Thiết kế hệ thống điều khiển xa bật tắt thiết bị dân dụng

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC
------------  ------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHỂN XA
BẬT TẮT THIẾT BỊ DÂN DỤNG

Giảng Viên Hướng Dẫn:

TS. Nguyễn Hoàng Dũng

Người thực hiện:

Nguyễn Hồng Thao

Lớp:

KTVT – ĐT8

Hà Nội 2017


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Hoàng Dũng.
Người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong sốt quá trình làm luận văn.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giảng dạy và các thầy cô trong
Khoa đào tạo sau Đại học đã truyền đạt những kiến thức và giúp đỡ em trong suốt
quá trình học của mình.

Và cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè
những người đã ủng hộ, động viên tạo mọi điều kiện giúp đỡ em có được kết quả
như ngày hôm nay.

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Thao.


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nên trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai đó công
bố trong bất kz công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Thao.


LỜI NÓI ĐẦU
Thế giới đang trên đà phát triển mạnh mẽ, khoa học công nghệ, kĩ thuật phát
triển. Đời sống người dân nâng cao dẫn đến nhu cầu sở hữu sử dụng các thiết bị công
nghệ ngày càng nhiều. Ứng dụng cả về công nghệ cũng tăng theo. Những thiết bị
công nghệ giúp con người không cần phải động tay trực tiếp mà vẫn có thể điều khiển
một thiết bị gì đó hay không cần phải về tận nhà để giải quyết hay mỗi khi bị kẻ
trộm đột nhập. Những việc như vậy đối với khoa học viễn thông, điện tử ngày nay
không còn là chuyện khó nữa và mục tiêu hướng tới của con người là không những
chỉ điều khiển thiết bị đơn thuần mà còn tích hợp nhiều chức năng truyền thông, đa

phương tiện vào một thiết bị điện. Chính vì vậy, tác giả đã chọn đề tài tốt nghiệp:
“Thiết kế hệ thống điều khiển từ xa bật tắt thiết bị dân dụng ”
Luận văn gồm 3 chương:
 Chương 1: Cơ sở lý thuyết chung
 Chương 2: Thiết kế hệ thống
 Chương 3: Kết quả và mô phỏng
Xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Hoàng Dũng đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉnh
sửa, tạo cơ hội cho bọn hoàn thành bài luận văn này trong thời gian ngắn nhất.
Học viên thực hiện

1


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1
MỤC LỤC ...................................................................................................................2
TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................................................................................5
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................6
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................8
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................9
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................12
Đặt vấn đề ..............................................................................................................12
Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................... 13
Mục tiêu đề tài .......................................................................................................13
Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................13
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG ..........................................................14
1.1. Giới thiệu về vi xử lý trung tâm NUC140VE3CN .........................................14
1.1.1. Vi điều khiển là gì? ..................................................................................14
1.1.2. Đặc trưng của dòng vi điều khiển MCU 32 bit lõi ARM Cortex-M0. ....14
1.1.3. Vi điều khiển MCU 32 bit lõi ARM Cortex-M0 của hãng Nuvoton.......15

1.1.4. Giới thiệu về vi điều khiển Numicro NUC140 của hãng Novoton. ........16
1.1.5. Công cụ hỗ trợ lập trình và phát triển vi điều khiển 32 bit ARM Cortex –
M0 của hãng Nuvoton .......................................................................................15
1.1.6. Hệ thống quản lý của vi điều khiển Numicro Nuc140. ...........................15
1.2. Module SIM800C và một số tập lệnh AT cơ bản sử dụng cho ứng dụng GSM
............................................................................................................................... 17
1.2.1. Bật/Tắt ứng dụng SIM800C ....................................................................22
1.2.2. Tắt ứng dụng GSM của module SIM800C ..............................................23
1.2.3 Sử dụng lệnh AT để tắt ứng dụng GSM: ..................................................24
1.2.4. Truyền thông nối tiếp với SIM800C .......................................................24
1.2.5 Sử dụng ứng dụng GSM cho dịch vụ gửi tin nhắn và cuộc gọi................27
2


