz 3.2.4 Sơ đồ thực nghiệm với MT8870 Hình 3.9: Sơ đồ thực nghiệm với IC MT8870 Khi không bấm nút: TOE: Logic 0 Q3: Logic 0 Q2: Logic 0 Q1: Logic 0 Khi bấm và giữ nút ‘1’: TOE: Logic 1 Q4: Logic 0 Q3: Logic 0 Q2: Logic 0 Q1: Logic 1 Thả nút ‘1’: TOE: Logic 0 Q4: Logic 0 Q3: Logic 0 Q2: Logic 0 Q1: Logic 1  Khi bấm và giữ nút ‘2’: TOE: Logic 1 Q4: Logic 0 Q3: Logic 0 Q2: Logic 1 Q1: Logic 0 Thả nút ‘2’: TOE: Logic 0 Q4: Logic 0 Q3: Logic 0 Q2: Logic 1 Q1: Logic 0 Khi bấm số điện thoại thì StD có mức logic là ‘1’, còn khi ta không bấm thì StD có mức logic là ‘0’. Còn các chân Q1, Q2, Q3, Q4 là mã BCD của số điện thoại. 3.2.5 Kết quả thực nghiệm và hướng phát triển Trong quá trình thực hiện đồ án em đã tìm hiểu sơ lược về điện thoại và tín hiệu DTMF. Một chiếc điện thoại để bàn thông thường sử dụng mười sáu cặp tín hiệu DTMF để biểu diễn các số bấm trên bàn phím bấm, nghĩa là một phím bấm được miêu tả bởi hai tín hiệu có tần số khác nhau. Do vậy em đã tìm hiểu khá kĩ về tín hiệu DTMF vì nó là cơ sở lý thuyết khá quan trọng trong đề tài này. Về việc giải mã DTMF em sử dụng vi mạch MT8870, đây là vi mạch chuyên dụng để giải mã tín hiệu DTMF. Vi mạch MT8870 lấy tín hiệu DTMF từ đường điện thoại vào chân hai (IN-) còn tín hiệu được giải mã thành mã BCD 4 bit thì suất ra bốn chân Q1,Q2,Q3,Q4, chân StD là chân báo khi có nhấn phím. Em cũng đã tìm hiểu và làm chủ được vi điều khiển PIC 16F877A của hãng microchip. Vi điều khiển PIC 16F887A được tích hợp khá nhiều module, thêm vào đó là có thể sử dụng khá nhiều ngôn ngữ lập trình. Khối hiển thị thông tin em sử dụng LCD 1602 (2 dòng, 16 kí tự). Em đã thực hiện được việc hiển thị lên màn hình LCD, lập trình hiển thị lên LCD khá đơn giản vì đã có hàm con trong thư viện của CCS. Màn hình LCD được chia làm hai dòng, dòng đầu tiên có địa chỉ bắt đầu là 0x80 và địa chỉ kết thúc là 0x8f, còn dòng thứ hai có địa chỉ bắt đầu là 0xc0 và địa chỉ kết thúc là 0xcf. Em thiết kế và vẽ mạch in bằng phần mềm Altium Designer. Lập trình cho PIC em sử dụng ngôn ngữ C chuẩn, viết bằng phần mền CCS PIC C Compiler phiên bản 3.249. Phần mềm CCS hỗ trợ một thư viện với khá nhiều hàm con nên việc lập trình trở nên dễ dàng hơn. Giao diện của phần mềm khá đẹp và có thể sử dụng một cách dễ dàng. Thêm vào đó CCS cung cấp một trang web có code chuẩn để tham khảo: ccsinfo.com/forum . Em sử dụng phần mềm WinPic800 để nạp chương trình vào vi điều khiển PIC Tuy nhiên vẫn còn một số mặt em chưa hoàn thiện và em có dự định phát triển theo hướng sau: 1.Cải tiến khối giao tiếp với máy tính để đọc dữ liệu bằng cách ghép nối với máy tính qua cổng nối tiếp RS-232 bằng cách ghép nối với thẻ nhớ MMC. 2.Chính vì sử dụng kết nối với thẻ MMC nên cần sử dụng rất nhiều bộ nhớ RAM của vi điều khiển nên cần thay thế PIC 16F877A bằng một vi điều khiển có bộ nhớ RAM có dung lượng lớn hơn như PIC 18FX. --------------------------------------------------------------------- PHỤ LỤC Để thực hiện luận văn trên em đã phải tìm hiểu một số linh kiện bằng cách đọc một datasheet của các linh kiện đó. Dưới đây là datasheet của các linh kiện. 1. Tổng quan về vi điều khiển PIC 16F877A 1.1 Sơ đồ khối của PIC16F877A và bảng mô tả chức năng các chân của PIC16F877A Hình 1: PIC 16F877A Hình 2: Sơ đồ khối của PIC16F877A Bảng mô tả chức năng các chân của PIC16F877A Pin Name DIP Pin# PLCC Pin# QFT Pin# I/O/P Type Buffer Type Description OSC1/CLKIN 13 14 30 1 ST/CMOS(4) Đầu vào của xung dao động thạch anh/ngõ vào xung clock ngoại OSC2/CLKOUT 1 2 18 O - Đầu ra của xung dao động thạch anh. Nối với thạch anh hay cộng hưởng trong chế độ dao động của thạch anh.Trong chế độ RC, ngõ ra của chân OSC2. /Vpp 1 2 18 