(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công mạch quang báo sử dụng pic18 điều khiển bằng tin nhắn điện thoại và máy tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO
SỬ DỤNG PIC18 ĐIỀU KHIỂN BẰNG TIN NHẮN
ĐIỆN THOẠI VÀ MÁY TÍNH

GVHD: KS. HÀ A THỒI
SVTH: CHÂU HUỲNH TÀI
MSSV: 10901066
SVTH: NGUYỄN MINH HOÀNG
MSSV: 10901066

SKL 0 0 4 2 5 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2/2016

do an


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG
BÁO SỬ DỤNG PIC18 ĐIỀU KHIỂN BẰNG
TIN NHẮN ĐIỆN THOẠI VÀ MÁY TÍNH

GVHD: KS. HÀ A THỒI
SVTH: CHÂU HUỲNH TÀI
MSSV: 10901066
SVTH: NGUYỄN MINH HỒNG
MSSV: 10901066

Tp. Hồ Chí Minh - 2/2016

do an


PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin sinh viên

Họ và tên: CHÂU HUỲNH TÀI. . . . …… MSSV:10901066
Tel: 0984 984 355
Email:
Họ và tên: NGUYỄN MINH HỒNG… MSSV:10901066
Tel:
Email:
2. Thơng tin đề tài
Tên của đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO SỬ DỤNG
PIC18 ĐIỀU KHIỂN BẰNG TIN NHẮN ĐIỆN THOẠI VÀ MÁY TÍNH

Mục đích của đề tài:
Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Điện Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Thời gian thực hiện: Từ ngày 20/10/2016 đến 20/1 /2016
3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài
- Tìm hiểu về PIC18F4620.
- Nghiên cứu phương án điều khiển led ma trận 16x32.
- Tìm hiểu về module SIM900.
- Tìm hiểu về các phương thức giao tiếp UART, RS232,…
- Nghiên cứu cách lập trình cho PIC bằng trình biên dịch CCS.
- Nghiên cứu các lập trình visual basic và giao tiếp máy tính.
- Xây dựng sơ đồ kết nối các khối.
- Thiết kế và mô phỏng mạch.
- Xây dựng lưu đồ giải thuật.
- Viết chương trình và chạy mơ phỏng để sửa lỗi.
- Thi cơng mạch.
- Nạp chương trình, chạy thử và kiểm tra lỗi.
- Viết báo cáo.
4. Lời cam đoan của sinh viên

Tôi – Châu Huỳnh Tài cam đoan ĐATN là cơng trình nghiên cứu của bản thân tơi
dưới sự hướng dẫn của Thầy Hà A Thồi.
Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tp.HCM, ngày 20 tháng 10 năm 2015
SV thực hiện đồ án

Châu Huỳnh Tài

do an

Tp.HCM, ngày tháng năm 2016
Giáo viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị)

Xác nhận của Bộ Môn

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM
Khoa Điện - Điện Tử
Bộ Môn Điện Tử Viễn Thơng

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độclập - Tự do - Hạnhphúc
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 12 năm 2015

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Châu Huỳnh Tài
Lớp:109010B
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Hoàng
Lớp:109010C

MSSV:10901066
MSSV:10901089

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO SỬ DỤNG

PIC18 ĐIỀU KHIỂN BẰNG TIN NHẮN ĐIỆN THOẠI VÀ MÁY TÍNH.

Tuần/ngày

Nội dung

Xác nhận
GVHD

Tuần 1:
(11/10 – 17/10/2015)
Tuần 2:
(18/10 – 24/10/2015)

Liên hệ giáo viên hướng dẫn, chọn đề tài
tốt nghiệp và lên kế hoạch thực hiện
Lên đề cương chi tiết cho đề tài tốt nghiệp.

Tuần 3:
(25/10 – 31/10/2015)

Tìm hiểu lí thuyết về led ma trận, cách lập
trình và tính tốn các thơng số cơ bản cho
led
Tìm hiểu lí thuyết về vi điều khiển
PIC18F4450, các port xuất nhập, các lệnh
điều khiển …

Tuần 4:
(1/11 – 7/11/2015)
Tuần 5:
(8/11 – 14/11/2015)

Nghiên cứu phương án điều khiển led ma
trận 16x32.
Tìm hiểu về module SIM900.

Tuần 6:
(15/11 – 21/11/2015)

Tìm hiểu về các phương thức giao tiếp
UART, RS232,…

Tuần 7:
(22/11 –28/11/2015)

Nghiên cứu cách lập trình cho PIC bằng
trình biên dịch CCS.
Nghiên cứu các lập trình visual basic và
giao tiếp máy tính.
Thiết kế và mơ phỏng mạch trên máy tính.

Tuần 8:
(29/11 – 5/12/2015)

do an


Tuần 9:
(6/12 – 12/12/2015)

Thi công mạch thực tế, nạp chương trình,

chạy thử và kiểm tra lỗi

Tuần 10:
(13/12 – 19/12/2015)

Viết báo cáo.

