Giao tiếp máy tính với vi điều khiển bằng công nghệ USB điều khiển led ma trận đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ thông tin

Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

I-Mở bài:
1) Vị trí của đề tài: Ngày nay với sự phát triển của nền công nghiệp điện tử thì
vấn đề giao tiếp đơn giản, tốc độ truyền và xử lý dữ liệu ngày càng được chú
trọng. Chuẩn giao tiếp USB ngày càng được sử dụng rộng rãi để đáp ứng những
yêu cầu trên để thay thế dần cho giao tiếp cổng com, lpt có tốc độ thấp hơn.
2) Tình hình nghiên cứu hiện nay:
- Ở Việt Nam:
+ Tại các trường đại học có nhiều đề tài giao tiếp máy tính với vi điều
khiển AVR bằng cổng usb, còn với PIC thì có rất ít đề tài và chủ yếu giao tiếp
qua lớp HID.
+ Trên thị trường có các doanh nghiệp đã giao tiếp thành công và tự viết
driver cho thiết bị và truyền với tốc độ cao.
- Trên thế giới: vấn đề giao tiếp máy tính với vi điều khiển qua cổng usb đã
được nghiên cứu rất lâu, và có rất nhiều sản phẩm như các kit thí nghiệm, mạch
nạp cổng usb...
3) Tiếp cận đề tài:
-Có các kiến thức cơ bản về kỹ thuật số, vi điều khiển PIC, điện tử cơ bản,
kiến thưc cơ bản về chuẩn usb, lập trình C (hoặc ngôn ngữ lập trình khác)...
*Hướng giải quyết đề tài:
- Tìm hiểu các linh kiện liên quan đến đề tài, so sánh tính ưu việt của các
linh kiện tương quan nhằm lựa chọn linh kiện thiết kế cho phù hợp.
- Thiết kế mạch.
- Chạy mô phỏng.
- Thi hành mạch.
II- Lựa chọn phương án :
Phương án 1: sử dụng vi điều khiển có hổ trợ giao tiếp USB
 Ưu điểm: giá thành rẽ, có nhiều phần mềm hổ trợ

 Khuyết điểm: Có một số phần mềm đòi hỏi viết driver.
Phương án 2: sử dụng sẵn module giao tiếp USB, và xây dựng những ứng
dụng mong muốn.
 Ưu điểm: dễ thiết kế, lập trình đơn giản (ứng dụng), không mất nhiều
thời gian để viết driver.
 Khuyết điểm: giá thành cao
Phương án 3: sử dụng cổng com ảo
 Ưu điểm: lập trình như cổng com
 Khuyết điểm: tốc độ thấp hơn so với cổng usb.
Từ những phân tích trên và từ yêu cầu của đề tài nên em chọn phương án 1.
SVTH : Nguyễn Văn Trung

1


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

Các lựa chọn trong phương án 1:
- Vi xử lý: AVR, pic 18F2550, pic 18F4450
- Hiển thị: led ma trận,LCD, led 7 đoạn.
- Phần mền: CCS, Delphi, mikcroC, C#,C+.
- Tạo giao diện: VB, mikcroC.
1) Lựa chọn vi điều khiển:
 PIC 18F2250 có 28 chân có cấu trúc như sau:
-Có 3 port xuất nhập A,B,C.
-10 kênh chuyển đổi tương tự sang số 10 bit.
-Có 4 timers: 3 timer 16 bit, 1 timer 1 bit.
-Có hỗ trợ giao tiếp USB.

-Bộ nhớ dữ liệu EEPROM: 256 bytes.
-Bộ nhớ chương trình : 32768 bytes.
-Có giao tiếp nối tiếp MSSP, ENHANCED UART.
-Giao tiếp song song PSP.
-Có 19 nguồn ngắt.
- Tần số hoạt động: 0-48MHz.
 PIC 18F4550 có các thông số như 18F2550:
-Có 5 port xuất nhập A,B,C, D,E.
-13 kênh chuyển đổi tương tự sang số 10 bit.
-Có 4 timers: 3 timer 16 bit, 1 timer 1 bit.
-Có hỗ trợ giao tiếp USB.
-Bộ nhớ dữ liệu EEPROM: 256 bytes.
-Bộ nhớ chương trình: 32768 bytes.
-Có giao tiếp nối tiếp MSSP, ENHANCED UART.
-Giao tiếp song song PSP.
-Có 20 nguồn ngắt.
- Tần số hoạt động: 0-48MHz.
 AVR: có nhiều dòng hỗ trợ giao tiếp usb như tiny2313
* Đề tài chọn PIC 18F2550 vì:
- Có những kiến thức cơ bản về 16F877A.
- Do yêu cầu của đề tài và giá thành.
2) Lựa chọn khối hiển thị:
- Led ma trận hiển thị được nhiều thông tin hơn led 7 đoạn phù hợp với
việc điều khiển hiển thị từ máy tính.
-LCD cũng hiển thị đựợc nhiều thông tin nhưng cở chữ nhỏ. Do đó đề
tài chọn led ma trận
3) Lựa phần mềm:

