Báo cáo Kỹ thuật xung số tương tự và kỹ thuật đo lường điều khiển Đề tài: CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ CỒN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐHQG HÀ NỘI
KHOA CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
--------------------

BÁO CÁO
Đề tài:

CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ CỒN
MQ-3
Giảng viên hướng dẫn

: Ths Phạm Đình Tn

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 3
Trần Đình Chính

: 17020246

Đặng Văn Duẩn

: 17020252

Trương Văn Bình

: 17020242

Bùi Thái Trung

: 17020441

Nguyễn Thanh Tùng : 17020464

________________________________________________
1


CHƯƠNG 1. KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH YÊU CẦU BÀI TOÁN ĐO VÀ
CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ CỒN
1.1. Tổng quan về đo và cảnh báo nồng độ cồn
Hiện nay, ở nước ta các tệ nạn xã hội ngày càng gia tăng mà một trong
những nguyên nhân chủ yếu đó là do uống nhiều rượu bia. Rượu là nguyên
nhân chủ yếu làm giảm năng suất lao động, gây ra các tệ nạn xã hội như bạo
lực, gia đình tan vỡ, con cái hư hỏng và đặc biệt gây ra các vụ tai nạn giao
thông nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng.
Việt Nam là quốc gia thuộc tốp đầu các nước sử dụng rượu, bia khi tham gia
giao thơng. Tình trạng sử dụng rượu, bia tràn lan ở nhiều nơi đã khiến trật tự
an tồn giao thơng trở thành vấn đề báo động đây chính là nguyên nhân hàng
đầu gây tai nạn giao thông, khi điều khiển phương tiện bởi người lái xe
thường phản ứng chậm, buồn ngủ, thiếu tập trung, việc nhìn thấy các biển
báo, tín hiệu hoặc quan sát trên đường khơng cịn rõ ràng nên có khi xử lý
khơng đúng và có thể gây ra tai nạn Người say cũng "bốc đồng", khơng cịn
khả năng kiểm sốt tốc độ cho nên thường phóng nhanh, vượt ẩu, lấn đường
rất dễ gây tai nạn.
Để hướng tới mục tiêu an tồn giao thơng, giảm thiểu tối đa tai nạn, luật đã
đưa ra rất nhiều quy định mới, một trong số đó là quy định về nồng độ cồn
cho phép khi điều khiển phương tiện giao thơng. Khẩu hiệu “Đã uống rượu
bia thì khơng lái xe” đã khá quen thuộc với người dân Việt Nam. Vì thế, để
giảm thiểu tối đa tai nạn giao thông, Bộ giao thông vận tải đã đưa ra các mức
xử phạt tương ứng với mức độ vi phạm của người tham gia giao thông. Bước
đầu tuyên truyền cho quy định này của luật, bộ y tế, Ủy ban an tồn giao
thơng quốc gia, tổ chức y tế thế giới đã phối hợp tổ chức buổi hội thảo “rượu

bia và tai nạn giao thông”. Các thông điệp buổi hội thảo đưa ra: “Điều khiển
xe trong tình trạng có men rượu là vi phạm pháp luật – Đã uống thì khơng
lái”.
Theo thống kê, hàng năm ở nước ta khoảng 9.000 người tử vong do tai nạn
giao thông. Một trong những nguyên nhân dẫn đến tình trạng tai nạn giao
thơng là do người điều khiển phương tiện sử dụng rượu bia khi tham gia
giao thông. Những hậu quả của người uống rượu bị tai nạn trong lúc tham
gia giao thông và hiện nay đang là nỗi lo lắng, bức xúc của cá nhân, gia đình
và xã hội.
Luật Giao thơng đường bộ năm 2008 quy định cấm người điều khiển xe ô tô,
máy kéo, xe máy chuyên dùng trên đường mà trong máu hoặc hơi thở có
nồng độ cồn; cấm người điều khiển mơ tơ, xe gắn máy mà trong máu có
nồng độ cồn vượt quá 50miligam/ 100 mililit máu hoặc 0,25 miligam/ 1lít
2


