THIẾT KẾVÀ CHẾTẠO MÁY PHÂN TÍCH ĐA KÊNH (1024 kênh) GHÉP VỚI MÁY VI TÍNH QUA CỔNG USB

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ






Tên đề tài:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN TÍCH ĐA KÊNH
(1024 KÊNH)
GHÉP VỚI MÁY VI TÍNH QUA CỔNG USB
.

Mã số: B2008-14-22.
Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Đà Lạt







BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
---o0o---



BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
(2008-2010)

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN TÍCH
ĐA KÊNH (1024 kênh) GHÉP VỚI MÁY
VI TÍNH QUA CỔNG USB





Xác nhận của cơ quan chủ quản Chủ nhiệm đề tài






NGUYỄN VĂN SƠN





Mã số: B2008-14-22.
Chủ nhiệm đề tài: Ths. Nguyễn Văn Sơn

Đà Lạt, 08 / 2010









DANH SÁCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI


CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI:
TH.S NGUYỄN VĂN SƠN – Khoa Vật lý, Đại học
Đà Lạt


CÁC CỘNG TÁC VIÊN:

 TS.
LƯU THẾ VINH – Khoa Vật lý, Đại học Đà Lạt


 TH.S
PHAN VĂN CHUÂN– Khoa Vật lý, Đại học Đà Lạt


 THS
TRẦN HỮU DUY– Khoa Vật lý, Đại học Đà Lạt

 THS
NGUYỄN VĂN KIÊN– Khoa Vật lý, Đại học Đà Lạt

























MỤC LỤC

Mở đầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Chương 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Lý do chọn đề tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Sơ lược về máy phân tích đa kênh . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 3

Chương 2. TỒNG QUAN VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F2455/2550/4455/4550
2.1 Giới thiệu vi điều khiển PIC18F2455/2550/4455/4550 . . . . . . . . . . 5
2.2 Giao động xung nhịp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 Bộ nhớ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4 Khối timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.5 Khối CAPTURE/SO SÁNH/PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.6 Khối CAPTURE/SO SÁNH/PWM nâng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.7 Khối USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.8 Cổng song song streaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.9 Khối truyền nối tiếp đồng bộ chủ MSSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.10 Thu phát bất đồng bộ đa năng nâng cao EUSART . . . . . . . . . . . . . . 17
2.11 Khối biến đổi AD 10 bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.12 Khối so sánh điện áp tương tự . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.13 Khối tham chiếu điện áp so sánh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.14 Khối phát hiện điện áp cao/thấp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.15 Ngắt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.16 Các chi tiết đặc biệt họ PIC18F2455/2550/4455/4550 . . . . . . . . . . . . 22

Chương 3. CỔNG USB
3.1 Cổng USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2 Mô hình BUS USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.3 Các kiểu truyền USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.4 Giao diện vật lý BUS USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.5 Giao thức truyền . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.6 Các quá trình truyền USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
3.7 Điểm danh và gói phần mềm điều khiển . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.8 Một số vi mạch sử dụng trong kết nối USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.9 Các mạch chuyển đổi USB sang RS232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Chương 4. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC KHỐI CHỨC NĂNG
4.1 Khối cao thế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2 Khối khuếch đại phổ và khối phát xung điều khiển ADC . . . . . . . . . 45
4.3 Khối logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.4 Khối nguồn nuôi thế thấp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48

Chương 5. CÁC GIẢI THUẬT PHẦN MỀM
5.1 Giải thuật đóng – mở và điều khiển điện áp cao áp, điều khiển hệ số khuếch
đại khối khuếch đại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.2 Giải thuật hiển thị phổ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.3 Giải thuật làm trơn phổ . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.4 Giải thuật lấy tích phân và hiển thị miền lấy tích phân . . . . . . . . . . . . . 62
5.5 Giải thuật lấy diện tích hình thang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
5.6 Giải thuật chuẩn hóa năng lượng cho phổ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.7 Giải thuật đo thời gian chết phần trăm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.8 Mã nguồn lưu file, mở file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Chương 6. ĐO CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA PHẦN CỨNG
6.1 Độ phi tuyến tích phân và độ phi tuyến vi phân . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.2 Độ phân giải . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.3 Độ trôi đỉnh phổ . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6.4 Thời gian chết trên một xung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.5 Độ trôi hệ số khuếch đại phổ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.6 Độ trôi mức zero của khuếch đại phổ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.7 Các đặc trưng khối cao áp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.8 Các đặc trưng khối nguồn nuôi điện áp t
hấp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.9 So sánh các đặc trưng MCA chế tạo và CANBERRA series 30. . . . . . . 73

Chương 7. CÁC KẾT QUẢ THIẾT KẾ PHẦN MỀM
7.1 Phần mềm và các kết quả đo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
7.2 Hiển thị phổ ở 3 chế độ: toàn giải, nửa giải cao, nửa giải thấp . . . . . . . 74
7.3 Tính năng tính tích phân và diện tích hình thang giữa 2 vị trí
con trỏ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
7.4 Công cụ làm trơn phổ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
7.5 Công cụ chuẩn hóa năng lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
7.6 Tính năng lưu phổ, mở phổ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

KẾT LUẬN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Tài liệu tham khảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Phụ lục . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

TÓM TẮT


Tên đề tài:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN TÍCH ĐA KÊNH (1024
KÊNH)
GHÉP VỚI MÁY VI TÍNH QUA CỔNG USB.

Nhiệm vụ của đề tài này gồm thiết kế & chế tạo phần cứng và phần mềm
hệ phân tích đa kênh.
 Phần cứng: Thiết kế và chế tạo các khối chức năng của hệ máy
phân tích đa kênh:
- Khối khuếch đại phổ và phát xung điều khiển ADC
- Khối nguồn nuôi cao áp
- Khối logic và giao tiếp PC qua cổng USB

- Khối nguồn nuôi thế thấp
 . Phần mềm: Viết phần mềm điều khiển và thu thập dữ liệu trên
máy vi tính.

