Báo cáo thực tập tốt nghiệp: Thiết kế mạch bảo vệ gia đình điều khiển qua mạng di động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (989.4 KB, 79 trang )
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
1
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Hà Nội, ngày…... tháng…... năm 2016
Giáo viên hướng dẫn
ThS. Lê Việt Tiến
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
2
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................................4
PHẦN I: CƠ SỞ THỰC TẾ......................................................................................................5
1. Đặt vấn đề:.........................................................................................................................5
PHẦN II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT.................................................................................................7
I.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI ĐIỆN THOẠI............................................7
1.Định nghĩa về tổng đài:......................................................................................................7
2.Chức năng của tổng đài:.....................................................................................................7
3.Phân loại tổng đài:..............................................................................................................8
4.Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử:...............................................................9
II.THẾ NÀO LÀ VI ĐIỀU KHIỂN....................................................................................10
1.VI ĐIỀU KHIỂN AVR ATMEGA 128...........................................................................11
1.1 TÌM HIỂU CHUNG......................................................................................................11
1.2.CẤU HÌNH CHÂN ( pin configurations )....................................................................14
1.3 SƠ ĐỒ KHỐI ( Block Diagram)...................................................................................16
1.4 SỰ DUY TRÌ DỮ LIỆU................................................................................................18
1.5 THỜI GIAN ĐÁP ỨNG CÁC NGẮT..........................................................................19
1.6 CÁC BỘ NHỚ CỦA AVR ATMEGA 128...................................................................19
2.GIỚI THIỆU MODULE SIM 900A.................................................................................22
2.1.Tổng quan về Module SIM900......................................................................................22
2.2.Đặc điểm của module SIM900......................................................................................23
2.3.Khảo sát sơ đồchân và chức năng.................................................................................25
2.4 KHẢO SÁT CÁC TẬP LỆNH AT COMMAND CỦA MODULE SIM900...............28
2.4.1.KHỞI TẠO CẤU HÌNH MẶC ĐỊNH CHO MODEM.............................................29
2.4.2 XÓA TIN NHẮN.......................................................................................................30
2.4.3 THỰC HIỆN CUỘC GỌI..........................................................................................31
2.4.4 NHẬN CUỘC GỌI ĐẾN...........................................................................................32
2.4.5 ĐỌC TIN NHẮN.......................................................................................................32
2.4.6 GỬI TIN NHẮN.........................................................................................................33
PHẦN III: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH........................................................................33
I.Sơ đồ khối của đề tài ........................................................................................................33
1.Khối điều khiển trung tâm................................................................................................35
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
3
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
2.Khối nguồn.......................................................................................................................36
3.module cảm biến chuyển động.........................................................................................37
4.cảm biến báo cháy............................................................................................................38
PHẦN IV: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN..............................................................39
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI...................................................................................78
.................................................................................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................79
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
4
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của
chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn, đời sống ngày
càng được cải thiện với nhiều trang thiết bị hiện đại.Cùng với đó là sự cần thiết của
việc bảo vệ tài sản của hộ gia đình.Một hệ thống bảo vệ gia đình có kết nối mạng
điện thoại là một giải pháp điều khiển tích hợp cho các căn hộ cao cấp, tích hợp
các thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thông thành một hệ thống hoàn chỉnh và
thống nhất.
Nhận thức được tầm thực tiễn của hệ thống bảo vệ gia đình cơ sở để em chọn
đề tài thực tập tốt nghiệp “thiết kế mạch bảo vệ gia đình điều khiển qua mạng di
động”. Trong suốt thời gian hoàn thành đề tài, em đã tìm hiều về vi điều khiển,
các chế độ truyền thông, cảm biến đo, cơ cấu chấp hành, điều khiển qua tin nhắn
SMS, đồng thời tìm hiểu về các chỉ tiêu của một ngôi nhà thông minh.
Dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của thầy Lê Việt Tiếncùng với sự cố
gắng nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đề tài đúng thời hạn cho phép. Tuy
nhiên do thời gian hạn chế, cũng như lượng kiến thức rất lớn nên em không thể
tránh khỏi nhiều thiếu xót. Vì vậy em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh
giá, góp ý của thầy cô giáo và các bạn sinh viên để em có thể phát triển và hoàn
thiện thêm đề tài này.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
5
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
PHẦN I: CƠ SỞ THỰC TẾ
1. Đặt vấn đề:
Như chúng ta đã thấy, trong thực tế hiện nay kỹ thuật.Điện tử đang trở thành
một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không
ngừng từ các lĩnh vực trong các ngành hàng không vũ trụ, thông tin liên lạc, tự
động điều khiển... đặc biệt trong các thiết bị điện tử tự động đòi hỏi sự chính xác
cao đã hỗ trợ con người rất nhiều trong cuộc sống. Những thành tựu khoa học kỹ
thuật đã mang đến cho con người một cuộc sống tiện nghi văn minh và hiện đại.
Một trong những ứng dụng rất quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật báo
động điện tử. Các thiết bị báo động điện tử như: hệ thống báo cháy, hệ thống báo
nước đầy, hệ thống báo quá tải trong thang máy, hệ thống báo trộm bằng chuông,
hệ thống đóng mở cửa sử dụng mật mã.…Các thiết bị này đã góp phần rất lớn
trong việc bảo vệ an toàn cho các dụng cụ và tài sản của người sử dụng. Nhưng
một khuyết điểm nỗi bật trong các phương pháp báo động nói trên là không thể
truyền xa được.
Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trong cuộc sống đi cùng với cơ sở vật chất
hiện có, một phương pháp báo động từ xa ra đời có thể khắc phục được khuyết
điểm về khoảng cách và thể hiện được vai trò này chính là phương pháp báo động
từ xa qua mạng điện thoại. Phương pháp này giúp người sử dụng hệ thống có thể
linh hoạt hơn trong việc kiểm tra cũng như có những phương pháp giải quyết hợp
lý từ một khoảng cách không giới hạn tuỳ thuộc vào khả năng phủ kín của mạng
lưới điện thoại có sẵn.
Từ những ý tưởng trên và nhìn thấy được nhu cầu thực tế,em đã chọn đề tài
thực thi ý tưởng thiết kế và thi công “mạch bảo vệ gia đình điều khiển qua mạng
điện thoại”.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
6
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
Tầm quan trọng của đề tài:
- Công nghệ tự động hóa đang là xu hướng phát triển hiện nay.
- Hạn chế nạn đột nhập trộm cắp tài sản
- Hạn chế thiệt hại do cháy nổ gây ra:
Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, Tính chung 10 tháng đầu năm, cả nước xảy
ra 2.078 vụ cháy, nổ nghiêm trọng, làm 92 người chết và 138 người bị thương.
Thiệt hại do cháy, nổ gây ra ước tính 590 tỷ đồng.( theo nguồn
www.gso.gov.vnnăm 2015).
- Giá thành lắp đặt hệ thống nhà thông minh hiện nay quá cao so với người dân
có thu nhập vừa và thấp.
Vì thế em chon đề tài này, với việc sử dụng các linh kiện đơn giản như vi điều
khiển AVR ATMEGA128L kết nối Sim900A, Module cảm biến báo cháy… nhằm
đưa nhà thông minh phổ biến hơn với người dân.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
7
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
PHẦN II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
I.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI ĐIỆN THOẠI.
1.Định nghĩa về tổng đài:
Tổngđài là một hệ thốngchuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối các cuộc liên lạc từ
thiết bị đầu cuối chủ gọi (Calling Side) đến thiết bị đầu cuối bị gọi (Called Side).Hay
nói cách khác: tổng đài là một hệ thống chuyển mạch có hệ thống kết nối các cuộc
liên lạc giữa các thuê bao với nhau, với số lượng thuê bao lớn hay nhỏ tùy thuộc
vào từng loại tổng đài, từng khu vực.
2.Chức năng của tổng đài:
Tổng đài điện thoại có các chức năng sau:
- Nhận biết được khi thuê bao nào có nhu cầu xuất phát cuộc gọi.
- Thông báo cho thuê bao biết minh sẵn sàng tiếp nhận các yêu cầu của thuê bao.
- Nhận dạng thuê bao gọi: xác định khi thuê bao nhấc ống nghe và sau đó được nối
với mạch điều khiển.
- Tiếp nhận số được quay: khi đã nối với mạch điều khiển, thuê bao chủ bắt đầu
nghe thấy tín hiệu mời quay số và sau đó chuyển số điện thoại của thuê bao bị
gọi.
- Kết nối cuộc gọi: khi các số quay được ghi lại, thuê bao bị gọi đã được xác định,
tổng đài sẽ chọn một bộ các đường trung kế đến tổng đài thuê bao bị gọi và sau
đó chọn một đường rỗi trong số đó. Khi thuê bao bị gọi nằm trong tổng đài nội
hạt thì một đường gọi nội hạt được sử dụng.
- Chuyển mạch thông tin điều khiển: khi được nối với tổng đài của thuê bao bị gọi
hay tổng đài trung chuyển, cả hai tổng đài trao đổi vối nhau các thông tin cần
thiết như số thuê bao bị gọi.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
8
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
- Kết nối trung chuyển: trong trường hợp tổng đài được nối đến tổng đài trung
chuyển, trên dây được nhấc lại để nối với trạm cuối và sau đó thông tin như số
thuê bao bị gọi được truyền đi.
- Kết nối trạm cuối: khi trạm cuối được đánh giá là trạm nội hạt dựa trên số thuê
bao bị gọi được truyển đi, bộ điều khiển trạng thái máy bận của thuê bao bị gọi
được tiến hành. Nếu máy không ở trạng thái bận thì một đường nối được nối với
các đường trung kế được chọn để kết nối các cuộc gọi.
- Truyền tín hiệu chuông: để kết nối cuộc gọi, tín hiệu chuông được truyền và chờ
cho đến khi có trả lời từ thuê bao bị gọi. Khi trả lời, tín hiệu chuông bị ngắt và
trạng thái được chuyển thành trạng thái máy bận.
- Tính cước: tổng đài chủ gọi xác định câu trả lới của thuê bao bị gọi và nếu cần
thiết bắt đầu tính toán giá trị cước phải trả theo khoảng cách gọi và theo thời gian
gọi.
- Truyền tín hiệu báo bận: khi tất cả các đường trung kế đều đã bị chiếm theo các
bước trên đây hoặc thuê bao bị gọi bận thì tín hiệu bận được truyền đến cho thuê
bao chụ gọi.