I/P ST Ngõ vào của Master Clear(Reset) hoặc ngõ vào điện thế được lập trình. Chân này cho phép tín hiệu Reset thiết bị tác động ở mức thấp. RA0/AN0 2 3 19 I/O TTL PORTA là port vào ra hai chiều. RA0 có thể làm ngõ vào tuơng tự thứ 0. RA1/AN1 3 4 20 I/O TTL RA1 có thể làm ngõ vào tuơng tự thứ 1 RA2/AN2/VREF – 4 5 21 I/O TTL RA2 có thể làm ngõ vào tuơng tự 2 hoặc điện áp chuẩn tương tự âm. RA3/AN3/VREF + 5 6 22 I/O TTL RA3 có thể làm ngõ vào tuơng tự 3 hoặc điện áp chuẩn tương tự dương. RA4/T0CKI 6 7 23 I/O ST RA4 có thể làm ngõ vào xung clock cho bộ định thời Timer0. RA5//AN4 7 8 24 I/O TTL RA5 có thể làm ngõ vào tương tự thứ 4 RB0/INT RB1 RB2 33 34 35 36 37 38 8 9 10 I/O I/O I/O TTL/ST(1) TTL TTL PORTB là port hai chiều. RB0 có thể làm chân ngắt ngoà RB3/PGM 36 39 11 I/O TTL RB3 có thể làm ngõ vào của điện thế được lập trình ở mức thấp. RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD 37 38 39 40 41 42 43 44 14 15 16 17 I/O I/O I/O I/O TTL TTL TTL/ST(2) TTL/ST(3) . Interrupt-on-change pin. Interrupt-on-change pin. Interrupt-on-change pin hoặc In-Crcuit Debugger pin . Serial programming clock. Interrupt-on-change pin hoặc In-Crcuit Debugger pin . Serial programming data . RC0/T1OSO/T1CKI 15 16 32 I/O ST PORTC là port vào ra hai chiều. RC0 có thể là ngõ vào của bộ dao động Timer1 hoặc ngõ xung clock cho Timer1 RC1/T1OSI/CCP2 16 18 35 I/O ST RC1 có thể là ngõ vào của bộ dao động Timer1 hoặc ngõ vào Capture2/ngõ ra compare2/ngõ vào PWM2. RC2/CCP1 17 19 36 I/O ST RC2 có thể ngõ vào capture1/ngõ ra compare1/ngõ vào PWM1 RC3/SCK/SCL 18 20 37 I/O ST RC3 có thể là ngõ vào xung RC4/SDI/SDA 23 25 42 I/O ST Clock đồng bộ nội tiếp/ngõ ra trong cả hai chế độ SPI và I2C RC4 có thể là dữ liệu bên trong SPI(chế độ SPI) hoặc dữ liệu I/O(chế độ IC). RC5/SDO 24 26 43 I/O ST RC5 có thể là dữ liệu ngoài SPI(chế độ SPI) RC6/TX/CK 25 27 44 I/O ST RC6 có thể là chân truyền không đồng bộ USART hoặc đồng bộ với xung đồng hồ RC7/RX/DT 26 29 1 I/O ST RC7 có thể là chân nhận không đồng bộ USART hoặc đồng bộ với dữ liệu. RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 19 20 21 22 27 28 29 30 21 22 23 24 30 31 32 33 38 39 40 41 2 3 4 5 I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) PORTD là port vào ra hai chiều hoặc là parallel slave port khi giao tiếp với bus của bộ vi xử lý. RE0//AN5 8 9 25 I/O ST/TTL(3) PORTE là port vào ra hai chiều. RE0 có thể điều khiển việc đọc parrallel slave port hoặc là ngoc vào tương tự thứ 5. RE1//AN6 9 10 26 I/O ST/TTL(3) RE1 có thể điều khiển việc ghi parallel slave port hoặc là ngõ vào tương tự thứ 6. RE2//AN7 10 11 27 I/O ST/TTL(3) RE2 có thể điều khiển việc chọn parallel slave port hoặc là ngõ vào tương tự thứ 7 Vss VDD 12, 31 11, 32 13, 34 12, 35 7, 28 6, 29 P P Cung cấp nguồn dương cho các mức logicvà những chân I/O. NC 1,17,28, 40 12,13 33, 4 Những chân này không được nối bên trong và nó được để trống Ghi chú: I = input O = output I/O = input/output P = power - = Not used TTL = TTL input ST = Schmitt Trigger input 1: Là vùng đệm có ngõ vào Trigger Schmitt khi được cấu hình như ngắt ngoài. 2: Là vùng đệm có ngõ vào Trigger Schmitt khi được sử dụng trong chế độ 9 Serial Programming. 3: Là vùng đệm có ngõ vào Trigger Schmitt khi được cấu hình như ngõ vào ra mục đích chung và là ngõ vào TTL khi sử dụng trong chế độ Parallel Slave Port (cho việc giao tiếp với các bus của bộ vi xử lý). 4: Là vùng đệm có ngõ vào Trigger Schmitt khi được cấu hình trong chế độ dao động RC và một ngõ vào CMOS khác. 1.1.2 Tổ chức bộ nhớ Có 3 khối bộ nhớ trong các vi điều khiển họ PIC16F87X. Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu có những bus riêng biệt để có thể truy cập đồng thời và sẽ được trình bày chi tiết trong phần này. Hình 3: Ngăn xếp và bản đồ bộ nhớ chương trình PIC16F877A 1.2 Tổ chức của bộ nhớ chương trình Các vi điều khiển họ PIC16F877A có bộ đếm chương trình 13 bit có khả năng định vị không gian bộ nhớ chương trình lên đến 8Kb.Các IC PIC16F877A có 8Kb bộ nhớ chương trình FLASH, các IC PIC16F873/874 chỉ có 4 Kb.Vectơ RESET đặt tại địa chỉ 0000h và vectơ ngắt tại địa chỉ 0004h. 1.3 Tổ chức bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ dữ liệu được chia thành nhiều dãy và chứa các thanh ghi mục đích chung và các thanh ghi chức năng đặc biệt.BIT RP1 (STATUS ) và RP0 (STATUS ) là những bit dùng để chọn các dãy thanh ghi. RP1:RP0 Bank 00 0 01 1 10 2 11 3 Chiều dài của mỗi dãy là 7Fh (128 byte).Phần thấp của mỗi dãy dùng để chứa các thanh ghi chức năng đặc biệt.Trên các thanh ghi chức năng đặc biệt là các thanh ghi mục đích chung, có chức năng như RAM tĩnh.Thường thì những thanh ghi đặc biệt được sử dụng từ một dãy và có thể được ánh xạ vào những dãy khác để giảm bớt đoạn mã và khả năng truy cập nhanh hơn. 1.3.1 Các thanh ghi mục đích chung Các thanh ghi này có thể truy cập trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua thanh ghi FSG (File Select Register). Hình 4: Các thanh ghi của PIC16F877A 1.3.2 Các thanh ghi chức năng đặc biệt Các thanh ghi chức năng đặc biệt (Special Function Resgister) được sử dụng bởi CPU và các bộ nhớ ngoại vi để điều khiển các hoạt động được yêu cầu của thiết bị.Những thanh ghi này có chức năng như RAM tĩnh.Danh sách những thanh ghi nay được trình bày ở bảng dưới.Các thanh ghi chức năng đặc biệt có thể chia thành hai loại: phần trung tâm (CPU) và phần ngoại vi. 1.3.3 Các thanh ghi trạng thái Hình 5: Thanh ghi trạng thái (địa chỉ 03h, 83h, 103h, 183h) Thanh ghi trạng thái chứa các trạng thái số học của bộ ALU, trạng thái RESET và nhưng bit chọn dãy thanh ghi cho bộ nhớ dữ liệu. Thanh ghi trạng thái có thể là đích cho bất kì lệnh nào, giống như những thanh ghi khác. Nếu thanh ghi trang thái là đích cho một lệnh mà ảnh hưởng đến cac cờ Z, DC hoặc C, và sau đó những bit này sẽ được vô hiệu hoá. Những bit này có thể set hoặc xoá tuỳ theo trạng thái logic của thiết bị. Hơn nữa hai bit và thì không cho phép ghi, vì vậy kết quả của một tập lênh mà thanh ghi trạng thái là đích có thể khác hơn dự định .Ví dụ, CLRF STATU sẽ soá 3 bit cao nhất và đặt bit Z. Lúc này các bit của thanh ghi trạng thái là 000u u1uu (u = unchanged). Chỉ có các lệnh BCF, BSF, SWAPF và MOVWF được sử dụng để thay đổi thanh ghi trạng thái, bởi vì những lệnh này không làm ảnh hưởng đến các bit Z, DC hoặc C từ thanh ghi trạng thái . Đối với những lệnh khác thì không ảnh hưởng đến những bit trạng thái này. 1.4 Các cổng của PIC 16F877A 1.4.1 PORTA và thanh ghi TRISA Hình 6: Sơ đồ khối của chân RA3:RA0 và RA5 Hình 7: Sơ đồ khối của chân RA4/T0CKI 1.4.2 PORTB và thanh ghi TRISB PORTB có độ rộng 8 bit, là port vào ra hai chiều. Ba chân của PORTB được đa hợp với chức năng lâp trình mức điện thế thấp (Low Voltage Programming ) : RB3/PGM, RB6/PGC và RB7/PGD. Mỗi chân của PORTB có một điện trở kéo lên yếu thê bên trong. Một bit điều khiển có thể mở tất cả những điện trở kéo này lên. Điều này được thực hiện bằng cách xoá bit (OPTION_REG). Những điện trở này bị cấm khi có một Power-on Reset. Bốn chân của PORTB:RB7 đến RB4 có một ngắt để thay đổi đặc tính .Chỉ những chân được cấu hình như ngõ vào mới có thể gây ra ngắt này. Những chân vào (RB7:RB4) được so sánh với giá trị được chốt trước đó trong lấn đọc cuối cùng của PORTB. Các kết quả không phù hợp ở ngõ ra trên chân RB7:RB4 được or với nhau để phát ra một ngắt