Thiết kế hệ thống điều khiển đèn thông minh dùng cảm biến hồng ngoại

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ
----------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông
Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN THÔNG MINH
DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI

Giảng viên hướng dẫn

: Ths. TRẦN QUANG VIỆT

Lớp

: ĐH Điện Tử 3 - K9
Hà Nội - 2018


Đồ án tốt nghiệp Đại học

2

Ths. Trần Quang Việt

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Hà Nội, ngày

tháng

năm

Giảng viên

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô của trường Đại
học Công Nghiệp Hà Nội nói chung cũng như thầy cô ở khoa công nghệ


Đồ án tốt nghiệp Đại học

3

Ths. Trần Quang Việt

điện tử truyền thông nói riêng, đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những
năm em học tập. Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học
không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành
trang quí báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Ths. Bồ Quốc Bảo và
Ths. Trần Quang Việt đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng buổi học
trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực sáng tạo
trong nghiên cứu khoa học. Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo
của thầy thì em nghĩ bài thu hoạch này của em rất khó có thể hoàn thiện
được.
Em xin cảm ơn bạn bè và người thân trong gia đình đã giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và động viên em để có thể hoàn thành đề tài và đúng như
kế hoạch đã đề ra.
Vì kiến thức bản thân còn hạn chế, trong quá trình thực tập, hoàn
thiện chuyên đề này em không tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận
được những ý kiến đóng góp từ thầy, cô.
Cuối cùng em xin gửi lời chúc đến quý thầy, cô cùng các bạn sinh
viên của trường được dồi dào sức khỏe và thành công trong công việc. Em
xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

năm
Sinh viên thực hiện

Đồ án tốt nghiệp Đại học

4

Ths. Trần Quang Việt

LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là
ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực
điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã
đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc
sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước
nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ.
Với đề tài” Thiết kế hệ thống điều khiển đèn thông minh dùng
cảm biến hồng ngoại” dùng vi điều khiển, nhằm ứng dụng vào thực tế
giúp sử dụng nguồn sáng từ bóng đèn một cách hiệu quả. Qua đó tiết kiệm
điện và tối ưu hóa hiệu suất cùng thời gian sử dụng của bóng đèn. Đề tài
chỉ là một phần ứng dụng nhỏ của vi điều khiển. Nó chỉ dừng lại ở mức độ
tìm hiểu chưa nghiên cứu sâu và còn nhiều sai sót mong thầy cô và các bạn
đóng góp để cuốn đồ án hoàn thiện hơn.
Cấu trúc đồ án: Đồ án gồm 2 chương
- Chương 1: Tổng quan về vi điều khiển và Pic 18f4520
Giới thiệu tổng quan về vi điều khiển và Pic 18f4520
- Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn thông minh dùng
cảm biến hồng ngoại
Thiết kế mạch, thực nghiệm thiết bị, đánh giá và định hướng phát
triển.

Đồ án tốt nghiệp Đại học

5

MỤC LỤC

Ths. Trần Quang Việt


Đồ án tốt nghiệp Đại học

6

DANH MỤC HÌNH

Ths. Trần Quang Việt


Đồ án tốt nghiệp Đại học

7

DANH MỤC BẢNG

Ths. Trần Quang Việt


Đồ án tốt nghiệp Đại học

8

Ths. Trần Quang Việt

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ PIC
18F4520
1.1 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ VI ĐIỀU KHIỂN
Bộ Vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả
năng tính toán, xử lý, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích
người dùng, đặc biệt hiệu quả đối với các bài toán và hệ thống lớn. Tuy
nhiên đối với các ứng dụng nhỏ, tầm tính toán không đòi hỏi khả năng tính
toán lớn thì việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc. Bởi vì hệ thống dù lớn
hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì cũng đòi hỏi các khối mạch điện giao tiếp
phức tạp như nhau. Các khối này bao gồm bộ nhớ để chứa dữ liệu và
chương trình thực hiện, các mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập và
điều khiển trở lại, các khối này cùng liên kết với vi xử lý thì mới thực hiện
được công việc. Để kết nối các khối này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu
biết tinh tường về các thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi. Hệ
thống được tạo ra khá phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp
và vấn đề chính là trình độ người thiết kế. Kết quả là giá thành sản phẩm
cuối cùng rất cao, không phù hợp để áp dụng cho các hệ thống nhỏ.
Vì một số nhược điểm trên nên các nhà chế tạo tích hợp một ít bộ nhớ
và một số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất
được gọi là Microcontroller-Vi điều khiển.
Một số đặc điểm khác nhau giữa vi xử lí và vi điều khiển:
Về phần cứng: VXL cần được ghép thêm các thiết bị ngoại vi bên
ngoài như bộ nhớ, và các thiết bị ngoại vi khác, … để có thể tạo thành một
bản mạch hoàn chỉnh. Đối với VĐK thì bản thân nó đã là một hệ máy tính
hoàn chỉnh với CPU, bộ nhớ, các mạch giao tiếp, các bộ định thời và mạch
điều khiển ngắt được tích hợp bên trong mạch.