- Hồi phục hệ thống: trạng thái này được xác định khi cuộc gọi kết thúc. Sau đó tất
cả các đường nối đều được giải phóng.
- Giao tiếp được với những tổng đài khác để phối hợp điều khiển.
3.Phân loại tổng đài:
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tổng đài điện thoại ngày nay
phù hợp với yêu cầu phát triển của xã hội. Quá trình hình thành của tổng đài bao
gồm các loại tổng đài sau:
Tổng đài công nhân:
Việc kết nối thông thoại, chuyển mạch dựa vào con người.
Tổng đài cơ điện:
Bộ phận thao tác chuyển mạch là hệ thống cơ khí, được điều khiển bằng hệ thống
mạch từ. Gồm hai hệ thống chuyển mạch cơ khí cơ bản: chuyển mạch từng nấc và
chuyển mạch ngang dọc.
Tổng đài điện tử:
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
9
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
Quá trình điều khiển kết nối hoàn toàn tự động, vì vậy người sử dụng cũng không
thể cung cấp cho tổng đài những yêu cầu của mình bằng lời nói được.Ngược lại,
tổng đài trả lời cho người sử dụng cũng không thể bằng lời nói. Do đó, cần qui
định một số thiết bị cũng như các tín hiệu để người sử dụng và tổng đài có thể làm
việc được với nhau.
4.Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử:
Tổng đài điện tử có những phương thức chuyển mạch sau :
• Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch không gian (SDM:Space
Devision Multiplexer)
• Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch thời gian (TDM :Timing
Devision Multiplexer) : có hai loại:
- Phương thức ghép kênh tương tự theo thời gian (Analog TDM) gồm có:
+ Ghép kênh bằng phương thức truyền đạt cộng hưởng.
+ Ghép kênh PAM (PAM : Pulse Amplitude Modulation).
Trong kỹ thuật ghép kênh PCM người ta lại chia 2 loại: điều chế Delta và điều chế
PCM.
Ngoài ra, đối với tổng đài có dung lượng lớn và rất lớn (dung lượng lên đến cỡ vài
chục ngàn số) người ta phối hợp cả hai phương thức chuyển mạch SDM và TDM
thành T – S – T, T – S, S – T – S ….
Ưu điểm của phương thức kết hợp này là tận dụng tối đa số link trống và giảm bớt
số link trống không cần thiết, làm cho kết cấu của toàn tổng đài trở nên đơn giản
hơn.Bởi vì, phương thức ghép kênh TDM luôn luôn tạo ra khả năng toàn thông,
mà thông thường đối với tổng đài có dung lượng lớn, việc dư link là không cần
thiết. Người ta đã tính ra thông thường chỉ có tối đa 10% các thuê bao có yêu cầu
cùng 1 lúc, nên số link trống chỉ cần đạt 10% tổng số thuê bao là đủ.
• Tổng đài điện tử dùng phương thức ghép kênh theo tần số (FDM :Frequence
Devision Multiplexer).
Hiện nay trên mạng viễn thông Việt Nam có 5 loại tổng đài sau:
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
10
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
- Tổng đài cơ quan PABX: được sử dụng trong các cơ quan, khách sạn và thường
sử dụng trung kế CO-Line(central office).
- Tổng đài nông thôn (Rural Exchange): được sử dụng ở các xã, khu dân cư đông,
chợ và có thể sử dụng tất cả các loại trung kế.
- Tổng đài nội hạt LE (Local Exchange): được đặt ở trung tâm huyện tỉnh và sử
dụng tất cả các loại trung kế.
- Tổng đài đường dài TE (Toll Exchange): dùng để kết nối các tỗng đài nội hạt ở
các tỉnh với nhau, chuyển mạch các cuộc gọi đường dài trong nước.
- Tổng đài cửa ngõ quốc tế (Gateway Exchange): tổng đài này dùng để chọn
hướng và chuyển mạch các cuộc gọi vào mạng quốc tế để nối các quốc gia với
nhau, có thể chuyển tải cuộc gọi quá giang.
II.THẾ NÀO LÀ VI ĐIỀU KHIỂN.
Vi điều khiển là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị ngoại vi, bộ xử lý và
bộ nhớ. Ngày nay, phần lớn hệ thống nhúng của vi điều khiển được lập trình để
ứng dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng, bao gồm cả máy móc, điện thoại,
thiết bị ngoại vi, xe hơi, đồ dùng điện lạnh trong gia đình… Do đó, vi điều khiển
còn có tên gọi khác là “điều khiển nhúng”.
Nhìn chung, có một số loại vi điều khiển với hệ thống nhúng được thiết kế tinh
vi, trong khi những loại khác lại được lập trình khá đơn giản với bộ nhớ, thời gian
lập trình và các phần mềm ít phức tạp.
Một vi điều khiển có kết cấu gồm 2 đầu: đầu vào và đầu ra; bao gồm các cuộn dây,
màn hình LCD, rơ le, chuyển mạch và cảm biến… nhằm cung cấp các dữ liệu như
độ ẩm, nhiệt độ hay mức độ ánh sáng, mối tương tác, liên kết giữa những vi điều
khiển với nhau.