 Cuối cùng là thử nghiệm,
hiệu chỉnh phần mềm, phần cứng, đo và
đánh giá các đặc trưng kỹ thuật của máy phân tích đa kênh chế tạo.
Các đặc trưng kỹ thuật căn bản của hệ chế tạo đo được l
à độ phân
giải năng lượng nhỏ hơn 39 keV tại đỉnh Cs-137 664keV dùng với
detector nhấp nháy Bicron Model 302-2x2 của CANBERRA, độ
trôi phổ nhỏ hơn
0
trên toàn thang đo, độ phi tuyến tích
phân nhỏ hơn
0.05%
trên toàn thang đo, độ phi tuyến vi phân nhỏ
hơn
3.4%
trên toàn thang đo. Với các đặc trưng vừa nêu, hệ máy
này có khả năng đáp ứng nhu cầu thực tập môn vật lý hạt nhân của
sinh viên Khoa Vật lý, Trường Đại học Đà Lạt.
0.01% / C

ABSTRACT

Project name: DESIGNING AND CONSTRUCTION OF A 1K
MULTICHANNEL ANALYZER CONNECTED WITH PC VIA USB
PORT

The commision of this project is to build a multichannel analyzer
involving software and hardware.
 Concrete task of building hardware for multichannel analyzer is
designing and manufacturing function blocks:
- Spectroscopy amplifier
- High voltage board
- Logic board and USB interface
- Low voltage power supply
 Writing control and spectrum measurement software.

 The last is testing and correcting hardware and software so that it
operates stably and has good specifications. The basic
specifications of manufactured multichannel analyzer were
measured: The energy resolution less than 39keV at peak Cs-137
664 KeV using CANBERRA Bicron model 302-2x2 scintillation
detector; The peak drift less than
0
of full scale; The
integral nonlinearity less than
0.05%
over total output range; The
differential nonlinearity less than
3.4%
over total output range.
With these specifications of manufactured multichannel analyzer,
absolutely this equipment will be used for practising nuclear
physics of Physics deparment students of Dalat University.
0.01% / C


Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
1


MỞ ĐẦU

Máy phân tích đa kênh là thiết bị chủ lực của phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân. Lâu
nay thiết bị này vẫn phải nhập ngoại và đây là thiết bị đắt tiền. Nếu tự chế tạo được máy
phân tích đa kênh thì sẽ chủ động cung cấp thiết bị. Ngoài vấn đề về kinh tế, tự chế tạo
máy đa kênh còn có các ý nghĩa sau:
 Cung cấp mã nguồn của thiết bị cho người sử dụng, cho phép người sử dụng
phát triển các công cụ phâ
n tích và thu thập dữ liệu. Điều này là không thể có
được nếu mua thiết bị của nước ngoài.
 Chế tạo thành công máy phân tích đa kênh tạo tiền đề để chế tạo các thiết bị
khác cho phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân. Các thiết bị này có thể thiết kế và
chế tạo theo yêu cầu của việc nghiên cứu về vật lý hạt nhân.
 Nâng cao năng lực thiết kế và chế tạo thiết bị điện tử của nhóm
thực hiện đề
tài.

Máy phân tích đa kênh CANBERRA series 30 của khoa Vật lý, trường Đại học Đà
Lạt đã hỏng từ lâu không khả năng sửa được với hai lý do: hệ máy quá phức tạp do đây là

hệ máy đa kênh hợp bộ và một số linh kiện không mua được. Do đó nhu cầu cần máy phân
tích đa kênh để sinh viên thực tập là bức bách.

Phương án thiết kế m
áy phân tích đa kênh của chúng tôi là khối chức năng bên ngoài
ghép với máy vi tính qua cổng USB, là cổng tiên tiến có nhiều ưu điểm. Dùng với cổng
USB nên có thể ghép với máy vi tính để bàn hay vi tính xách tay mà không cần qua thiết bị
chuyển đổi cổng. Phương án đã đề ra có tính khả thi cao và rẻ tiền. Mục tiêu thiết kế máy
đa kênh chế tạo có các đặc trưng tương đương hay gần tương đư
ơng với máy phân tích đa
kênh CANBERRA series 30. Do đây là đề tài đầu tiên về thiết bị thí nghiệm vật lý hạt nhân
của nhóm thực hiện đề tài nên chúng tôi chỉ đăng ký số kênh là 1024 kênh.

Trong khi thực hiện đề tài này nhóm thực hiện đề tài chúng tôi đã được sự giúp đỡ
về phương diện kiến thức, kinh nghiệm và kỹ thuật của Phòng Điện Tử Hạt Nhân - Viện
Nghiên Cứu Hạt Nhân Đà Lạt. Chúng tôi trân trọng cảm ơn tất cả các anh chị em Phòng
Điện tử Hạt
Nhân - Viện Nghiên Cứu Hạt Nhân Đà Lạt, đặc biệt cảm ơn đến anh Đặng
Lành, anh Trương Văn Đạt và anh Phạm Ngọc Tuấn.

Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
2
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Máy phân tích đa kênh là thiết bị không thể thiếu được trong thí nghiệm môn vật lý
hạt nhân. Hiện phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân tại Khoa Vật lý, Trường Đại học Đà Lạt
còn thiếu máy phân tích đa kênh cho sinh viên thực tập, giá nhập ngoại thiết bị này rất đắt,
hệ phân tích đa kênh CANBERRA Series 30 đã hỏng từ lâu. Đây là lý do chúng tôi đăng
ký thực hiện đề tài này. Máy phân tích đa kênh hợp bộ như hệ CANBERRA Series 30 thì
khả năng công nghệ của Việt Na
m khó mà thực hiện và chi phí là rất cao, nên phương án
hợp lý của chúng tôi là thiết kế máy phân tích đa kênh ghép với máy vi tính, số kênh là
1024 kênh. Phương án ghép nối với máy vi tính có thể là cổng nối tiếp, cổng song song,
cổng USB. Chúng tôi chọn cổng USB, đây là cổng tiên tiến, ghép nối đơn giản, tốc độ cao,
USB 2.0 full speed-12Mbits/s. Với số kênh 1024, độ phân giải tốt (nhỏ hơn 40 keV dùng
với detector nhấp nháy) cùng với các đặc trưng tốt khác thì thiết bị tự chế tạo c
ó thể đáp
ứng được nhu cầu thực tập môn vật lý hạt nhân cho sinh viên Khoa Vật lý, Đại học Đà
Lạt.

