THIẾT kê, CHẾ tạo bộ điều KHIỂN các THIẾT bị điện TRÊN cơ sở ỨNG DỤNG VI điều KHIỂN PIC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: THIẾT KÊ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ
ĐIỆN TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Tạ Hùng Cường
Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Khắc Hải

Lớp

: 51LT

Mã số sinh viên

: 1051088474

1


NGHỆ AN - 2016

2


MỤC LỤC

MỤC LỤC.........................................................................................................3

MỞ ĐẦU...........................................................................................................9
Chương 3: Thiết kế, thi công mô hình điều khiển các thiết bị điện trên cơ sở
sử dụng vi điều khiển PIC;................................................................................9
Cuối cùng là phần kết luận và phương hướng phát triển của đề tài..................9
Do hạn chế về thời gian cũng như kiến thức, chắc chắn đề tài không tránh
được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô,
bạn bè để đồ án được hoàn thiện.......................................................................9
LỜI CÁM ƠN.................................................................................................10
Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các Quý thầy cô
giáo trong trường Đại học Vinh nói chung và các thầy cô giáo trong
khoa Điện tử Viễn thông đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến
thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua. .....................................10
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Tạ Hùng Cường, thầy đã tận tình
giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt
nghiệp. Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm
nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên
cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em
trong quá trình học tập và công tác sau này. ...................................................10
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến
và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt
nghiệp..............................................................................................................10
Em xin chân thành cám ơn!.............................................................................10
Nghệ An, 20 tháng 05 năm 2016.....................................................................10
TÓM TẮT ĐỒ ÁN..........................................................................................11
CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN.........................................14
Từ viết tắt........................................................................................................14
Tiếng Anh........................................................................................................14
Tiếng Việt........................................................................................................14
DTMF..............................................................................................................14
Dual Tone Multi Frequency.............................................................................14

Kép giai điệu tần số nhiều...............................................................................14
3


PIC...................................................................................................................14
Peripheral Interface Controller........................................................................14
Vi điều khiển....................................................................................................14
SRAM..............................................................................................................14
Synchronous Random Access Memory...........................................................14
Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên tĩnh....................................................................14
ROM................................................................................................................14
Read-Only Memory.........................................................................................14
Bộ nhớ không khả biến ...................................................................................14
EEPROM.........................................................................................................14
Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory..............................14
Bộ nhớ không mất dữ liệu ..............................................................................14
ULN.................................................................................................................14
Universal Link Negotiation............................................................................14
Vi mạch đệm....................................................................................................14
Chương 1.........................................................................................................15
1.1.Giới thiệu về PIC...................................................................................15
1.1.1.Cấu trúc phần cứng của PIC...........................................................15
1.1.2.PIC 16F84A....................................................................................16
1.1.3. Phân loại và lựa chọn vi điều khiển PIC.......................................18
1.1.4. Ngôn ngữ lập trình cho pic............................................................19
1.1.5. Thiết bị nạp cho PIC......................................................................19
- Cấu trúc lệnh lập trình cho PIC.............................................................19
1.2.Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM................................................23
1.2.1.Tổng quan về GSM........................................................................23
1.2.2.Giao diện vô tuyến.........................................................................24

1.2.3.Mã hóa âm thanh............................................................................25
1.2.4.Cấu trúc hệ thống GSM..................................................................26
.........................................................................................................................26
1.2.5.Module nhận dang thuê bao...........................................................27
4