Về các đặc trưng của tập lệnh: Do ứng dụng khác nhau nên các bộ
VXL và VĐK cũng có những yêu cầu khác nhau đối với tập lệnh của
chúng. Tập lệnh của các VXL thường mạnh về các kiểu định địa chỉ với


Đồ án tốt nghiệp Đại học

9

Ths. Trần Quang Việt

các lệnh cung cấp các hoạt động trên các lượng dữ liệu lớn như 1byte, ½
byte, word, double word... Ở các bộ VĐK, các tập lệnh rất mạnh trong việc
xử lý các kiêu dữ liệu nhỏ như bit hoặc một vài bit.
Do VĐK cấu tạo về phần cứng và khả năng xử lí thấp hơn nhiều so
với VXL nên giá thành của VXL cũng rẻ hơn nhiều. Tuy nhiên nó vẫn đủ
khả năng đáp ứng được tất cả các yêu cầu của người dùng.
Vi điều khiển được ứng dụng trong các dây chuyền tự động loại nhỏ,
các robot có chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v.v...
1.2 PHÂN LOẠI
1.2.1 Độ dài thanh ghi
Dựa vào độ dài của các thanh ghi và các lệnh của VĐK mà người ta
chia ra các loại VĐK 8bit, 16bit, hay 32bit.... Các loại VĐK 16bit do có độ
dài lệnh lớn hơn nên các tập lệnh cũng nhiều hơn, phong phú hơn. Tuy
nhiên bất cứ chương trình nào viết bằng VĐK 16bit chúng ta đều có thể
viết trên VDK 8bit với chương trình thích hợp
1. 2.2 Kiến trúc CISC và RISC
VXL hoặc VDK CISC là VDK có tập lệnh phức tạp. Các VDK này có
một số lượng lớn các lệnh nên giúp cho người lập trình có thể linh hoạt và
dễ dàng hơn khi viết chương trình. VDK RISC là VDK có tập lệnh đơn

giản. Chúng có một số lượng nhỏ các lệnh đơn giản. Do đó, chúng đòi hỏi
phần cứng ít hơn, giá thành thấp hơn, và nhanh hơn so với CISC. Tuy
nhiên nó đòi hỏi người lập trình phải viết các chương trình phức tạp hơn,
nhiều lệnh hơn.
1.2.3 Kiến trúc Harvard và kiến trúc Vonneumann
Kiến trúc Harvard sử dụng bộ nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ
liệu. Bus địa chỉ và bus dữ liệu độc lập với nhau nên quá trình truyền nhận
dữ liệu đơn giản hơn
Kiến trúc Vonneumann sử dụng chung bộ nhớ cho chương trình và dữ
liệu. Điều này làm cho VĐK gọn nhẹ hơn, giá thành nhẹ hơn.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

10

Ths. Trần Quang Việt

Một số loại VDK có trên thị trường:
- VDK MCS-51: 8031, 8032, 8051, 8052, ...
- VDK ATMEL: 89Cxx, AT89Cxx51…
- VDK AVR AT90Sxxxx
- VDK PIC 16C5x, 17C43, 18f4520...
1.3 CẤU TRÚC TỔNG QUAN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN
1.3.1 CPU:
Là trái tim của hệ thống. Là nơi quản lí tất cả các hoạt động của
VĐK. Bên trong CPU gồm:
+ ALU là bộ phận thao tác trên các dữ liệu
+ Bộ giải mã lệnh và điều khiển, xác định các thao tác mà CPU cần
thực hiện