1.2 SƠ LƯỢC VỀ MÁY PHÂN TÍCH ĐA KÊNH
Máy phân tích đa kênh (MultiChannel Analyzer-MCA) được coi là thiết bị chủ lực
trong việc nghiên cứu và thí nghiệm về vật lý hạt nhân. Máy phân tích đa kênh cho hình
ảnh phổ một cách trực quan, cùng với các công cụ trên máy phân tích đa kênh làm cho việc

nghiên cứu và thí nghiệm vật lý hạt nhân trở nên thuận tiện và hấp dẫn hơn. Máy phân tích
đa kênh đã trải qua nhiều thế hệ khác nhau, có thể phân loại các thế hệ máy phân tích đa
kênh như sau. Thế hệ tiền máy vi tính phát triển: máy phân tích đa kênh ở dạng hợp bộ, ví
dụ như M
CA series 30, 40 của CANBERRA. Thế hệ máy phân tích đa kênh này có kích
thước kềnh càng và giá thành rất đắt. Với trình độ công nghệ còn hạn chế của Việt Nam thì
thiết kế và thi công máy đa kênh dạng hợp bộ là khó khả thi.

Hình 1.1 Máy phân tích đa kênh hợp bộ series 40 của CANBERRA.

Thế hệ hậu máy vi tính phát triển: Máy vi tính đa kênh không còn sản xuất ở dạng
hợp bộ mà ở dạng các card, các khối ghép với máy vi tính. Card MCA có thể ghép với máy
vi tính qua slot của máy vi tính, loại card này yêu cầu linh kiện phải gọn nhỏ, linh kiện
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
3
thường là loại hàn bề mặt và có mật độ tích hợp cao để kích thước card gọn nhỏ để có thể
cắm
vào slot của máy vi tính, và tất nhiên loại card MCA này không thể cắm vào máy vi
tính xách tay.


Hình 1.2 Card MCA ASA-100 cắm vào Slot của máy vi tính của CANBERRA.

Card MCA ghép với máy vi tính qua các cổng giao tiếp như cổng song song, cổng
nối tiếp, cổng USB. Các card bên ngoài máy vi tính có thuận lợi là không có yêu cầu về
kích thước card. Cổng song song có nhược điểm số đường dây kết nối lớn, khoảng cách
ngắn. Cổng nối tiếp khắc phục được nhược điểm số đường dây lớn của cổng song song,

nhưng tốc độ truyền chậm. Máy vi tính xách tay hiện tại đã bỏ hẳn cổng song s
ong và cổng
nối tiếp. Cổng USB là cổng tiên tiến, liên kết với máy vi tính bằng 4 đường dây kể cả dây
nguồn 5V, nếu không dùng dây nguồn chỉ còn lại 3 dây: mass, D+, D-, tốc độ truyền dữ
liệu cao USB 2.0 high speed: 480Mbits/s. Do ưu điểm MCA card ngoài và ưu điểm cổng
USB là các lý do đề tài này chọn phương án thiết kế và chế tạo.



Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
4

Hình 1.3 DSA-1000 là máy phân tích đa kênh ghép với máy vi tính
qua cổng USB và RS232 của CANBERRA.

Thế hệ máy phân tích đa kênh tiên tiến là dựa trên công nghệ DSP (Digital Signal
Processing). Tín hiệu từ tiền khuếch đại được xử lý bằng phương pháp số (DSP), tính
không ổn định của phương pháp tương tự được loại bỏ. Độ trôi các thông số theo nhiệt độ
và thời gian bị loại bỏ, các thông số đó như là hệ số khuếch đại, đường cơ bản.
CANBERRA có thiết bị InSpector 2000 là máy phân tích đa kênh dựa trên công nghệ DSP.
Máy phâ
n tích đa kênh dựa trên công nghệ DSP là sự chọn lựa đề tài nghiên cứu tiếp theo
của chúng tôi
.

Hình 1.4 InSpector 2000 – Máy phân tích đa kênh ghép với máy vi tính
dựa trên công nghệ DSP.






Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
5
CHƯƠNG 2
.
TỔNG QUAN VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F2455/2550/4455/4550

2.1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F2455/2550/4455/4550
Họ vi điều khiển PIC18F2455/2550/4455/4550 là họ vi điều khiển tiên tiến của
MICROCHIP, đặc biệt họ này có tích hợp cổng USB 2.0, ADC 10 bit và tích hợp nhiều
công cụ khác. Mạnh, mềm dẻo là từ đánh giá ngắn gọn về họ vi điều khiển này. Chương
này giới thiệu tổng quan các khối tích hợp của họ vi điều khiển PIC18F và các đặc điểm
của các khối tích hợp, mục đích là phục vụ cho việc thiết kế ở các chương sau.