Kết luận chương 1...........................................................................................27
Chương 2.........................................................................................................28
XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CÁC............................................................28
THIẾT BỊ ĐIỆN TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC...........28
2.1. Bộ điều khiển các thiết bị điện.............................................................28
2.2. Phân tích chức năng hoạt động của các thành phần.............................29
+ Thay đổi password đăng nhập hệ thống...................................................30
+ Bật /tắt thiết bị điện..................................................................................30
+ Hẹn giờ bật/ tắt thiết bị điện.....................................................................30
c. Các thao tác thự hiện điều khiển..........................................................30
Thực hiện bật tắt thiết bị điện..................................................................30
2.3. Xây dựng mạch nguyên lý điều khiển các thiết bị điện.......................31
2.3.1. Các thiết bị sử dụng trong đề tài....................................................31
a. Thiết bị thu tín hiệu DTMF.................................................................31
Bộ phát DTMF trong MT 8880 có khả năng tạo tất cả 16 cặp tone DTMF
chuẩn tối thiểu và độ chính xác cao. Tất cả tần số này đều lấy từ dao động
thạch anh 3,579545 MHz. Để phát 1 tín hiệu DTMF thì dữ liệu tương ứng
dưới dạng mã nhị phân 4bit được đưa đến D0, D1, D2 , D3 của IC MT
8880. Dữ liệu này được viết vào thanh ghi nhận dữ liệu, sau đó được đưa
đến bộ phận chia hàng và cột lập trình được. Sau đó đưa đến bộ biến đổi
D/A biến dung. Sau khi qua bộ biến đổi D/A biến dung các tone hàng và
cột được trộn lại và lọc đề cho ra tín hiệu DTMF với ít hài và độ chính xác
cao. Tín hiệu DTMF này được đưa ra ở chân số 8 của IC MT 8880 và được

khuyếch đại để phát đến thuê bao nhận.......................................................31
Thiết bị DTMF (Dual Tone Multi-Frecenry) : là một phương pháp để
hưỡng dẫn một hệ thống chuyển mạch của số điện thoại được gọi đi hoặc ra
lệnh cho hệ thống chuyển mạch hoặc thiết bị điện thoại có liên quan bằng
cách truyền đi tín hiệu. DTMF được tích hợp trên hầu hết điện thoại trong
hệ thốn viễn thông ......................................................................................31
Hệ thống DTMF sử dụng 8 tín hiệu tần số khác nhau được truyền đi theo
cặp tần số đại diện cho 16 con số,biểu tượng và chữ cái có sẵn trên một bàn
phím điện thoại thông dụng. Sau đây là bảng các cặp tần số tương ứng với
các phím chức năng trên điện thoại.............................................................31
MT8870 là một thiết bị thu tín hiệu DTMF có tích hợp sẵn bộ lọc tín hiệu
5


DTMF và giải mã chuyển đổi 16 mã DTMF thành một số 4bit dạng số ở
đầu ra :.........................................................................................................32
b. Cấu tạo cơ bản.....................................................................................32
- cấu tạo...................................................................................................32
Gồm ba phần chính sau:..............................................................................32
Phần chuyển đổi mạch điện: Phần này gồm hệ thống lá mạ tiếp điểm và có
nhiệm vụ đóng mở mạch điện khi có yêu cầu.............................................32
Phần thu và phát tín hiệu gọi: Phần này gồmhai phần chính là máy điện
quay tay có nhiệm vụ phát tín hiệu gọi lên đườngtruyền và phần chuông
máy có nhiệm vụ biến dòngtín hiệu gọi thành tín hiệu gọi.........................32
Phần thu phát thoại: Gồm có loa và mic. Loa có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu
.....................................................................................................................32
âm thanh thành tín hiệu điện và mic thì có nhiệm vụ ngược lại biến tín hiệu
.....................................................................................................................32
điện thành tín hiệu âm thanh.......................................................................32
Nguyên lý hoạt động...............................................................................32

Khi ta thực hiện cuộc gọi dao động âm thanh của tiếng nói sẽ tác động vào
màng rung của mic làm xuất hiện dòng điện biến đổi tương ứng trong
mạch. Dòng điện biến đổi này được truyền trên đường dây điện thoại và
được chuyển mạch đến máy điện thoại được gọi, làm cho màng rung của
loa dao động, lớp không khí trước màng sẽ dao động theo phát ra âm thanh
tác động đến tai người nghe và quá trình truyền dẫn ngược lại cũng tương
tự..................................................................................................................32
2.3.2. KEYPAD.......................................................................................32
Trong DTMF mỗi chữ số chọn lựa có tín hiệu dưới dạng tổ hợp của hai tần
số xoay chiều:..............................................................................................32
2.3.4. Mạch sử dụng IC đệm ULN 2003.................................................35
2.3.5. Thiết bị điều khiển ngoại vi bằng Relay........................................37
a. Cấu tạo.................................................................................................37
b. Nguyên tắc hoạt động..........................................................................37
2.3.6. Hệ thống đóng/ mở đèn chiếu sáng...............................................39
a. Mạch nguyên lý...........................................................................................39
.........................................................................................................................39
6