SVTH : Nguyễn Văn Trung

2


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

Trên thị trường có nhiều chương trình biên dịch C cho vi điều khiển PIC18.
Các trình bên dịch này có nhiều đặc tính giống nhau, và chúng dùng để phát triển
chương trình C cho PIC18.
Vài trình biên dịch C thường được dùng:
-MikroC
-PICC18
-C18
-CCS
MikroC: được xây dựng bởi MikroElektronika. Dễ dàng để học với một số
lượng lớn hàm được hỗ trợ để lập trình, và có hỗ trợ các hàm giao tiếp usb, và có
sẵn giao diện.
PICC18: được xây dựng bởi Hi-Tech Software, với hai phiên bản standard
and professional. PICC18 được hỗ trợ bởi phần mềm mô phỏng PROTEUS dùng
để mô phỏng vi điều khiển PIC.
C18: được xây dựng bởi Microchip Inc, bao gồm việc mô phỏng, hỗ trợ
phần cứng.
CCS: được xây dựng bởi Custom Computer Systems Inc, cung cấp một số
lượng lớn các hàm để lập trình và các mạch debugger, chúng rất hữu ích để phát
triển PIC và có hỗ trợ các hàm giao tiếp usb.
Người nghiên cứu chọn CCS để viết chương trình, và VB để viết giao diện.
5) Sơ đồ:
a) Phần cứng:
Nguồn DC

Nút nhấn (mở
rộng)

Máy tính

usb

Vi điều khiển
PIC18F4550

Hiển thị led ma
trận

b) Phần mềm: Lưu đồ
SVTH : Nguyễn Văn Trung

3


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

Bắt đầu

Bắt đầu

Gởi
data từ

máy

S

Gởi
data từ
vđk

Đ

Đ

Xử lý

Xử lý

Hiển thị led
ma trận

Hiển thị trên
giao diện

Kết thúc

Lưu đồ trên vđk

S

Kết thúc

Lưu đồ trên máy tính

III- Giới thiệu linh kiện và phần mềm
A-Vi điều khiển PIC 18F2550:
1-Giới thiệu sơ lược về PIC 18F2550
-Có 3 port xuất nhập A,B,C.

SVTH : Nguyễn Văn Trung

4


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

-10 kênh chuyển đổi tương tự sang số 10 bit.
-Có 4 timers: 3 timer 16 bit, 1 timer 1 bit.
-Có hỗ trợ giao tiếp USB.
-Bộ nhớ dữ liệu EEPROM: 256 bytes.
-Bộ nhớ chương trình: 32768 bytes.
-Có giao tiếp nối tiếp MSSP, ENHANCED UART.
-Giao tiếp song song PSP.
-Có 19 nguồn ngắt.
- Tần số hoạt động: 0-48MHz.
2- Sơ đồ chân và chức năng các chân.
Sơ đồ chân:

- Chân MCLR\/Vpp/RE3 (chân 1):
+ MCLR\: là ngõ vào reset tích cực mức thấp.

+Vpp: khi lập trình cho PIC thì đóng vai trò ngõ vào nhận điện áp lập
trình.
+RE3: ngõ vào số.
-OSC1/CLK1 (chân 9):
+ OSC1: ngõ vào dao động thạch anh hoặc là ngõ vào nguồn xung bên
ngoài.
+ CLK: ngõ vào nguồn xung bên ngoài.
-OSC2/CLK0/RA6(chân 10):
+ OSC2: ngõ vào dao động thạch anh .
+ CLK0: trong việc chọn mode, bằng ¼ tần số của OSC1.
-RC4/D-/VM (chân 15):
+RC4: ngõ vào số.
SVTH : Nguyễn Văn Trung

5


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

+D-: ngõ vào trừ USB
-RC5/D+/VP (chân 16):
+RC5: ngõ vào số.
+D-: ngõ vào cộng USB
-VUSB (chân 14): chân nguồn USB 3,3V.
-Vss (chân 8,19) : chân GND.
-VDD (chân 20): chân nguồn dương.
3- Đặc tính điện:
- Dòng điện vào /ra =25mA.