Các đặc điểm cổng
USB:
 USB V2.0
 Tốc độ thấp (1.5 Mb/s) và tốc độ toàn phần (12Mb/s)
 Hỗ trợ tới 32 điểm cuối

 RAM 1 kByte cho khối USB
 Mạch thu phát USB trên chip cùng với mạch ổn áp 3.3V
 Cổng song song streaming (SPP) cho truyền streaming USB
 Hỗ trợ cả 4 chế độ truyền:
- Truyền điều khiển (Control transfer)
- Truyền ngắt (Interrupt transfer)
- Truyền đồng bộ (Isochronous transfer)
- Truyền khối (Bulk transfer)

Các chế độ quản lý năng
lượng : có nhiều chế độ quản lý năng lượng để giảm năng lượng
tiêu thụ tối đa, đặc biệt có ý nghĩa cho các ứng dụng sử dụng pin.
 Hoạt động bình thường (Run): CPU bật, ngoại vi bật
 Nghỉ (Idle): CPU tắt, ngoại vi bật, tiêu thụ dòng tiêu biểu 5.8
A

 Ngủ (Sleep): CPU tắt, ngoại vi tắt, tiêu thụ dòng tiêu biểu 0.1
A

 Dao động timer1: tiêu thụ dòng tiêu biểu 1.1
A
, 32kHz, 2V.
 Watchdog timer: tiêu thụ dòng tiêu biểu 2.1
A

 Khởi động dao động 2 tốc độ

Cấu trúc dao động mềm dẻo:
 Bốn chế độ tinh thể bao gồm PLL độ chính xác cao cho USB
 Hai chế độ xung clock ngoài lên đến 48 MHz

 Khối dao động nội
- 8 tần số chọn được bởi người sử dụng, từ 31kHz đến 8 Mhz
- Tinh chỉnh bởi người dùng để bổ chính độ trôi tần số
 Dao động thứ cấp dùng tim
er1 32kHz
 Tùy chọn dao động đôi cho phép CPU và USB hoạt động 2 tần số xung nhịp khác
nhau
 Khối theo dõi an toàn xung nhịp
- Cho phép shutdown an toàn khi tắt xung nhịp
- hay vi điều khiển sẽ tiếp tục hoạt động với tần số xung nhịp thấp hơn

Các đặc điểm ngoại vi:
 Dòng vào/ra (sink/source) cao 25mA/25mA
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
6
 Ba ngắt ngoài
 Bốn khối timer (timer0 đến tim
er3)
 Có tới 2 khối CCP (Capture/Compare/PWM)
- Capture 16 bit cực đại, độ phân giải 6.25 ns (
CY
T/16
)
- So sánh 16 bit cực đại, độ phân giải 100 ns (
CY
T
)

- PWM có lối ra với độ giải từ 1 đến 10 bit
 Khối CCP nâng cao ECCP (Enhanced Capture/Compare/PWM)
- Nhiều chế độ lối ra
- Có thể chọn cực tính
- Thời gian chết lập trình được
- Tự động tắt và tự động khởi động
 Khối USART nâng cao
- Hỗ trợ bus LIN
 Cổng truyền nối tiếp đồng bộ chủ MSSP (Master Synchronous Serial Port)
 AD
C 10 bit, 13 lối vào, thời gian thu thập dữ liệu lập trình được
 2 bộ so sánh tương tự với đa hợp lối vào

Các đặc điểm của vi điều khiển
 Cấu trúc tối ưu biên dịch C với tập lệnh mở rộng tùy chọn
 Bộ nhớ chương trình flash nâng cao cho phép 100.000 lần xóa/ghi
 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM cho phép 1.000.000 lần xóa/ghi
 Lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ flash/EEPROM hơn 40 năm
 Ngắt nhiều mức ưu tiên
 Watchdog timer mở rộng, c
hu kỳ khả trình từ 41 ms đến 131 s
 Bảo vệ mã lập trình
 Nguồn nuôi đơn 5V cho lập trình nối tiếp trên mạch qua 2 chân
 Mạch gỡ lỗi qua 2 chân
 Dải điện áp hoạt động rộng (2.0V đến 5.5V)


Bảnh 2.1 Các tính năng kỹ thuật của các vi điều khiển PIC18F2455/2550/4455/4550

Trong họ vi điều khiển PIC18, chữ giữa “F” cho phép Vdd từ 4.2V đến 5.5V, chữ giữa

“LF” cho phép mở rộng giải Vdd từ 2.0V đến 5.5V.

2.2 DAO ĐỘNG XUNG NHỊP
Mạch dao động với nhiều tùy chọn. Họ vi điều khiển PIC18F2455/2550/4550 có 12 tùy
chọn mạch dao động, bao gồm:
- 4 chế độ dao động tinh thể hoặc cộng hưởng gốm
- 4 chế độ xung nhịp ngoài
- Một bộ dao động nội cung cấp xung nhịp 8MHz và mạch dao động RC nội cung
cấp xung nhịp 31KHz, cũng như 6 lựa chọn tần số xung nhịp từ 125kHz đến
4MHz, tất cả ta có 8 lựa chọn tần số xung nhịp.
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
7
- Nhâ
n tần dùng PLL (Phase Loop Lock) áp dụng cho cả dao động tinh thể tần số
cao và dao động ngoài cho dải tần số xung nhịp từ 4MHz đến 48MHz.
- Hoạt động xung nhịp kép không đồng bộ (Asynchronous dual clock operation):
khối USB hoạt động xung nhịp tần số cao trong khi các khối còn lại trong vi
điều khiển hoạt động với xung nhịp tần số thấp hơn.

- Theo dõi an toàn xung nhịp (Fail-Safe clock monitor): tùy chọn này cho phép
nguồn xung nhịp chính luôn luôn được theo dõi, nếu xảy ra trường hợp xung
nhịp chí
nh tắt vi điều khiển sẽ tiếp tục hoạt động với tần số xung nhịp thấp hơn.
- Khởi động hai tốc độ (Two-Speed Start-up): Tùy chọn này cho phép nguồn xung
nhịp nội hoạt động khi reset lúc khởi động hay vi điều khiển hoạt động trở lại từ
chế độ ngủ (wake-up from sleep mode) cho đến khi nguồn xung nhịp chính đã
sẵn sàng.