khí thở. Nhằm hạn chế tai nạn giao thơng và tăng tính răn đe cho hành vi vi
phạm về nồng độ cồn điều khiển phương tiện tham gia giao thông, từ ngày
01/08/2016 sẽ nâng mức phạt tiền và thời gian tạm giữ giấy phép lái xe
của người sử dụng rượu bia khi tham gia giao thơng
1.2. Mục đích của đề tài
* Sự an tồn khi tham gia giao thơng:
Tai nạn giao thông là hiểm họa thường trực đối với mỗi người tham gia giao
thơng hàng ngày. Trong khi đó, ở Việt Nam số lượng người và phương tiện
tham gia giao thơng ngày càng đơng và tỷ lệ người chết vì tai nạn giao thông
trên 100 000 người dân cao hơn mức trung bình của thế giới (thế giới: 18
người, Việt Nam 24 người - Báo cáo thống kê của Viện nghiên cứu giao
thông Đại học Michigan UMTRI Mỹ).
Theo thống kê của Ủy ban an tồn giao thơng quốc gia, năm 2013 cả nước
đã xảy ra 29.385 vụ tai nạn giao thơng, làm chết 9.369 người, bị thương

29.500 người, trung bình mỗi ngày có 26 người chết và 81 người bị thương
vì tai nạn giao thơng trên tồn quốc. Trong những tháng đầu năm 2014, toàn
quốc đã xảy ra 10.772 vụ tai nạn giao thông, làm chết 3.928 người, bị
thương 10.556 người.
Hậu quả của tai nạn giao thông vô cùng đau thương và nặng nề. Đó là sự
mất mát về tính mạng con người, là gánh nặng cho gia đình người bị nạn và
những người liên quan về cả tinh cảm lẫn vấn đề kinh tế. Đặc biệt, đó là hậu
quả mà bản thân người bị tai nạn gánh chịu khi khơng thể trở lại là những
lành lặn bình thường mà trở thành phế nhân. Những hậu quả trên cho thấy
tai nạn giao thông hiện nay là mối nguy hiểm khôn cùng, là kẻ thù vô cùng
nguy hiểm đối với mỗi người tham gia giao thông.
Vậy vấn đề đặt ra là tại sao tai nạn giao thông ở đất nước chúng ta lại xảy ra
nhiều với số người chết và bị thương cao đến vậy?
Lý do có thể kể ra rất nhiều: Hệ thống hạ tầng giao thông yếu kém, chất
lượng phương tiện giao thông không đáp ứng đúng các yêu cầu về kỹ thuật,
ý thức chấp hành luật giao thông và ý thức tham gia giao thơng của người
dân cịn thấp... Song chung quy lại, nguyên nhân cơ bản nhất vẫn là nguyên
nhân từ phía con người.
Khi tham gia giao thơng, bản thân mỗi người chủ phương tiện phải có trách
nhiệm với an tồn của mình và của những người tham gia giao thơng khác.
Nhưng trên thực tế, tình trạng người uống rượu bia vẫn tham giao thông,
người tham gia giao thơng lạng lách, đánh võng, phóng nhanh vượt ẩu,
3


không đội mũ bảo hiểm, không chấp hành luật giao thông... đấy là sự kém ý
thức của người tham gia giao thơng. Cịn về phía những người có trách
nhiệm liên quan như cảnh sát giao thông, kiểm định chất lượng phương tiện
vẫn còn tồn tại hiện tượng tiêu cực. Đấy là những nguyên nhân trực tiếp ảnh
hưởng đến sự an toàn của người và phương tiện khi tham gia giao thơng.