Port change RB. Với cờ ngắt là RBIF (INTCON). Ngắt này có thể đánh thức thiết bịo tử trạng thái nghỉ (SLEEP). Trong thủ tục phục vụ ngắt người sử dụng có thể xoá ngắt theo cách sau: a) Đọc hoặc ghi bất kì lên PORTB. Điều này sẽ kết thúc điều kiện không hoà hợp. b) Xoá bit cờ RBIF. Hình 8: Sơ đồ khối các chân RB3:RB0 Hình 9: Sơ đồ khối các chân RB7:RB4 1.4.3 PORTC và thanh ghi TRISC PORTC có độ rộng là 8 bit, là port hai chiều. Thanh ghi dữ liệu trực tiếp tương ứng là TRISC. Cho tất cả các bit của TRISC là 1 thì các chân tương ứng ở PORTC là ngõ vào. Cho tất cả các bit của TRISC là 0 thì các chân tương ứng ở PORTC là ngõ ra. PORTC được đa hợp với vài chức năng ngoại vi, những chân của PORTC có đệm Trigger Schmitt ở ngõ vào. Khi bộ I2C được cho phép, chân 3 và 4 của PORTC có thể cấu hình với mức I2C bình thường, hoặc với mức SMBus bằng cách sử dụng bit CKE (SSPSTAT) . Khi những chức năng ngoại vi được cho phép, chúng ta cần phải quan tâm đến việc định nghĩa các bit của TRIS cho mỗi chân của PORTC. Một vài thiết bị ngoại vi khác ghi đè lên bit TRIS thì tạo nên một chân ở ngõ ra, trong khi những thiết bị ngoại vi khác ghi đè lên bit TRIS thì sẽ tạo nên một chân ở ngõ vào. Khi những bit TRIS ghi đè bị tác động trong khi thiết bị ngoại vi được cho phép, những lệnh đọc-thay thế-ghi (BSF, BCF, XORWF) với TRISC là nơi đến cần phải được tránh. Người sử dụng cần phải chỉ ra vùng ngoại vi tương ứng để đảm bảo cho việc đặt TRIS bit là đúng . Hình 10: Sơ đồ khối của các chân RC Hình 11: Sơ đồ khối của các chân RC và RC 1.4.4 PORTD và thanh ghi TRISD PORTD là port 8 bit với đệm Trigger Schmitt ở ngõ vào. Mỗi chân có thể được cấu hình riêng lẻ như một ngõ vào hoặc ngõ ra. PORTD có thể được cấu hình như port của bộ vi xử lý rộng 8 bit (parallel slave port) bằng cách đặt bit điều khiển PSPMIDE (TRISE ). Trong chế độ này, đệm ở ngõ vào là TTL . Hình 12: Sơ đồ khối của PORTD (trong chế độ là port I/O) 1.4.5 PORTE và thanh ghi TRISE PORTE có ba chân (RE0/RD/AN5, RE1/WR/AN6, và RE2/CS/AN7) mỗi chân được cấu hình riêng lẻ như những ngõ vào hoặc những ngõ ra. Những chân này có đệm Trigger Schmitt ở ngõ vào.Những chân của PORTE đóng vai trò như những ngõ vào điều khiển vào ra cho Port của vi xử lý khi bit PSPMODE (TRISE ) được set. Trong chế độ này, người sử dụng cần phải chắc chắn rằng những bit TRISE được set, và chắc rằng những chân này được cấu hình như những ngõ vào số.Cũng bảo đảm rằng ADCON1 được cấu hình cho vào ra số. Trong chế độ này, những đệm ở ngõ vào là TTL. Những chân của PORTE được đa hợp với những ngõ vào tương tư, Khi được chọn cho ngõ vào tương tự, những chân này sẽ đọc giá trị ‘0’.T RISE điều khiển hướng của những chân RE chỉ khi những chân này được sử dụng như những ngõ vào tương tự.Người sử dụng cần phải giữ những chân được cấu hình như những ngõ vào khi sử dụng chúng như những ngõ vào tương tự. Hình 13: Sơ đồ khối của PORTE (trong chế độ I/O port) 1.5 Hoạt động định thời 1.5.1 Bộ định thời TIMER0 Bộ định thời/bộ đếm Timer0 có các đặc tính sau: Bộ định thời / bộ đếm 8 bit Cho phép đọc và ghi Bộ chia 8 bit lập trình được bằng phần mềm Chọn xung clock nội hoặc ngoại Ngắt khi có sự tràn từ FFh đến 00h Chọn cạnh cho xung clock ngoài Bên dưới là sơ đồ khối của bộ định thời Timer0 và bộ chia dùng chung với WDT. Hình 14: Sơ đồ khối của bộ định thời Timer0 và bộ chia dùng chung với WDT Chế độ định thời (Timer) được chọn bằng cách xoá bit T0CS (OPTION_REG). Trong chế độ định thời, bộ định thời Timer0 sẽ tăng dần sau mồi chu kì lệnh (không có bộ chia). Nếu thanh ghi TmR0 được ghi thi sự tăng sẽ bị ngăn lại sau hai chu kì lệnh. Chế độ đếm (Counter) được chọn bằng cách xoá bit T0CS (OPTION_REG). Trog chế độ đếm, Timer0 sẽ tăng dần ở mỗi cạnh lên suống của chân RA4/T0CKI. Sự tăng cạnh được xạc định bởi bit Timer0 Source Edge Select, T0SE (OPTION_RE). Bộ chia chỉ được dùng chung qua lại giữa bộ định thời Timer0 và bộ định thời Watchdog. Bộ chia không cho phép đọc hoặc ghi 1.5.1.1 Ngắt Timer0 Ngắt TMR0 được phát ra khi thanh ghi TMR0 tràn từ FFh đến 00h. Sự tràn này sẽ set bit T0IF (INTCON). Ngắt này có thể được giấu đi bằng cách xóa đi bit T0IE (INTCON) . Bit T0IF cần phải được xóa trong chương trình bởi thủ tục phục vụ ngắt của bộ định thời Timer0 trước khi ngắt này được cho phép lại. 1.5.1.2 Sử dụng Timer0 với xung clock ngoại Khi bộ chia không được sử dụng, clock ngoài đặt vào thì giống như bộ chia ở ngõ ra. Sự đồng bộ của chân T0CKI với clock ngoài được thực hiện bằng cách lấy mẫu bộ chia ở ngõ ra trên chân Q2 và Q4. Vì vậy thực sự cần thiết để chân T0CKI ở mức cao trong ít nhất 2 chu kỳ máy và ở mức thấp trong ít nhất 2 chu kỳ máy. 1.5.1 .3 Bộ chia Thiết bị PIC16F87X chỉ có một bộ chia mà được dùng chung bởi bộ định thời 0 và bộ định thời Watchdog. Một khi bộ chia được ấn định cho bộ định thời 0 thì không 1.5.2 Bộ định thời TIMER1 Bộ định thời 1 là một bộ định thời/bộ đếm 16 bit gồm hai thanh ghi TMR1H (Byte cao) và TMR1L (byte thấp) mà có thể đọc hoặc ghi. Cặp thanh ghi này tăng số đếm từ 0000h đến FFFFh và một tràn sẽ xuất hiện khi có sự chuyến số đếm từ FFFFh xuống 000h. ngắt, nếu được phép có thể phát ra khi có số đếm tràn và được đặt ở bit cờ ngắt TMR1IF. Ngắt có thể được phép hoặc cấm bằng cách đặt hoặc xoá bit cho phép ngắt TMR1IE. Bộ định thời Timer1 có thể được cấu hình để hoạt động một trong hai chế độ sau: Định thời một khoảng thời gian (timer) Đếm sự kiện (Counter) Việc lựa chọn một trong hai chế độ được xác định bằng cách đặt hoặc xoá bit điều khiển TMR1ON. ---- ---- T1CKPS1 T1CKPS0 T1OSCEN T1SYNC TMR1CS TMR1ON Bit 7 Bit0 Bit 7-6 Không được định nghĩa Bit 5-4 bit chọn bộ chia clock cho timer1 Bit 3 bit điều khiển cho phép bộ dao động Timer1 Bit 2 bit điều khiển clock ngoài Timer Bit 1 bit chọn nguồn clock cho Timer1 Bit 0 bit điều khiển hoạt động của Timer1 1.5.2.1 Chế độ Timer Chế độ Timer được chọn bằng cách xoá TMR1CS.Trong chế độ này, Nguồn clock đặt vào Timer là mạch dao động FOSC/4.Bit điều khiển đồng bộ không bị tác động vì clock ngoài luôn luôn đồng bộ. Hình 15: Cạnh tăng timer1 1.5.2.2 Chế độ counter Trong chế độ này, bộ định thời tăng số đếm qua clock ngoài.Việc tăng xảy ra sau mỗi cạnh lên của xung clock ngoài. Bộ định thời phải có một cạnh lên trước khi việc đếm bắt đầu. Hình 16: Sơ đồ khối bộ định thời timer1 1.5.3 Bộ định thời TIMER2 Bộ định thời 2 là bộ định thời 8 bit với một chia và một bộ potscaler. Nó thường dùng chung với bộ CCP trong chế độ PWM (sẽ được đề câp ở phần sau). Thanh ghi TMR2 có thể đọc hoặc ghi và được xoá khi có bất kì tín hiệu reset nào của thiết bị Bộ định thời 2 có một thanh ghi chu kỳ 8 bit, PR2. Bộ định thời tăng số đếm lên từ 00h đến giá trị được ghi trong thanh ghi TR2 và sau đó reset lại giá trị 00h trong chu kỳ kế tiếp. PR2 là thanh ghi có thể đọc hoặc ghi. Giá trị trùng hợp trong thanh ghi TMR2 được đi qua bộ postscaler 4 bit để phát ra một ngắt TMR2 (được đặt ở bit cờ ngắt TMR2IF). Bộ định thời 2 có thể được tắt (không hoạt động) bằng cách xoá bít điều khiển TMR2ON để giản thiểu công suất tiêu tán nguồn Hình 17: Sơ đồ khối của TIMER2 Hình 18: T2CON: Thanh ghi điều khiển Timer2 (địa chỉ 12h) 2.1 MTD8870 M-8870 (18 chân): là vi mạch nhận tín hiệu DTMF dùng để lọc, tách và mã hoá. Nó lọc tách sử dụng công nghê “switched capacitor”. Vi mạch MT8870 giải mã sử dụng phương pháp đếm số “digital counting” để phát hiện và giải mã DTMF thành 1 mã 4 bít. MT8870 sử dụng 1 dao động thạch anh 3.579545MHz Hình 19: Sơ đồ chân của MTD8870 Phát hiên quay số tương ướng với bít StD. Q1, Q2, Q3, Q4 là tín hiệu DTMF được mã hoá lại thành mã BCD Hình 20: Sơ đồ khối của MT8870 3. 