1.3. Giới thiệu tập lệnh AT dùng cho SMS ...........................................................28
1.3.1. Giới thiệu .................................................................................................28
1.3.2. Sử dụng ứng dụng GSM cho dịch vụ gửi tin nhắn và cuộc gọi: .............30
1.3.3. Các thuật ngữ. ..........................................................................................30
1.3.4. Khởi tạo cho ứng dụng GSM:.................................................................30
1.3.5. Nhận cuộc gọi ..........................................................................................35
1.3.6. Thiết lập cuộc gọi ....................................................................................36
1.3.7. Đọc tin nhắn: ............................................................................................38
1.3.8. Gửi tin nhắn. ............................................................................................39
1.4. Giao tiếp UART ............................................................................................. 40
1.5. Kết luận chương ............................................................................................. 42
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .....................................................................43
2.1 Sơ đồ khối và chức năng các khối. ..................................................................43
2.2. Tổng quan về phần mền thiết kế mạch trên Altium Designer ........................44
2.2.1. Tổng quan ................................................................................................ 44
2.2.2. Khởi tạo Project mới trong Altium ..........................................................47

2.3. Tổng quan về phần mềm lập trình vi điều khiển Keil C 5 ............................. 53
2.4. Chức năng các khối và lựa chọn giải pháp cho các khối chính ......................54
2.4.1. Khối nguồn .............................................................................................. 54
2.4.2. Khối truyền thông. ...................................................................................55
2.4.3. Khối ngoại vi. ..........................................................................................55
2.4.4. Khối chấp hành. .......................................................................................56
2.4.5. Khối xử lý trung tâm. ...............................................................................56
2.5. Sơ đồ chi tiết các khối ....................................................................................56
2.5.1 Khối xử lý trung tâm .................................................................................56
2.5.2. Khối nguồn .............................................................................................. 57
2.5.3. Khối chấp hành. .......................................................................................58
2.5.4. Khối chân nạp ISP ...................................................................................60
2.5.5. Khối chân nạp ICP ...................................................................................61
3


2.5.6. Khối giao tiếp với SIM 800C ..................................................................61
2.5.6. Khối ngoại vi ...........................................................................................63
2.5.7. Khối tạo dao đông ....................................................................................64
2.5.8. Khối Reset................................................................................................ 65
2.6. Sơ đồ nguyên lý toàn bộ mạch .......................................................................67
2.7. Mạch in sau khi layout trên máy tính ............................................................. 68
2.8. Mạch 3D ......................................................................................................71
2.9. Kết luận chương ............................................................................................. 71
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................................... 72
3.1. Sản phẩm hoàn thiện ......................................................................................72
3.2. Kết quả và đánh giá ........................................................................................76
3.2.1. Kết quả thực nghiệm ................................................................................76
3.2.2. Đánh giá ...................................................................................................77
3.3. Kết luận chương ............................................................................................. 77

KẾT LUẬN ...............................................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................79
PHỤ LỤC ..................................................................................................................80

4


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nội dung chính của luận văn là thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bật
tắt thiết bị dân dụng trên GSM. Hệ thống được trang bị vi xử lý trung tâm là vi điều
khiển NUC140VE3CN có lõi ARM Cortex M0 có đặc tính tiết kiệm năng lượng, hệ
thống cho phép điều khiển thiết bị dân dụng ở bất kỳ nơi nào có sóng điện thoại, có
thể điều khiển 3 thiết bị và cho phép mở rộng lên nhiều thiết bị. Thiết bị kết nối
được điều khiển thông qua việc gửi tin nhắn hoặc gọi điện tới số điện thoại sử dụng
trong Module SIM800C được tích hợp vào mạch.

5


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 Biểu đồ phân loại dòng vi điều khiển 32-bit lõi ARM Cortex-M0 ..........16
Hình 1. 2 Chuỗi mã lựa chọn cho vi điều khiển dòng NuMicroNUC140 ...............19
Hình 1. 3 Cấu hình chân của dòng NuMicroNUC140 LQFP 100-chân ..................19
Hình 1. 4 Sơ đồ khối nguồn của Numicro NUC140 ................................................16
Hình 1. 5 Module SIM800C mini ............................................................................17
Hình 1. 6 Anten thu phát GSM. ...............................................................................18
Hình 1. 7 Sơ đồ chân SIM800C ...............................................................................19
Hình 1. 8 Chuẩn giao tiếp của SIM800C .................................................................25
Hình 1. 9 Kết nối SIM card 6 chân ..........................................................................26
Hình 1. 10 Chuyển từ chế độ bình thường sang chế độ nghỉ. ..................................31