Vậy để giảm thiệu được tình trạng mất an tồn khi tham gia giao thông cần
phải thực hiện nhiều biện pháp có tính hệ thống và lâu dài, trong đó quan
trọng hơn hết vẫn là công tác tuyên truyền, giáo dục ý thức tham gia giao
thơng an tồn cho người dân. Trên các phương tiện thông tin đại chúng đã và
đang có nhiều chương trình tun truyền nhằm nâng cao ý thức tham gia
giao thông.
* Mức độ nguy hiểm khi uống rượu bia mà tham gia giao thông:
Thời gian gần đây, những vi phạm về luật giao thơng có biểu hiện diễn biến
phức tạp, trong đó nguyên nhân liên quan rượu, bia được các chuyên gia
đánh giá khá nghiêm trọng. Đặc điểm của người điều khiển phương tiện sau
khi uống rượu, bia thường là chạy tốc độ cao, lạng lách, khơng làm chủ được
tay lái, phán đốn và xử lý tình huống kém. Do đó, say rượu bia thường có
liên quan mật thiết với việc vi phạm tốc độ, tránh, vượt sai quy định, đi sai
phần đường... So với các quốc gia trong khu vực, nước ta có mức tiêu thụ
rượu, bia vào loại lớn, chế tài và việc kiểm soát vi phạm quy định nồng độ
cồn thiếu chặt chẽ, nên tai họa cũng như nguy cơ dẫn đến tai nạn giao thông
đều cao.
Theo thống kê của Uỷ ban an tồn giao thơng quốc gia, khoảng 40% số vụ
tai nạn giao thông và 11% số người tử vong do tai nạn liên quan đến rượu,
bia. Nguyên nhân gây tai nạn giao thơng vẫn khơng nằm ngồi vấn đề cơ
bản là ý thức của người tham gia giao thơng. Trong đó, ý thức chấp hành
luật giao thơng của người dân cịn rất yếu, thậm chí coi thường tính mạng
của bản thân và gây tổn hại cho người khác.
* Các qui định đối với người điều khiển phương tiện khi tham gia giao
thơng:
Có thể nói rằng, quy định pháp luật về nồng độ cồn trong máu đối với người
điều khiển phương tiện cơ giới đường bộ nói riêng và các lĩnh vực giao
thông khác tương đối đầy đủ và ngày càng chặt chẽ.
Đối với giao thơng đường bộ, uống ruợu, bia có ảnh hưởng rất lớn đối với
người điều khiển phương tiện khi tham gia giao thông như dễ vi phạm quy

tắc giao thơng, xử lý tình huống trên đường kém làm tăng nguy cơ gây tai
4


nạn giao thơng, đó là hành vi rất nguy hiểm, vì vậy pháp luật Việt Nam đã
đưa quy định hành vi sử dụng rượu bia quá nồng độ vào điều nghiêm cấm
đối với người điều khiển phương tiện cơ giới đường bộ. Mức độ quy định về
nồng độ cồn trong máu ngày càng chặt chẽ, khắt khe hơn để bảo đảm an
toàn cho người điều khiển phương tiện, hạn chế tai nạn giao thơng.
Để tích cực ngăn chặn việc người điều khiển phương tiện giao thơng trong
tình trạng say rượu bia, theo nghị định 71/2012/NĐ - CP qui định người điều
khiển xe ô tô trên đường mà trong máu hoặc hơi thở có nồng độ cồn vượt
quá 50 - 80 miligam/100 mililít máu hoặc vượt quá 0,25 - 0,4 miligam/1 lít
khí thở thì sẽ bị phạt.
Chính vì thế có nhiều cơng trình nghiên cứu về vấn đề đo nồng độ cồn đối với
những người tham gia giao thông. Nhằm mục đích chủ động ngăn ngừa tai nạn
giao thơng. Đề tài : “Nghiên cứu xây dựng mạch cảnh báo nồng độ cồn” mang
tính cộng đồng và xã hội cao, nhằm mục đích chủ động ngăn ngừa kịp thời và cảnh
báo sớm hiểm họa về tai nạn giao thông xảy ra, tạo nên một thói quen và ý thức tốt
cho người tham gia giao thơng
1.3. Phân tích bài tốn
1.3.1. u cầu bài toán
- Đề xuất chọn phương pháp phát hiện nồng độ cồn trong hơi thở của người điều
khiển phương tiện tham gia giao thông.
- Thiết kế, thi công mạch đo cảnh báo nồng độ cồn.
- Thử nghiệm hệ thống cảnh báo.
Hiện nay có nhiều phương pháp phát hiện nồng độ cồn đó là :
Phương pháp đo nồng độ cồn trong máu: Đây là phương pháp được sử dụng để xác
định lượng các chất kích thích và hoạt chất gây ảnh hưởng tới cơ thể con người có
trong máu. Sử dụng các biện pháp hóa sinh trong phịng thí nghiệm để đo đạc với