Có rất nhiều loại vi điều khiển được lập trình khác nhau, chủ yếu chúng được phân
loại và lập trình chuyên sâu theo một số thông số cơ bản, bao gồm Bits, kích thước
Flash, kích thước bộ nhớ RAM, số lượng các dòng đầu vào / đầu ra, loại bao bì,
cung cấp điện áp và tốc độ. Người dùng có khả năng tinh chỉnh các thông số kỹ
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
11
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
thuật cần thiết trong bộ lọc tham số để vi điều khiển có thể cung cấp đúng loại dữ
liệu mình cần.
Các vi điều khiển đều có thiết kế chung gồm chân đầu vào / đầu ra. Số lượng các
chân khác nhau tùy thuộc vào vi điều khiển). Chúng có thể được cấu hình với
trạng thái để một đầu vào hoặc một phần mềm đầu ra. Ở đầu vào, các chân đầu
vào có thể được sử dụng để đọc các tín hiệu từ bên ngoài hoặc các cảm biến tác
động lên vi xử lý. Trong khi đó, các chân đầu ra được kết nối với thiết bị hiển thị
kết quả bên ngoài như màn hình LED và động cơ.
Vi điều khiển có ứng dụng gì?
- Vi điều khiển vốn được lập trình để sử dụng cho các ứng dụng nhúng, không
giống như các bộ vi xử lý trong máy tính cá nhân.
- Vi điều khiển thường được sử dụng trong các thiết bị điều khiển tự động bao
gồm các công cụ điện, đồ chơi, thiết bị y tế cấy dưới da, máy móc văn phòng, hệ
thống điều khiển động cơ, thiết bị, điều khiển từ xa và hàng loạt các hệ thống
nhúng khác.
1.VI ĐIỀU KHIỂN AVR ATMEGA 128.
1.1 TÌM HIỂU CHUNG.
Đặc điểm, tính năng (Features):
+ Hiệu suất cao, tiết kiệm điện.
+ Hoàn thiện cấu trúc RISC.
- 133 lệnh hiệu quả- thực thi tất cả các chu kì đồng hồ đơn.
- 32 *8 thanh ghi chung đa năng: các thanh ghi điều khiển ngoại vi.
- Đầy đủ các quá trình điều khiển tĩnh.
- Nâng lên 16 MIPS dữ liệu tại 16 MHz.
- Chip 2 nhân.
+ Độ bền, sức chịu đựng cao, không thay đổi phân vùng nhớ:
- 128 K Bytes bộ nhớ Flash có thể lập trình được trong hệ thống.
- 4K Bytes EEPROM.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
12
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
- 4K Bytes bộ nhớ SRAM bên trong.
- Chu kì ghi/xóa: 10000 Flash / 100000 EEPROM.
- Độ bền dữ liệu 20 năm ở85 độ/ 100 năm ở25 độ.
- Đoạn mã lựa chọn chế độ khởi động với các bít khóa độc lập trong chương trình
hệ thống bởi chương trình khởi động đọc thật trong khi quá trình ghi diễn ra.
- Tối đa 64K Bytes không gian nhớbên ngoài lựa chọn.
- Lập trình khóa cho phần mềm bảo mật.
- Giao diện SPI cho lập trình trong hệ thống.
+ Giao diện JTAG ( phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 1149.1.
- Khả năng quét biên theo tiêu chuẩn JTAG.
- Hỗ trợ chế độ sửa tạm (debug) trên chip.
- Lập trình của Flash, EEPROM, bộbảo vệ (FUSE) và Bit khóa (Lock Bits) thông
qua giao diện JTAG.
+ Đặc điểm ngoại vi:
- 2 bộTimer /counter 8 bit với bộ đếm gộp trước riêng biệt và chế độso sánh mẫu.
- 2 bộtimer /counter 16 bit mở rộng với bộ đếm gộp trước chế độ so sánh mẫu và
chế độthu thập (bắt dữ liệu).
- Bộcounter thời gian thực với bộ dao động (oscillator) riêng biệt.
- 2 kênh PWM 8 bit.
- 6 kênh PWM với khả năng lập trình chính xác từ2 đến 16 bit.
- Bộ điều chế so sánh tín hiệu ra.
- 8 kênh, 10 bit ADC: 8 kênh đầu cuối đơn, 7 kênh khác nhau (vi phân), 2 kênh
khác nhau với bộ khuyêch đại lập trình được tại 1x, 10x, 200x.
- Bit định hướng với 2 dây giao diện nối tiếp.
- Lập trình kép các USARTs nối tiếp.
- Giao diện nối tiếp SPI chủ tớ.
- Lập trình timer Watchdog với bộdao động trên chip.
- Bộ so sánh tương tự trên chip.
+ Các tính năng đặc biệt của bộ vi xử lí:
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
13
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
- Thiết lập bật lại nguồn và lập trình lại khi phát hiện nguồn yếu (brown-out).
- Hiệu chỉnh bộ dao động RC bên trong.
- Ngắt nguồn trong và ngoài.
- 6 chế độ chờ (sleep): Idle nghỉ, giảm ồn ADC, tiết kiệm điện (power -saver),
ngắt điện, chế độ chờ (standby), chế độ chờ mở rộng.
- Phần mềm lựa chọn tần số xung nhịp.
- Lựa chọn chế độ so sánh Atmega 103 bởi bộcầu chì Fuse.