Tuần 11:
(20/12 – 26/12/2015)

Hoàn thiện.

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

do an


LỜI CẢM ƠN
Lời đầ u tiên chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầ y cô trường Đa ̣i Ho ̣c Sư
Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ và tạo điều kiện để chúng em có thể
hoàn thành tớt khố học.
Xin chân thành cảm ơn Khoa Điện – Điện Tử đã hỗ trợ thiết bị và vật tư giúp
chúng em được học và thực tập trong môi trường đầy đủ và tiện nghi nhất.
Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Điện Tử Công
Nghiệp đã trang bị cho em kiến thức và giúp đỡ em giải quyết những khó khăn trong q
trình làm đờ án.
Đặt biệt chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn, KsHà A Thồi đã tận
tình giúp đỡ trong quá trình lựa chọn đề tài và hỡ trợ chúng em trong q trình thực hiện
đờ án. Thầ y đã tâ ̣n t ình giúp đỡ, chỉ ra những thiếu xót và cho những lời khuyên , chia sẻ

những kinh nghiêm quý báu giúp chúng em hoàn thành tốt đồ án tố t nghiê ̣p .
Tuy đã cớ gắ ng nhưng do chúng em cịn thiếu xót về kiế n thức cũng như kinh
nghiê ̣m thực tế nên đề tài còn hạn chế . Kính mong nhận được sự thơng cảm và góp ý
chân tình của quý thầ y cô.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Nhómthựchiệnđềtài

vi

do an


Chƣơng 1. DẪN NHẬP
1.1.

Đặt vấn đề

Ngày nay, khi xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về truyền bá thông tin cũng
ngày càng tăng. Sản xuất phát triển kéo theo việc cần nhanh chóng thơng tin sản phẩm tới
người tiêu dùng nhiều hơn, các cơ quan nhà nước cũng cần thơng báo nhiều thơng tin tới
người dân hơn. Chính vì các lý do này mà nhu cầu quảng cáo và truyền bá thơng tin ngày
càng tăng cao.
Hiện nay, có rất nhiều hình thức để có thể truyền bá thơng tin, quảng cáo sản phẩm
như phát tờ rơi, treo băng rơn, khẩu hiệu, dán áp phích,… Tuy nhiên, do nhu cầu quảng
cáo ngày càng tăng và để đáp ứng nhu cầu đó thì các hình thức quảng cáo truyền thống
như tờ rơi, áp phích, băng rơn, … hiện khơng cịn đáp ứng tốt được nữa, vì thế quang báo
điện tử ra đời.
1.2.

Lý do chọn đề tài

Với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, các sản phẩm tiên tiến ngày
càng xuất hiện nhiều, sản xuất phát triển mạnh kéo theo việc mọi thứ thay đổi rất nhanh
chóng vì thế thơng tin phải được cập nhật và thơng báo tức thời là việc hết sức quan trọng
trong tất cả mọi lĩnh vực. Để đáp ứng nhu cầu đó, các thiết bị sẽ được điều khiển từ xa
qua thiết bị di động hoặc được điều khiển trực tiếp bằng máy tính.
Việc sử dụng vi điều khiển trong quang báo điện tử có rất nhiều ưu điểm mà các
phương pháp quảng cáo truyền thống không thể so sánh được như việc thay đổi thơng tin
một cách nhanh chóng, chính xác, thơng tin hiển thị có thể chuyển động, màu sắc phong
phú,….
Với nhu cầu thực tiễn nhưu vậy nên nhóm thực hiện quyết định chọn đề tài :
“THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO SỬ DỤNG PIC18 ĐIỀU
KHIỂN BẰNG TIN NHẮN ĐIỆN THOẠI VÀ MÁY TÍNH”.
1.3.

Nội dung nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài này là tìm hiểu và nghiên cứu về hoạt động của module
SIM900, nguyên lý hoạt động của module led ma trận 16x32, cách lập trình PIC18F4620
và cách truyền nhận dữ liệu qua máy tính thơng qua chuẩn giao tiếp UART, RS232 để thi
cơng mạch quang báo có thể điều khiển bằng tin nhắn điện thoại và bằng máy tính. Như
vậy, với các nội dung đã đề ra thì đề tài sẽ bao gồm các nội dung sau:
-

Tìm hiểu về PIC18F4620.
Nghiên cứu về phương án điều khiển led ma trận P10 (16x32).
Tìm hiểu về module SIM900.
Tìm hiểu các phương thức giao tiếp RS232, UART,…
Nghiên cứu lập trình cho PIC bằng trình biên dịch CCS.
1

do an


1.4.

Giới hạn

Nghiên cứu lập trình visual basic và giao tiếp máy tính.
Xây dựng sơ đồ các khối kết nối.
Thiết kế và mô phỏng mạch.
Xây dựng lưu đồ giải thuật.
Viết chương trình mà chạy mơ phỏng để sửa lỗi.
Thi cơng mạch.
Nạp chương trình, chạy thử và kiểm tra lỗi.
Viết báo cáo.
Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

Trong khuôn khổ của để tài chúng em xin được giới hạn như sau:

1.5.