4-Các thanh ghi:
- Chế độ hoạt động của USB được cài đặt và quản lý bởi các thanh ghi
điều khiển:
+USB control register (UCON).
+USB configuration registor (UCFG).
+USB transfer status register (USTAT).
+USB device Address register (UADDR).
Thanh ghi UCON: chứa các bit cần thiết để điều khiển hoạt động của
module trong quá trình chuyển đổi. Thanh ghi chứa các bit có thể điều khiển:
-Cho phép thiết bị ngoại vi USB.
- Reset Ping-Pong buffer pointer
- Điều khiển chế độ suspend.
-Cấm chuyển đổi gói.

Ngoài ra còn chứa các bit trạng thái.

SVTH : Nguyễn Văn Trung

6


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

-Thanh ghi UCFG: chứa hầu hết các bit điều khiển hoạt động của module
USB:
+Tốc độ bus.
+Cho phép điện trở kéo lên trong chip.
+Cho phép chuyển đổi trong chip.

+Sử dụng ping-pong buffer.

SVTH : Nguyễn Văn Trung

7


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

-Thanh ghi USATA: thanh ghi này chứa số endpoint, bộ đệm ping-pong, giá trị
con trỏ.

SVTH : Nguyễn Văn Trung

8


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

-Thanh ghi UADDR: chứa địa chỉ duy nhất của USB khi hoạt
động.UADDR sẽ reset về 0 khi nhận lệnh reset usb hoặc reset vi điều khiển. Địa
chỉ usb phải được viết trong vi điều khiển thông qua quá trình thiết lập usb cũng
như trong firmware của Mỉcochip hỗ trợ.
B-Giới thiệu usb:
Universal serial bus (usb-bus truyền thông nối tiếp) là 1 trong những giao
diện phổ biến nhất được ứng dụng trong các sản phẩm điện tử tiên tiến hiện nay

như là: flash, card âm thanh…
Usb là một chuẩn kết nối tốc độ cao với nguồn cung cấp 5v được cung cấp
cho thiết bị được kết nối đến chúng, 1 bus kết nối usb có thể kết nối đến 127 thiết
bị usb được nối qua 1 cáp 4 dây và có thể truyền thông tin qua khoảng cách từ
3m đến 5m chiếu dài. Nhiều thiết bị usb có thể kết nối như nhau đến 1 thiết bị
gọi là hub có thể có đến 4, 8 hay thậm chí 16 port. Một hub lại được kết nối vào 1
hub khác, cứ như thế, số lượng tầng lớp cho phép là 6 .Trên lý thuyết khoảng
cách cực đại đến 1 trạm chủ là 30 mét, sử dung 5 hub.
Trên lý thuyết usb có 2 phiên bản- phiên bản trước đó là 1.1 có thể hỗ trợ tốc
độ truyền thông lên đến 11Mbps. Trong khi đó phiên bản 2.0 hỗ trợ đến
480Mbps được định nghĩa với 3 tốc độ dữ liệu:
Low-speed: 1.5 Mbps
Full-speed: 12 Mbps

SVTH : Nguyễn Văn Trung

9


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

High-speed: 480 Mbps
Usb bus có thể cung cấp nguồn tối đa cho thiết bi đến 100mA với nguồn 5v.
Cáp usb sử dụng dây có 4 lõi với 2 đầu cáp được che kín, có 2 loại đầu nối usb
kiểu A và kiểu B.

Đầu nối kiểu A (trái)- đầu nối kiểu B (phải)

Thứ tự chân

Ý nghĩa các chân
Dây tín hiệu usb có 2 dây, tín hiệu được gửi từ máy chủ sử dung kỹ thuật mã
hoá NRTI, Trong kỹ thuật này tín hiệu được đảo ngược cho sự thay đổi với mức
logic 0.Tín hiệu cho mức logix 1 là không đổi.
SVTH : Nguyễn Văn Trung

10


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

Một gói dữ liệu từ host được gởi tới các thiết được nối với bus qua các hub,
tất cả các thiết bị đều nhận tín hiệu nhưng chỉ duy nhất một thiết bị đã được định
địa chỉ là nhận dữ liệu đó, chỉ duy nhất một thiết bị tại mỗi thời điểm bất kì có thể
truyền tới host, và dữ liệu được truyền lên lần lượt qua các hub cho đến khi đến
được host.
Các thuật ngữ chung:
Endpoint: có thể là nguồn hoặc nơi thu vào dữ liệu, một thiết bị usb có thể
có 1 số endpoint, giới hạn số endpoint là 16 in và 16 out endpoint
Pipe: kết nối dữ liệu logic của host và endpoint
Transaction: truyền dữ liệu trên bus.
1-Nhận biết tốc độ trên bus:
Ở bus full-speed điện trở được nối từ D+ lên 3.3v và ở bus low-speed điện
trở được nối từ D- lên 3.3v. Khi không có thiết bị nào được nối host sẽ xem cả
hai đường dữ kiệu đếu ở mức thấp. Việc kết nối dữ liệu vào sẽ kéo D+ hoặt Dlên mức cao và host sẽ nhận biết đựơc là có thiết bị cắm vào bus.
2- Các trạng thái usb:

Idle: bus ở trạng thái chờ khi đó một đường dữ liệu được kéo lên ở mức cao
còn đường dữ liệu còn lại xuống thấp.Đây là trạng thái của dây trước và sau khi
truyền xong gói dữ kiệu.
Detached: khi không có thiết bị nào kết nối, host biết cả hai đường dữ liệu
điều ở mức thấp.
Attached: trạng thái mà có một trong hai dây tín hiệu đã được nối với điện
trở treo lên 3.3v báo có thiết bị cắm vào bus.
J state: giống idle
K state: ngược lại với J state
SE0: kết thúc trạng thái 0. Cả 2 dây tín hiệu được kéo xuống mức 0
SE1: kết thúc trạng thái 1. Hai dây tín hiệu ỏ mức 1. Đây là trạng thái cấm
không bao giờ xuất hiện trên bus.
Reset: trạng thái mà khi host bắt đầu kết nối với một thiết bị. Một tín hiệu
reset đựơc gởi đến bằng cách kéo 2 dây tín hiệu xuống mức thấp (SE0) trong ít
nhất 10ms.

SVTH : Nguyễn Văn Trung

11


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

EOP: (end of pakaged state) đại loại là trạng thái SE0 cho thời gian truyền
hai bit và trạng thái k state trong thời gian truyền một bit
Keep alive: trạng thái được gởi bằng EOP. Trang thái này được gởi mổi 1
mili giây để giữ thiết bị không bị gián đoạn.
Suspend: chế độ đình chỉ dùng để tiết kiệm năng lượng. Sẽ không truyền bất

cứ gì đến thiết bị khỏang 3ms, 1 thết bị bị đình chỉ tiêu tốn khoảng 0.5mA từ bus,
và có thể nhận biết được tín hiệu reset, và kết nối tiếp tục.
Resume: 1 thíêt bị bị đình chỉ được đánh thức, bằng việc đảo ngược tín hiệu
trong ít nhất 20ms, theo sau đó là 1 tín hiệu EOP chậm.
3-Truyền thông qua bus USB
Mỗi thiết bị được cắm vào bus usb nó sẽ được host định cho 1 địa chỉ duy
nhất và không có thết bị phụ nào được phép gởi tín hiệu lên bus nếu nó không
được host ra lệnh. Khi có 1 thiết bị được nối vào bus, host sẽ lấy thông tin từ địa
chỉ 0 để biết các thông tin cơ bản về thiết bị và sau đó host sẽ gán cho thiết bị này
1 địa chỉ duy nhất, tiếp theo host sẽ lấy thêm các thông tin cụ thể hơn từ thiết bị
như tên sản phẩm, nhà sản xuất, dung lượng của thiết bị, số hiệu sản phẩm… lúc
này những giao tiếp hai chiều được bắt đầu.
3.1 Gói dữ liệu
Dữ liệu được gởi qua lại trên bus usb theo gói. Gói dữ liệu chứa 1 tín hiệu
đồng bộ, 1 byte PID, 0- 1024 byte dữ liệu, 1 tín hiệu kiểm tra lỗi CRC và EOP.

PID (packet identifier) là chuỗi 4 bit và chuỗi 4 bit này được lặp lại với số
bù của nó. Có 17 giá trị PID khác nhau. PID gởi tại điểm bắt đầu mỗi gói. Có 4
dang gói: token packet, data packet, handshake packet, special packet.