1 Đồng hồ thời gian thực DS1307 3.1.1 Cơ chế hoạt động và chức năng của DS1307 Hình 21: DS1307 Vcc: nối với nguồn X1, X2: nối với thạch anh 32, 768 kHz Vbat: đầu vào pin 3V GND: đất SDA: chuỗi data SCL: dãy xung clock SQW/OUT: xung vuông/đầu ra driver • DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật thời gian và ngày tháng với 56 byte SRAM. Địa chỉ và dữliệu được truyền nối tiếp qua 2 đường bus 2 chiều. Nó cung cấp thông tin về giờ, phút, giây, thứ, gày, tháng, năm. Ngày cuối tháng sẽ tự động được điều chỉnh với các tháng nhỏ hơn 31 ngày, bao gồm cả việc tự động nhảy năm. Đồng hồ có thể hoạt động ở dạng 24h hoặc 12h với chỉ thị AM/PM. DS1307 có một mạch cảm biến điện áp dùng để dò các điện áp lỗi và tự động đóng ngắt với nguồn pin cung cấp. • DS 1307 hoạt động với vai trò slave trên đường bus nối tiếp. Việc truy cập được thi hành với chỉ thị START và một mã thiết bị nhất định được cung cấp bởi địa chỉ các thanh ghi. Tiếp theo đó các thanh ghi sẽ được truy cập liên tục đến khi chỉ thị STOP được thực thi. Sơ đồ khối của DS1307: Hình 22: Sơ đồ khối của DS1307 Mô tả hoạt động của các chân: • Vcc, GND: nguồn một chiều được cung cấp tới các chân này. Vcc là đầu vào 5V. Khi 5 V được cung cấp thì thiết bị có thể truy cập hoàn chỉnh và dữ liệu có thể đọc và viết. Khi pin 3 V được nối tới thiết bị này và Vcc nhỏ hơn 1,25Vbat thì quá trình đọc và viết không được thực thi, tuy nhiên chức năng timekeeping không bị ảnh hưởng bởi điện áp vào thấp. Khi Vcc nhỏ hơn Vbat thì RAM và timekeeper sẽ được ngắt tới nguồn cung cấp trong (thường là nguồn 1 chiều 3V) • Vbat: Đầu vào pin cho bất kỳ một chuẩn pin 3V . Điện áp pin phải được giữ trong khoảng từ 2, 5 đến 3V để đảm bảo cho sự hoạt động của thiết bị. • SCL(serial clock input): SCL được sử dụng để đồng bộ sự chuyển dữ liệu trên đường dây nối tiếp. • SDA (serial data input/out): là chân vào ra cho 2 đường dây nối tiếp. Chân SDA thiết kế theo kiểu cực máng hở, đòi hỏi phải có một điện trở kéo trong khi hoạt động. • SQW/OUT (square wave/output driver)- khi được kích hoạt thì bit SQWE được thiết lập 1, chân SQW/OUT phát đi 1 trong 4 tần số (1Hz, 4kHz, 8kHz, 32kHz). Chân này cũng được thiết kế theo kiểu cực máng hở vì vậy nó cũng cần có một điện trở kéo trong. Chân này sẽ hoạt động khi cả Vcc và Vbat được cấp. • X1, X2: được nối với một thạch anh tần số 32, 768kHz.Là một mạch tạo dao động ngoài, để hoạt động ổn định thì phải nối thêm 2 tụ 33pF • Cũng có DS1307 với bộ tạo dao động trong tần số 32, 768kHz, với cấu hình này thì chân X1 sẽ được nối vào tín hiệu dao động trong còn chân X2 thì để hở. 3.1.2 Sơ đồ địa chỉ RAM và RTC Hình 23: Sơ đồ địa chỉ RAM và RTC • Thông tin về thời gian và ngày tháng được lấy ra bằng cách đọc các byte thanh ghi thích hợp. thời gian và ngày tháng được thiết lập cũng thông qua các byte thanh ghi này bằng cách viết vào đó những giá trị thích hợp. nội dung của các thanh ghi dưới dạng mã BCD (binary coded decreaseimal). Bit 7 của thanh ghi seconds là bit clock halt (CH), khi bit này được thiết lập 1 thì dao động disable, khi nó được xoá về 0 thì dao động được enable. Chú ý là phải enable dao động trong suốt quá trình cấu hình thiết lập (CH=0). Thanh ghi thời gian thực được mô tả như sau: Hình 24: Thanh ghi thời gian thực • DS1307 có thể chạy ở chế độ 24h cũng như 12h. Bit thứ 6 của thanh ghi hours là bit chọn chế độ 24h hoặc 12h. khi