độ chính xác cao. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là phải lấy mẫu máu
của người cần kiểm tra tại cơ sở y tế, thông qua quy trình thử nghiệm trong phịng
thí nghiệm mới cho ra kết quả do đó gây tốn thời gian và khơng thể áp dụng trong
các trường hợp cần kiểm tra nhanh, tại hiện trường.
Phương pháp đo nồng độ cồn trong hơi thở : Hơi thở của người say rượu sẽ có
nồng độ cồn cao. Sử dụng các thiết bị đo nồng độ cồn từ hơi thở hoặc đo nồng độ
trong khơng khí của không gian thở trước mặt người lái để đánh giá tình trạng say
rượu bia.

5


Có nhiều phương pháp để phát hiện trạng thái say rượu của người lái xe. Qua tham
khảo các kết quả nghiên cứu có nhận xét: các phương pháp xác định nồng độ cồn
qua hơi thở hiện đang được sử dụng phổ biến. Bởi vì, sử dụng cảm biến đo nồng
độ cồn trong hơi thở chỉ cần thời gian khoảng 8 đến 10 giây.
Vì thế trong đề tài chúng em sẽ đi sâu vào thiết kế mạch đo và cảnh báo nồng độ
cồn qua hơi thở .
1.3.2. Giải pháp thiết kế
Hệ thống phát hiện nồng độ cồn có nhiệm vụ chính là kiểm tra trực tiếp
nồng độ cồn trong hơi thở.
Hệ thống cảnh báo có nhiệm vụ chính là phát các tín hiệu cảnh báo khi nồng
độ cồn trong vùng khơng gian thở trước mặt của người sử dụng cao quá mức quy
định.
Chọn ngưỡng ngăn chặn và cảnh báo: căn cứ vào các qui định của luật giao
thông, căn cứ vào độ nhạy và sai số điện áp đầu ra của cảm biến đo nồng độ cồn
MQ-3, ta chọn ngưỡng ngăn chặn và cảnh báo cho hệ thống ứng với nồng độ cồn
0,05 mg/lit khí thở.

6

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG THIẾT BỊ ĐO VÀ CẢNH BÁO
NỒNG ĐỘ CỒN
2.1. Sơ đồ khối
Khối nguồn

Khối cảm biến

Khối điều khiển

Khối hiển thị và
cảnh báo

Hình 2.1. Sơ đồ khối
2.1.1. Chức năng và nhiệm vụ của từng khối
- Khối nguồn: Có chức năng cung cấp năng lượng cho tồn bộ hệ thống.
- Khối cảm biến đầu vào: có chức năng cảm biến qua hơi thở để xác định có
nồng độ cồn hay khơng, sau đó nó sẽ gửi tín hiệu tới khối điều khiển.
- Khối điều khiển: nó có chức năng điều khiển khối hiển thị và cảnh báo khi
nhận được tín hiệu từ cảm biến.
- Khối hiển thị: sẽ hiển thị nồng độ cồn đo được lên màn hình LED 16x2 và
cảnh báo mức độ nồng độ cồn phụ thuộc vào mức độ cồn đo được.
2.1.2. Nguyên lí hoạt động toàn mạch
Đầu tiên khối nguồn cấp nguồn cho hệ thống gồm khối điều khiển, khối cảm biến
và khối hiển thị. Khối cảm biến thu tín hiệu từ mơi trường truyền về khối điều
khiển dạng tín hiệu tương tự, sau khi đi qua bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang
số, ở đầu ra tín hiệu ở dạng tín hiệu số, sau đó tín hiệu này được vi điều khiển tiếp
nhận và xử lý tính tốn rồi đưa ra kết quả là nồng độ cồn có trong 1 lít khí thở căn
cứ vào đó đưa ra cảnh báo cho người sử dụng, tín hiệu cảnh báo và kết quả này

được đưa đến khối hiển thị khối này tiếp nhận và hiển thị thông tin về nồng độ cồn
và lời cảnh báo.