SVTH : Nguyễn Văn Trung

12


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

3.2 Các kiểu truyền chuỗi dữ liệu:

Có 4 cách truyển dữ liệu lên bus usb: truyển dữ liệu khối lớn (bulk transfer),
truyển dữ liệu qua ngắt (interupt transfer), truyền dữ liệu điều khiển (control
transfer) và truyền dữ liệu đẳng thời (isochronus transfer).
-Bulk transfer: được thiết kế để truyền 1 số lượng lớn dữ liệu mà không có
sửa lỗi và không đảm bảo băng thông. Nếu một out endpoint được định nghĩa
như sử dụng bulk transfer thì host sẽ gửi dữ liêu ra sử dung out transaction. Nếu
một in endpoint được định nghĩa sử dụng bulk transfer thì host sẽ nhận dữ liệu in
transaction. Nói chung, bulk transfer được sử dụng những nơi mà không truyền
dữ liệu tốc độ thấp. Kích thước tối đa của nó là từ 8 đến 64 bytes ở tốc độ full
speed và 512 gói ở high speed (bulk transfer không sử dụng ở chế độ low speed).
-Interupt transfer: được thiết kế để truyền những mẫu nhỏ dữ liệu với 1 băng
thông lớn, dữ liệu cần được truyền đi càng nhanh càng tốt mà không có thời gian
trì hoãn. Interupt transfer có thể truyền từ 1 đến 8 byte ở chế độ low speed, 1-64
byte full speed ,và lên đến 1024 byte high speed.
-Isochonous transfer: phải bảo đảm về băng thông, nhưng không đảm bảo về
lỗi dữ liệu khi đến nơi. Kiểu này thường được dùng trong những ứng dụng mà tốc
độ truyền thì rất quan trọng nhưng việc có hỏng hóc 1 hay 1số ít dữ liệu thì chẳng
có vấn đề gì. Kiểu truyền dữ kiệu này thì có thể truyền đến 1023 byte ở chế độ

SVTH : Nguyễn Văn Trung

13


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

full-speed, và 1024 với chế độ full-speed. (kiểu này không hỗ trợ chế độ low
speed).

-Control transfer: kiểu truyền dữ liệu 2 chiều sử dụng cả in và out endpoint.
Host sử dụng cấu hình ban đầu của thiết bị. Kích thước tối đa của gói dữ liệu là 8
byte ở low-speed, 8-64 byte full-speed và 64 byte high-speed.
3.3 ENUMERATION (Quá trình liệt kê)
Khi có 1 thiết bị usb được cắm vào, thiết bị này sẽ được nhận biết bởi host
qua một quá trình được gọi là quá trình liệt kê. Các bước của quá trình liệt kê:
+Khi thiết bị cắm vào, host sẽ nhận biết usb, do 1 trong 2 chân tín hiệu (D+,
D-) sẽ nối đến mức logic 1.
+Host sẽ gửi đến usb một tín hiệu reset để có thể nhận biết trạng thái của nó,
reset thiết bị về địa chỉ 0.
+Host sẽ gởi 1 yêu cầu trên địa chỉ 0 tới thiết bị để tìm kích thước tối đa của
gói dữ liệu bằng lệnh “get descriptor” (mô tả thiết bị)
+Thiết bị đáp ứng lại bằng cách gửi 1 phần nhỏ thông tin mô tả thiết bị.
+Host gửi tín hiệu reset usb 1 lần nữa
+Host gán cho thiết bị 1 địa chỉ duy nhất, và gửi đến thiết bị một yêu cầu lập
địa chỉ đến thiết bị. Sau khi hoàn tất yêu cầu, thiết bị đựơc bổ sung địa chỉ mới.
Và từ lúc này host đã có thể nhận biết các thiết bị mới hơn cắm vào bus.
+Host gửi yêu cầu“get divice descritor” (mô tả thông tin thiết bị) để có thể
nhận biết hoàn toàn các thông tin về thiết bị (thông tin về kiểu thiết bị, lớp thiết
bị…)
+Host gửi yêu cầu về “get configuration description” (mô tả cấu hình) để
biết thông tin cấu hình như yêu cầu về năng lượng, kiểu và số của những giao
diện được hỗ trợ.
+Host yêu cầu các thông tin thêm về mô tả thiết bị.
Ban đẩu thiết bị đã được định địa chỉ tuy nhiên nó vẫn chưa thể dịnh xong cấu
hình, sau khi host tập trung đủ tất cả thông tin về thiết bị, máy tính tải trình điều
khiển thiết bị (device driver) bằng cách gửi cho nó yêu cầu “set configuration”
(đặt cấu hình), kể từ đây thíêt bị đã được đặt cấu hình và sẵn sàng đáp ứng những
yêu cầu đặt biệt từ máy tính (truyền ,nhận dữ liệu ...).
3.4 Descriptors: mô tả

-Tất cả các usb đều có 1 sự phân cấp các mô tả cho các đặt tính khác nhau
của từng thiết bị: số hiệu sản phẩm, phiên bản thiết bị, phiên bản usb mà nó hỗ
trợ.
Những mô tả chung nhất:
+ Mô tả thiết bị
+ Mô tả cấu hình
+ Mô tả giao tiếp
+ Mô tả HID
SVTH : Nguyễn Văn Trung

14


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

+ Mô tả endpoint.