+ Thanh ghi lệnh IR, lưu giữ opcode của lệnh được thực thi
+Thanh ghi PC, lưu giữ địa chỉ của lệnh kế tiếp cần thực thi
+ Một tập các thanh ghi dùng để lưu thông tin tạm thời
1.3.2 ROM:
ROM là bộ nhớ dùng để lưu giữ chương trình. ROM còn dùng để
chứa số liệu các bảng, các tham số hệ thống, các số liệu cố định của hệ
thống. Trong quá trình hoạt động nội dung ROM là cố định, không thể thay
đổi, nội dung ROM chỉ thay đổi khi ROM ở chế độ xóa hoặc nạp chương
trình.
1.3.3 RAM:
RAM là bộ nhớ dữ liệu. Bộ nhớ RAM dùng làm môi trường xử lý
thông tin, lưu trữ các kết quả trung gian và kết quả cuối cùng của các phép
toán, xử lí thông tin. Nó cũng dùng để tổ chức các vùng đệm dữ liệu, trong
các thao tác thu phát, chuyển đổi dữ liệu.
1.3.4 BUS:
BUS là các đường dẫn dùng để di chuyển dữ liệu. Bao gồm: bus địa
chỉ, bus dữ liệu, và bus điều khiển.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

11

Ths. Trần Quang Việt

1.3.5 Bộ định thời
Được sử dụng cho các mục đích chung về thời gian.
1.3.6 Watchdog:
Bộ phận dùng để reset lại hệ thống khi hệ thống gặp “bất thường”.
1.3.7 ADC:

Bộ phận chuyển tín hiệu analog sang tín hiệu digital. Các tín hiệu bên
ngoài đi vào VDK thường ở dạng analog. ADC sẽ chuyển tín hiệu này về
dạng tín hiệu digital mà vi điều khiển có thể hiểu được.
1.4 GIỚI THIỆU VỀ PIC.
1.4.1 Pic là gi?
PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm
dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt
tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ. PIC1650 được thiết kế để dùng làm
các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600. Vi điều khiển này sau đó
được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi điều
khiển PIC ngày nay.
1.4.2 Tại sao là pic mà không là các họ vi điều khiển khác?
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051,
Motorola 68HC, AVR, ARM, ... Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách
căn bản ở môi trường đại học, bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển
PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này
vì các nguyên nhân sau:
•

Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam.

•

Giá thành không quá đắt.

•

Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập.

•

Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi
điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051.

•

Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC. Hiện nay tại Việt Nam cũng
như trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi. Điều


Đồ án tốt nghiệp Đại học

12

Ths. Trần Quang Việt

này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng
như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành
công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó
khăn.
•

Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp
chương trình từ đơn giản đến phức tạp…

•

Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng này không
ngừng được phát triển.
1.4.3 Ngôn ngữ lập trình cho pic

Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng. Ngôn ngữ lập trình cấp thấp
có MPLAB (được cungcấp 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 trình được phát triển dành riêng cho PIC như
PICBasic, MikroBasic….
1.4.4 Mạch nạp pic
Microchip cung cấp 3 dòng sản phẩm bao gồm: MPLAP ICD2,
MPLAP ICD3 và MPLAP REAL ICE.
Có thể dùng các sản phẩm này để nạp cho vi điều khiển khác thông
qua chương trình nạp MPLAP. Dòng sản phẩm chính thống này có ưu thế
là nạp được cho tất cả các vi điều khiển PIC, tuy nhiên giá thành cao.
Một số tính năng của MPLAP ICD2:

•
•
•
•
•
•

Giao tiếp USB (Full speed 2M bits/s) và RS-232.
Gỡ nối tiếp theo thời gian thực.
Bảo vệ quá áp/dòng.
Nguồn cung cấp từ 2 đến 6 VDC.
Hiển thị chức năng báo nguồn, bận, lỗi bằng led.
Đọc /ghi/xóa Flash, EEPROM.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

13

Ths. Trần Quang Việt

Hình 1.1 Bộ nạp MPLAP ICD2 và ICD3
Một số tính năng của MPLAP ICD3:
•
•
•
•
•
•
•