- Vô hiệu hóa dừng lại toàn bộ.
+ Cổng vào ra và dạng đóng gói:
- 53 đường vào ra lập trình được.
- 64 chân TQFP và 64 khối QFN/MLF.
+ Điện áp hoạt động:
- 2,7 – 5,5 V Atmega 128L.
- 4,5 – 5,5 V Atmega 128.
+ Mức tốc độ xung nhịp:
- 0 – 8 MHz Atmega 128L.
- 0 – 16 Mhz Atmega 128.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
14
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
1.2.CẤU HÌNH CHÂN ( pin configurations ).
Hình 1: chân ra của Atmega 128.
Atmega 128 là một bộvi xử lý CMOS điện áp thấp dựa trên nền kiến trúc AVR
RISC nâng cao. Bằng cách thi hành các lệnh một cách mạnh mẽ trong một chu kì
đồng hồ duy nhất, Atmega128 có thể cho phép tốc độ đạt đuợc là 1 MPIS trên 1
MHz từ đó nó giúp người thiết kế hệ thống có khả năng tối ưu hoá điện năng sử
dụng so với tốc độ xử lý.
MÔ TẢ Ý NGHĨA CÁC CHÂN ( Pin descipsions ).
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
15
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
- VCC: chân cấp nguồn.
- GND: Chân nối đất.
- Port A (PA7...PA0): Cổng A là một cổng vào ra hai hưóng 8 bit với điện trởhãm
ởbên trong (được lựa chọn cho mỗi bit ). Bộ đệm đầu ra của cổng A có đặc tính
đối xứng với cả 2 tản nhiệt nguồn cấp .
- Port B (PB7...PB0): cổng B là một cổng vào ra 2 hướng với điện trởhãm ( lựa
chọn cho mỗi bit ). Bộ đệm cổng B có tính đối xứng với 2 tản nhiệt và nguồn cấp
- Port C (PC7...PC0): cổng C là một cổng vào ra 2 hưóng. Bộ đệm đầu ra của
cổng C có tính đối xứng.
- Port D (PD7...PD0): cổng D tương tự như cổng C.
- Port E: tương tự nhưcổng E.
- Port F: trợ giúp giông như những cổng vào tưong tự analog cho bộ chuyển đổi
A/D. cổng F cũng là một cổng vào ra 2 hướng nếu như bộ chuyển đổi A/D không
đựơc sử dụng. Các chân của cổng này có các trở kháng hãm được lựa chọn cho
mỗi bit. Chân TDO là chân có 3 chế độ trừ khi chế độTAP xuất tín hiệu ra được
bật.Cổng F cũng trợ giúp chức năng của giao diện JTAG.
- Port G (PG4...PGO): cổng G là một cổng vào ra 5 bit 2 hướng với điện trở hãm (
được lựa chọn cho từng bit ). Bộ đệm cổng G có tính đối xứng với tản nhiệt và
nguồn cấp .Cổng G cũng cung cấp những tính năng đặc biệt. Các chân của cổng
G là các cổng có 3 chế độ khi mà điều kiện reset được kích hoạt dù là đồng hồ
không chạy.
- RESET: đầu ra reset. cấp cho phép trên chân này thì dài hơn độdài xung tối
thiểu sẽ phát ra tín hiệu reset, cho dù đồng hồ không chạy.
- XTAL1: đầu vào bộkhuyếch đại dao động và đầu vào cho các đồng hồ đếm bên
trong mạch điện điều khiển.
- XTAL2: đầu ra cho bộkhuyếch đại dao động.
- AVCC: là chân nguồn áp cấp cho cổng F và các bộ chuyển đổi A/D. Nó nên là
chân nối với VCC, dù là ADC không được sử dụng. Nếu ADC được sử dụng, nó
nên được nối với chân VCC thông qua 1 bộ lọc thấp tần.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
16
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
- AREF: là chân tham khảơcho bộchuyển đổi A/D.
- PEN: là chân được kích hoạt trình cho kiểu lập trình nối tiếp SPI, và các tín hiệu
vào được kéo lên cao. Bằng việc giữ chân này ở mức thấp trong suốt quá trình
khởi động lại nguồn ( Power – on Reset ), thiết bị này sẽ nhập vào cổng lập trình
nối tiếp SPI.PEN không có chức năng gì trong quá trình điều khiển.
1.3 SƠ ĐỒ KHỐI ( Block Diagram).
Hình 2.Sơ dồ khối atmega128.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
17
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
Lõi AVR bao gồm 1 tập hợp các lệnh cài đặt với 32 thanh ghi chung đa năng.
Tất cả 32 thanh ghi thì được nối trực tiếp với khối số học và logic (ALU ) nó cho
phép 2 thanh ghi độc lập được truy cập trong 1 lệnh thực thi trong một chu kì quét
xung đồng hồ. Kết quả của cấu trúc này là có nhiều kiểu chế độ hiệu quả hơn trong
khi vẫn đạt được tốc độtối đa nhanh hơn 10 lần các bộ vi xử lí CISC thông thường.