3.4.1 Mô tả thiết bị (device descriptor)
-Một thiết bị usb chỉ có 1 bản mô tả thiết bị, bởi vì nó biễu diễn cho cả thiết
bị, nó cung cấp các thông tin cơ bản như là nhà sản xuất, số hiệu sản phẩm, lớp
thiết bị …

-blenght là chiều dài của bản mô tả thiết bị.
-bdescritortype là loại descriptor.
-bcdusb là số phiên bản cao nhất được hỗ trợ.

SVTH : Nguyễn Văn Trung

15


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

-bdeviceclass, bdevicesubclass và bdeviceprotocol: được gán bởi usb và
được sử dụng bởi hệ thống để tìm lớp diver cho thiết bị.
-bmaxpacketsize0: kích thước tối đa của in và output cho 1 endpoint.
-idvendor: id của nhà cung cấp.
-idproduct: id của sản phẩm được gán bởi nhà cung cấp.
-bcddivice: số phiên bản của thiết bị.
3.4.2- CONFUGURATION DESCRIPTOR (mô tả cấu hình)
-Mô tả cấu hình đưa ra các thông tin về năng lượng cần có, số giao diện mà
nó hỗ trợ, có thể có nhiều hơn 1 cấu hình cho 1 thiết bị.

Blenght: cho biết số byte dùng làm mô tả cấu hình.
Bdescriptortype: dạng mô tả.
Wtotalenght: tổng kích thước của bản mô tả (mô tả cấu hình, mô tả giao tiếp,
mô tả HID, mô tả endpoint).
Bnumberinterfac: số giao diện của cấu hình
Bconfigurationvalue: giao diện được chọn bởi host.
Iconfigiration: chỉ số chỉ tới chuỗi mô tả cấu hình có thể đọc được.
Bmattributes: các thông tin về nguồn điện.
Bmaxpower: chỉ cho ta biết năng lượng tiêu thụ tối đa (mỗi bước là 2mA).
3.4.3- INTERFACE DESCRIPTOR (mô tả giao diện)
Mô tả giao diện chỉ rõ lớp thiết bị (device class) và số lượng endpoint mà nó
sử dụng. Có thể có nhiều mô tả giao diện cho 1 thiết bị.

SVTH : Nguyễn Văn Trung

16


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

Blenght: chiều dài của mô tả thiết bị
bdescriptortype: kiểu mô tả.
binterfacenumber: số của giao diện.
balternatesetting: chỉ rõ những giao diện xen kẽ, có thể đặt bởi host bằng
cách sử dụng lệnh setinterface.
bnumendpiont: chỉ ra số endpoint dùng trong gao diện
binterfaceclass: chỉ ra mã số lớp thiết bị.
binterfacesubclass: chỉ ra mã số lớp phụ thiết bị.
binterfaceprotocol: chỉ ra mã số giao thức của thiết bị.
iinterface: chỉ tới dịa chỉ chuỗi mô tả giao diện.
3.4.4- HID DESCIPTOR (bản mô tả HID)
Bản mô tả này luôn đi sau bản mô tả giao diện, khi giao diện thuộc lớp HID.

Blenght: chiều dài của bản mô tả.
Bdescriptor: kiểu bản mô tả.
Bcdhid: mô tả lớp hid.
Bcountrycode: mã nước.
Bnumdescriptor: chỉ ra những mô tả thêm có liên hệ với lóp này.
SVTH : Nguyễn Văn Trung

17

Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

Bdescriptortype: chỉ ra kiểu những mô tả thêm ở bnumdescriptor.
Wdescriptorlenght: chiều dài của bản mô tả bổ sung.
3.4.5- Bộ mô tả Endpoint
Mỗi Endpoint được chỉ rõ trong một bộ mô tả giao diện có bộ mô tả
Endpoint.
Endpoint 0 không bao giờ có bộ mô tả bởi vì các thiết bị đều hỗ trợ Endpoint
0, bộ mô tả thiết bị chứa kích thước tối đa của gói tin, và kỹ thuật USB định
nghĩa những thứ khác về Endpoint. Bảng 5-8 liệt kê 6 trường của bộ mô tả
Endpoint theo thứ tự chúng xuất hiện trong bộ mô tả. Những sự mô tả dưới đây
được nhóm theo chức năng.