7


2.2 Lựa chọn linh kiện
2.2.1 Module cảm biến MQ3
Cảm biến MQ-3 được sử dụng để đo nồng độ cồn. Được làm từ vật liệu
SnO2. Vật liệu này có tính dẫn điện kém trong mơi trường khơng khí sạch nhưng
lại rất nhạy cảm với hơi cồn. Trong mơi trường có nồng độ cồn càng cao, điện trở
của cảm biến càng giảm. Từ bảng số liệu, tỷ lệ điện trở của cảm biến giảm gần 5
lần khi đo trong môi trường không khí sạch. Tuy nhiên hiệu ứng phát hiện nồng độ
cồn của cảm biến này còn phụ thuộc điều kiện nhiệt độ. Khi nhiệt độ bề mặt cảm
biến được sấy nóng tới 600C, thời gian cần thiết để phát hiện nồng độ cồn kéo dài
khoảng 8 giây. Cũng trong môi trường đó, khi nhiệt độ bề mặt cảm biến là 20 0C
thời gian phát hiện nồng độ cồn kéo dài từ 3 đến 5 phút.

Hình 2.5. Cảm biến MQ-3
Các thơng số kĩ thuật của MQ-3:
Tên thơng số

Giá trị

Đơn vị

Kí hiệu

MQ-3

Chất phản ứng

Cồn (ethanol)

Dải đo

0,04- 0,4

mg/l

Điện áp làm việc

< 24

V

Điện áp sấy

5± 0,2

V (AC hoặc DC)

Tải đầu ra

Điều chỉnh được

Ω
8

Điện trở sấy

31± 3

Ω

Cơng suất sấy

≤ 900

mW

Điện trở cảm biến

2÷ 20

KΩ tại nồng độ cồn 0,4
mg/l

≥5

Tỉ lệ điện trở cảm biến
khi nồng độ cồn bằng 0
và 0,4mg/l

Độ nhạy

Sơ đồ mạch điện của cảm biến

Hình 2.6. Sơ đồ mạch điện của cảm biến.

Trong mạch điện của cảm biến MQ3, có 2 đầu dây áp đầu ra của cảm biến,
RL là điện trở mạch ra được nối nối tiếp với cảm biến, trị số được cấp điện áp: V H
là điện áp cấp cho mạch sấy và Vc điện áp cấp cho cảm biến, VRL là điện của RL có
thể điều chỉnh được. Các điện áp V H và Vc thường được cấp cùng trị số. Trong
mạch đo, các điện áp này được cấp 5 Vol DC. Các tín hiệu ra của cảm biến được
gửi về bộ vi điều khiển để tính toán xử lý.

9


Module cảm biến MQ-3 Cảm biến thích hợp cho việc phát hiện nồng độ cồn
trong hơi thở. Phát hiện khí phát ra từ Etanol, Alcohol. Đặc điểm của module cảm
biến MQ-3: Có bốn chân, điện áp cung cấp là nguồn 5V, Dout đầu ra là tín hiệu số
(0 và 1), Aout đầu vào là tín hiệu tương tự, đèn LED sáng khi phát hiện có khí,
GND cấp điện cực âm, độ nhạy cao và chọn lọc tốt với ethanol, bền và ổn định
đáng tin cậy, độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh.

10


2.2.2 KIT AVR ATmega 16
Kit Avr ATmega 16 có chức năng đơn giản là đưa các chân IO của vi điều
khiển ra header bên ngoài để tiện nối với mạch ngoại vi. Cách phân chia thành các
module như thế giúp tiết kiệm chi phí khi cần học một loại vi điều khiển khác. Khi
đó, ta sẽ dùng lại các khối ngoại vi đã có (như các mạch sensor, ADC, hiển thị led
7 thanh, LCD, ma trận phím …) cho vi điểu khiển mới thay vì vẽ lại cả mạch với
đầy đủ các chức năng này.