- Font chữ hiển thị trên quang báo là font chữ không dấu.
- Chỉ có một hiệu ứng chữ chạy từ phải sang trái.
- Sử dụng 4 bảng Led P10 ( 16x32).
Bố cục đề tài
Như vậy, với các yêu cầu và mục tiêu, giớ hạn đã đề ra, đồ án sẽ được xây
dựng bao gồm các chương sau:
 Chƣơng 1: Tổng quan – chương này trình bày khái quát về lĩnh vực
nghiên cứu, đề ra mục đích của đề tài, đưa ra các nhiệm vụ, giới hạn của đề

tài và trình bày các phương pháp nghiên cứu đươc sử dụng.
 Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết – chương này trình bày tóm lượt về cơ sở lý
thuyết sẽ sử dụng trong đồ án và phương pháp để ứng dụng lý thuyết đó
vào thực tiễn.
 Chƣơng 3: Thiết kế phần cứng – chương này sẽ trình bày về quá trình
thiết kế, xây dựng phần cứng của đồ án như : sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý,
mạch in, …
 Chƣơng 4: Thiết kế phần mềm – chương này sẽ trình bày quá trình thiết
và xây dựng phần mềm của đồ án như : lưu đồ, giải thuật của chương trình,
giao diện Visual Basic để điều khiển trên máy tính.
 Chƣơng 5: Kết luận – chương này sẽ trình bày các kết quả đạt được, so
sánh với mục tiêu đặt ra, rút kinh nghiệm, đề ra hướng phát triển của đề tài.

2

do an


Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

Giới thiệu
Khối xử lý trung tâm là khối có vai trị chính. Khối xử lý trung tâm có
nhiệm vụ tiếp nhận, xử lý các dữ liệu đến và đi một cách tự động. Đề tài sử dụng
PIC18F4620 để làm khối xử lý vì nó có những tín năng, ưu điểm vượt trội hơn các
vi điều khiển khác. Các vi điều khiển họ PIC có ưu điểm vượt trội hơn nhiều so
với họ 8051 với nhiều module được tích hợp sẵn trong nó như : module ADC
10bit, PWM 10bit, Opam, EEPROM,… do đó chúng ta sẽ thuận lợi hơn rất nhiều
trong việc thiết kế mạch mà không cần phải thiết kế thêm các module bổ trợ như
trên họ vi điều khiển 8051, do đó, mạch điện khi thi công sẽ rất gọn, tiết kiệm linh

kiện, hạn chế được sai xót từ các module bổ trợ.
Bên cạnh các ưu điểm về phần cứng, PIC còn được hỗ trợ rất nhiều để có
thể lập trình phần mềm dễ dàng hơn. Hiện nay, ngồi ngơn ngữ Assembly phức
tạp, PIC cịn có thể được lập trình dễ dàng hơn trên nền tảng ngôn ngữ C dễ hiểu,
gần gũi với người dùng. Việc lập trình PIC được hỗ trợ rất nhiều từ các trình biên
dịch sử dụng ngơn ngữ C, điển hình là trình biên dịch CCS và MIKROC. Ngồi ra,
PIC là một dòng vi điều khiển được ra đời từ rất lâu, nên có rất nhiều tài liệu cũng
như diễn đàn điện tử nói về họ vi điều khiển này, vì thế nguồn tài liệu chúng ta có
thể tìm được để hỗ trợ cho việc nghiên cứu là vô cùng phong phú.
PIC18F4620 được sử dụng trong đề tài là một vi điều khiển phổ thơng với các
tính năng cơ bản dễ sử dụng:

 Tập lệnh để lập trình chỉ có 35 lệnh rất dễ nhớ và dễ học, có độ dài 16bit.












Mỗi lệnh đều được thực thi trong 1 chu kỳ xung clock. Tốc độ hoạt động
tối đa cho phép là 64MHz.
64k Flash Rom.
3936 Bytes Ram.
1024 Bytes EEPROM.

4 Port điều khiển vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập, với dịng ra cao có
thề kích trực tiếp các transitor mà không cần qua bộ buffer.
4 bộ định thời Timer0, Timer1, Timer2, Timer3.
1 bộ định thời Timer0 8bit có thể lập trình được.
3 bộ định thời Timer1, Timer2 và Timer3 16bit 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 10bit) và 1 bộ module ECCP.
1 bộ ADC với 13 kênh ADC 10bit.
2 bộ so sánh tương tự hoạt động độc lập.
3

do an


















Bộ giám sát định thời Watchdog timer.
Cổng giao tiếp song song 8bit với các tín hiệu điều khiển.
Chuẩn giao tiếp nối tiếp MSSP (SPI/I2C).
Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART (AUSART/EUSART) với 9bit địa chỉ.
Hỗ trợ giao tiếp I2C.
15 nguồn ngắt.
Chế độ sleep tiết kiệm năng lượng.
Chức năng bảo mật chương trình.
Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP (In Cicuit Serial Programming)
thơng qua 2 chân.
Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.
Tần số hoạt động tối đa là 64Mhz.
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 EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.
Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.