Hình 1. 11 Đưa module trở về trạng thái hoạt động. ...............................................31
Hình 1. 12 Khởi tạo cấu hình mặc định cho module SIM800 .................................32
Hình 1. 13 Khởi tạo module SIM800C ....................................................................34
Hình 1. 14 Nhận cuộc gọi. .......................................................................................35
Hình 1. 15 Thiết lập cuộc gọi. ..................................................................................36
Hình 1. 16 Đọc tin nhắn từ 2 vùng nhớ 1 và 2 trên SIM. ........................................38
Hình 1. 17 Gửi tin nhắn............................................................................................39
Hình 2. 1 Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................43
Hình 2. 2 Giao diện Thiết kế sơ đồ nguyên lý trong Altium Designer .....................45
Hình 2. 3 Tạo dự án trong Altium Designer ............................................................. 47
Hình 2. 4 Chọn đường dẫn khi lưu Project ............................................................... 48
Hình 2. 5 Tạo sơ đồ nguyên lý trong Altium Designer .............................................49
Hình 2. 6 Tạo sơ đồ mạch in trong Altium Designer ................................................50
Hình 2. 7 Tạo thư viện nguyên lý trong Altium Designer ........................................51
Hình 2. 8 Tạo thư viện chân linh kiện trong Altium Designer .................................52
Hình 2. 9 Project đầy đủ các file cần thiết trong Altium Designer ...........................53
Hình 2. 10 Phần mềm Keil C 5 lập trình cho STM32F103C8T6 ............................. 54
Hình 2. 11 Sơ đồ nguyên lý toàn bộ mạch ................................................................ 67
6


Hình 2. 12 Hình dạng mặt TOP ................................................................................68
Hình 2. 13 Hình dạng mặt BOTTOM .......................................................................69
Hình 2. 14 Hình layout toàn mạch. ...........................................................................70
Hình 2. 15 Hình ảnh mạch 3D ..................................................................................71
Hình 3. 1 Sản phẩm sau khi hoàn thiện .....................................................................72
Hình 3. 2 Sản phẩm khi cắm thêm Module SIM800C ..............................................73
Hình 3. 3 Kiểm tra thử tính năng điều khiển từ xa qua sóng GSM ..........................74
Hình 3. 4 Điều khiển thiết bị bằng tin nhắn gửi từ điện thoại ..................................75

7


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Chi tiết một số chân chính của module SIM800C: .................................20
Bảng 1. 2. Trạng thái chân RI ..................................................................................26
Bảng 1. 3 Thứ tự chân SIM card ..............................................................................27
Bảng 1. 4 Trạng thái chân STATUS ........................................................................27
Bảng 3. 1 Test lần 1 lúc 18h00 ngày 01/12/2017.....................................................76
Bảng 3. 2 Test lần 1 lúc 8h00 ngày 02/12/2017.......................................................76
Bảng 3. 3 Test lần 1 lúc 18h00 ngày 02/12/2017.....................................................77

8


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AC

Alternating Current

Dòng điện xoay chiều

ADC

Analog-to-Digital Converter

Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự
sang số

ARM

Advanced RISC Machine

Họ vi xử lý ARM

AT

Attention

Một tiêu chuẩn đối với phần mềm
điều khiển modem

CAN

Controller Area Network

Mạng Điều Khiển Vùng

CPU

Central Processing Unit

Bộ xử lí trung tâm

DC

Direct Current

Dòng điện một chiều

GPIO

General purspose Input Output

Đầu vào ra mục đích chung

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GSM

Global

I2C

System

for

Mobile Hệ thống thông tin di động toàn

Communications

cầu

Inter-Integrated Circuit

Một chuẩn giao tiếp về trao đổi dữ
liệu

I2S

Inter-IC Sound

Một chuẩn dùng cho việc truyền
các dữ liệu âm thanh

ID

Identification

Nhận dạng cá nhân

9


ISP

In-system programming

Một kiểu nạp chương trình vào vi
điều khiển

LCD

Liquid Crystal Display

Màn hình tinh thể lỏng

LED

Light Emitting Diode

Đi-ốt phát quang

LIN

Local Interconnect Network

Mạng kết nối cục bộ

MCU

Micro-Controller Unit

Khối vi điều khiển

MMS

Multimedia Messaging Service

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MS

Mobile Station

Trạm di động

NVIC

Nested

PWM

Vectored

Interrupt Bộ điều khiển vector ngắt lồng

Controller

nhau

Pulse Width Modulation

Phương pháp điều chế độ rộng
xung

RAM

Random Access Memory

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

ROM

Read-Only Memory

Bộ nhớ chỉ đọc

RTC

Real Time Clock

Đồng hồ thời gian thực

RXD

Receive Data

Nhận dữ liệu

SMS

Short Message Services

Dịch vụ tin nhắn ngắn

SRAM

Static RAM

RAM tĩnh

TXD

Transmission Data

Truyền dữ liệu

10


UART

VLR

Universal Asynchronous serial Bộ truyền nhận nối tiếp không
Reveiver and Transmitter