b. Nguyên lý hoạt động...................................................................................39
Khi có tín hiệu điều khiển đi qua R1 vào chân B của Q1, khi đó Transistor Q1
sẽ mở, lúc này sẽ có dòng điện chạy từ Vcc qua cuôn dây của Relay chạy
xuống Q1 qua chân E và xuống đất, như vậy Relay RL1 sẽ chuyển trạng thái
và đóng mạch, RL1 sẽ đóng vai trò như 1 công tắc dóng kín mạch làm cho
đèn sang...........................................................................................................39
2.3.2. Điều khiển thiết bị ngoại vi dung mạch cầu H..............................39
a. Mạch nguyên lý...........................................................................................39
Kết luận chương 2...........................................................................................40
Chương 3.........................................................................................................41

THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH BỘ ĐIỀU KHIỂN CÁC.........................41
THIẾT BỊ ĐIỆN TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC...........41
3.1. Thiết kế chế tạo phần cứng...................................................................41
3.1.1. Cơ sở nguyên lý mạch điều khiển dung PIC.................................41
3.1.2. Mạch in thực tế sau khi thiết kế.....................................................43
3.2. Lập trình điều khiển thiết bị điện.........................................................43
3.2.1. Giới thiệu phần mềm lập trình cho PIC.........................................43
3.2.2. Kết quả chế tạo mạch điều khiển...................................................50
Kết luận chương 3...........................................................................................50
Tuy nhiên, lượng kiến thức còn hạn chế nên đề tài thực hiện xong chỉ đáp
ứng được một phần nhỏ của một hệ thống hoàn chỉnh. Vì vậy, để đề tài này
thêm phong phú hơn, mang nhiều tính thực tế hơn nữa, có khả năng ứng
dụng cao hơn thì chúng em đề xuất đưa thêm vào những yêu cầu và hướng
phát triển đề tài như sau...............................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................52
[2] Andrew K. Dennis, Raspberry Pi Home Automation with Arduino,
Paperback, 2013..............................................................................................52

7


8


MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật,
công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật tự động điều khiển đóng vai trò
quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp
thông tin...Do đó là một sinh viên chuyên ngành điện tử chúng ta phải biết nắm bắt
và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa

học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển vi cơ điện tử nói riêng. Bên
cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà.
Điển hình của một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua điện
thoại, gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị
tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động … Nó hoạt động như một
ngôi nhà thông minh. Nghĩa là tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau về
mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm. Đầu não trung tâm ở đây có thể là
một máy vi tính hoàn chỉnh hoặc có thể là một bộ xử lí đã được lập trình sẵn tất cả
các chương trình điều khiển.
Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng
với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên chúng tôi đã chọn đề tài
"Thiết kế chế tạo bộ điều khiển các thiết bị điện trên cơ sở ứng dụng Vi điều khiển
PIC". Đề tài được trình bày trong 3 chương:
- Chương 1: Chương này giói thiệu về vi điều khiển PIC; phân tích chức năng các
thành phần của PIC.
- Chương 2: Chương này trình bày sơ đồ khối hệ thống, các thiết bị điều khienr;
- Chương 3: Thiết kế, thi công mô hình điều khiển các thiết bị điện trên cơ sở sử
dụng vi điều khiển PIC;
- Cuối cùng là phần kết luận và phương hướng phát triển của đề tài.
Do hạn chế về thời gian cũng như kiến thức, chắc chắn đề tài không tránh
được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè
để đồ án được hoàn thiện.

9


LỜI CÁM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các Quý thầy cô
giáo trong trường Đại học Vinh nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Điện tử
Viễn thông đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm

quý báu trong suốt thời gian qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Tạ Hùng Cường, thầy đã tận tình
giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức
bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm
túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và
công tác sau này.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến
và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cám ơn!
Nghệ An, 20 tháng 05 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Khắc Hải

10


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án này đã đi sâu tìm hiểu hệ thống điều khiển các thiết bị ngoại vi trên cơ
sở sử dụng vi điều khiển PIC; Ứng dụng vào thiết kế chế tạo mô hình điều khiển
các thiết bị dân dụng trong ngôi nhà thông minh sử dụng điện thoại di động.
ABSTRACT
This thesis has an insight into the control system of peripherals based on PIC
microcontrollers uses; Applications to design and create model-driven civil devices
in smart homes use mobile phones .