Giao tiếp USB (Full speed 2M bits/s) và RS-232.
Gỡ nối tiếp theo thời gian thực.
Bảo vệ quá áp/dòng.
Nguồn cung cấp từ 2 đến 6 VDC.
Hiển thị chức năng báo nguồn, bận, lỗi bằng led.
Đọc /ghi/xóa Flash, EEPROM.
Xóa phần trống của bộ nhớ.
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.
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.
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.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

14

Ths. Trần Quang Việt

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.
1.5 KIẾN TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PIC 18F4520
1.5.1 Sơ Đồ khối
Các khối chính trên PIC 18f4520 gồm:

•
•

Bộ xử lý trung tâm CPU (central Processing Unit):
Tần số làm việc tối đa 40MHz, sản xuất bằng công nghệ Nano Watt.
Thiết kế theo cấu trúc Havard, tập lệnh RISC.
Sử dụng kĩ thuật đường ống lệnh (Intruction Pipelining).
Đơn vị logic học (ALU: Arithmetic Logical Unit).
Thanh ghi làm việc (WREG: work regster).
Bộ nhân bằng phần cứng (8x8 Multiply), kết quả được chứa trong cặp

•

thanh ghi (PRODH, PRODL).
Thanh ghi đếm chương trình (PC: Program Counter), có 21 bit thanh ghi


•
•
•
•

PCL (PC-Low) chứa các bit từ 7-0, thanh ghi PCH (PC- High) chứa các bit
•
•
•
•

từ 15-8, thanh ghi CPU (PC-Upper) chứa các bit từ 20-16.
Thanh ghi con trỏ ngăn xếp STKPTR (Stack Pointer).
31 mức ngăn xếp (31 level stack).
Thanh ghi lựa chon băng (BSR: Bank select Register).
Thanh ghi con trỏ dữ liệu dán tiếp FSR (Indirect Datamemory Address

•

Pointer).
Bộ nhớ (Memory
Bộ nhớ chương trình (Program Memory) bao gồm 32 Kbytes bộ nhớ ROM

•

(Read-Only Memory) kiểu Flash.
Bộ nhớ dữ liệu (Data Memory) bao gồm 1536 byte SRAM (Static Random



Access Memory), 256 byte EEPROM.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

15

Ths. Trần Quang Việt

Hình 1.2 sơ đồ khối pic 18F4520


Bộ phát Xung hệ thống (Oscillator): Nguồn xung từ bên ngoài hoặc từ bộ
phát xung hệ thống sẽ đi qua bộ nhân hoặc chia tần số để lựa chọn lấy tần

•

•
•
•


số thích hợp để làm xung hê thống
Nguồn xung chính được đưa vào chip qua chân OSC1 va OSC 2
Nguồn xung phụ được đưa vào chíp qua chân T1OSI, T1OSO.
Bộ phát xung nội INTRC tần số 31 kHz.
Bộ phát xung nội trên chip tần số 8 MHz
Watchdog Timer (WDT): WDT là một bộ timer có chức năng đặc biệt.
Nếu được “cho phép” WDT sẽ và khi tràn sẽ khởi động lại hệ thống. Thời
gian khởi động lại hệ thống có thể lựa chọn từ 4ms đến 131,072s. WDT sẽ
được khởi tạo ở đầu chương trình, trong thân chương trình sẽ đươc “chèn”


Đồ án tốt nghiệp Đại học

16

Ths. Trần Quang Việt

các lệnh reset WDT sao cho khi MC thực hiện đúng tuần tự các lệnh, WDT
chưa bị tràn. Mục đích chính của việc sử dụng WDT là tránh cho vi điều
khiển thực hiện phải một vòng lặp chết (dead loop) mà không thoát ra
được. Khi đó, do không thực hiện được các lệnh reset WDT nên MC tràn,
tựn động reset, thoát khỏi tình trạng “bị treo” trong vòng lặp chết. Ngoài
ra, do có thể hoạt động trong khi MC “ngủ” (sleep Mode) nên WDT còn


được sử dụng trong các ứng dụng tiết kiệm năng lượng.
Bộ nạp chương trình: Bộ nạp chương trình nối tiếp trên chip (SingleSupply In-Circuit Serial Programming) sẽ giúp nạp chương trình từ mạnh



nạp vào bộ nhớ ROM qua các chân PGM, PGC và PGD.
Bộ Debuger (In-Circuit Debugger): Mạch Debugger trên chip sẽ giúp
người lập trình kiểm soát lỗi chương trình bằng cách cho vi điều khiển



hoạt động ở chế độ chạy từng lệnh, nhóm lệnh hay toàn bộ chương trình.
Khối phát hiện tín hiệu reset: Mạch tín hiệu reset có khả năng phát hiện