đồng bộ

Visitor Location Register

Bộ ghi định vị tạm trú

11


MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển của ngành điện tử và ứng dụng điện tử đã giúp sự
sáng tạo của con người trở thành hiện thực. Các lĩnh vực của cuộc sống đều áp dụng
những thiết bị điện tử và dường như nhìn đâu trong gia đình chúng ta cũng có thiết bị
điện tử. Ngành điện tử và ứng dụng điện tử đã tạo chỗ đứng và khẳng định được tầm
quan trọng của mình đối với nhu cầu của con người. Với những ứng dụng cho các hệ
thống nhúng ngày càng trở nên phổ biến: từ những ứng dụng đơn giản như điều khiển

một chốt đèn giao thông định thời, đếm sản phẩm trong một dây chuyền sản xuất,
điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều, thiết kế một biển quảng cáo dùng Led ma
trận, một đồng hồ thời gian thực .Đến các ứng dụng phức tạp như hệ thống điều khiển
robot, bộ kiểm soát trong nhà máy hoặc hệ thống kiểm soát các máy năng lượng hạt
nhân. Các hệ thống tự động trước đây sử dụng nhiều công nghệ khác nhau như các
hệ thống tự động hoạt động bằng nguyên lý khí nén, thủy lực, rơle cơ điện, mạch điện
tử số, các thiết bị máy móc tự động bằng các cam chốt cơ khí. Các thiết bị, hệ thống
này có chức năng xử lý và mức độ tự động thấp so với các hệ thống tự động hiện đại
được xây dựng trên nền tảng của các hệ thống nhúng.
Trong nhiều năm trước, các dòng vi điều khiển 8051 được dùng nhiều với tính
năng đơn giản, dễ sử dụng; AVR được sử dụng nhiều trong các cuộc thi Robocon nhờ
tốc độ sử lý khá cao, ổn định; PIC với ưu thế tốc độ cao, chi phí thấp hơn cũng được
nghiên cứu, sử dụng nhiều, đặc biệt trong các cuộc thi lập trình tay nghề khu vực và
thế giới. Nhưng trong một vài năm trở lại đây, có một dòng vi điều khiển mới, càng
ngày càng nắm vị trí quan trọng trong các lĩnh vực đòi hỏi tốc độ xử lý cao như điện
tử viễn thông, sản xuất các dòng diện thoại di động smartphone, giám sát, an ninh…
Đó là họ vi điều khiển ARM. Với rất nhiều thế hệ ra đời, với nhiều tính năng , công
dụng khác nhau.
Với nhiều tính năng vượt trội của ARM và xu thế lựa chọn dòng vi điều khiển
mới ở Việt Nam nên trong đề tài nghiên cứu khoa học này, tác giả thực hiện đề tài
12


nghiên cứu Ứng dụng lập trình điều khiển thiết bị dân dụng trên điện thoại sử dụng
chip ARM Cortex M0 NUC140VE3CN.
Như vậy, hệ thống được thiết kế dựa trên yêu cầu thiết thực của cuộc sống, có
tính ứng dụng cao. Với sự phát triển cả về sự hiện đại, chính xác và tiện nghi như
hiện nay thì hệ thống càng có tính thiết thực hơn.

Phạm vi nghiên cứu

-

Khảo sát, test kết quả điều khiển thiết bị qua sóng điện thoại.

-

Phân tích, đánh giá kết quả thu được.

-

Đề xuất hường nghiên cứu tiếp theo.

Mục tiêu đề tài
Mục tiêu đề tài là vận dụng những kiến thức được học và nghiên cứu để thiết
kế, xây dựng một hệ thống điều khiển thiết bị bằng sóng điện thoại. Hệ thống tích
hợp module SIM800C.
Hệ thống có thể bật tắt được tối thiểu 3 thiết bị điện gia dụng.

Phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này, tác giả đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
- Tham khảo tài liệu: thực hiện việc thu thập thông tin từ sách báo, tạp chí về
lĩnh vực điện tử, viễn thông, truy cập từ mạng internet.
-

Quan sát và học hỏi: quan sát một số mạch điện từ mạng internet, khảo sát
các thiết bị điện thoại di động để chọn ra phương án thiết kế.
Thực nghiệm: từ những kiến thức và ý tưởng được học tập và tìm kiếm,với

việc kết hợp sự hướng dẫn của giảng viên, tác giả đã thực hiện lắp ráp thử nghiệm
nhiều thiết kế mạch khác nhau, từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu nhất.

13


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG
1.1. Giới thiệu về vi xử lý trung tâm NUC140VE3CN
1.1.1. Vi điều khiển là gì?
Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử
dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao
gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp kết hợp với các khối ngoại
vi như bộ nhớ, các module vào/ra, các module biến đổi số sang tương tự và tương tự
sang số và một số module khác. Trong đề tài, mạch của nhóm sử dụng vi điều khiển
32-bit lõi ARM Cortex-M0 của hãng Nuvoton với rất nhiều các tính năng phù hợp.
Vi điều khiển lõi ARM Cortex-M0 được thiết kế tối ưu hóa cho các ứng dụng
sử dụng vi xử lý MCU, có nhiều giao diện ngoại vi, đáp ứng được khả năng kết nối
đa dạng, tương thích với rất nhiều tools nạp của các hãng khác nhau để lập trình và
phát triển ứng dụng.
Vi điều khiển lõi ARM Cortex-M0 được phát triển nhằm cung cấp một nền
tảng chi phí thấp hơn, đáp ứng nhu cầu thực thi của MCU bằng việc giảm đáng kể số
lượng bóng bán dẫn trong lõi ARM Cortex từ đó tiêu thụ điện năng thấp và giảm giá
thành vi xử lý, cũng như cung cấp một hiệu năng tính toán cao [2].
Vi điều khiển lõi ARM Cortex-M0 có rất nhiều chủng loại và cấu hình, đáp ứng tốt
nhiều ứng dụng phong phú trong thực tế.
1.1.2. Đặc trưng của dòng vi điều khiển MCU 32 bit lõi ARM Cortex-M0.
o Vi điều khiển lõi ARM Cortex-M0 được thiết được thiết kế để tối ưu hóa cho các
ứng dụng vi xử lý MCU, nó có nhiều giao diện ngoại vi để đáp ứng khả năng kết
nối đa dạng và tương thích với việc nhiều tools nạp của các hãng khác nhau để
giúp cho lập trình và phát triển các ứng dụng.
o Vi điều khiển lõi ARM Cortex-M0 được phát triển để cung cấp một nền tảng chi
phí thấp, đáp ứng tốt nhu cầu thực thi của MCU với việc giảm số bóng bán dẫn

trong lõi ARM Cortex, dẫn tới tiêu thụ điện năng thấp và hạ giá thành vi xử lý,
đồng thời vẫn cung cấp hiệu năng xử lý cao.
14


o Vi điều khiển lõi ARM Cortex-M0 đa dạng về chủng loại và cấu hình, đáp ứng
được rất nhiều các ứng dụng phong phú trong thực tế.
1.1.3. Vi điều khiển MCU 32 bit lõi ARM Cortex-M0 của hãng Nuvoton.
Hãng Nuvoton là một công ty con được tách ra từ Tập đoàn Điện tử Winbond
của Đài Loan. Hãng đã sản xuất 3 dòng vi điều khiển vi điều khiển (MCU) 4-bit, 8bit và 32-bit (ARM Cortex)[2].
Một số tính năng cơ bản của dòng vi điều khiển lõi ARM cotex-M0 của hãng Nuvoton
[2]:
o CPU Cortex-M0 cung cấp khả năng điều khiển ngắt ngoại lệ được gọi là vector
điều khiển ngắt lồng nhau (NVIC) và nó được liên kết chặt chẽ với nhân vi xử lý
để cung cấp các tính năng: hỗ trợ vector ngắt gián đoạn lồng nhau, tiết kiệm bộ vi
xử lý và có khả năng phục hồi, giảm và xác định độ trễ ngắt, thay đổi mức ưu tiên
năng động.
o Dung lượng bộ nhớ Flash ROM lớn,(tối đa 128KB Flash) /64KB/32KB APROM
chứa trình ứng dụng.
o Tích hợp sẵn rất nhiều ngoại vi như: USB, ISP, UART, I2C, I2S, LCD, PWM..
o Tích hợp thạch anh nội lên đến 22MHz và có thể điều chỉnh độ chính xác nhờ một
phần tử thạch anh bên ngoài 32,768KHz.
o Có khả năng chống nhiễu tốt, thích hợp cho các ứng dụng dân dụng cũng như
trong công nghiệp.
o Có khả năng hỗ trợ nạp chương trình đa năng (ICP, ISP và song song), cũng có
thể nạp bằng tools nạp của chính hãng như Nu-Link, NuGang hoặc các tools nạp
phổ biến của các hãng khác như U-Link, J-Link và các máy nạp rom đa năng của
Xeltek, Elnec,...
o Ứng dụng được rộng rãi trong điều khiển công nghiệp, tổn hao điện năng thấp,
ứng dụng cho USB, điều khiển động cơ…