11

CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

12


CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

Hình 2. 1. Sơ đồ khối của hệ thống..............Error: Reference source not found
Hình 2. 2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển......Error: Reference source not found
Hình 2. 3. Sơ đồ mạch của bộ điều khiển.....Error: Reference source not found
Hình 2. 4. Dạng tín hiệu DTMF...................Error: Reference source not found
Hình 2. 5. IC thu DTMF MT8870................Error: Reference source not found
Hình 2. 6. Sơ đồ khối của MT8870..............Error: Reference source not found
Hình 2. 7. IC đệm ULN 2003....................... Error: Reference source not found
Hình 2. 8. Cấu tạo IC ULN 2003..................Error: Reference source not found
Hình 2. 9. Mạch Relay..................................Error: Reference source not found
Hình 2. 10. Sơ đồ cấu tạo của Relay.............Error: Reference source not found
Hình 2. 11. Sơ đồ mắc Relay vào mạch........Error: Reference source not found
Hình 2. 12. Mạch Realay..............................Error: Reference source not found
Hình 2. 13. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển thiết bị ngoại vi bằng Relay
...................................................................... Error: Reference source not found
Hình 2. 14. Mạch đóng/ mở đèn chiếu sáng. Error: Reference source not found
Hình 2. 15. Mạch cầu H................................Error: Reference source not found

13


CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Từ viết tắt
DTMF

PIC
SRAM

Tiếng Anh
Tiếng Việt
Dual Tone Multi Frequency
Kép giai điệu tần số nhiều
Peripheral Interface Controller
Vi điều khiển
Synchronous Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu

ROM
EEPROM

Read-Only Memory
Electrically Erasable Programmable

nhiên tĩnh
Bộ nhớ không khả biến
Bộ nhớ không mất dữ

ULN

Read-Only Memory
Universal Link Negotiation

liệu
Vi mạch đệm

14

Chương 1
GIỚI THIÊU VI ĐIỀU KHIỂN PIC
1.1. Giới thiệu về PIC
PIC (Peripheral Interface Controller) là IC lập trình dùng để điều khiển các
thiết bị tự động, với các bộ nhớ chương trình (Flash ROM) và bộ nhớ đệm (SRAM).
Có thể xem PIC là một máy tính nhỏ, do trong PIC có bộ phận xử lý các mã lệnh,
quen gọi là các chương trình đã được Bạn cho cài đặt vào bộ nhớ Flash ROM, có bộ
nhớ SRAM, như vậy có thể xem PIC là loại IC đơn phiến, nghĩa là một mình nó có
thể đủ cấu tạo thành một thiết bị vi điều khiển hoàn chỉnh. Chúng ta biết bộ nhớ
trong PIC thường có dung lượng nhỏ (dung lượng lớn nhỏ còn tùy theo loại PIC).
Tần số xung nhịp của PIC, tối đa thường là 20MHz và dung lượng bộ nhớ thường từ
1K đến 4K.

Hình 1. 1. Vi điều khiển PIC16F877A
1.1.1. Cấu trúc phần cứng của PIC
Cấu trúc của PIC gồm các khối như sau:

Hình 1. 2. Sơ đồ khối vi diều khiển PIC
Tổ chức phần cứng của PIC được thiết kế theo kiến trúc Havard. Điểm khác
biệt giữa kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman là cấu trúc bộ nhớ dữ liệu và

15


bộ nhớ chương trình. Đối với kiến trúc Von-Neuman, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ
chương trình nằm chung trong một bộ nhớ, do đó ta có thể tổ chức, cân đối một
cách linh hoạt bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Tuy nhiên điều này chỉ có ý
nghĩa khi tốc độ xử lí của CPU phải rất cao, vì với cấu trúc đó, trong cùng một thời