 Vi điều khiển ATmega 16
ATmega 16 là vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC. Với khả năng thực hiện

mỗi lệnh trong vòng một chu kỳ xung Clock, ATmega 16 có thể đạt được tốc độ
1MIPS trên mỗi MHz.
Ngồi ra ATmega16 có các đặc điểm như sau: 16kB bộ nhớ SRAM, 32
thanh ghi chức năng chung, 32 đường vào/ ra chung, 3 bộ định thời/bộ đếm, ngắt
nội và ngắt ngoại, USART, giao tiếp nối tiếp 2 dây, 8 kênh ADC 10 bit,…
ATmega16 hỗ trợ đầy đủ các chương trình và cơng cụ phát triển hệ thống như:
trình dịch C, macro asemblers, chương trình mô phỏng và sửa lỗi,…

11


Hình ảnh thực tế của vi điều khiển ATmega16

Sơ đồ chân của vi điều khiển ATmega 16
12


 Cấu trúc nhân
CPU của ATmega 16 có chức năng bảo đảm sự hoạt động chính xác các
chương trình. Do đó nó phải có khả năng truy cập bộ nhớ, thực hiện các q
trình tính tốn, điều khiển các thiết bị ngoại vi và quản lý ngắt.
 Cấu trúc tổng quát:
AVR sử dụng cấu trúc Harvard tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình
và dữ liệu. Các lệnh được thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung Clock. Bộ nhớ
chương trình được lưu trong bộ nhớ Flash.

Cấu trúc tổng quát của ATmega 16

-ALU làm việc trực tiếp với các thanh ghi chức năng chung. Các phép toán
được thực hiện trong một chu kỳ xung Clock. Hoạt động của ALU được chia

làm 3 loại: đại số, logic và theo bit.

13


-Thanh ghi trạng thái là thanh ghi có 8 bit lưu trữ trạng thái của ALU sau các
phép tính số học và logic.

Trong đó:
+ C: Carry Flag (Cờ nhớ: nếu phép tốn có nhớ cờ sẽ được thiết lập).
+ Z: Zero Flag (Cờ zero: nếu kết quả phép toán bằng 0).
+N: Negative Flag (Nếu kết quả của phép toán là âm).
+ V: Two’s complement overflow instructions (Cờ này được thiết lập
khi tràn số bù 2)
+ H: Half Carry Flag
+ T: Tranfer bit used by BLD and BST instructions (Được sử dụng
làm nơi trung gian trong các lệnh BLD,BST).
+ I: Global Interrupt Enable/Disable Flag (Đây là bit cho phép toàn
cục ngắt.Nếu bit này ở trạng thái logic 0 thì khơng có mọt ngắt nào
được phục vụ.)
-Các thanh ghi chức năng chung

14


-Con trỏ ngăn xếp(SP) là một thanh ghi 16 bit nhưng cũng có thể được xem như
hai thanh ghi chức năng đặc biệt 8 bit. Có địa chỉ trong các thanh ghi chức năng
đặc biệt là $3E (trong bộ nhớ RAM là $5E) và có nhiệm vụ trỏ tới vùng nhớ trong
RAM chứa ngăn xếp.

_
-Quản lý ngắt
Ngắt là một cơ chế cho phép thiết bị ngoại vi báo cho CPU biết về tình trạng
sẵn sàng cho đổi dữ liệu của mình. Ví dụ: khi bộ truyền nhận UART nhận được
một byte nó sẽ báo cho CPU biết thơng qua cờ RXC, hoặc khi nó đã truyền được
một byte thì cờ TX được thiết lập …Khi có tín hiệu báo ngắt CPU sẽ tạm dừng cho
công việc đang thực hiện lại và lưu vị trí đang thực hiện chương trình (con trỏ PC)
vào ngăn xếp sau đó trỏ tới vector phục vụ ngắt và thực hiện chương trình phục vụ
ngắt đó cho tới khi gặp lệnh RETI (return from interrup) thì CPU lại lấy PC từ
ngăn xếp ra và tiếp tục thực hiện chương trình mà trước khi có ngắt nó đang thực
hiện.
Trong trường hợp mà có nhiều ngắt yêu cầu cùng một lúc thì CPU sẽ lưu lại các
cờ báo ngắt đó lại và thực hiện các lần lượt các ngắt theo mức ưu tiên. Trong khi
đang thực hiện ngắt mà mà xuất hiện ngắt mới thì sẽ xảy ra hai trường hợp. Trường
hợp ngắt nào có mức ưu tiên cao hơn thì nó sẽ được phục vụ, cịn nó mà có mức ưu
tiên thấp hơn thì sẽ bị bỏ qua.
Bộ nhớ ngăn xếp là vùng bất kỳ trong SRAM từ địa chỉ 0x60 trở lên. Để truy
nhập vào SRAM thơng thường thì ta dùng con trỏ X, Y, Z và để truy cập vào
SRAM theo kiểu ngăn xếp thì ta dùng con trỏ SP. Con trỏ này là một thanh ghi 16
bit và được truy nhập như hai thanh ghi 8 bit chung có địa chỉ: SPL:
0x3D/0X5D(IO/SRAM) và SPH:0x3E/0x5E.
Khi chương trình phục vụ ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưu
vào ngăn xếp trong khi con trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí và con trỏ ngăn xếp sẽ
15


