Tìm hiểu kit ez430 rf2500 và ứng dụng kit này vào thiết kế xe điều khiển từ xa bằng sóng rf

Kit eZ430-RF2500 là một sản phẩm ứng dụng của MSP430, được tích hợp thêm bộ phận truyền nhận dữ liệu không dây hoạt động ở vùng tần số 2.4GHz và bộ phận cảm biến nhiệt.. CHƯƠNG 1: TỔNG Q

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Đặt vấn đề 3

1.2 Phạm vi của đề tài 3

1.3 Hướng giải quyết vấn đề 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Giới thiệu sơ lược về MSP430 4

2.2 Kit eZ430 RF2500 4

2.2.1 Giới thiệu Kit eZ430 RF2500 4

2.2.2 Thành phần Kit eZ430 RF2500 của TI 5

2.2.3 Chức năng các chân của board eZ430-RF2500 7

2.2.4 Đặc điểm MSP430F2274 trên kit eZ430-RF2500 10

2.2.5 Đặc điểm CC2500 trên kit eZ430-RF2500 11

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 14

3.1 Sơ đồ mạch chi tiết của kit eZ430-RF2500 14

3.2 Sơ đồ khối của mạch thiết kế 17

3.2.1 Mạch điều khiển Motor sử dụng cầu H 17

3.2.2 Các phím điều khiển 18

3.3 Lưu đồ giải thuật 19

3.4 Nguyên tắc truyền nhận dữ liệu giữa MSP430F2274 với CC2500 21

3.5 Khung dữ liệu truyền nhận 21

3.6 Chương trình 22

LỜI MỞ ĐẦU

MSP430 là họ vi điều khiển cấu trúc RISC 16-bit được sản xuất bởi công ty Texas Instruments MSP là chữ viết tắt của “MIXED SIGNAL MICROCONTROLLER”, là

dòng vi điều khiển siêu tiết kiệm năng lượng, sử dụng nguồn thấp, khoảng từ 1.8V –

3.6V MSP430 kết hợp các đặc tính của một CPU hiện đại và tích hợp sẵn các module

ngoại vi Kit eZ430-RF2500 là một sản phẩm ứng dụng của MSP430, được tích hợp thêm bộ phận truyền nhận dữ liệu không dây hoạt động ở vùng tần số 2.4GHz và bộ phận cảm biến nhiệt Đây là họ vi điều khiển mới gia nhập vào thị trường vi điều khiển của nước ta, nên chưa có nhiều đề tài nghiên cứu và triển khai ứng dụng

Bài báo cáo vi xử lý này trình bày về Kit eZ430-RF2500 và ứng dụng Kit này vào thiết kế xe điều khiển từ xa

Trong quá trình tìm hiểu và thiết kế không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Hữu Danh đã hướng dẫn để nhóm chúng em hoàn thành tốt đề tài vi xử lý này

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Yêu cầu đặt ra: tìm hiểu Kit eZ430-RF2500 của TI và sử dụng bộ truyền nhận không dây được tích hợp sẵn trên kit để thiết xe điều khiển từ xa

1.2 Phạm vi của đề tài

Đề tài tập trung vào khảo sát, nghiên cứu Kit eZ430-RF2500 Trên cơ sở đó, thiết kế phần cứng và lập trình để điều khiển được xe

1.3 Hướng giải quyết vấn đề

Dựa trên những vấn đề đã đặt ra chúng ta sẽ sử dụng các phương pháp sau để hoàn thành đề tài:

- Nghiên cứu tài liệu: thu thập và xử lí tài liệu Các tài liệu thu thập chủ yếu qua

sự hướng dẫn của thầy cô và tài liệu trên mạng internet (trang web của TI)

- Thiết kế phần cứng mô hình xe

- Dùng IAR Embedded Workbench (phần mềm hỗ trợ đầy đủ các công cụ lập trình cho dòng sản phẩm MSP430) để viết chương trình, biên dịch, gỡ lỗi và nạp cho Kit