bit này ở mức cao thì chế độ 12h được chọn. ở chế độ 12h thì bit 5 là bit AM/PM với mức cao là là PM. ở chế độ 24h thì bit 5 là bit chỉ 20h (từ 20h đến 23h). • Trong quá trình truy cập dữ liệu, khi chỉ thị START được thực thi thì dòng thời gian được truyền tới một thanh ghi thứ 2, thông tin thời gian sẽ được đọc từ thanh ghi thứ cấp này, trong khi đó đồng hồ vẫn tiếp tục chạy. Trong DS1307 có một thanh ghi điều khiển để điều khiển hoạt động của chân SQW/OUT Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 OUT X X SQWE X X RS1 RS0 • OUT(output control):bit này điều khiển mức ra của chân SQW/OUT khi đầu ra xung vuông là disable. Nếu SQWE=0 thì mức logic ở chân SQW/OUT sẽ là 1 nếu OUT=1, và=0 nếu OUT=0 • SQWE(square wave enable): bit này được thiết lập 1 sẽ enable đầu ra của bộ tạo dao động. Tần số của đầu ra sóng vuông phụ thuộc vào giá trị của RS1 và RS0 RS1 RS0 Tần số đầu ra SQW 0 0 1HZ 0 1 4, 096kHZ 1 0 8, 192kHZ 1 1 32, 768kHZ DS1307 hỗ trợ bus 2 dây 2 chiều và giao thức truyền dữ liệu. thiết bị gửi dữ liệu lên bus được gọi là bộ phát và thiết bị nhận gọi là bộ thu. thiết bị điều khiển quá trình này gọi là master. thiết bị nhận sự điều khiển của master gọi là slave. Các bus nhận sự điều khiển của master, là thiết bị phát ra chuỗi xung clock(SCL), master sẽ điều khiển sự truy cập bus, tạo ra các chỉ thị START và STOP Sự truyền nhận dữ liệu trên chuỗi bus 2 dây Hình 25: Sự truyền nhận dữ liệu trên chuỗi bus 2 dây Tuỳ thuộc vào bit R/ w mà 2 loại truyền dữ liệu sẽ được thực thi: • Truyền dữ liệu từ master truyền và slave nhận: Master sẽ truyền byte đầu tiên là địa chỉ của slave. Tiếp sau đó là các byte dữ liệu . slave sẽ gửi lại bit thông báo đã nhận được (bit acknowledge) sau mỗi byte dữ liệu nhận được. dữ liệu sẽ truyền từ bit có giá trị nhất (MSB). • Truyền dữ liệu từ slave và master nhận: byte đầu tiên (địa chỉ của slave) được truyền tới slave bởi master. Sau đó slave sẽ gửi lại master bit acknowledge. tiếp theo đó slave sẽ gửi các byte dữ liệu tới master. Master sẽ gửi cho slave các bit acknowledge sau mỗi byte nhận được trừ byte cuối cùng, sau khi nhận được byte cuối cùng thì bit acknowledge sẽ không được gửi. Master phát ra tất cả các chuỗi xung clock và các chỉ thị START và STOP. sự truyền sẽ kết thúc với chỉ thị STOP hoặc chỉ thị quay vòng START. Khi chỉ thị START quay vòng thì sự truyền chuỗi dữ liệu tiếp theo được thực thi và các bus vẫn chưa được giải phóng. Dữ liệu truyền luôn bắt đầu bằng bit MSB. 3.1.3 DS1307 có thể hoạt động ở 2 chế độ sau: • Chế độ slave nhận(chế độ DS1307 ghi):chuỗi dữ liệu và chuỗi xung clock sẽ được nhận thông qua SDA và SCL. Sau mỗi byte được nhận thì 1 bit acknowledge sẽ được truyền. các điều kiện START và STOP sẽ được nhận dạng khi bắt đầu và kết thúc một truyền 1 chuỗi. nhận dạng địa chỉ được thực hiện bởi phần cứng sau khi chấp nhận địa chỉ của slave và bit chiều. Byte địa chỉ là byte đầu tiên nhận được sau khi điều kiện START được phát ra từ master. Byte địa chỉ có chứa 7 bit địa chỉ của DS1307, là 1101000, tiếp theo đó là bit chiều (R/ w) cho phép ghi khi nó bằng 0. sau khi nhận và giải mã byte địa chỉ thì thiết bị sẽ phát đi 1 tín hiệu acknowledge lên đường SDA. Sau khi DS1307 nhận dạng được địa chỉ và bit ghi thì master sẽ gửi một địa chỉ thanh ghi tới DS1307, tạo ra một con trỏ thanh ghi trên DS1307 và master sẽ truyền từng byte dữ liệu cho DS1307 sau mỗi bit acknowledge nhận được. sau đó master sẽ truyền điều kiện STOP khi việc ghi hoàn thành. Hình 26: Chế độ đọc ghi • Chế độ slave phát (chế độ DS1307 đọc): byte đầu tiên slave nhận được tương tự như chế độ slave ghi. Tuy nhiên trong chế độ này thì bit chiều lại chỉ chiều truyền ngược lại. Chuỗi dữ liệu được phát đi trên SDA bởi DS 1307 trong khi chuỗi xung clock vào chân SCL. Các điều kiện START và STOP được nhận dạng khi bắt đầu hoặc kết thúc truyền một chuỗi. byte địa chỉ nhận được đầu tiên khi master phát đi điều kiện START. Byte địa chỉ chứa 7 bit địa chỉ của slave và 1 bit chiều cho phép đọc là 1. Sau khi nhận và giải mã byte địa chỉ thì thiết bị sẽ nhận 1 bit acknowledge trên đường SDA. Sau đó DS1307 bắt đầu gửi dữ liệu tới địa chỉ con trỏ thanh ghi thông qua con trỏ thanh ghi. nếu con trỏ thanh ghi không được viết vào trước khi chế độ đọc được thiết lập thì địa chỉ đầu tiên được đọc sẽ là địa chỉ cuối cùng chứa trong con trỏ thanh ghi.DS1307 sẽ nhận được một tín hiệu Not Acknowledge khi kết thúc quá trình đọc. Đọc dữ liệu-chế độ slave phát Hình 27: Chế độ đọc ghi • Thời gian thực hiện việc đọc, ghi dữ liệu của DS1307: Sơ đồ đồng bộ: Hình 28: Sơ đồ đồng bộ Đặc tính và thời gian thực hiện: 4.1 Giới thiệu LCD Hầu hết các LCD hiển thị ký tự hiện tại sử dụng bộ điều khiển HD44780 của hãng Hitachi. Bộ điều khiển này có thể dùng để điều khiển hiển thị LCD 16x1, 16x2, 20x2, 20x4.… Phần tiếp sau sẽ giới thiệu tổng quan về LCD 16x2, cách ghép nối với vi điều khiển PIC và điều khiển hiển thị. Mô tả chân: LCD sử dụng trong khóa luận là loại 2 dòng và 16 cột, cho phép hiển hiển thị cùng lúc 32 ký tự. Với 14 chân điều khiển và 2 chân mở rộng, sơ đồ chân được chỉ ra ở hinh. Hình 29: LCD 16 kí tự, 2 dòng Hình 30: Sơ đồ chân của LCD Bảng mô tả các chân: Số thứ tự Tên Ý nghĩa 1 Vss Đất 2 Vcc Cung cấp nguồn +5V 3 Vee Điều khiển độ tương phản 4 RS 0 = đầu vào là lệnh 1 = đầu vào là dữ liệu 5 R/W 0 = ghi tới LCD 1 = đọc từ LCD 6 EN Chân cho phép 7 D0 Đường dữ liệu 0 (LSB) 8 D1 Đường dữ liệu 1 9 D2 Đường dữ liệu 2 10 D3 Đường dữ liệu 3 11 D4 Đường dữ liệu 4 12 D5 Đường dữ liệu 5 13 D6 Đường dữ liệu 6 14 D7 Đường dữ liệu 7 (MSB) RAM chứa dữ liệu hiển thị: Display data RAM : lưu trữ dữ liệu hiển thị với mã ký tự 8 bit. Có dung lượng 80 x 8 bit, hoặc là 80 ký tự. Khi gửi dữ liệu đến Display data RAM (DDRAM) giá trị đó sẽ được hiển thị ngay trên LCD. Với LCD 2 x 16, chỉ nhìn thấy được 32 ký tự, vì thế sau ký tự thứ 32 cho dù có ghi tới DDRAM thì giá trị cũng không được hiển thị lên LCD. Vùng DDRAM không dùng cho việc hiển thị có thể sử dụng làm bộ nhớ dữ liệu thông thường. ROM phát ký tự: Một câu hỏi đặt ra, khi gửi một giá trị ASCII đến DDRAM làm thế nào ký tự đó hiển thị được trên LCD? Câu trả lời đó là Character Generator ROM (CGROM). CGROM tạo ra kiểu dáng ký tự có thể là 5x8 điểm hoặc 5x10 điểm từ 8 bit mã ký tự. Người dùng có thể định nghĩa kiểu dáng của ký tự thông qua mặt nạ chương trình ROM. Bảng dưới đây cho hình dáng hiển thì của ký tự trên màn hình LCD theo kiều 5x8 điểm. Thanh ghi chỉ thị và thanh ghi dữ liệu: Là hai thanh ghi 8 bit trong bộ điều khiển HD44780. Thanh ghi chỉ thị lệnh (instruction register) chứa các lệnh được gửi từ vi điều khiển để điều khiển LCD như lệnh dịch LCD, xóa LCD, địa chỉ LCD .v.v.. Thanh ghi dữ liệu (data register) được sử dụng để lưu trữ dữ liệu để hiển thị trên LCD. Khi tín hiệu cho phép gửi của LCD được xác nhận, dữ liệu trên các chân sẽ được chốt tới thanh ghi dữ liệu và dữ liệu này sau đó sẽ được tự động chuyển tới DDRAM và sau đó sẽ hiển thị lên LCD. ------------------------------------- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Diên Tập , Vi xử lý trong đo lừng và điều khiển. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Hà Nọi 1999, tái bản 2001 [2] ] Ngô Diên Tập , Lập trình ghép nối máy tính trong windows. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Hà Nội 2001 [3] [4] [5] [6]