Atmega 128 cũng cung cấp các tính năng sau đây: 128K bytes của bộ nhớ lập trình
Flash trong hệ thống với khả năng đọc trong khi đang ghi, 4 K bytes EEPROM, 4
K bytes SRAM, 53 đường vào ra đa năng, 32 thanh ghi chung đa năng, bộ đếm
thời gian thực, 4 bộ timer /counter tiện dụng với kiểu so sánh và PWM, 2 USART,
1 bit định hướng 2 dây giao diện nối tiếp, 8 kênh, 10 bit ADC với các lựa chọn các
cổng vào riêng biệt với khả năng lập trình khuyêch đại, lập trình timer Watchdog
với bộ tạo dao động bên trong, 1 cổng SPI nối tiếp, phù hợp với chuẩn IEEE
1149.1, giao diện kiểm tra JTAG, cũng sử dụng để truy cập vào chế độ sửa tạm hệ
thống trên chip và hỗ trợ lập trình, và 6 phần mềm có thể lựa chọn chế độ tiết kiệm
điện. Chế độ rỗi IDLE dừng CPU trong khi cho phép SRAM, Timer/counter, cổng
SPI, và các ngắt hệ thống tiếp tục vận hành. Chế độ tắt nguồn tiết kiệm dung
lượng của thanh ghi nhưng nó làm đóng băng bộ tạo dao động (oscillator ) bên
trong, vô hiệu hóa tất cả các chức năng của chip cho đến khi có ngắt kế tiếp hoặc
là reset lại phần cứng (reset hardware). Trong chế độ tiết kiệm điện timer dị bộ vẫn
tiếp tục chạy, điều này cho phép người sử dụng bảo dưỡng trong một thời gian
trong khi phần còn lại của thiết bị đang trong quá trình nghỉ (ngủ) sleeping. Kiểu
giảm nhiễu ADC dừng CPU và tất cả các modul vào ra trừ các timer dị bộ và
ADC, làm cực tiểu nhiễu chuyển mạch trong suốt quá trình chuyển đổi
ADC.Trong chế độ chờ Standby bộ tạo dao động thạch anh và cộng hưởng đang
chạy trong khi phần còn lại của thiết bị đang trong trạng thái ngủ.Điều này cho
phép rất nhiều các khởi tạo nhanh được đồng thời tiêu thụ điện thấp.Trong chế độ
chờ mở rộng, cả hai bộ tạo dao động chính và các timer dị bộ vẫn tiếp tục chạy.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
18
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
Thiết bị này được sản xuất dựa trên công nghệ chíp nhớ độ đặc cao của ATMEL.
Bộ nhớ flash ISP trên chip cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình lại trong
hệ thống thông qua 1 giao diện ISP nối tiếp, bằng một chương trình lập trình bộ
nhớ cố định thông thường hoặc bằng một chương trình khởi động đang chạy trong
lõi của AVR. Chương trình khởi động có thể sử dụng bất cứ giao diện nào để tải
các chương trình ứng dụng vào trong bộ nhớ các chương trình ứng dụng ( Flash ).
Phần mềm trong phần vùng khởi động của bộ nhớ Flash sẽ tiếp tục chạy trong khi
các ứng dụng trong phân vùng này được cập nhật, cung cấp hoạt động đọc trong
khi ghi. Bằng việc kết hợp 1 CPU- cấu trúc 8 bit RISC với bộ nhớ flash lập trình
hệ thống trên 1 chip đơn, Atmega 128 là một vi xử lý mạnh, nó cung cấp 1 sự linh
hoạt cao và môi trường làm việc có ích cho rất nhiều các úng dụng điều khiển
nhúng.
Atmega 128 được hỗ trợ với 1 sự thích hợp đầy đủ của chương trình và các công
cụ phát triển hệ thống bao gồm: trình biên dịch C, các macro Asemmbler, các
chương trình chạy thử và mô phỏng, 1 bộ mô phỏng mạch điện, và các công cụ
đánh giá so sánh.
1.4 SỰ DUY TRÌ DỮ LIỆU.
Kết quả của sự thẩm định độ bền chỉ ra rằng tốc độ hỏng dữ liệu thì nhỏhơn 1
PPM trên 20 năm ở nhiệt độ85 độC hoặc 100 năm ở25 độC. Về các ví dụ mẫu:
datasheet này bao gồm các ví dụ code mẫu theo một cách ngắn gọn chỉ ra cách sử
dụng các phần khác nhau của thiết bị này. Các đoạn code mẫu này giả thiết rằng
các phần xác định tiêu đề của file thì được cài đặt sẵn trước khi được biên dịch. Để
nhận biết rằng không phải tất cả các trình biên dịch C được cung cấp bao gồm các
bit được xác định ở tiêu đề của file và các quá trình ngắt trong C thì phụ thuộc vào
trình biên dịch. Sự xác định các vị trí của các thanh ghi vào ra trong bản đồI/O, IN,