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu sơ lược về MSP430

MSP430 là họ vi điều khiển có cấu trúc RISC 16-bit được sản xuất bởi công ty Texas Instruments, là dòng vi điều khiển siêu tiết kiệm năng lượng, sử dụng nguồn thấp, khoảng điện áp nguồn cấp từ 1.8V – 3.6V MSP430 kết hợp các đặc tính của một CPU

hiện đại và tích hợp sẵn các module ngoại vi RISC (Reduced Intruction Set Computer)

là một kiến trúc vi xử lý theo hướng đơn giản hóa tập lệnh Các lệnh được xây dựng để

có thể thực hiện với chỉ 1 chu kỳ máy Mặt khác bus dữ liệu và bus địa chỉ (có độ rộng

16 bít) tách rời nhau điều này giúp cho quá trình đọc dữ liệu và mã lệnh có thể diễn ra đồng thời do đó nâng cao hiệu suất làm việc của vi xử lý

Các thành viên của dòng MSP430 bao gồm:

- MSP430F2232: 8KB + 256B Flash Memory 512B RAM

- MSP430F2272: 32KB + 256B Flash Memory 1KB RAM

- MSP430F2234: 8KB + 256B Flash Memory 512B RAM

- MSP430F2254: 16KB + 256B Flash Memory 512B RAM

- MSP430F2274: 32KB + 256B Flash Memory 1KB RAM

Với sự tiêu thụ dòng rất thấp trong chế độ tích cực thì dòng tiêu thụ là 200uA, 1Mhz, 2.2V Với chế độ standby thì dòng tiêu thụ là 0.7uA Và chế độ tắt chỉ duy trì bộ nhớ Ram thì dòng tiêu thụ rất nhỏ 0.1uA MSP430 có ưu thế về chế độ nguồn nuôi Thời gian chuyển chế độ từ chế độ standby sang chế độ tích cực rất nhỏ (< 6us)

2.2 Kit eZ430 RF2500

2.2.1 Giới thiệu Kit eZ430 RF2500

RF2500 là một thẻ giao tiếp USB và truyền nhận dữ liệu không dây RF2500 được phát triển dựa trên MSP430F2274 kết hợp với chíp CC2500 truyền nhận tín hiệu ở vùng tần số 2.4 GHz, tích hợp sẵn cảm biến nhiệt độ Do đặc điểm dòng MSP430 có những ưu thế về năng lượng nên đáp ứng được những nhu cầu trong thiết

eZ430-bị di động MSP430 dùng nguồn 3.6V nên trong thiết kế này ta có thể sử dụng pin

Bộ eZ430-RF2500 là một sản phẩm có thể làm việc với đầu cắm USB như một hệ thống độc lập với cảm biến bên ngoài Hoặc sử dụng thiết kế mở rộng với những module ngoại vi Với giao diện gỡ lỗi USB cho phép sản phẩm có thể truyền và nhận

dữ liệu từ xa từ máy tính cá nhân sử dụng truyền nhận nối tiếp UART

Đặc tính của eZ430-RF2500:

- Giao diện lập trình và gỡ lỗi

- Có sẵn 21 chân

- Mật độ tích hợp cao, MSP430 có nguồn cực thấp siêu tiết kiệm năng lượng

- Hai chân xuất/ nhập kết nối với hai led xanh và đỏ cho phép người lập trình mô phỏng trực quan

- Một eZ430-RF2500 dùng Pin (có Pin kèm theo)

Một CD- ROM MSP430 Development Tool có tài liệu, một số code mẫu và phần mềm ứng dụng:

- MSP430x2xx Family User’s Guide, SLAU144

- eZ430-RF2500 User’s Guide, SLAU227

- Code Composer Essentials (CCE), SLAC063

- IAR Embedded Workbench (KickStart Version), SLAC050

- eZ430-RF2500 Sensor Monitor (Code and Visualizer), SLAC139

Hình 1 mô tả Kit eZ430-RF2500 dùng cổng USB

Hình 1: Board eZ430-RF2500 USB

Hình 2 là Board eZ430-RF2500 dùng Pin

Hình 2: Board eZ430-RF2500 dùng Pin

2.2.3 Chức năng các chân của board eZ430-RF2500

Hình 3 là sơ đồ kết nối giữa eZ430-RF2500T target board và Battery Board

Hình 3: Sơ đồ kết nối giữa eZ430-RF2500T Target Board và Battery Board

Ngoài ứng dụng truyền nhận tín hiệu từ xa, board còn lấy ra 18 chân cho người lập trình thực hành và phát triển những ứng dụng riêng của mình