4

do an


2.2. Tổng quan về vi điều khiển PIC18F4620
2.2.1. Sơ đồ khối củaPIC18F4620

Hình 2.1. sơ đồ khối vi điều khiển PIC18F4620
2.2.2. Sơ đồ chân và bộ nhớ
5

do an


Hình 2.1. Sơ đồ chân PIC18F4620
.
-

-

Tổ chức bộ nhớ: Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC18F4620 bao gồm bộ nhớ
chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory).
Bộ nhớ chương trình:
 Bộ nhớ chương trình của Vi điều khiển PIC18F4620 là bộ nhớ flash, dung
lượng bộ nhớ 64 Kword (1 word = 16 bit)
 Để mã hóa được địa chỉ của 64k word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương
trình có 21bit (PC<20:0>).
 Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h
(Reset vertor). Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ
0008h (Interrupt vertor). Bộ nhớ chương trình bao gồm bộ nhớ Stack và
được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình.
Bộ nhớ dữ liệu:
 Bộ nhớ dữ liệu của PIC18F4620 là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm
nhiều bank. Đối với PIC18F4620 bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 16 bank.

2.2.3. Các cổngI/O của PIC18F6420

6

do an

Cổng xuất nhập (I/O Port) chính là các phương tiện mà vi điều khiển giao
tiếp với bên ngoài. Sự giao tiếp, tương tác này rất đa dạng, tùy theo mục đích sử
dụng của lập trình viên mà chức năng của mỗi I/O pin được thể hiện rõ ràng hơn.
Một cổng xuất nhập (I/O Port ) bao gồm nhiều chân (I/O Pin). Tùy theo
chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng, số lượng chân trong mỗi cổng có
thể các nhau. Do số lượng I/O Pin có hạn nhưng việc vi điều khiển được tích hợp
nhiều module khác nhau trong đó nên ngồi chức năng xuất nhập thơng thường,
một số I/O Pins cịn được tích hợp thêm nhiều chức năng khác được xác lập và
điều khiển thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến I/O Pin đó.
Vi điều khiển 18F4620 có 5 cổng xuất nhập là : PORTA, PORTB,
PORTC, PORTD và PORTE.
2.2.4. Truyền thông nối tiếp EUART
EUSART (Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver
Transmitter) là một bộ truyền thông nối tiếp. Nó có tất cả các bộ phát xung clock,
đăng ký thay đổi và bộ đệm dữ liệu cần thiết để thực hiện một đầu vào hay đầu ra
dữ liệu nối tiếp chuyển giao độc lập của thiết bị thực hiện chương trình. EUSART
cịn được gọi là giao diện giao tiếp nối tiếp nối tiếp SCI (Serial Communication
Interface).
Bộ EUSART là một trong hai hình thức giao tiếp nối tiếp vào ra EUSART
có thể được cấu hình như là một hệ thống bất đồng bộ hoạt động song cơng mà có
thể giao tiếp với các thiết bị bên ngoài như là các thiết bị đầu cuối CRT và các
máy tính cá nhân nó cũng có thể được cấu hình như là một hệ thống đồng bộ hoạt
động bán cơng mà có thể giao tiếp với các mạch tích hợp A/D hay D/A, các
EEPROM nối tiếp….EUSART có thể được cấu hình để hoạt động một trong các
chế độ sau:
 Bất đồng bộ ( song công : Asynchronous).
 Đồng bộ chủ ( bán công: Master Mode).
 Đồng bộ tớ ( bán công: Slave Mode).
2.2.5. Ngắt (interrupt)

PIC18F4620 có nhiều nguồn tạo ra hoạt động ngắt và được điều khiển bởi
rất nhiều thanh ghi: RCON; INTCON; INTCON2; INTCON3; PIR1, PIR2; PIE1,
PIE2; IPR1, IPR2. Bên cạnh đó mỗi ngắt cịn có một bit điều khiển và cờ ngắt
riêng. Các cờ ngắt vẫn được set bình thường khi thỏa mãn điều kiện ngắt xảy ra
bất chấp trạng thái của bit GIE. Tuy nhiên, hoạt động ngắt vẫn phụ thuộc vào bit
GIE và các bit điều khiển khác. Bit điều khiển ngắt RB0/INT0 và TMR0 nằm
trong thanh ghi INTCON, thanh ghi này còn chứa bit cho phép các ngắt ngoại vi
PEIE. Bit điều khiển các ngắt nằm trong thanh ghi PIE1 và PIE2.