Hình 2.1 Sơ đồ khối PIC18F2455/2550 (28 chân)
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
8
Thạch a
nh dao động / cộng hưởng gốm: Ở chế độ HS, HSPLL, XT, XTPLL thạch anh
dao động/ cộng hưởng gốm mắc ở chân OSC1 và OSC2. Ở mỗi chế độ C1, C2 đặt cạnh
thạch anh dao động/ cộng hưởng gốm có giá trị khác nhau (tham khảo datasheet
PIC18F2455/2550/4550)
Nhân tần số PLL: Trong vi điều khiển PIC18F2455/2550/4550 có khối PLL (Phase Loop
Lock), điều này cho phép khối USB hoạt động ở tần số cao trong khi xung nhịp của hệ
thống ở tần số thấp hơn. P
LL được phép hoạt động ở các chế độ dao động HSPLL,
XTPLL, ECPLL và ECPIO. Nó được thiết kế để sinh ra tần số xung nhịp chuẩn 96MHz từ
tần số lối vào cố định 4MHz.



Hình 2.2 Sơ đồ khối PIC18F4455/4550 (40/44 chân)

Khối dao động nội (INTOSC): Trong vi điều khiển PIC18F2455/2550/4550 có khối dao
động nội phát ra hai tín hiệu xung nhịp khác nhau. Lối ra trực tiếp 8 MHz, lối ra qua bộ
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn

9
chia (postscaler) cung cấp xung nhịp từ 31 KHz đến 4 MHz. Lưu ý nguồn dao động lấy từ
thạch anh dao động/ cộng hưởng gốm gọi là dao động ngoài. Nguồn dao động nội lối ra 31
KHZ cho phép trong các trường hợp:
- Timer bật nguồn (Power-up timer)
- Theo dõi an toàn xung nhịp
- Watchdog timer
- Khởi động hai tốc độ (Two-Speed Start-up)
Lối ra dao động nội được chuẩn bởi hãng chế tạo nhưng vẫn có thể tinh chỉnh bởi người sử
dụng, việc tinh chỉnh này được thực hiện nhờ thanh ghi điều chỉnh dao động (Oscillator
Control Register)

Các chế độ dao động
nội: Sư lựa chọn nguồn xung nhịp cho USB xác định bởi các chế
độ dao động nội riêng biệt.
- Chế độ INTHS: Xung nhịp USB được cung cấp bởi dao động trong chế độ HS.
- Chế độ INTXT: Xung nhịp USB được cung cấp bởi dao động trong chế độ XT
- Chế độ IN
TXT: Xung nhịp USB được cung cấp bởi dao động trong chế độ XT
- Chế độ INTCKO: Xung nhịp USB được cung cấp từ dao động bên ngoài thạch
anh dao động/ cộng hưởng gốm.
- Chế độ INTIO: xung nhịp cho USB được cung cấp vào chân OSC1/CLK1, còn
chân OSC2/CLK2 có chức năng như chân I/O.
- Tần số dao động cho USB là 6 MHz hoặc 48 MHz tùy thuộc vào chế độ tốc độ
thấp (low speed) hay chế độ tốc độ toàn phần (full speed)
- Tần số dao động cho U
SB là 6 MHz hoặc 48 MHz tùy thuộc vào chế độ tốc độ
thấp (low speed) hay chế độ tốc độ toàn phần (full speed)

Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
10


Hình 2.3 Sơ đồ khối dao động

2.3 BỘ NHỚ
Bộ nhớ Flash nâng cao (Enhanced Flash) sử dụng cho bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ
liệu EEPROM. Số lần xóa/ghi cho bộ nhớ chương trình là 100.000 lần và cho bộ nhớ dữ
liệu là 1.000.000 lần. Dữ liệu lưu lại trong bộ nhớ đến 40 năm mà không cần làm tươi.
Có ba loại bộ nhớ trong họ PIC18:
 Bộ nhớ chương trình
 RAM dữ liệu
 EEPR
OM dữ liệu

Theo cấu trúc Harvard, bộ nhớ chương trình và dữ liệu dùng 2 bus riêng, điều này cho
phép tiếp cận đồng thời 2 vùng bộ nhớ. EEPROM dữ liệu có thể coi như thiết bị ngoại vi vì
tiếp cận thông qua bộ thanh ghi điều khiển. Họ vi điều khiển PIC18 có bộ đếm chương
trình 21 bit nên có khả năng định vị 2 Mbyte bộ nhớ chương trình. PIC18F2455,
PIC18F4455 có 24 Kbyte bộ nhớ flash và có thể chứa tới 12.288 lệnh từ đơn. PIC18F2550,
PIC18F4550 có 32 Kbyte bộ nhớ flash và có thể chứa đến 16.384 lệnh từ đơn.
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
11

Khả năng tự lập trình: Họ vi điều khiển PIC
18F2455/2550/4550 có khả năng tự nạp
chương trình vào bộ nhớ chương trình mà không cần phải có thiết bị phụ bên ngoài, điều
này được thực hiện bằng đoạn chương trình con Bootloader đặt trên phần cao bộ nhớ
chương trình vào được bảo vệ. Khả năng tự lập trình cho phép các ứng dụng dùng họ vi
điều khiển này có khả năng nâng cấp firm-ware.

Bộ nhớ chương trình F
lash: 24Kbytes cho PIC18FX455, 32 Kbytes cho PIC18FX550.