Bảng 1: Chức năng các chân của Battery Board

Bảng 2: Chức năng các chân của Board eZ430-RF2500

PIN Chức năng Mô tả

3 P2.0 / ACLK / A0 / OA0I0 Chân xuất/nhập số, ngõ ra xung clock ACLK,

ngõ vào tương tự A0 kênh ADC10

/ A1 /A0O

Chân xuất/nhập số, ngõ vào analog A1 kênh ADC10, xung clock INCLK của Timer_A, xung clock chủ SMCLK

5 P2.2 / TA0 / A2 / OA0I1 Xuất/nhập, ngõ vào tương tự A2 của kênh

ADC10, ngõ vào CCI0B của Timer_A chế độ capture, ngõ ra OUT0 chế độ so sánh

6 P2.3 / TA1 / A3 / VREF – /

VeREF – OA1I1 / OA1O

Xuất/nhập, ngõ vào tương tự A3 kênh ADC10, điện áp tham chiếu âm VREF – / VeREF –, ngõ vào CCI1B của Timer_A, ngõ ra OUT1 chế độ

8 P4.3 / TB0 / A12 / OA0O Chân xuất/nhập số, ngõ vào tương tự A12 kênh

ADC10, ngõ vào CCI0B Timer_B chế độ capture, ngõ ra OUT0 chế độ so sánh

OA1O

Chân xuất/nhập số, ngõ vào tương tự A13 kênh ADC10, ngõ vào CCI1B Timer_B chế độ capture, ngõ ra OUT1 chế độ so sánh

10 P4.5 / TB2 / A14 / OA0I3 Chân xuất/nhập số, ngõ vào tương tự A14 kênh

ADC10, ngõ ra OUT0 của Timer_B chế độ so sánh

11 P4.6 / TBOUTH / A15 /

OA1I3

Chân xuất/nhập số, ngõ vào tương tự A15 kênh ADC10, chuyển mạch từ TB0 sang TB3 ngõ ra tổng trở cao

14 P2.7 / XOUT (GDO2) Chân xuất/nhập số, kết nối thạch anh

UCB0SCL

Chân xuất/nhập số, ngõ ra chế độ tớ, ngõ vào chế độ chủ USCI_B0 trong chế độ SPI, nguồn xung clock SCLI2C trong I2C mode

UCA0STE

Chân xuất/nhập số, ngõ vào xung clock USCI_B0, ngõ ra cho phép truyền dữ liệu USCI_A0 trong chế độ tớ

UCA0CLK / A5

Chân xuất/nhập số, ngõ vào tương tự A5 kênh ADC10, xung USCI_A0, chân cho phép truyền tín hiệu USCI_B0 trong chế độ tớ

/UCB0SDA

Chân xuất/ nhập số, , ngõ ra chế độ tớ, ngõ vào chế độ chủ USCI_B0 trong chế độ SPI, dữ liệu SDAI2C trong I2C mode

2.2.4 Đặc điểm MSP430F2274 trên kit eZ430-RF2500

Sơ đồ khối bên trong của MSP430F2274 được thể hiện qua Hình 3

Bảng 3: Các thông số kỹ thuật của MSP430F2274

2.2.5 Đặc điểm CC2500 trên kit eZ430-RF2500

CC2500 là vi điều khiển thực hiện các công việc như: điều chế, giải điều chế, kiểm tra lỗi, lặp bit, … để phục vụ cho việc thu phát không dây