điểm CPU chỉ có thể tương tác với bộ nhớ dữ liệu hoặc bộ nhớ chương trình. Như
vậy có thể nói kiến trúc Von-Neuman không thích hợp với cấu trúc của một vi điều
khiển.
Đối với kiến trúc Havard, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách ra
thành hai bộ nhớ riêng biệt. Do đó trong cùng một thời điểm CPU có thể tương tác
với cả hai bộ nhớ, như vậy tốc độ xử lí của vi điều khiển được cải thiện đáng kể.
Một điểm cần chú ý nữa là tập lệnh trong kiến trúc Havard có thể được tối ưu tùy
theo yêu cầu kiến trúc của vi điều khiển mà không phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu.
Ví dụ, đối với vi điều khiển dòng 16F, độ dài lệnh luôn là 14 bit (trong khi dữ liệu
được tổ chức thành từng byte), còn đối với kiến trúc Von-Neuman, độ dài lệnh luôn
là bội số của 1 byte (do dữ liệu được tổ chức thành từng byte). Đặc điểm này được
minh họa cụ thể trong hình 1.1.
1.1.2. PIC 16F84A
Đặc điểm của PIC 16F84A như sau:
Chỉ dùng 35 câu lệnh để viết tất cả các chương trình nguồn cho PIC16Fxx.
Tất cả các câu lệnh chỉ dùng 1 chu kỳ máy, các câu lệnh nhẩy dùng 2 chu kỳ máy.
Tốc độ vận hành: dùng xung nhịp là 20MHz và chu kỳ máy là 200ns. Có bộ nhớ
chương trình (Flash Program Memory) 1024 Word (1K x 14). Bộ nhớ RAM (RAM
File Rigister) 68 byte. Bộ nhớ dữ liệu EEPROM 64 byte. Chiều rộng câu lệnh là 1
Word 14 bit. Xử lý dữ liệu dạng 8 bit (1 byte). Có 15 thanh ghi chuyên dụng SFR
(Special Function Register) trong RAM. Dùng ngăn xếp có chiều xâu 8 lớp. Có
mode truy cập theo địa chỉ trực tiếp, gián tiếp và địa chỉ tương đối. Có 4 dạng ngắt:
- Ngắt ngoài trên tín hiệu trên chân RB0/INT.
- Ngắt theo bit báo tràn của Timer 0.
- Ngắt theo sự thay đổi trên các chân RB4, RB5, RB6, RB7.
- Ngắt khi ghi xong dữ liệu vào bộ nhớ EEPROM.

16

Hình 1. 3. PIC 16F84A
Có 13 chân dùng xuất nhập dữ liệu (Ở cảng Port A có 5 chân và Port B có 8
chân). Có khả năng cấp dòng chảy vào/chảy ra đủ lớn: 25mA, đủ cấp cho các Led
chiếu sáng. Có 1 đồng hồ Timer 0 (TMR0), dùng thanh đếm xung 8 bit, nên đếm
được tối đa 256 nhịp. Với bộ nhớ chương trình Flash Program Memory, có thể xóa
ghi được 1000 lần. Với bộ nhớ EEPROM có thể xóa ghi dữ liệu đến 1000000 lần.
Dữ liệu cất giữ trong bộ nhớ EEPROM có thể an toàn tên 40 năm. Có thể lập trình
và nạp ngay trên bo (ICSP, In-Circuit Serial Programming) chỉ dùng 2 chân. Có
chức năng POR (Power On Reset), PWRT (Power-up Timer), OST (Oscillator
Start-up Timer). Chức năng Watch-dog (WDT) làm việc với mạch dao động RC
riêng trong IC. Có mode bảo vệ mã. (Code Protection). Có mode Sleep dùng tiết
kiệm điện năng khi ở trạng thái chờ. Có nhiều tùy chọn cho mạch dao động tạo
xung nhịp chính. Làm việc với mức nguồn nuôi trong khoảng 2V đến 5.5V.

Hình 1. 4. PIC 16F84A
Chức năng các chân như sau:
- OSC1/CLKIN là chân ngả vào của mạch dao động thạch anh. Định tần cho
xung nhịp và cũng là một ngả vào của mạch tạo xung nhịp.

17


- OSC2/CLKOUT là chân ngả ra của mạch dao động thạch anh và là ngả ra
của xung nhịp.
- MCLR (Master Clear) là chân Reset, tác dụng của lệnh Reset là trả chương
trình về địa chỉ 0000h. Lệnh tác dụng ở mức áp thấp.
- RA0, RA1, RA2, RA3, là các chân xuất nhập của bến cảng Port A.
- RA4/TOCKI là chân đa nhiệm, vừa làm chân xuất nhập của Port A và lại là
chân lấy xung cho thanh đếm của đồng hồ Timer 0 (ở chân này có cực Drain để hở).
- RB0/INT là chân đa nhiệm, vừa làm chân xuất nhập của Port B và lại là chân