Hình 2.3 Bản đồ tổ chức bộ nhớ họ vi điều khiển PIC18F2455/2550/4550

2.4 KHỐI TIMER
Họ vi điều khiển PIC18 có 4 bộ timer: timer0, timer1, timer2 và timer3. Mỗi timer có tính
năng riêng.
Timer0:
 Định chế độ hoạt động bằng phần mềm: timer hoặc counter, 8 bit hoặc 16 bit
 Bộ chia khả trình 8 bit chuyên dụng
 Nguồn xung nhịp chọn được (trong hay ngoài)
 Khả năng chọn cạnh đối với xung nhịp ngoài
 Ngắt khi tràn

Tim
er1:
 Chọn bằng phần mềm timer hay counter 16 bit
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
12
 Khả năng đọc viết thanh ghi 8 bit (TMR1H và TMR1L)
 Chọn nguồn xung nhịp trong hay ngoài
 Ngắt khi tràn
 Khối RESET hoạt động trên cơ sở xung kích sự kiện CCP.
 Cờ trạng thái xung nhịp (T1RUN)

Timer2:
 Timer 8 bit (TMR2) và thanh ghi chu kỳ (PR2)
 Khả năng đọc viết cả 2 thanh ghi
 Lập trình bằng phần mềm cho bộ chia (1:1, 1:4, 1:16)
 Ngắt khi TMR2 gặp PR2
 Tùy chọn dùng như xung nhịp dịch cho khối MSSP

Tim
er3:
 Chọn bằng phần mềm hoạt động như là timer hoặc counter 16 bit
 Khả năng đọc ghi thanh ghi 8 bit (TMR3H và TMR3L)
 Khả năng chọn nguồn xung nhịp (trong hoặc ngoài)
 Ngắt khi tràn
 Khối RESET hoạt động trên cơ sở xung kích sự kiện CCP

2.5 Khối CAPTURE/SO SÁNH/PWM (CCP).
Họ vi điều khiển PIC18F2455/2550/4455/4550 có tất cả 2 khối CCP. Mỗi khối chứa thanh
ghi 16 bit.
Chế độ Capture: Cặp thanh ghi CCPRxH:CCPRxL bắt giá trị 16 bi
t của thanh ghi TMR1
hoặc TMR3 khi sự kiện xảy ra ở chân CCPx tương ứng. Một sự kiện được định nghĩa:
 Mỗi khi có cạnh lên

 Mỗi khi có cạnh xuống
 Mỗi khi có cạnh lên thứ 4
 Mỗi khi có cạnh lên thứ 16

Sự kiện được chọn bởi bit chọn chế độ CCPxM3:CCPxM0 (CCPxCON<3:0>). Khi sự kiện
Capture được thực hiện, bit cờ yêu cầu ngắt (CCPxI
F) được SET và chỉ xóa bằng phần
mềm.

Chế độ so sánh: Thanh ghi 16 bit CCPRx có giá trị hằng số được so sánh với giá trị của
cặp thanh ghi TMR1 hoặc TMR3. Khi xảy ra sự kiện bằng nhau, chân CCPx có thể là:
 Chuyển mức cao
 Chuyển mức thấp
 Phát xung (cực tính dương hoặc âm)
 Giữ nguyên không thay đổi trạng thái (phản ánh trạng thái chốt I/O)

Chân CCPx xác định trên cơ sở giá trị của bit chọn chế độ (CCPxM3:CCPxM0) . Khi sự
kiện so sánh bằng nhau bit cờ ngắt CCPxIF được set (mức1).

Chế độ PWM (Pulse-Width Modulation: điều chế độ rộng xung): Chân CC
Px phát sinh
xung PMW độ phân giải 10 bit. Độ rộng xung (Duty Cycle) của xung PWM được hình
thành theo minh họa hình dưới đây.
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
13

Hình 2.4 Hình thành xung PWM ở lối ra

Độ rộng xung PWM được xác định bằng cách viết vào thanh ghi CCPRxL và các bit
CCPxCON<5:4> , CCPRxL chứa 8 bit cao và CCPxCON<5:4> chứa 2 bit thấp. giá trị 10
bit độ phân giải là giá trị CCPRxL : CCPxCON<5:4>
Độ rộng xung PWM được tính theo công thức:

PWM Duty Cycle (CCPRxL : CCPxCON 5 : 4 *Tosc*(TMR2 Pr esscale Value)
CCPRxL và CCPxCON<5:4> c
ó thể được viết vào mọi thời điểm nhưng giá trị độ rộng
xung không chốt vào CCPRxH cho tới khi có sự gặp nhau (bằng) giữa PR2 và TMR2.
Trong chế độ PWM CCPRxH là thanh ghi chỉ đọc.

2.6 Khối Capture/so sánh/PWM nâng cao (ECCP).Khối ECCP chỉ có ở PIC18 với vỏ
40/44 chân. Ở PIC18F4455/4550, CCP1 thực hiện chức năng của CCP chuẩn với khả năng
PWM nâng cao, có nghĩa chức năng Capture và so sánh không thay đổi, giống CCP chuẩn.
Thanh ghi điều khiển cho CC
P nâng cao khác với thanh ghi CCPxCON ở
PIC18F2255/2550 là 2 bit MBS thực hiện chức năng điều khiển PWM. Hai bit này cho
phép xung lối ra thực hiện các kiểu khác nhau:
 00 = lối ra đơn: P1A điều chế; P1B, P1C, P1D chức năng chân cổng.
 01 = lối ra toàn cầu thuận: P1D điều chế; P1A tác động; P1B, P1C không tác động.
 10 = lối ra nửa cầu: P1A, P1B điều chế với điều khiển dải chết; P1C, P1D chức
năng chân cổng.
 11 = lối ra toàn cầu nghịch: P1B điều chế; P1C tác động;
P1A, P1D không tác
động.