7

do an


Các cờ ngắt ngoại vi được chứa trong hai thanh ghi chức năng đặc biệt:
thanh ghi PIR1 và PIR2. Các bit cho phép ngắt tương ứng được chứa trong hai
thanh ghi PIE 1 và PIE 2.
Trong một thời điểm chỉ có một chương trình ngắt được thực thi, chương
trình ngắt được kết thúc bằng lệnh RETFIE. Khi chương trình ngắt được thực thi,
bit GIE tự động được xóa, địa chỉ lệnh tiếp theo của chương trình chính được cất
vào trong bộ nhớ Stack và bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0008h. Lệnh
RETFIE được dùng để thoát khỏi chương trình ngắt và quay trở về chương trình
chính, đồng thời bit GIE cũng sẽ được set để cho phép các ngắt hoạt động trở lại.
Các cờ hiệu được dùng để kiểm tra ngắt nào đang xảy ra và phải được xóa
bằng chương trình trước khi cho phép ngắt tiếp tục hoạt động trở lại để ta có thể
phát hiện được thời điểm tiếp theo mà ngắt xảy ra.
Đối với các ngắt ngoại vi như ngắt từ chân INT hay ngắt từ sự thay đổi
trạng thái các Pin của PortB (PORTB interrupt-on-change), việc xác định ngắt nào
xảy ra cần 3 hoặc 4 chu kì lệnh tùy thuộc vào thời điểm xảy ra ngắt.
Trong q trình thực thi ngắt, chỉ có giá trị của bộ đếm chương trình được

cất vào trong Stack, trong khi một số thanh ghi quan trọng sẽ khơng được cất và có
thể bị thay đổi giá trị trong quá trình thực thi chương trình ngắt. Điều này nên
được xử lí bằng chương trình để tránh hiện tượng trên xảy ra.
2.3.

Chức năng và thơng số của LCD16x2

Hình 2.2. LCD 16x2.
LCD có rất nhiều dạng, phân biệt theo kích thước, từ vài kí tự đến vài chục kí tự, từ
vài hàng đến vài chục hàng. Ví dụ LCD16x2 có nghĩa là LCD có 2 hàng và mỗi hàng
chứa được 16 kí tự, tương tự ta có các LCD20x4, LCD32x2, LCD40x2, v.v…

2.3.1. Chức năng các chân của LCD16x2

8

do an


2.4. Module led ma trận
2.4.1. Cấu tạo
Led ma trận là tập hợp các led đơn được sắp xếp theo các hàng và các cột,
tùy thuộc vào loại mà có số lượng led khác nhau. Trong đó, tất cả các led trên
cùng một cột được nối chân anode với nhau và đưa ra một chân để điều khiển.
Tương tự ở các hàng, các chân cathode được nối lại với nhau và đưa ra một chân
để điều khiển.

Hình 2.3. Cấu tạo Led ma trận.
2.4.2. Nguyên lý hoạt động
Mỗi led trên ma trận led được coi là một điểm ảnh, địa chỉ của mỗi điểm

ảnh được xác định bởi hàng và cột tương ứng. Do ma trận led có nhiều hàng và
nhiều cột nên tại mỗi thời điểm chỉ có trạng thái của hàng hoặc cột được xác định.
Tuy nhiên, do mỗi thời điểm chỉ có 1 hàng hoặc cột được bật, nên khi bật
hàng hoặc cột khác, thì phái tắt hàng hoặc cột trước đó, do đó, muốn quan sát
được ma trận led liền mạch, ta phải thực hiện quét led với tốc độ cao.

9

do an


Mắt người có khả năng nhận biết được tối đa là 24 khung hình mỗi giây
(FPS) vì thế, khi thực hiện quét led với tốc độ cao, thì mắt sẽ không thể nhận biết
được các điểm ảnh đang nhấp nháy.
Như vậy, để ứng dụng phương pháp quét trong hiển thị led ma trận thì tín
hiệu hiển thị sẽ được cấp vào hàng và sau đó tích cực mức thấp cho cột ( quét cột)
hoặc tín hiệu điều khiển sẽ được cấp cho các cột và sau đó tích cực mức cao cho
các hàng ( quét hàng), như vậy, tại một thời điểm chỉ có 1 hàng hoặc 1 cột được
hiển thị tùy theo phương pháp quét.
Ngoài ra, trên thực tế, đối với các bảng led có kích thước lớn với rất nhiều
cột nhưng có ít hàng thì việc qt led theo cột là không khả thi, do số lượng cột
quá nhiều, nên thời gian quét hết tất cả các cột sẽ dài nên sẽ không đảm bảo được
tỉ lệ 24 FPS, vì thế sẽ thấy bảng led nhấp nháy. Do đó, đối với những bảng led có
nhiều cột, ta thực hiện phương pháp quét hàng là tốt nhất.

Hình 3.2. LCD 16x2
Bảng 2.1. Chức năng các chân LCD16x2
Chân

Ký hiệu

Mô tả chức năng

1

VSS

Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
GND của mạch điều khiển

2

VDD

Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này
với VCC = 5 V của mạch điều khiển

3

VEE

Điều chỉnh độ tương phản của LCD.

4

RS

Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic
“0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của

LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của
LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR
bên trong LCD

5

RW

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với
logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi và mức logic “1”
để LCD ở chế độ đọc.

6

EN

Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên
10

do an


bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung
cho phép của chân E.
- Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp
nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (highto-low transition) của tín hiệu chân E.
- Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi
phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được
LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.

7 – 14

D0 – D7

15

A

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thơng tin với
MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :
- Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit
MSB là bit DB7.
- Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới
DB7, bit MSB là DB7
Nguồn dương cho đèn nền

16

K

GND cho đèn nền

2.4.3. Tập lệnh cho LCD16X2
Một vài chú ý khi giao tiếp với LCD:
-

Tuy trong sơ đồ khối của LCD có nhiều khối khác nhau, nhưng khi lập
trình điều khiển LCD ta chỉ có thể tác động trực tiếp được vào 2 thanh
ghi DR và IR thông qua các chân DBx, và ta phải thiết lập mức logic
cho chân RS, R/W phù hợp để chuyển qua lại giữ 2 thanh ghi này.

- Với mỗi lệnh, LCD cần một khoảng thời gian để hồn tất, thời gian này
có thể khá lâu đối với tốc độ của MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF hoặc
có thời gian chờ (delay) cho LCD thực thi xong lệnh hiện hành mới có
thể ra lệnh tiếp theo.
- Địa chỉ của RAM (AC) sẽ tự động tăng (giảm) một đơn vị, mỗi khi có
lệnh ghi vào RAM (điều này giúp chương trình ngắn gọn hơn).
2.5. Led ma trận P10
2.5.1. Thông số module led ma trận P10 (16x32)
2.5.1.1. Độ phân giải (mm) 10mm Module dày 30,5mm.
2.5.1.2. Kích thước (mm) 320x160 Pixel Density (pixel/m) 10.000
2.5.1.3. Hiển thị một màu Màu đỏ
2.5.1.4. Độ phân giải (pixel) 32x16
2.5.1.5. Trọng lượng (G) 425
2.5.1.6. Khoảng cách (m) ≥ 12,5
11

do an


2.5.1.7. Góc nhìn (°) lựa chọn: Nghiêng 110 ± 5 độ, thẳng 60 độ.
2.5.1.8. Nhiệt độ hoạt động (° C): -20 °C ~ 50°C
2.5.1.9. Nhiệt độ lưu trữ: -40°C ~ 85 ° C
2.5.1.10.
Độ ẩm hoạt động 10 ~ 95%
2.5.1.11.
Công suất Trung bình (W /m²) 100 ~ 300
2.5.1.12.
Cơng suất tiêu thụ tối đa (W / m²) ≤ 500
2.5.1.13.
Chế độ kiểm soát: Không đồng bộ

2.5.1.14.
Chế độ quét 1/4 quét bởi áp Constant
2.5.1.15.
Cân bằng trắng
2.5.1.16.
Độ sáng (cd / m²) ≥ 2000
2.5.1.17.
Lớp chống thấm nước IP51 MTTF ≥ 10.000

 Hình ảnh module led ma trận P10 trong thực tế:

Hình 2.4. Mặt trước led ma trận P10.

12

do an


Hình 2.5. Mặt sau led ma trận P10.
2.5.2. Nguyên lý hoạt động led ma trận P10
Giản đồ xung điều khiển module : Các đường điều khiển gồm :
-

Tín hiệu OE: tích cực mức logic cao (5V) cho phép chốt hàng (hàng tương
ứng với 2 tín hiệu A, B được nối đất ).
- Tín hiệu chọn hàng : A, B là 2 đường tín hiệu cho phép chọn hàng hiển
thị.ATRIX
- Tín hiệu CLK: Tín hiệu cho phép chốt dữ liệu ra cột.
- Tín hiệu SCK: Xung đưa dữ liệu ra IC ghi dịch.
- Tín hiệu DATA: Đưa dữ liệu cần hiển thị ra bảng led.

2.5.3. Sơ đồ quét và sơ đồ dịch dữ liệu của module led P10
Quét theo tỉ lệ ¼. Tại một thời điểm, sẽ có 4 hàng được hiển thị.

Hình 2.6. Sơ đồ quét led ma trận P10.

13

do an


Hình 2.7. Sơ đồ dịch led ma trận P10.

Khối đệm: IC
74HC245

Dữ liệu, xung
Clock

-

IC ghi dịch 74HC595
IC giải mã hàng 74HC138
IC đảo 74HC04
IC đệm dịng cho hàng HM3412

Ma trận led 16x32
Hình 2. 8. Sơ đồ khối led ma trận P10.
2.6. Phƣơng pháp hiển thị sử dụng thanh ghi dịch
2.6.1. Quét cột
2.6.1.1. Giới thiệu chung

Phương pháp quét cột là phương pháp mà trong một khoảng thời gian xác
định chỉ cho một cột được tích cực hiển thị trong khi các cột khác đều tắt, các cột
được quét (tích cực) tuần tự ở các khoảng thời gian kế tiếp nhau được lặp lại nhiều
lần với tốc độ > 24 hình/1s sẽ cho ta một hình ảnh liên tục cần hiển thị lên trên
màn hình led ma trận.
2.6.1.2.