03 nguồn reset:
Reset từ chân MCLR.
Reset khi bật nguồn (POR: Power-on Reset).
Reset khi nguồn yếu (BOR: Brown-out Reset).
Khối quản lý lỗi bộ phát xung (Fail-Safe Clock Monitor): Khối này được



sử dụng để quản lý an toàn bộ phát xung hệ thống
Khối định thời khởi động bộ phát xung (Oscillator Start Up-Timer): khối



này sử dụng để tạo thời gian trễ chờ cho bộ phát xung ổn định.

Thiết bị ngoại vi (Peripheral):PIC 18f4520 được tích hợp các thiết bị

•
•
•

•

ngoại vi sau:
Bộ phát hiện điện áp cao/thấp HLVD (High/low - Voltage detect).
Bộ nhớ lưu dữ liệu khi tắt nguồn EEPROM.
04 bộ đếm, định thời 16 bit: Timer0, Timer1, Timer2 và Timer3
01 bộ so sánh tín hiệu tương tự (comparator).
02 bộ CCP1, CCP2 (Capture, Compare, Pwm: chụp, so sánh, Pwm); 01 bộ

•

ECCP (Enhanced CCP).
01 cổng truyền thông nối tiếp đồng bộ (Master Synchronous Serial Port) có

•

thể hoạt động được ở chế độ SPI hoặc 12C.
01 cổng truyền thông nối tiếp đồng bộ//không đồng bộ tăng EUSART

•
•
•
•

(Enhanced Universal Synchoronous Asynchronous Receiver Transmitter),


Đồ án tốt nghiệp Đại học

17

Ths. Trần Quang Việt

giúp vi điều khiển PIC có thể giao tiếp với nhau hoặc giao tiếp với cổng
•


COM của máy tính.
13 kênh biến đổi tương tự - số (ADC) độ phân giải 10 bit.
Khối giao tiếp vào/ra số:
Vi điều khiển PIC18F4520 có 5 cổng vào ra A, B, C, D và E. mỗi
cổng có một thanh ghi đệm dữ liệu tương ứng là PORTA, PORTB,
PORTC, PORTD và PORTE, các thanh ghi này được định địa theo địa chỉ
byte theo bit.

•
•
•
•
•

PORTA: RA7-RA0.
PORTB: RB7-RB0.
PORTC: RC7-RC0.

PORTD: RD3-RD0.
PORTE: RE3-RE0.
1.5.2 Sơ đồ chân

•

Sơ đồ chân dạng PDIP (Lead Plastic Dual In-Line Package) hai hàng chân
cắm 2 bên.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

18

Ths. Trần Quang Việt

Hình 1.3 Sơ đồ chân PIC 18F4520 dạng PDIP
Sau đây là giới thiệu cấu tạo chân loại 40 chân (40 Pin PDIP):
• Chân 1(MCLR /VPP/RE3):
- MCLR là đầu vào Master Clear (reset) hoạt động ở mức thấp dể
reset toàn bộ thiết bị.
- VPP dùng để thay đổi điện áp đầu vào.
- RE3 đầu vào số.
Các chân thuộc cổng vào ra Port A
• Chân 2(RA0/AN0): với RA0 là cổng vào ra số, AN0 là đầu vào
tương tự Input0.
• Chân 3(RA1/AN1): RA1 là cổng vào ra số, AN1 là đầu vào tương
tự Input1.

Đồ án tốt nghiệp Đại học

19

Ths. Trần Quang Việt

• Chân 4(RA2/AN2/VREF-): RA2 là cổng vào ra số, AN2 là đầu vào
tương tự Input2. VREF-: đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp tham
chiếu (mức thấp), còn CVREF là đầu ra tương tự để so sánh điện áp chuẩn.
• Chân 5(RA3/AN3/VREF+): RA3 là cổng vào ra số, AN3 là đầu vào
tương tự Input3. VREF+ đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp tham
chiếu (mức cao).
• Chân 6 (RA4/T0CKI/C1OUT): RA4 là đầu vào ra số, T0CKI đầu
vào xung bên ngoài của Timer0, C1OUT là đầu ra bộ so sánh 1.
• Chân 7(RA5/AN4/ /HLVDIN/C2OUT): trong đó RA5 là cổng vào
ra số, AN4 là đầu vào tương tự Input 4,