2.7 KHỐI USB (Universal Serial Bus)
Họ PIC18FX455/X550 tích hợp cổng USB hỗ trợ cả tốc độ truyền toàn phần (full-speed)

12Mb/s và tốc độ thấp (low-speed) 1.5 Mb/s cho phép giao tiếp nhanh giữa USB máy chủ
và USB vi điều khiển PIC. Hỗ trợ đến 32 điểm cuối. RAM 1 kbyte cho USB. Hỗ trợ đủ 4
lối truyền: truyền điều khiển (Control transfer); truyền ngắt (Interrupt transfer); truyền
đẳng thời (Isochronous
transfer) và truyền khối (Bulk transfer).
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
14

Hình 2.5 Sơ đồ khối USB

Hoạt động của khối USB được định cấu hình và quản lý thông qua 3 thanh ghi điều khiển.
Hơn nữa có 19 thanh ghi quản lý giao tiếp USB thực. Các thanh ghi đó là:
 Thanh ghi điều khiển USB (UCON): Thanh ghi này chứa các bit cần cho điều khiển
trong quá trình truyền gồm: cho phép ngoại vi USB chính; reset con trỏ bộ đệm
ping-pong; điều khiển chế độ treo; cấm truyền gói.
 Thanh ghi cấu hình USB (UCFG): Trước khi liên lạc qua USB, khối USB kết hợp
phần cứng ngoài và/hoặc trong phải được đặt cấu hình. U
CFG chứa các bit liên
quan đến việc đặt: tốc độ full-speed hay low-speed; cho phép dùng điện trở kéo lên
trong IC; cho phép thu-phat trong IC; sử dụng bộ đệm ping-pong.
 Thanh ghi trạng thái truyền USB (USTAT): Báo cáo trạng thái giao tiếp trong SIE.
 Thanh ghi địa chỉ linh kiện USB (UADDR): Chứa duy nhất địa chỉ USB mà ngoại
vi sẽ giải mã khi tích cực. UADDR = 00h khi reset USB bởi vi điều khiển. Địa chỉ
USB phải được viết bởi vi điều khiển trong pha setup U
SB được hỗ trợ bởi
firmware của Microchip.
 Thanh ghi số frame (UFRMH:UFRML): Thanh ghi số frame chứa số frame 11 bit, 8

bit thấp chứa trong UFRML, 3 bit cao chứa trong UFRMH. Cặp thanh ghi được cập
nhật với số frame hiện tại khi gói SOF được nhận. Thanh ghi số frame được dùng
căn bản cho lối truyền đẳng thời (isochronous transfer).
 Thanh ghi cho phép điểm cuối từ 0 đến 15 (UEPn): Mỗi của 16 điểm cuối hai chiều
có thanh ghi điều khiển độc lập U
EPn, n là số điểm cuối.


Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
15
ĐIỀU KHIỂN ĐIỂM CUỐI USB
Mỗi của 16 điểm cuối hai chiều có thanh ghi
điều khiển độc lập UEPn, n là số điểm cuối
USB RAM
Dữ liệu USB di chuyển giữa lõi vi điều khiển và SIE (Serial Interface Engine) thông qua
vùng nhớ gọi là RAM USB. Đây là nhớ cổng đôi đặc biệt, vùng nhớ dữ liêu bình thường ở
Bank 4 đến Bank 7 (400h tới 7FFh) dung lượng 1Kbyte. Bank 4 (400h đến 4FFh) được
dùng đặc biệt cho điều khiển đệm điểm cuối, trong khi B
ank 5 đến Bank 7 dùng cho dữ
liệu USB.
Ngắt USB: Khối USB có thể phát ra nhiều điều kiện ngắt. Trên hình 2.6 cho thấy logic
ngắt cho khối USB. Có hai lớp ngắt trong khối USB. Mức cao gồm các ngắt trạng thái
USB, nó đặt cho phép và đặt cờ trong thanh ghi cho phép ngắt UIE (USB Interrupt Enable)
và thanh ghi trạng thái ngắt USB UIR (USB Interrupt Status Register) tương ứng. Mức
thấp gồm các điều kiện lỗi USB, nó đặt cho phép và đặt cờ trong thanh ghi trạng thái ngắt
lỗi USB UEIR (USB Error Interrupt Status Register) và thanh ghi cho phé
p ngắt lỗi USB

UEIE (USB Error Interrupt Enable Register).


Hình 2.6 Các ngắt của khối USB

2.8 CỔNG SONG SONG STREAMING (SPP: Streaming Parallel Port)
PIC18F4455/4550 cung cấp cổng song song streaming là cổng giao tiếp ra bên ngoài tốc
độ cao. Cổng song song này hoạt động như cổng master cung cấp tín hiệu chọn chip và
xung nhịp để điều khiển giao tiếp dữ liệu với các thiết bị slave.
Hoạt động SPP liên quan đến 2 thanh ghi: Thanh ghi điều khiển cổng song song SPPCON
và thanh ghi cấu hình cổng song song SPPCFG. Các đường dây của cổng song song
streaming là: 8 dây dữ liệu/địa chỉ SPP<7:0>; 2 dây lối ra xung nhịp CK
1SPP và CK2SPP;
cho phép lối ra OESPP; chọn chip CSSPP
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
16



Hình 2.7 Cổng song song streaming với các chân dữ liệu và điều khiển

2.9 KHỐI TRUYỀN NỐI TIẾP ĐỒNG BỘ CHỦ MSSP ( Master Synchronous Serial
Port)
Giao diện nối tiếp này dùng để trao đổi dữ liệu với các linh kiện như EEPROM nối tiếp,
thanh ghi dịch, biến đổi AD … Khối MSSP có 2 dạng: giao diện ngoại vi nối tiếp SPI
(Serial Peripheral Interface) và giao tiếp giữa các linh kiện tích hợp I
2

C (Inter-Intergrated
Circuit). Giao tiếp I
2
C hỗ trợ phần cứng các chế độ sau:
 Chế độ chủ
 Chế độ đa chủ
 Chế độ tớ

Khối MSSP có 3 thanh ghi kết hợp là: thanh ghi trạng thái (SSPSTAT) và 2 thanh ghi điều
khiển (SSPCON1 và SSPCON2). Dùng những thanh ghi này để xác định khối MSSP hoạt
động ở dạng SPI hoặc I
2
C.
DẠNG SPI: Dạng này cho phép 8 bit dữ liệu thu phát nối tiếp đồng bộ một cách đồng
thời. Tất cả 4 chế độ SPI được hỗ trợ. Giao tiếp dạng SPI có các chân:
 Dữ liệu ra nối tiếp SDO (Serial Data Out)
 Dữ liệu vào nối tiếp SDI (serial Data In)
 Xung nhịp nối tiếp SCK (Serial Clock)
 Và chân thứ 4 được dùng ở chế độ tớ: Chọn tớ
SS
(Slave Select)