OUT, SBIC, CBI, và SBI các lệnh phải được thay thế với các lệnh được cho phép
truy cập trong phần I/O mở rộng. Thông thường, LDS và STS được kết hợp với
SBRS, SBRC, SBR, CBR.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
19
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
1.5 THỜI GIAN ĐÁP ỨNG CÁC NGẮT.
Đáp ứng các ngắt thực thi cho tất cảcác ngắt của AVR tối thiểu trong 4 chu kì
xung nhịp đồng hồ. Sau 4 xung nhịp đồng hồ, vecto địa chỉ chương trình của các
chương trình con phục vụ ngắt được thực thi. Trong suốt 4 chu kì xung nhịp này,
bộ đếm chương trình bị đẩy vào trong ngăn xếp. Vecto này thường được nhảy
trong các chương trình con phục vụ ngắt, và các lệnh nhảy này tạo ra 3 chu kì
xung nhịp. Nếu 1 ngắt xuất hiện trong suốt quá trình thực thi của một lệnh nhiều
chu kì, lệnh này sẽ hoàn thành sau trước khi ngắt được xử lí. Nếu 1 ngắt xuất hiện
khi MCU ở trong chế độ ngủ Sleep mode, thời gian đáp ứng thực thi ngắt thì được
gia tăng bằng 4 chu kì xung nhịp. Sự gia tăng này dẫn đến thêm vào thời gian khởi
động từ quá trình ngủ lựa chọn Sleep mode. Một sự phản hồi từ việc điều khiển
chương trình con phục vụ ngắt tạo ra 4 chu kì xung nhịp. Trong suốt 4 chu kì xung
nhịp, bộ đếm chương trình (2 Bytes) được tràn ra từ ngăn xếp, con trỏngăn xếp
được gia tăng bằng 2,và Bit I ởtrong SREG được cài đặt.
1.6 CÁC BỘ NHỚ CỦA AVR ATMEGA 128.
Cấu trúc AVR có 2 không gian nhớ chính, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương
trình.Thêm vào đó, đặc điểm của Atmega 128 là một bộ nhớ EEPROM cho kho
lưu trữ dữ liệu.Tất cả 3 vùng nhớ thì đều dài và ổn định.
-
Bộ nhớ chương trình flash co thể lập trình lại trong hệ thống.
Atmega 128 bao gồm 128K bytes bộ nhớ chương trình có thể lập trình lại trên chip
dùng để lưu trữ chương trình. Từ khi tất cả các lệnh của AVR có độ rộng là 16 và
32 bit, bộ nhớ Flash được tổchức như là 64K*16.Để bảo mật phần mềm, không
gian bộ nhớ chương trình Flash được chia thành 2 phần, là phần chương trình khởi
động và phần chương trình ứng dụng. Bộnhớ Flash có một độ bền lâu là trên
10000 chu kì ghi xóa. Bộ đếm chương trình (PC ) của Atmega 128 là 16 bit dài,
việc đặt địa chỉ này cho 64K được định vị trong bộ nhớ chương trình. Hoạt động
của khu vực chương trình khởi động còn được kết hợp với các bit khóa quá trình
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
20
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
khởi động vì sự bảo vệ phần mềm được mô tả một cách chi tiết ở trong phần hỗ trợ
tải quá trình khởi động và lập trình bộ nhớ. Ở đó bảo gồm những mô tả chi tiết về
lập trình cho bộ nhớ Flash trong SPI, JTAG, hoặc kiểu lập trình song song.Bảng
hằng số có thể được gán bên trong không gian địa chỉ bộ nhớ chương trình.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
-
21
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
Bộ nhớ dữ liệu SRAM : SRAM Data Memory.
Atmega 128 hỗ trợ 2 cấu hình khác nhau cho bộ nhớ dữ liệu SRAM như được liệt kê
trong bảng sau:
configuration
Internal SRAM data
External SRAM
Normal mode
AT mega103
Memory
4096
4000
Data Memory
Up to 64K
Up to 64K
compatibility mode
Atmega 128 là 1 vi xử lý linh hoạt với rất nhiều đơn vịngoại vi hơn nên có thể
hỗ trợ 64 vị trí dự trữ ở trong mã hoạt động của các lệnh IN và OUT . Vì không
gian địa chỉ I/O mở rộng từ $60 đến $FF trong SRAM, chỉ các lệnh ST/STS/STD
và LD/LDS/LDD mới có thể được sử dụng.Không gian địa chỉ I/O không thể xuất
ra khi mà Atmega 128 ở trong trạng thái tương thích với Atmega 103. Trong chế
độ thông thường địa chỉ vị trí dữ liệu đầu tiên 4352 ở cả hai file đăng kí, bộ nhớ
đầu vào ra I/O và dữ liệu trong SRAM. 32 vị trí địa chỉ đầu tiên của thanh ghi file,
tiếp theo là 64 vị trí bộ nhớ I/O tiêu chuẩn, sau đó là 160 vị trí của các vùng nhớ
I/O mở rộng và tiếp theo là 4096 vị trí địa chỉ của SRAM dữ liệu. Trong chế độ
tương thích với Atmega 103, đầu tiên là 4096 vị trí địa chỉ vùng dữ liệu ở cả hai
file đăng kí, vùng nhớ I/O và SRAM dữ liệu bên trong. Đầu tiên là 32 vị trí địa chỉ
của file đăng kí, tiếp theo là 64 v ịtrí của vùng nhớ I/O chuẩn, và tiếp theo là 4000
vị trí địa chỉ của SRAM bên trong. Một tùy chọn SRAM dữ liệu bên ngoài nữa có
thể được sử dụng với Atmega 128.SRAM này sẽ chiếm một vùng trong vung địa
chỉ còn lại của không gian địa chỉ64K.Vùng này bắt đầu ở địa chỉ bên dưới trong
SRAM. Thanh ghi file, I/O, I/O mở rộng và SRAM trong chiếm các bit thấp nhất
4352 bytes ở chế độ bình thường, và chiếm 4096bytes thấp nhất ở trong chế độ
tương thích với Atmega 103 (I/O mở rộng không được đề cập ở đây), vì vậy khi sử
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
22
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
dụng 64KB (65536 Bytes ) của bộ nhớ ngoài, 61184 Bytes của bộ nhớ ngoài sẽ dư
trong chế độ bình thường, và 61440 Bytes trong chế độ tương thích với Atmega
103.