giảm một khi thực hiện lệnh PUSH. Ngược lại khi thực hiện lệnh POP thì con trỏ
ngăn xếp sẽ tăng 1 và khi thực hiện lệnh RET hoặc RETI thì con trỏ ngăn xếp sẽ
tăng 2 lần. Như vậy con trỏ ngăn xếp cần được cương trình đặt trước giá trị khởi
tạo ngăn xếp trước khi một chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho

phếp phục vụ.Và giá trị ngăn xế ít nhất cũng phải lớn hơn 60H(0x60) vì 5FH trở lại
là vùng các thanh ghi.
 Sơ đồ khối

16


 Ý nghĩa các chân
+ Chân VCC: chân số 10 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển
(nguồn điện trong khoảng +5V±0.5V)
+ Chân GND: chân số 11 và 31 nối Mass (chân nối đất). Khi thiết kế cần sử
dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn giản là sử dụng
IC ổn áp 7805.
+ Port A (PA): gồm 8 chân (từ 33 đến 40) có chức năng đầu vào cho chuyển
đổi ADC.
17


+ Port B (PB): gồm 8 chân (từ 1đến 8) ngồi chức năng làm các đường
xuất/nhập thì cịn có nhiều chức năng phụ khác.
+ Port C (PC): gồm 8 chân (từ 22 đến 29) nếu giao tiếp JTAG được kích
hoạt điện trở trên các PC5(TDI), PC3(TMS), PC2(TCK) sẽ được kích hoạt
ngay cả khi khởi đọng lại (reset).
+ Chân RESET (RST): ngõ vào RSt ở chân 9 là ngõ vào reset dùng để thiết
lập trạng thái ban đầu cho Vi điều khiển. Hệ thống sẽ được thiết lập lại các
giá trị ban đầu nếu ngõ này ở mức một tối thiểu 2 chu kỳ máy.
+ Chân XTAL1 và XTAL2: hai chân này có vị trí chân là 12 và 13 được sử
dụng để nhận nguồn xung Clock từ bên ngoài để hoạt động thường được
ghép nối với thạch anh và các tụ để tạo nguồn xung Clock cố định.
+ Chân AVCC: nguồn cấp cho cổng A và bộ chuyển đổi ADC, chân này nên

được nối với nguồn cấp VCC bên ngoài, ngay cả khi bộ chuyển dổi ADC
không được sử dụng. Nếu bộ chuyển đổi ADC không được sử dụng, chân
AVCC nên được nối với nguồn qua bộ lọc.
+ Chân AREF: là chân analog cho bộ chuyển đổi ADC.
 Bộ định thời
Bộ định thơi (time/counter) là một module định thời/đếm 8 bit, có các đặc
điểm sau:
+ Bộ đếm 1 kênh
+ Xóa bộ định thời khi trong mode so sánh
+ PWM
+ Tạo tần số
+ Bộ đếm sự kiện ngoài
+ Bộ chia tần 10 bit
+ Nguồn ngắt tràn bộ đếm và so sánh
TCNT0 và OCR0 là các thanh ghi 8 bit. Các tín hiệu yêu cầu ngắt đều nằm
trong thanh ghi TIFR. Các ngắt có thể được che bởi thanh ghi TIMSK.
Bộ định thời có thể sử dụng xung Clock nội thơng qua bộ chia hoặc xung
Clock ngoài trên chân T0. Khối chọn xung Clock điều khiển việc bộ định
thời bộ đếm sẽ dùng nguồn xung nào để tăng giá trị của nó. Ngõ ra của xung
Clock được xem là xung Clock của bộ định thời.
Thanh ghi OCR0 luôn được so sánh với giá trị của bộ định thời/bộ đếm. Kết
quả so sánh có thể sử dụng để tạo ra PWM hoặc biến đổi tần số ngõ ra tại
chân OC0.
Phần chính của bộ định thời 8 bit là một đơn vị đếm song hướng có thể lập
trình được. Cấu trúc của nó như hình dưới đây:

18


Sơ đồ đơn vị đếm

-

Count: tăng hay giảm TCNT0:1
Direction: lựa chọn giữa đếm lên và đếm xuống
Clear: xóa thanh ghi TCNT0
TOP: báo hiệu bộ định thời đã tăng đến giá trị lớn nhất
BOTTOM: báo hiệu bộ định thời đã giảm đến giá trị nhỏ nhất

Bộ so sánh 8 bit liên tục so sánh giá trị TCNT0 với giá trị thanh ghi so sánh ngõ
ra (OCR0). Khi giá trị TCNT0 bằng với OCR0, bộ so sánh sẽ tạo một báo hiệu.
Báo hiệu này sẽ đặt giá trị cờ so sánh ngõ ra (OCF0) lên 1 vào chu kỳ xung Clock
tiếp theo. Nếu được kích hoạt (OCF0=1), cờ OCF0 sẽ tạo ra một ngắt so sánh ngõ
ra và sẽ tự động xóa khi ngắt được thực thi. Cờ OCF0 cũng có thể được xóa bằng
phần mềm.

19


Sơ đồ dơn vị so sánh ngõ ra
 Mô tả các thanh ghi
 Thanh ghi điều khiển bộ định thời/bộ đếm TCCR0

- Bit 7 (FOC0): so sánh ngõ ra bắt buộc (bit này chỉ tích cực
khi bit WGM00 chỉ định chế độ làm việc khơng có PWM.
Khi đặt bit này lên 1, một báo hiệu so sánh bắt buộc xuất
hiện tại đơn vị tạo dạng sóng).
- Bit 6 (WGM00) – bit 3(WGM01): chế độ tạo dạng sóng các
bit này điều khiển hoạt động của chân OC0. Nếu 1 hoặc hai
bit COM01, COM00 được đặt lên 1, ngõ ra OC0 sẽ hoạt
động.

20


- Bit 2 (CS02)- bit 1 (CS01)- bit 0 (CS00): chọn xung đồng hồ
( ba bit này dùng để lựa chọn nguồn xung cho bộ định
thời/bộ đếm).

Lựa chọn nguồn xung cho bộ định thời
 Thanh ghi bộ định thời/bộ đếm: cho phép truy cập trực tiếp vào bộ đếm 8 bit

 Thanh ghi so sánh ngõ ra- OCR0: chứa một giá trị 8 bit và liên tục được so
sánh với giá trị của bộ đếm.

 Thanh ghi mặt nạ ngắt

- Bit 1 (OCIE0): cho phép ngắt báo hiệu so sánh
- Bit 0 (TOIE0): cho phép ngắt tràn bộ đếm
 Thanh ghi cờ ngắt bộ định thời

21


- Bit 1 (OCF0): cờ so sánh ngõ ra 0
- Bit 0 (TOV0): cờ tràn bộ đếm
2.2.3 Màn hình LCD 16x2 (LCD HD44480)
 Hình dáng và kích thước

Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chip điều khiển (HD44780) bên trong
lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết

Sơ đồ chân của LCD
22


23


 Chức năng các chân

* Ghi chú: Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thơng qua các
chân DBx. Cịn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho
LCD thông qua các chân DBx.

24


 Sơ đồ khối của HD44780
Để hiểu rõ hơn chức năng các chân và hoạt động của chúng, ta tìm hiểu sơ qua
chip HD44780 thông qua các khối cơ bản của nó.

25