Quá trình quét

Dữ liệu của cột thứ nhất được đưa ra hàng sau đó tích cực cột thứ nhất như
vâ ̣y d ữ liệu của cột thứ nhất được hiển thị trên màn hình led ma trận, tiếp tục dữ
liệu của cột thứ hai được đưa ra hàng sau đó tích cực cột thứ hai lúc này dữ liệu
của hàng thứ hai được hiển thị trên màn hình led ma trận, cứ như vậy cho đến dữ
liệu của cột cuối cùng được đưa ra hàng sau đó tích cực cột cuối cùng.
Cứ như thế q trình trên được lặp đi lặp lại > 24lần/1s, đến đây chúng ta
quan sát được một hình ảnh liên tục hiển thị trên màn hình led ma trận.
2.6.2. Quét hàng
2.6.2.1. Giới thiệu chung
Quét hàng là phương pháp mà trong một khoảng thời gian xác định chỉ cho
một hàng được tích cực hiển thị trong khi các hàng khác đều tắt, các hàng được
quét (tích cực) tuần tự ở các khoảng thời gian kế tiếp nhau được lặp lại nhiều lần
với tốc độ > 24hình /1s sẽ cho ta một hình ảnh liên tục cần hiển thị lên trên màn
hình led ma trận.
2.6.2.2. Quá trình quét

14

do an

Hình 2.9. Lưu đồ quá trình quét hàng.
Quét hàng sử dụng thanh ghi dịch là tương đối phức tạp cho người lập trình
trong việc đưa dữ liệu ra cột. Dữ liệu lần lượt được đưa vào chân Datain của thanh
ghi dịch sau đó tác động xung clock dữ liệu đươc dịch đi. Việc thực hiện quét
hàng được thực hiện theo lưu đồ giải thuật ở hình 2.5.
Dữ liệu của hàng thứ nhất được đưa ra cột sau đó tích cực hàng thứ nhất,
như vậy dữ liệu của hàng thứ nhất được hiển thị trên màn hình led ma trận, tiếp tục
dữ liệu của hàng thứ hai được đưa ra cột sau đó tích cực hàng thứ hai lúc này dữ
liệu của hàng thứ hai được hiển thị trên màn hình led ma trận, cứ như vậy cho đến
dữ liệu của hàng cuối cùng được đưa ra cột sau đó tích cực hàng cuối cùng. Cứ
như thế quá trình trên được lặp đi lặp lại > 24lần/1s, đến đây chúng ta quan sát
được một hình ảnh liên tục hiển thị trên màn hình led ma trận.
Do đồ án sử dụng 4 bảng led P10 có kích thước tổng cộng là 16x128 (16
hàng, 128 cột ) nên chọn phương pháp quét hàng để hình ảnh được hiển thị liền
mạch hơn khi quét.

2.6.3. Ƣu – nhƣợc điểm của phƣơng pháp sử dụng thanh ghi dịch
 Ƣu điểm:
- Tiết kiệm đường truyền.
- Tiết kiệm chân port.
- Dễ mở rộng số bảng ma trận.
- Truyên xa.
- Dễ lập trình.
 Nhƣợc điểm:
- Tốn thời gian để đưa dữ liệu ra cột.
- Chuyển đổi không linh hoạt bằng phương pháp chốt.
15

do an

- Phương pháp qt hàng khó lập trình hơn.
2.7. Tổng quan về GSM
2.7.1. Giới thiệu về GSM
Chữ GSM đươ ̣c viế t tắ t từ Global System for Mobile Communications . Tuy
nhiên, từ nguyên thủy của nó theo tiế ng Pháp là Groupe Special Mobile . Đây là
mô ̣t trong những công nghê ̣ về ma ̣ng điê ̣n thoa ̣i di đô ̣ng phổ biế n nhấ t thế giới
hiê ̣n nay. Đế n nay, công nghê ̣ này có khoảng 2,5 tỷ thuê bao sử dụng trên phạm vi
212 quố c gia và vùng lañ h thổ . Do nó hầ u như có mă ̣t ở khắ p mo ̣i nơi trên thế giới
nên khi các nhà cung cấ p dich
̣ vu ̣ thực hiê ̣n viê ̣c ký kế t roaming với nhau nhờ đó
mà thuê bao GSM có thể d ễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình ở bất cứ
nơi đâu.
Ngồi việc truyền âm thanh với chất lượng cao , công nghê ̣ GMS còn cho
phép người dùng sử dụng các giao tiếp rẻ hơn như tin nhắn SMS . Ngoài ra công
nghê ̣ GMS còn xây dựng trên cơ sở hê ̣ thớ ng mở , nhờ đó dễ dàng kết nối các thiết
bị khác nhau từ các nhà cung cấp khác nhau , tạo thuân lợi cho nhà cung cấp dịch
vụ.
2.7.2. Cấu trúc mạng GSM
Hê ̣ thố ng GSM gồ m ba hê ̣ thố ng cơ bản : hê ̣ thố ng chuyể n ma ̣ch NSS , hê ̣
thố ng trạm gốc BSS và tra ̣m di đô ̣ng MS . Mỗi hê ̣ thố ng thực hiê ̣n mô ̣t chức năng
khác nhau như: chuyể n ma ̣ch , quản lý nhận dạng thiết bị , tính cước… tạo nên một
hê ̣ thố ng ma ̣ng di đơ ̣ng liên kế t . Ngồi ra cịn có tổng đài cổng GMSC . GMSC làm