CC2500 là chíp thu phát sóng vô tuyến RF tần số 2.4 GHz Chip sử dụng nguồn thấp tiết kiệm năng lượng có thể sử dụng pin Thích hợp với những thiết bị di động điều khiển bằng công nghệ không dây, thiết bị điện tử dân dụng, điều khiển đồ chơi, chuột

và bàn phím không dây, các ứng dụng điều khiển từ xa khác Bộ thu phát được tích hợp với cấu hình modem dải gốc cao Modem hỗ trợ nhiều hình thức điều chế tín hiệu khác nhau trong đó cấu hình dữ liệu lên tới 500 Kbaud CC2500 hỗ trợ phần cứng cho việc

xử gói dữ liệu Tích hợp cảm biến nhiệt độ Thường CC2500 kết hợp với một chip vi

xử lý và các linh kiện thụ động khác để thực hiện chức năng điều khiển

Hình 4: Sơ đồ khối bên trong CC2500

Các thông số kỹ thuật của CC2500 được trình bày như bảng 4

Bảng 4: Các thông số kỹ thuật của CC2500

Thông số MIN TYP MAX UNIT Điều kiện

Điều kiện làm việc

Đặc điểm truyền nhận RF

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1 Sơ đồ mạch chi tiết của kit eZ430-RF2500

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý của USB

Hình 7: Sơ đồ nguyên lý của board eZ430-RF2500T

3.2 Sơ đồ khối của mạch thiết kế

3.2.1 Mạch điều khiển Motor sử dụng cầu H

- Motor có cấu tạo gồm stato (phần đứng yên) với các cực từ (bằng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện), roto với các cuộn dây quấn, cổ góp, chổi điện

Hình 8: Cấu tạo của motor

- Relay là một dạng “công tắc” (switch) cơ điện, gồm các tiếp điểm cơ được điều khiển đóng mở bằng dòng điện Cực C gọi là cực chung, NC là tiếp điểm thường đóng (Normal Closed) và NO là tiếp điểm thường mở (Normal Open) Hình 9 là cấu tạo và hình dạng thực tế một loại của relay Với khả năng đóng

mở các tiếp điểm, nên ta chọn relay để làm khóa cho mạch cầu H

Hình 9: Cấu tạo và hình dạng thực tế một loại của relay

- Mạch điều khiển motor sử dụng cầu H được thiết kế như hình 10

3.3 Lưu đồ giải thuật

Giải thuật truyền

ấn

Phím trái

ấn sai

Đúng

Tiến Đúng

B

3.4 Nguyên tắc truyền nhận dữ liệu giữa MSP430F2274 với CC2500

Quá trình truyền dữ liệu bắt đầu với dữ liệu cần truyền được nạp vào thanh ghi đệm truyền UCxTXBUF Từ đó dữ liệu được chuyển tới thanh ghi dịch truyền Quá trình truyền kết thúc khi thanh ghi dịch truyền rỗng

Quá trình nhận dữ liệu bắt đầu với dữ liệu nhận ở thanh ghi dịch nhận Receive Shift Register Dữ liệu từ thanh ghi này chuyển sang thanh ghi UCxRXBUF Quá trình nhận kết thúc khi thanh ghi dịch nhận Receive Shift Register rỗng

3.5 Khung dữ liệu truyền nhận

Khung dữ liệu được phân thành các thành phần chính sau:

- Chiều dài khung dữ liệu cần truyền (Length) 1 Byte: chỉ rõ độ dài cụ thể của dữ liệu cần truyền

- Nguồn dữ liệu (Source) 4 Byte: xác định nguồn của dữ liệu

- Định hướng (Destination) 4 Byte: định hướng dữ liệu cần truyền

- Nội dung (Payload) 8 Byte: trình bày nội dung của dữ liệu cần truyền Tối đa có

3.6 Chương trình

Chương trình truyền

#include "radios/family1/mrfi_spi.h"

#include "mrfi.h"

#define down (P2IN&0x02)

#define right (P2IN&0x08)

#define left (P4IN&0x08)

}

MRFI_Receive(&packet);

char signal;

signal=packet.frame[9];//received signal

if(signal=='u'){ //go ahead

- Kết quả cho thấy xe điều khiển truyền nhận tốt ở khoảng cách hơn 100 mét trong môi trường truyền thẳng, nếu môi trường truyền có nhiều chướng ngại thì khoảng cách truyền nhận nhỏ hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Trung Lập Giáo trình Kỹ thuật số Nhà xuất bản Đại học Cần Thơ Cần