phát động theo ngắt ngoài. Các chân của Port B có thể được lập trình để có trở
kháng lớn dùng để làm ngả vào, nhập trạng thái ngoài vào PIC.
- RB1, RB2, RB3, là các chân xuất nhập của bến cảng Port B.
- RB4, RB5, là các chân xuất nhập của Port B và phát động ngắt theo sự thay
đổi trên các chân này.
- RB6, là 1 chân xuất nhập của Port B và phát động ngắt theo sự thay đổi trên
chân này. Nó còn có thể lập trình để dùng chân này phát xung nhịp dùng cho công
năng truyền dữ liệu nối tiếp.
- RB7, là 1 chân xuất nhập của Port B và phát động ngắt theo sự thay đổi trên
chân này. Nó còn có thể lập trình để dùng chân này trao đổi dữ liệu dùng cho công
năng truyền dữ liệu nối tiếp.
- VSS là chân nối masse để lấy dòng (ở đây là dòng điện tử).
- VDD là chân nối vào đường nguồn dương (từ 2V đến 5.5V).
1.1.3. Phân loại và lựa chọn vi điều khiển PIC
Hiện nay, các dòng PIC được dùng trên thị trường gồm các loại sau :
Các kí hiệu của vi điều khiển PIC:
- PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit
- PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit
- PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit
C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)
F: PIC có bộ nhớ flash
LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp
LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ
Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có thêm

18


chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash).
Ngoài ra còn có thêm một dòng viđiều khiển PIC mới là dsPIC. Ở Việt Nam phổ

biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất. Cách lựa chọn
một vi điều khiển PIC phù hợp:
- Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng.
Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều
khiển chỉ có 8 chân,ngoài ra còn có các viđiều khiển 28, 40, 44, … chân.
- Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình
được nhiều lần hơn. Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn
trong vi điều khiển,các chuẩn giao tiếp bên trong.
- Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép.
- Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể được tìm
thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp.
1.1.4. Ngôn ngữ lập trình cho pic
Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng. Ngôn ngữ lập trình cấp thấp có
MPLAB (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip), các ngôn ngữ lập
trình cấp cao hơn bao gồm C,Basic, Pascal, … Ngoài ra còn có một số ngôn ngữ lập
trìnhđược phát triển dành riêng cho PIC như PICBasic, MikroBasic,…

Hình 1. 5. Cửa sổ phần mềm PICBasic
1.1.5. Thiết bị nạp cho PIC
- Cấu trúc lệnh lập trình cho PIC

19


a. Chỉ thị tiền xử lý
1. #INCLUDE
Cú pháp: #include<filename>
Khai báo chỉ định đường dẫn cho trình biên dịch
Ví dụ: #include<16f877a.h>
hoặc #include < C:\INCLUDES\CCSC\VIDU.C >

2.#BIT
Cú pháp: #bit name=x.y
Tạo biến 1bit có tên là name đặt ở byte x vị trí y. Thường dung để kiểm tra
hoặc gán giá trị cho thanh ghi. Điểm khác so với dùng biến 1 bit từ khai
báo int1 là: int1 tốn 1 bit bộ nhớ, còn #BIT thì không tốn thêm bộ nhớ do name chỉ
danh định đại diện chi bit chỉ định ở biến x, thay đổi name (0/1) sẽ thay đổi giá trị
tương ứng y -> thay đổi giá trị x.
Ví dụ: #bit TMR1IF=0x0B.2; => tạo biến 1bit tên TMR1IF đặt ở byte có địa chỉ
0x0B ở vị trí thứ 2.
3.#BYTE
Cú pháp: #byte name=x
Gán tên biến name cho địa chỉ x. name thường trùng với tên thanh ghi có địa
chỉ x.
Cú pháp: #define name text
Dùng để khai báo một chuỗi hoặc số có tên là name
Ví dụ: #define constan 123456;
5.#USE:
Cú pháp: #use delay(clock=speed)
Dùng để khai báo tốc độ dao động của thạch anh và có chỉ thị này thì bạn
mới sử dụng được các hàm trễ thời gian delay_ms hay delay_us
Cú pháp: #use fast_io(port)
Port là các cổng vào ra của PIC (từ A -> G)
Có chỉ thị này thì chúng ta có thể điều chỉnh các port chỉ với 1 lệnh
như output_low(),input_high()...Chú ý: trong hàm main () bạn phải dùng
hàm set_tris_x() để chỉ rõ chân vào ra thì chỉ thị trên mới có hiệu lực, nếu không
chương trình sẽ chạy sai!