chọn đầu vào phụ thuộc SPI,

HLVDIN đầu vào tương tự để dò điện áp, C2OUT đầu ra bộ so sánh 2.
• Chân 13(OSC1/CLKI/RA7): với OSC1 là đầu vào bộ dao động
thạch anh hoặc là đầu vào nguồn xung từ bên ngoài, khi ta nối dây với các
thiết bị tương tự thì đầu vào này dạng ST (Schmitt Trigger input ưith
CMOS levels). CLKI là đầu vào CMOS cho nguồn xung bên ngoài và luôn
được ghép nối với chân OSC1. Còn RA7 là chân vào ra sử dụng chung.
• Chân 14(OSC2/CLKO/RA6): OSC2 là đầu ra bộ dao động thạch
anh được nối với thạch anh hoặc bộ cộng hưởng để lựa chọn dạng bộ dao
động thạch anh. CLK0 có tần số bằng ¼ t ần số của OSC1 độ rộng chu kì
lệnh, RA6 là đầu vào ra chung. Các chân cổng vào ra hai chiều Port B.
Port B có thể lập trình bằng phần mềm khi cho kéo đầu vào bên trong yếu

lên trên toàn bộ đầu vào.
• Chân 33(RB0/INT0/FLT0/AN12): Với RB0 là cổng vào ra số,
INT0 là đầu vào ngắt ngoài Interrup 0, FLT0 là đầu vào báo lỗi PWM được
tăng cường CCP1, AN12 đầu vào tương tự Input 12.
• Chân 34(RB1/INT1/AN10): RB1 là đầu vào ra số, INT1 đầu vào
ngắt ngoài Interrup1, AN10 đầu tương tự Input 10.
• Chân 35(RB2/INT2/AN8): RB2 là đầu vào ra số, INT2 đầu vào nắt
ngoài Interrup2, AN8 đầu tương tự Input 8.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

20

Ths. Trần Quang Việt

• Chân 36 (RB3/AN9/ccp2): RB3 là đầu vào ra số, AN9 đầu tương tự
Input 9, CCP2 (Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.)
• Chân 37(RB4/KBI0/AN11): RB4 là đầu vào ra số, KBI0 thay đổi
mở ngắt, AN11 đầu tương tự Input 9.
• Chân 38(RB5/KBI1/PGM): RB5 đầu vào ra số, KBI1 thay đổi mở
ngắt, PGM cho phép có thể lập trình ISCPTM ở điện áp thấp.
• Chân 39(RB6/KBI2/PGC): RB6 là đầu vào ra số, KBI2 thay đổi mở
ngắt, PGC chân dùng trong mạch chạy và xung lập trình ICSP.
• Chân 40(RB7/KBI3/PGD): RB7 đầu vào ra số, KBI3 thay đổi mở
ngắt, PGD chân dùng trong mạch chạy và xung lập trình ICSP.
Các chân cổng Port C
• Chân 15(RC0/T1O SO/T13CKI):RC0 đầu vào ra số, T1OSO đầu ra
bộ dao động Timer1, T13CKI đầu vào xung bên ngoài Timer1/Timer3.
• Chân 16(RC1/T1OSI/CCP2): RC1 đầu vào ra số, T1OSI đầu vào bộ

dao động Timer1, CCP2(Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2
output.).
• Chân 17(RC2/CCP1/P1A): RC2 lầ đầu vào ra số, CCP1(Capture1
input/Compare 1 output/PWM1 output.), P1A đầu ra tăng cường CCP1.
• Chân 18(RC3/SCK/SCL): RC3 là đầu vào ra số, SCK đầu vào ra
đưa chuỗi xung vào ra cho SPI lựa chọn, SCL đầu vào ra đưa chuỗi xung
vào ra cho I2CTM lựa chọn.
• Chân 23(RC4/SDI/SDA): RC4 là đầu vào ra số, SDI đầu vào dữ
liệu API, SDA đầ u vào ra dữ liệu cho I2C.
• Chân 24(RC5/SDO): RC5 đầu vào ra số, SDO đầu ra dữ liệu SPI.
• Chân 25(RC6/TX/CK): RC6 đầu vào ra số, TX đầu ra chuyển đổi dị
bộ EUSARRT, CK đầu vào ra xung đồng bộ EUSART.
• Chân 26(RC7/RX/DT): RC7 đầu vào ra số, RX đầu vào nhận dị bộ
EUSART, DT đầu vào ra dữ liệu đồng bộ EUSART.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