C- LED MA TRẬN:
1. Giới thiệu về led ma trân:
Led ma trận là 1 tập các led đơn được bố trí theo dạng ma trận cho phép hiển
thị được các kí tự bất kì. Các nhà chế tạo đã tích hợp các dạng ma trận tính theo
led 5*7 (5 cột và 7 hàng) hoặc 8x8 (8 cột và 8 hàng) và tính theo kích thước và
phân biệt theo màu của led, cuối cùng là phân biệt led sáng trong nhà (indoor)
hay led sáng ngòai trời (outdoor). Led sáng trong nhà thì khổng thể dùng được
ngoài trời vì ánh sáng mặt trời chiếu vào làm chúng ta không nhìn thấy rõ, chỉ có
led outdoor mới thấy rõ, và dĩ nhiên led outdoor sẽ có giá thành cao hơn.
Giới thiệu led ma trận 5x7 với 4 màu khác nhau:

SVTH : Nguyễn Văn Trung

18


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

2.Cấu tạo và phương pháp điều khiển led ma trận:
Led ma trận là một tập hợp các led đơn với cách kết nố như sau: theo hàng thì
các anode nối chung, theo cột thì các cathode nối chung, với led ma trận 5x7 thì
có 7 hàng và 5 cột. Anode nối với mức H và cathode nối mức L thì led sáng, các
trường hợp còn lại thì led tắt. Có hai cách điều khiển led ma trận
Cách 1: dữ liệu gởi ra hàng, mã quét gởi ra cột:
Ưu điểm:
 Khi mở rộng thêm led thì chỉ cần kết nối song song 8 hàng và cột dùng
thanh ghi dịch rất đơn giản do số lượng đường điều khiển ít
 Mỗi một thời điểm chỉ có 1 cột sáng nên dòng tiêu thụ thấp
 Mạch điện đơn giản
Khuyết điểm:
Bị giới hạn số cột vì khi mở rộng càng nhiều cột thì thời gian tắt của led tăng
thêm => tăng dòng quá lớn nguy hiểm cho led và led sáng không rõ sinh ra hiện
tượng chập chờn. Giả sử có 100 cột thì cho dù quét nhanh hay quét chậm thì thời
gian sáng của mỗi cột vẫn không đổi bằng 1/100 thời gian tắt bằng 99/100.
Cách 2: dữ liệu gởi ra cột, mã quét gởi ra hàng:
Với cách quét theo hàng thì thời gian sáng của led là 1/8 thời gian tắt là 7/8

SVTH : Nguyễn Văn Trung

19

Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

Khi tăng thêm led => số cột tăng lên thì thời gian sáng và tắt của mỗi led vẫn
không đổi. Nhưng chu kỳ quét sẽ tăng vì phải tốn thêm thời gian gởi dữ liệu ra
các cột, càng nhiều cột thì càng tốn thời gian gởi dữ liệu.
Để đáp ứng được tốc độ quét khi bảng quan báo có nhiều led thì phải sử dụng
các IC có tốc độ làm việc cao khoảng vài chục MHz như CPLD để phụ trách
công việc này.
D- Các linh kiện khác:
1- ULN2803

Đây là IC đệm, đảo.
Điện áp ngõ ra lên tới 50v. Dòng ngõ ra tối đa 500mA.
2-TPIC6B595:

SVTH : Nguyễn Văn Trung

20


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

Đây là IC dịch 8 bit.
Dòng ngõ ra tối đa 500mA.
Điện áp ngõ vào -0,3v - 7v. Điện áp ngõ ra lên tới 50V.

Điện áp cấp cho IC: 5v.

SVTH : Nguyễn Văn Trung

21


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

G\: chân cho phép ngõ ra.
SER IN: chân dữ liệu.
SRCK: chân dịch dữ liệu tầng thứ nhất.
RCK: chân chốt dữ liệu ngõ ra.
SRCLR\: chân xoá ngõ ra.
3- Transistor D468:

SVTH : Nguyễn Văn Trung

22


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

Dòng Ic=1A.
Hệ số khuếch đại: 85 – 170.
Điện áp đánh thủng Vce=20V; Vcb= 25V.