20

Ví dụ: #USE FAST_IO (A);
b. Các hàm delay
Để sử dụng các hàm delay phải khai báo tiền xử lý như đã nói ở trên
ví dụ: #use delay (clock=20000000);
Hàm delay không sử dụng bất kỳ một timer nào. Có 3 hàm phục vụ:
1. Delay_cycles (count)
count: hằng số từ 0 - 255, là số chu kỳ lệnh. 1 chu kỳ lệnh bằng 4 chu kỳ
máy nhé!
ví dụ: delay_cycles (25); với tần số dao động thạch anh OSC=20MHZ thì
hàm delay này 5us=5*10^-6s
2. Delay_us (time)
Time là biến số thì giá trị từ 0-255, nếu là hằng số thì 0-65535.
ví dụ:
int time=100;
delay_us (time); //delay 100us
delay_us (1000); //delay 1000us
3. Delay_ms (time)
Tương tự với delay_us nhưng với đơn vị là ms=10^-3s.
Đây cũng là một dòng sản phẩm rất đa dạng dành cho vi điều khiển PIC. Có
thể sử dụng các mạch nạp được cung cấp bởi nhà sản xuất là hãng Microchip như:
PICSTART plus, MPLAB ICD 2, MPLAB PM 3, PRO MATE II. Có thể dùng
các sản phẩm này để nạp cho vi điều khiển khác thông qua chương trình MPLAB.
Dòng sản phẩm chính thống này có ưu thế là nạp được cho tất cả các vi điều khiển
PIC, tuy nhiên giá thành rất cao và thường gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình
mua sản phẩm. Ngoài ra do tính năng cho phép nhiều chế độ nạp khác nhau, còn có
rất nhiều mạch nạp được thiết kế dành cho vi điều khiển PIC. Có thể sơ lược một số
mạch nạp cho PIC như sau:
- JDM programmer: mạch nạp này dùng chương trình nạp Icprog cho phép
nạp các vi điều khiển PIC có hỗ trợ tính năng nạp chương trình điện áp thấp ICSP
(In Circuit Serial Programming). Hầu hết các mạch nạp đều hỗ trợ tính năng nạp

chương trình này.

21


Hình 1. 6. mạch nạp DM programmer
- WARP-13A và MCP-USB: hai mạch nạp này giống với mạch nạp
PICSTART PLUS do nhà sản xuất Microchip cung cấp, tương thích với trình biên
dịch MPLAB, nghĩa là ta có thể trực tiếp dùng chương trình MPLAB để nạp cho vi
điều khiển PIC mà không cần sử dụng một chương trình nạp khác, chẳng hạn như
ICprog.

Hình 1. 7. Mạch nạp MCP-USB
- P16PRO40: mạch nạp này do Nigel thiết kế và cũng khá nổi tiếng. Ông còn
thiết kế cả chương trình nạp, tuy nhiên ta cũng có thể sử dụng chương trình nạp
Icprog.

22


Hình 1. 8. mạch nạp P16PRO40
- Mạch nạp Universal của Williem: đây không phải là mạch nạp chuyên dụng
dành cho PIC như P16PRO40. Các mạch nạp kể trên có ưu điểm rất lớn là đơn
giản, rẻ tiền, hoàn toàn có thể tự lắp ráp một cách dễ dàng, và mọi thông tin về sơ
đồ mạch nạp, cách thiết kế, thi công, kiểm tra và chương trình nạp đều dễ dàng tìm
được và download miễn phí thông qua mạng Internet. Tuy nhiên các mạch nạp trên
có nhược điểm là hạn chế về số vi điều khiển được hỗ trợ, bên cạnh đó mỗi mạch
nạp cần được sử dụng với một chương trình nạp thích hợp.

Hình 1. 9. Mạch nạp Universal của Williem

1.2. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM
1.2.1. Tổng quan về GSM
Hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng Anh: Global System for Mobile
Communications; tiếng Pháp: Groupe Spécial Mobile; viết tắt: GSM) là một công
nghệ dùng cho mạng thông tin di động. Dịch vụ GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ
người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Các mạng thông tin di động GSM cho
phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các
mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.