viê ̣c như mô ̣t tổ ng đài trung chuyển để giao diê ̣n giữa GSM và các ma ̣ng khác .
Hình 2.10. Cấu trúc mạng GSM.
2.7.3. Mạng di động MS (Mobile – Station)
Là một thiết bị độc lập , làm nhiệm vụ kết nối các thiết bị bên ngoài như
điê ̣n thoại di động , máy tính , máy fax , … MS cung cấ p các giao diê ̣n cho với
người dùng giúp cho viê ̣c khai thác các dich

̣ vu ̣ trong ma ̣ng . Các chức năng chính
của MS:
16

do an


-

Thiế t bi ̣đầ u cuố i thực hiê ̣n các chức năng không liên quan đế n ma ̣ng
GSM, FAX, …
Kế t cuố i tra ̣m di đô ̣ng thực hiê ̣n các chức năng liên quan đế n truyề n
dẫn trong giao diê ̣n vô tuyế n .

Bô ̣ thić h ứng đầ u cuố i làm viê ̣c như mô ̣t cửa nố i thông thiế t bi ̣đầ u cuố i với
kế t cuố i di đô ̣ng.
2.8. Tổng quan về tin nhắn SMS
2.8.1. Giới thiệu
SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đó là một cơng nghệ cho
phép gửi và nhận các tín nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất hiện đầu
tiên ở Châu âu vào năm 1992. Dữ liệu lưu trữ của một tin nhắn SMS rất hạn chế,
mỗi tin nhắn chỉ có thể chứa tối đa 140 byte dữ liệu.
2.8.2. Cấu trúc của một tin nhắn SMS
Instructions to
air interface

Instructions to
SMSC

Instructions to

handset

Instructions to Message body
SIM (optional)

-

Instructions to air interface: Chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface
Instructions to SMSC: Chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn
SMSC (short message service centre).
- Instructions to handset: Chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay.
- Instructions to SIM (optional): Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM
(Subscriber Identity Modules).
- Message body: Nội dung tin nhắn SMS.
2.9. Tổng quan về SIM900
2.9.1. Nguồn cung cấp
Nguồn cung cấp cho SIM900 là một điện áp VBAT = 3.4 ÷ 4.5 V.
Dịng điện khi SIM900 ở chế độ chờ là 10mA.
Dòng điện khi hoạt động là từ 100mA đến 2A.
Vậy nên, để đảm bảo hiệu suất hoạt động cho SIM900 thì ta chọn nguồn 2A.
Đối với các đầu vào VBAT ta nên cho qua một tụ điện có giá trị khoảng 100µF.

Hình 2.11. Nối chân VBAT cho SIM900.
17

do an


Để diễn tả cơng suất trong q trình truyền ta có giản đồ như sau:

Hình 2.12. Điện áp VBAT trong q trình truyền.
Điện ápVBATgợnsóngởgiai đoạncơng suất truyền tảitối đa, cácđiều
kiệnkiểm tralàVBAT=4.0 V, VBATtối đadòng điê ̣nhiện tạibằng2A, CA=100 μF
tụtantalum(ESR =0.7Ω) vàCB=1 μF.
2.9.2. Bật/tắt SIM900

Hình 2.13. Giản đồ xung mơ tả cách bật/tắt SIM900.
Mở SIM900 bằ ng cách điề u khiể n chân PWRKEY xu ống mức điện áp thấp
trong khoảng thời gian lớn hơn 2000 ms
Sau khi quá trình mở nguồ n hoàn tấ t , SIM900 sẽ trả kết quả về báo module
đã săn sàng hoa ̣t đô ̣ng . Khi đó , chân STATUSsẽlên mức caovà giữ trạng thái mức
cao trong suốtquá trìnhlàm việc. Chuỗi trả về là RDY.
Để tắ t SIM900, ta thực hiê ̣n như lúc mở, điề u khiể n chân PWRKEY xuống
mức điện áp thấp trong khoảng thời gian lớn hơn 2000 ms. Chân STATUS sẽ
chuyể n về mức thấ p (0V). Mã kết quả trả về là: NORMAL POWER DOWN.
2.9.3. Cách thức giao tiếp nối tiếp

18

do an