21

Ths. Trần Quang Việt

Các chân cổng Port D (Port D có thể vào ra hai hướng hoặc cổng
song song phụ thuộc(PSP) cho giao diện vi xử lý và khi đó các đầu vào
phải là TTL…
• Chân 19(RD0/PSP0): RD0 đầu vào ra số, PSP0 cổng dữ liệu song
song phụ thuộc.
• Chân 20(RD1/PSP1): RD1 đầu vào ra số, PSP1 cổng dữ liệu song
song phụ thuộc
• Chân 21(RD2/PSP2): RD2 đầu vào ra số, PSP2 cổng dữ liệu song

song phụ thuộc
• Chân 22(RD3/PSP3): RD3 đầu vào ra số, PSP3 cổng dữ liệu song
song phụ thuộc
• Chân 27(RD4/PSP4): RD4 đầu vào ra số, PSP4 cổng dữ liệu song
song phụ thuộc
• Chân 28(RD5/PSP5/P1B): RD5 đầu vào ra số, PSP5 cổng dữ liệu
song song phụ thuộc, P1B đầu ra được tăng cường CCP1.
• Chân 29(RD6/PSP6/P1C): RD6 đầu vào ra số, PSP6 cổng dữ liệu
song song phụ thuộc, P1C đầu ra được tăng cường CCP1.
• Chân 30(RD7/PSP7/P1D): RD7 đầu vào ra số, PSP7 cổng dữ liệu
song song phụ thuộc, P1D đầu ra được tăng cường CCP1.
Các chân cổng Port E
• Chân 8(RE0/RD /AN5): RE0 đầu vào ra số, RD đầu vào điều khiển
đọc cho cổng PSP, AN5 đầu vào tương tự Input5.
• Chân 9(RE1/WR/AN6): RE1 đầu vào ra số, WR đầu vào điều khiển
viết dữ liệu cổng PSP, AN6 đầu vào tương tự Input6.
• Chân 10(RE2/ CS/AN7): RE2 đầu vào ra số, CS điều khiển chọn
Chip cho cổng PSP, AN7 đầu vào tương tự Input7.
- Đầu RE3 nằm ở chân 1
Các chân khác
• Chân 12,31(VSS): nối đất chuẩn cho I/O và logic.


Đồ án tốt nghiệp Đại học

22

Ths. Trần Quang Việt

• Chân 11,32(VDD): cung cấp nguồn dương cho I/O và logic.

Loại 44 chân có thêm một số chân phụ khác khi cần thiết ta có thể dễ
dàng tra trong DataSheet. Chi tiết hơn chúng ta có thể thấy qua sơ đồ khối
của Pic18F4420/4520 trong tài liệu do microchip cung cấp sẽ có hoàn toàn
đầy đủ thông tin. đặc điểm cấu tạo.
1.5.3 Tố chức bộ nhớ
Bộ nhớ vi điều khiển PIC 18f4520 bao gồm 3 loại:
•
•
•

Bộ nhớ chương trình (Program memory).
Bộ nhớ dữ liệu RAM (Data RAM).
Bộ nhớ EEPROM (Data EEPROM).
Bộ nhớ vi điều khiển PIC 18F4520 được thiết kế theo kiến trúc
Havard, bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu được thiết kế riêng đường
Bus, cho phép CPU truy cập cùng lúc tới bộ nhớ chương trình và bộ nhớ
dữ liệu. Bộ nhớ dữ liệu EEPROM được sử dụng để lưu trữ dữ liệu khi mất
điện, nó coi như là một ngoại vi của PIC 18F4520 bởi việc truy cập bộ nhớ
này thông qua các thanh ghi điều khiển.