23


Hình 1. 10. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM
GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới.
Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên
thế giới, cho phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên
thế giới. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất
lượng cuộc gọi. Nó được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai (second
generation, 2G). GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rd
Generation Partnership Project (3GPP) Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế
chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn.
Thuận lợi đối với nhà điều hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều người
cung ứng. GSM cho phép nhà điều hành mạng có thể sẵn sàng dịch vụ ở khắp nơi,
vì thế người sử dụng có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới.
1.2.2. Giao diện vô tuyến
GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào (cell) do đó các
máy điện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm các cell gần nó nhất.
Các mạng di động GSM hoạt động trên 4 tần số. Hầu hết thì hoạt động ở tần số
900 MHz và 1800 MHz. Vài nước ở Châu Mỹ thì sử dụng tần số 850 MHz và
1900 MHz do tần số 900 MHz và 1800 MHz ở nơi này đã bị sử dụng trước.

Và cực kỳ hiếm có mạng nào sử dụng tần số 400 MHz hay 450 MHz chỉ có
ở Scandinavia sử dụng do các băng tần khác đã bị cấp phát cho việc khác.
Các mạng sử dụng tần số 900 MHz thì đường lên (từ thuê bao di động đến
trạm truyền dẫn uplink) sử dụng tần số trong dải 890–915 MHz và đường xuống

24


downlink sử dụng tần số trong dải 935–960 MHz. Và chia các băng tần này thành
124 kênh với độ rộng băng thông 25 MHz, mỗi kênh cách nhau 1 khoảng 200 kHz.
Khoảng cách song công (đường lên & xuống cho 1 thuê bao) là 45 MHz.
Ở một số nước, băng tần chuẩn GSM900 được mở rộng thành E-GSM, nhằm
đạt được dải tần rộng hơn. E-GSM dùng 880–915 MHz cho đường lên và 925–
960 MHz cho đường xuống. Như vậy, đã thêm được 50 kênh (đánh số 975 đến 1023
và 0) so với băng GSM-900 ban đầu. E-GSM cũng sử dụng công nghệ phân chia
theo thời gian TDM (time division multiplexing), cho phép truyền 8 kênh thoại toàn
tốc hay 16 kênh thoại bán tốc trên 1 kênh vô tuyến. Có 8 khe thời gian gộp lại gọi là
một khung TDMA. Các kênh bán tốc sử dụng các khung luân phiên trong cùng khe
thời gian. Tốc độ truyền dữ liệu cho cả 8 kênh là 270.833 kbit/s và chu kỳ của một
khung là 4.615 m.
Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watt đối với băng
GSM 850/900 MHz và tối đa là 1 watt đối với băng GSM 1800/1900 MHz
1.2.3. Mã hóa âm thanh
GSM sử dụng khá nhiều kiểu mã hóa thoại để nén tần số audio 3,1 kHz vào
trong khoảng 6.5 and 13 kbit/s. Ban đầu, có 2 kiểu mã hoá là bán tốc (haft rate -5.6
kbps)và toàn tốc (Full Rate -13 kbit/s)). Để nén họ sử dụng hệ thống có tên là mã
hóa dự đoán tuyến tính (linear predictive coding -LPC).
GSM được cải tiến hơn vào năm 1997 với mã hóa EFR (mã hóa toàn tốc cải
tiến -Enhanced Full Rate), kênh toàn tốc nén còn 12.2 kbit/s. Sau đó, với sự phát
triển của UMTS, EFR được tham số lại bởi kiểu mã hóa biến tốc, được gọi là AMRNarrowband.

Có tất cả bốn kích thước cell site trong mạng GSM đó là macro, micro, pico và
umbrella. Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trường. Macro cell
được lắp trên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng, micro cell lại được lắp ở các
khu thành thị, khu dân cư, pico cell thì tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại
nó thường được lắp để tiếp sóng trong nhà. Umbrella lắp bổ sung vào các vùng bị
che khuất hay các vùng trống giữa các cell.
Bán kính phủ sóng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi anten
thường thì nó có thể từ vài trăm mét tới vài chục km. Trong thực tế thì khả năng phủ
sóng xa nhất của một trạm GSM là 35 km (22 dặm).

25