Khi sự truy cập địa chỉtrong bộ nhớ SRAM vượt quá vị trí bộ nhớ dữ liệu bên
trong, SRAM dữ liệu bên ngoài được truy cập sử dụng các lệnh giống nhau về
phần truy cập bộ nhớ dữ liệu bên trong. Khi các bộ nhớ dữ liệu bên trong được
truy cập, các chân phân tích quá trình đọc và ghi (PG0 và PG1) thì không hoạt
động trong khi tất cả truy cập 1 chu kì. Quá trình điều khiển SRAM ngoài thì được
kích hoạt bằng việc cài đặt các bit SRE trong thanh ghi MCUCR.
2.GIỚI THIỆU MODULE SIM 900A.
2.1.Tổng quan về Module SIM900.
Một modem GSM là một modem wireless, nó làm việc cùng với một mạng
wireless GSM. Một modem wireless thì cũng hoạt động giông như một modem
quay số. Điểm khác nhau chính ở đây là modem quay số thì truyền và nhận dữ liệu
thông qua một đường dây điện thoại cố định trong khi đó một modem wireless thì
việc gửi nhận dữ liệu thông qua sóng. Giống như một điện thoại di động GSM ,
một modem GSM yêu cầu 1 thẻ sim với một mạng wireless để hoạt động.
Module SIM 900 là một trong những loại modem GSM. Nhưng Module SIM 900
được nâng cao hơn có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn. Nó sử dụng công nghệ
GSM/GPRS hoạt động ở băng tầng GSM 850Mhz, EGSM 900Mhz, DCS 1800
Mhz và PCS 1900Mhz, có tính năng GPRS của Sim 900.
Hình 2.1 Module SIM900.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
23
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
2.2.Đặc điểm của module SIM900.
+ Nguồn cung cấp khoảng 3,4 – 4,5V.
+ Nguồn lưu trữ.
+ Băng tần: GSM 850Mhz EGSM 900Mhz, DCS 1800Mhz và PCS
1900Mhz SIM900 có thể tự động tìm kiếm các băng tần.
+ Phù hợp với GSM Pha 2/2
+ Loại GSM là loại MS nhỏ.
+ Kết nối GPRS:
- 8 lớp điện dung.
- 10 lớp điện dung.
+ Giới hạn nhiệt độ:
- Bình thường từ -30c đến 80c
- Hạn chế từ: -45c - 30c và 80c- 85c.
- Nhiệt độ bảo quản từ -45c- 90c.
+ Loại GSM là loại MS nhỏ.
+ Kết nối GPRS.
+ Dữ liệu GPRS :
- GPRS dữliệu tải xuống: Max 85.6 kbps.
- GPRS dữliệu úp lên: Max 42.8 kbps.
- Sơ đồmã hóa: CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4.
- Sim 900 hổtrợ giao thức PAP, kiểu sử dụng kết nối PPP.
- Sim 900 tích hợp giao thức TCP/IP.
- Chấp nhận thông tin được điều chỉnh rộng rãi.
• GPRS dữ liệu tải xuống: Max 85.6 kbps.
• GPRS dữ liệu úp lên: Max 42.8 kbp.
+ SMS: MT, MO, CB, Text and PDU mode.
+ Bộ nhớ SMS: Sim card Text and PDU mode 500km hoặc đế anten.
+ Âm thanh :
- Dạng mã hòa âm thanh.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
24
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
- Mức chếđộ (ETS 06.20).
- Toàn bộchếđộ (ETS 06.10).
- Toàn bộchếđộtăng cường (ETS 06.50/ 06.06/ 06.80).
- Loại bỏtiếng dội.
+ Giao tiếp tiếp nối và sự ghép nối:
- Cổng kết nối có thể Sd với CSD Fax, GPRS và gửi lệnh ATCommand tới
module điều khiển.
- Cổng nối tiếp có thểSd chức năng giao tiếp.
- Hỗtrợ tốc độ truyền 1200 BPS tới 115200 BPS.
- Cổng hiệu chỉnh lỗi: 2 cổng nối tiếp TXD vàRXD.
- Cổng hiệu chỉnh lỗi chỉ sử dụng sữa lỗi.
+Quản lý danh sách: Hỗtrợ mẫu danh sách: SM, FD, LD, RC,ON, MC
+ Đồng hồ thời gian thực : Người cài đặt
+ Time function : Lập trình thông qua AT Command .
+ Đặc tính vật lý (đặc điểm): Kích thước 24mmx24mmx24mm> Nặng 3.4g .
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
Báo cáo thực tập tốt nghiệp
2.3.Khảo sát sơ đồchân và chức năng.
Thực hiện:Mai Đình Minh – 0741050242
25
GVHD: ThS. Lê Việt Tiến