Điện áp Vce-sat=0.5V.
VI- Thiết kế mạch:
1- Khối giao tiếp usb:
VDD
R5
10K

SW2
RESET

C5
10uf

0

33pf

Y2
20MHz

33pf

0

33pf

U2
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

MCLR
RB7
RA0
RB6
RA1
RB5
RA2
RB4
RA3
RB3
RA4
RB2
RA5
RB1
VSS
RB0
OSC1/CLKIN
Vdd

OSC2/CLKOUT
VSS
RC0
RC7
RC1
RC6
RC2
RC5/D+
Vusb
RC4/DPIC18F2550

28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15

VDD
VSS
D+
D-

1
2
3
4
USB

2-Khối điều khiển và hiển thị
RA0-RA4 dùng để điều khiển quét cột (led màu xanh). RC0- RC3 và RC6RC7 dùng để quét cột (led màu đỏ). RB0- RB7 xuất dữ liệu.
Bình thường led làm việc từ 10mA -20mA, áp là 2V.
Khi làm việc bình thường (không dùng phương pháp quét) chọn dòng làm
việc 20mA. Khi đó điện trở trên mỗi led là:
Rled=2/20=0.1(k  )=100(  ).
Khi dùng phương pháp quét thì dòng tức thời phải bằng 32 lần dòng làm việc
bình thường tức bằng 640mA (do sử dụng 4 led ma trận 8x8), khi đó dòng trung
SVTH : Nguyễn Văn Trung

23


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

bình Iled-tb=640/32=20(mA). Do dòng tức thời lớn hơn 500mA, nên dùng D468
khuếch đại dòng. Chọn sat =90, khi đó dòng IB=640/90=7mA. Do đó chọn giá
trị điện trở như sơ đồ.
12V
R16
CH0

12V

D468
H1

4.7K

12V

R17

1

CH1

D468

R20
4.7K

4.7K

H2
12V

R18

1
2
3

4
5
6
7
8

9 8 7 6 5 4 3 2

U6

RB0-RB7

12V

1
2
3
4
5
6
7
8
10

IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6

IN7
IN8

OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8

H3
12V

R19
CH3

D468
4.7K

12V

CH4

D468
H5

4.7K

ULN2803

12V

R26
H1
H2
H3
H4
H5
H6
H7
H8

1
2
3
4
5
6
7
8
DATA

CH5

D468
4.7K

H6

12V

R27
CH6

D468
H7
12V

4.7K
R24
CH7

D468
4.7K

SVTH : Nguyễn Văn Trung

H4

R25

COM GND
9

D468
4.7K

CH0
CH1

CH2
CH3
CH4
CH5
CH6
CH7

18
17
16
15
14
13
12
11

CH2

H8

24


Đồ án môn học 2

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA
5V
U5

DSER IN 3

DRCK
12
DSRCK 13
DG\
9
DSRCLR\ 8

RC0-RC7
1
2
3
4
5

DSER IN
DRCK
DSRCK
DSRCLR\
DG\

1
20

5V
U6

2

SER IN

DRAIN0
VCC
DRAIN1
RCK
DRAIN2
SRCK
DRAIN3
DRAIN4
G
DRAIN5
SRCLR
DRAIN6
DRAIN7
NC0
SDO
NC1 GNDGNDGND
10 11
TPIC6595

4
5
6
7
14
15
16
17
18

M1_D0

M1_D1
M1_D2
M1_D3
M1_D4
M1_D5
M1_D6
M1_D7

3
DRCK
12
DSRCK 13
DG\
9
DSRCLR\ 8
1
20

19

2

SER IN

DRAIN0
VCC
DRAIN1
RCK
DRAIN2
SRCK

DRAIN3
DRAIN4
G
DRAIN5
SRCLR
DRAIN6
DRAIN7
NC0
SDO
NC1 GNDGNDGND
10 11
TPIC6595

4
5
6
7
14
15
16
17
18

M2_D0
M2_D1
M2_D2
M2_D3
M2_D4
M2_D5
M2_D6

M2_D7

4
5
6
7
14
15
16
17
18

M4_D0
M4_D1
M4_D2
M4_D3
M4_D4
M4_D5
M4_D6
M4_D7

19

QUET COT DO

5V

5V
U7
3

DRCK 12
DSRCK13
DG\
9
DSRCLR\ 8
1
20

U8
2

SER IN

DRAIN0
VCC
DRAIN1
DRAIN2
DRAIN3
DRAIN4
G
DRAIN5
SRCLR
DRAIN6
DRAIN7
NC0
SDO
NC1 GNDGNDGND
RCK
SRCK

10 11
TPIC6595

19

SVTH : Nguyễn Văn Trung

4
5
6
7
14
15
16
17
18

M3_D0
M3_D1
M3_D2
M3_D3
M3_D4
M3_D5
M3_D6
M3_D7

3
DRCK 12
DSRCK13
DG\

9
DSRCLR\ 8
1
20

2

SER IN

DRAIN0
VCC
DRAIN1
RCK
DRAIN2
SRCK
DRAIN3
DRAIN4
G
DRAIN5
SRCLR
DRAIN6
DRAIN7
NC0
SDO
NC1 GNDGNDGND
10 11
TPIC6595

19

25