o Cung cấp các ứng dụng mạnh mẽ và có khả năng kết nối với nhiều giao diện ngoại
vi.
o Phân loại dòng sản phẩm MCU lõi ARM Cortex-M0:
15


Hình 1. 1 Biểu đồ phân loại dòng vi điều khiển 32-bit lõi ARM Cortex-M0

1.1.4. Giới thiệu về vi điều khiển Numicro NUC140 của hãng Novoton.
1.2.4.1. Mô tả chung Vi điều khiển NuMicro NUC140 của hãng Nuvoton.
Vi điều khiển NuMicro NUC140 có lõi là vi xứ lý ARM Cortex-M0 được sử
dụng trong công nghiệp và rất nhiều các ứng dụng giao tiếp ngoại vi. Đây là vi điều
khiển 32-bit có tần số hoạt đông lên tới 50MHz nhưng có giá thành tương đương vi
điều khiển 8-bit.
Vi điều khiển NuMicro™ NUC140 đã tích hợp bộ nhớ 32/64/128 KB Flash,
4/8/16KB SRAM và các bộ GPIO, Watchdog Timer, PWM Timer, Timer, RTC,
PDMA, SPI/SSP, I2C, UART, CAN, LIN, USB 2.0 FS Device, 12-bit ADC, Analog
Comparator, Low Voltage Detector and Brown-out detector.
1.2.4.2. Các tính năng của Vi điều khiển NuMicro NUC140.
o Core (nhân) : ARM Cortex-M0
o Dải điện áp hoạt động từ 2,5V đến 5,5V.
o Flash Memory ( bộ nhớ Flash).
 Bộ nhớ chương trình 32K/64K/128K byte.
 Bộ nhớ nạp ISP với dung lượng 4KB flash.
 Hỗ trợ xóa bộ nhớ theo stack 512 byte.
 Hỗ trợ hai đường dẫn để cập nhật ICP thông qua giao diện SWD / ICE.
16


 Hỗ trợ chế độ lập trình song song, nhanh chóng với cách lập trình bên ngoài.

o SRAM Memory( bộ nhớ SRAM).
 4K/8K/16K byte SRAM nhúng.
 Hỗ trợ chế độ PDMA.
 Tích hợp cảm biến với dộ phân giải 1 ℃.
o Brown-Out detector.
 Gồm 4 cấp độ: 4.5 V/3.8 V/2.7 V/2.2 V.
 Hỗ trợ ngắt Brown-Out và lựa chọn thiết lập lại.
o Thiết lập lại điện áp thấp : Cấp điện áp ngưỡng: 2,0 V .
 Nhiệt độ hoạt động ổn định: -40 ~ 85 độ C.
 LQFP 100-chân.
 Hỗ trợ 9 kênh PDMA dùng để chuyển dữ liệu tự động giữa SRAM và thiết bị
ngoại vi.
o Xung điều khiển.
 Lựa chọn linh hoạt cho các ứng dụng khác nhau.
 Cài đặt bộ dao động 10 KHz cho bộ Watchdog Timer và báo thức hoạt động.
 Cài đặt bộ dao động tốc độ cao 22,1184 MHz cho hệ thống hoạt động.
 Đầu vào thạch anh ngoài tốc độ cao 4 ~ 24 MHz cho USB và hoạt động thời
gian chính xác.
 Hỗ trợ một bộ nhân chia tần PLL lên đến 50 MHz giúp cho hệ thống hoạt động
hiệu với suất cao.
 Đầu vào thạch anh ngoài 32,768 kHz cho chức năng RTC (thời gian thực) và
hệ thống hoạt động ở chế độ điện năng thấp.