Bộ nhớ chương trình
Thanh ghi đếm chương trinh PC (Program Counter) của PIC 18F4520
có 21 bit nên có thể địa chỉ hóa 2 Mbyte bộ nhớ chương trình. Bộ nhớ
Flash của PIC 18F4520 có dung lượng 32 Kbyte nên chứa được 16384
lệnh từ đơn (Single – Word intructions), với dải địa chỉ từ 0000h đến
7FFFh. Nếu đọc ở vùng nhớ ngoài 32 Kbyte của PIC 18f4520 và trong
khoảng 2 Mbyte mà nó có thể quản lý thì dữ liệu sẽ trả về là “0”. Pic
18f4520 có 31 mức ngăn xếp.

•

Vector Reset của PIC 18f4520 được đặt ở địa chỉ 0000h, khi reset nội dung
của thanh ghi đếm chương trình PC sẽ được xóa về “0”. Các thanh ghi của

•

PIC 18f4520 sẽ được tải lại giá trị mặc định.
Vector ngắt ưu tiên cao (High – Priority Interrup Vector) được đặt ở địa chỉ
0008h, vector ngắt ưu tiên thấp (Low – Priority Interrup Vector) được đặt ở


Đồ án tốt nghiệp Đại học

23

Ths. Trần Quang Việt

địa chỉ 0018h. khi xảy ra ngắt thì thanh ghi đếm chương trình PC sẽ được
gắn địa chỉ theo ngắt tương ứng để gọi chương trình con phục vụ ngắt.

Hình 1.4 Sơ đồ tổ chức bộ nhớ chương trình và ngăn xếp
•

Thanh ghi đếm chương trình PC 21 bit chứa trong 3 thanh ghi 8 bit riêng
biệt, 8 bit thấp chứa trong thanh ghi PCL, 8 bit tiếp theo chứa trong thanh
ghi PCH, 5 bit cao chứa trong thanh ghi PCU. Thanh ghi PCH và PCU
không cho phép truy cập trực tiếp mà phải truy cập thông qua 2 thanh ghi
PCLATH và PCLATU tương ứng. Thanh ghi đếm chương trình PC được

sử dụng để chứa địa chỉ của lệnh cần thực hiện. PIC 18f4520 được thiết kế
theo kĩ thuật đường ống lệnh nên việc thực hiện lệnh PC-2 và đọc mã lệnh
PC được diễn ra tại cùng một thời điểm. Mỗi lệnh chiếm 2 byte bộ nhớ


Đồ án tốt nghiệp Đại học

24

Ths. Trần Quang Việt

chương trình nên thanh ghi đếm chương trình sẽ được cộng thêm 2 sau mỗi


lệnh.
Bộ nhớ dữ liệu RAM
Bộ nhớ dữ liệu RAM 1536 byte (SRAM) được chia thành 2 vùng
chức năng riêng biệt, vùng RAM đa dụng GPR (General Purpose
Registers) sử dụng để chứa dữ liệu, vùng các thanh ghi chức năng đặc biệt
SFR (Special Function Registers) chứa thanh ghi chức năng điều khiển
ngoại vi và CPU. Bộ nhớ dữ liệu RAM được chia thành 16 Bank từ Bank 0
đến Bank 15, vùng RAM đa dụng nằm từ Bank 0 đến Bank 2, các thanh
ghi SFR nằm ở Bank 15. Vùng địa chỉ từ 300h đến EFFh không được sử
dụng. Đọc ở vùng này sẽ trả về giá trị 00h. Bốn bit thấp của thanh ghi lựa
chọn băng BSR (Bank Select Register) được sử dụng để lựa chọn truy cập
băng.

Hình 1.5 Sơ đồ tổ chức bộ nhớ dữ liệu RAM

Đồ án tốt nghiệp Đại học

25

Ths. Trần Quang Việt

Hình 1.6 Phân bổ địa chỉ của các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR


Bộ nhớ dữ liệu EEPROM
Bộ nhớ dữ liệu EEPROM của PIC 18f4520 là bộ nhớ mảng không bị
mất dữ liệu khi mất điện, độc lập với bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ
liệu RAM, được sử dụng để lưu trữ dữ liệu lâu dài. Nó có thể ghi/đọc dữ
liệu 1.000.000 lần, dữ liệu có thể lưu trữ trong bộ nhớ 100 năm. Điều
khiển và đọc/ghi bộ nhớ dữ liệu EEPROM không truy cập trực tiếp vào tập
thanh ghi hay khoảng trống bộ nhớ chương trình mà được truy cập, điều
khiển gián tiếp qua các thanh ghi chức năng SFR.