Khối MSSP có 4 thanh ghi:
 Thanh ghi điều khiển 1 MSSP (SSPCON1)
 Thanh ghi trạng thái MSSP (SSPSTAT)
 Thanh ghi đệm thu/phát nối tiếp (SSPBUF)
 Thanh ghi dịch MSSP (SSPSR)

Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
17

Hình 2.8 Sơ đồ giao tiếp bằng SDI

DẠNG I
2
C: Giao thức I
2
C thực hiện giao tiếp theo kiểu chủ-tớ, 2 chân dùng trong giao
thức này là: xung nhịp nối tiếp SCL (Serial Clock) và dữ liệu nối tiếp SDA (Serial Data).
Thanh ghi liên quan đến giao thức I
2
C là:
 Thanh ghi điều khiển 1 MSSP (SSPCON1)
 Thanh ghi điều khiển 2 MSSP (SSPCON2)
 Thanh ghi trạng thái MSSP (SSPSTAT)
 Thanh ghi đệm thu/phát nối tiếp (SSPBUF)
 Thanh ghi dịch MSSP (SSPSR)
 Thanh ghi địa chỉ MSSP (SSPADD)

2.10 THU PHÁT BẤT ĐỒNG BỘ ĐA NĂNG NÂNG CAO EUSART (Enhanced
Universal Asynchronous Receiver Transmitter)
Khối USART có thể định cấu hình thành hệ thống bất đồng bộ song công, ví dụ như trao
đổi dữ liệu từ máy và màn hình CRT…. Và cũng có thể định cấu hình thành bất đồng bộ
bán song công, ví dụ như trao đổi dữ liệu với ngoại vi như mạch tích hợp biến đổi A/D,
D/A, EEPROM nối tiếp …Khối thu phát bất đồng bộ nâ
ng cao có thêm các tính năng như:
tự động phát hiện tốc độ BAUD và lấy chuẩn tốc độ BAUD; tự động đánh thức khi nhận

Sync Break và phát ký tự Break 12 bit. Các chi tiết này làm EUSART thích hợp với hệ
thống LIN bus (Local Interconnect Network). EUSART có thể định cấu hình theo các chế
độ sau:
 Song công với:
- Tự động đá
nh thức khi nhận ký tự
- Lấy chuẩn tốc độ BAUD
- Phát ký tự Break 12 bit
 Chủ đồng bộ với cực tính xung đồng hồ chọn được (bán song công)
 Tớ đồng bộ với cực tính xung đồng hồ chọn được (bán song công)
Các chân của EUSART đa hợp với cổng C: RC6/TX/CK và RC7/RX/DT/SDO
Hoạt động khối EUSART liên quan đến 3 thanh ghi:
 Thanh ghi điều khiển và trạng thá
i phát (TXSTA)
 Thanh ghi điều khiển và trạng thái thu (RCSTA)
 Thanh ghi điều khiển tốc độ BAUD (BAUDCON)
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
18

2.11 KHỐI BIẾN ĐỔI AD 10 BIT
Khối ADC 10 bit: Khối ADC của họ vi điều khiển nà
y có khả năng kết hợp với việc thời
gian thu thập dữ liệu khả trình cho phép không cần chờ chu kỳ lấy mẫu nên giảm thời gian
biến đổi AD.

Khối biến đổi AD có 10 lối vào đối với PIC18 vỏ 28 chân và 13 lối vào đối với vỏ 40/44
chân. Khối này có 5 thanh ghi:

 Thanh ghi kết quả A/D cao (ADRESH)
 Thanh ghi kết quả A/
D thấp (ADRESL)
 Thanh ghi điều khiển A/D 0 (ADCON0)
 Thanh ghi điều khiển A/D 1 (ADCON1)
 Thanh ghi điều khiển A/D 2 (ADCON2)




Hình 2.9 Sơ đồ mạch điện thu thập dữ liệu cho biến đổi A/D



Hình 2.10 Sơ đồ khối biến đổi A/D
Đề tài cấp bộ: Thiết kế và chế tạo máy phân tích đa kênh (1024 kênh) ghép với máy tính qua cổng USB


Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Sơn
19

Thời gian t
hu thập dữ liệu
ACQ
T 
Thời gian xác lập khuếch đại + thời gian nạp điện tụ giữ + hệ số nhiệt độ


AMP C COFF
TTT


Thời gian nạp điện tụ giữ
HOLD IC SS S
Tc/C (R R R )
HOLD REF REF
V (V (V / 2048))*(1 e )

 

CHOLDICSSS
T (C )(R R R )ln(1/ 2048)
  


Với các số liệu tiêu biểu
AMP
T0.2

s
C)

s

o0
COFF
T(temp25C)(0.02s/ 


oo o
(50 C 25 C)(0.02 s / C) 1.2 s 

Lưu ý: dưới 25
o
C
COFF
T0
CHOLDICSSS
T (C )(R R R )ln(1/ 2048)  


Với các số liệu tiêu biểu
C
T (25pf )(1k 2k 2.5k )ln(0.0004883) s    
=
5.03 s

ACQ
T 0.2 s 5 s 1.2 s 6.4 s

Chọn xung nhịp biến đổi A/D: Thời gian biến đổi A/D mỗi bit được định nghĩa là .
Yêu cầu thời gian biến đổi A/D là 11* cho biến đổi A/D 10 bit. Có 7 tùy chọn cho :
AD
T
T
AD
T
AD
 2
OSC
T

 4
OSC
T

 8
OSC
T

 16
OSC
T

 32
OSC
T

 64
OSC
T

 Dao động RC nội
Để biến đổi A/D hoạt động đúng, phải nhỏ có thể có nhưng lớn hơn tối thiểu.
AD
T
AD
T


Bảng 2.2 theo tần số hoạt động của vi điều khiển
AD

T