17


o GPIO.
o Timer.
o Watchdog Timer.
o RTC (Real Time Clock)

o PWM/Capture
o UART.
o SPI.
o I2C.
o I2S.
o PS/2 Device Controller.
o USB 2.0 Full-Speed Device.
o ADC.

18


1.2.4.3. Các dòng vi điều khiển NuMicro NUC140..

Hình 1. 2 Chuỗi mã lựa chọn cho vi điều khiển dòng NuMicroNUC140

 Ví dụ: NuMicro NUC140VE3CN:
o ARM-Based 32-bit Microcontroller.

o

E: 128K.

o 1: Cortex-M0.

o

3: 16K

o 4: Connectivity Line.

o

C: Reserve

o V: LQFP 100

o

N: -400 c~ +850c

1.2.4.3. Cấu hình các chân của NuMicr0NUC140.

Hình 1. 3 Cấu hình chân của dòng NuMicroNUC140 LQFP 100-chân
19


1.2.4.5 Ứng dụng
 Thiết bị chơi game.
 Giám sát từ xa.
 Thiết bị kiểm tra và đo lường.
 Thiết bị tự động hóa.
 Điều khiển động cơ.
 Điện năng và năng lượng.
 Báo cháy và an ninh.
 Giao thông vận tải.
1.1.5. Công cụ hỗ trợ lập trình và phát triển vi điều khiển 32 bit ARM Cortex –
M0 của hãng Nuvoton
Mạch phát triển Nu-LB_002 là một lựa chon tốt để tìm hiểu và nghiên cứu dòng
chíp lõi arm cotex-m0 của hãng Nuvotn. Mạch được thiết kế với đầy đủ các chức

năng, các module ngoại vi. Gần như tất cả ứng dụng ngoại vi của dòng vi điều khiển
NUC140, từ các ứng dụng GPIO, LED, LCD, Timer, I2C, UART, Watchdog timer,…
đến các ứng dụng cao hơn như PDMA, giao tiếp USB, SD Card đều có trên kit NuLB_002…
Phần mềm nạp: Vi điều khiển lõi arm cotex-M0 của hãng Nuvoton được hỗ trợ
nạp đa năng theo chuẩn ISP hoặc ICP. Ta có thể nạp bằng tools nạp của chính hãng
như NuGang, Nu- Link hoặc các tools nạp phổ biến của các hãng khác như J-Link,
ST-Link, U-Link,…
Phần mềm lập trình, biên dịch: ta có thể sử dụng các phần mềm lập trình biên
dịch phổ biến quen thuộc như Keil C, IAR,… để lập trình và biên dịch cho vi điều
khiển lõi arm cotex-M0 của hãng Nuvoton.
1.1.6. Hệ thống quản lý của vi điều khiển Numicro Nuc140.
Hệ thống bao gồm các phần sau:
o System Resets.
o System Memory Map

15


o Hệ thống quản lý đăng kí tên ID, điều khiển reset, kiểm soát đa chức năng trên
các chân điều khiển.
o Hệ thống điều khiển thanh ghi.
o System Timer (SysTick).
o Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC).
o System Power Distribution

Hình 1. 4 Sơ đồ khối nguồn của Numicro NUC140

16

1.2. Module SIM800C và một số tập lệnh AT cơ bản sử dụng cho ứng
dụng GSM

Hình 1. 5 Module SIM800C mini

Module Sim800C là module GSM/GPRS hoạt động ở 4 băng tần
850/900/1800/1900 MHz, được xây dựng dựa trên Sim800C của hãng SIMCOM, có
thể truyền nhận SMS, Data. Đây là một phiên bản nâng cấp và thay thế dần cho
module SIM800..
Module Sim800C do MLAB sản xuất được thiết kế tập trung hướng đến sự ổn
định trong hoạt động của thiết bị, dễ sử dụng với người dùng và phục vụ chủ yếu cho
việc điều khiển và giám sát các thiết bị qua GSM/GPRS, mọi tính năng không cần
thiết đều được loại bỏ để đạt được yêu cầu chính của khách hàng với chi phi phí thấp
nhất.

17