BẢN THUYẾT MINH- ĐỒ ÁN ppt

Được set lên 1 khi kết thúc thu ký tự, được xóa bằng phần mềm Tóm tắt thanh ghi chế độ port nối tiếp 0 1 0 1 2 3 Thanh ghi dịch 8-bit UART 8 bit UART 9 bit UART 9 bit Cố định tần số dao

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ

Đà Nẵng tháng 06/2010

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Cao Nguyễn Khoa

Nam đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Xin cảm ơn các quý thầy cô khoa Điện và trong trường đã đóng góp những

ý kiến qúy báu để đề tài của chúng em đạt được tiến độ như ngày hôm nay

Và không bao giờ quên công ơn mà quý thầy cô đã giảng dạy em trongsuốt 3 năm học qua

Xin cảm ơn rất nhiều

Sinh viên thực hiện

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khi khoa học công nghệ càng ngày càng phát triển thì việc ứng dụngkhoa học công nghệ trong cuộc sống ngày càng trở nên phổ biến, nhất là trong lĩnhvực điên-điện tử - tin học Các máy tính sẽ đảm nhiệm những nhiệm vụ điều khiểnthay cho con người một cách chính xác và nhanh chóng

Trong thực tế, việc xếp hàng chờ giải quyết công việc ở các công sở hoặc bệnhviện, trường học luôn gây khó chịu và mất thời gian cho người cần giải quyết côngviệc lẫn người giải quyết công việc Để cải thiện vấn đề này, hiện nay trên thế giới vàtrong nước đã có những hệ thống xếp hàng tự động, được điều khiển bằng máy tínhhoặc các hệ thống tích hợp Ở những nơi có lắp đặt hệ thống này việc xếp hàng đã trởnên có trật tự, đơn giản và nhanh chóng hơn, cải thiện môi trường làm việc và tiếtkiệm được thời gian Trường Cao đẳng Công nghệ Đà Nẵng, nơi chúng em đang họctập, cũng không phải là một ngoại lệ, việc xếp hàng nộp hồ sơ nhập học hoặc nộp họcphí cũng gây ra nhiều phiền toái và tốn thời gian Với mục đích cải thiện điều này,

nhóm quyết định chọn đề tài “Khảo sát và thiết kế hệ thống xếp hàng thông minh ”

nhằm ứng dụng vào phòng tài vụ và phòng đào tạo của nhà trường

Nội dung dề tài nghiên cứu khoa học gồm hai phần chính:

Phần 1 : Cơ sở lý thuyết

Phần 2 : Thiết kế và thi công

Trong quá trình thực, do kiến thức và tài liệu còn nhiều hạn chế nên sẻ khôngtránh được những thiếu sót, vậy kính mong quý thầy cô thông cảm và đóng góp chochúng em nhiều ý kiến qúy báu cho hướng phát triển đề tài của chúng em.Chúng emxin cảm ơn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Khảo sát vi điều khiển AT89C51 trong họ vi điều khiển 8051:

2.1.1 Giới thiệu tổng quan về AT89C51

2.1.1.1 Giới thiệu AT89C51

AT89C51 là một hệ vi tính 8 Bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, công suấtnguồn tiêu thụ thấp và có 4 KB bộ nhớ Rom Flash xóa được /lập trình được Chip nàyđược sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao củaAtmel Nó cũng tương thích với tập lệnh và các chân ra của chuẩn công nghiệp MCS-

51 Flash trên chip cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình lại trên hệ thống hoặcbằng bộ lập trình không mất nội dung qui ước

Bằng cách kết hợp một CPU 8 Bit với Flash trên một Chip đơn, ATMELAT89C51 là một hệ vi tính 8-bit đơn chip mạnh cho ta một giải pháp có hiệu quả vềchi phí và rất linh hoạt đối với các ứng dụng điều khiển

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:

 4 KB ROM

 2 bộ định thời (timer)/đếm 16 Bit

 128 Byte RAM

 4 Port xuất /nhập (I/O port) 8 bit

 Mạch giao tiếp nối tiếp

 Không gian nhớ chương trình ngoài 64K

 Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K

 Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng lẻ)

 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit

 Nhân/chia trong 4s

 32 đường xuất nhập

2.1.1.2 Sơ đồ khối của AT89C51

Hình 1: Sơ đồ khối của AT89C51

CONTROL : điều khiển ngắt

OTHER REGISTERS : các thanh ghi khác

TIMER 2, 1, 0 : Bộ định thời 2, 1, 0

SERIAL PORT : port nối tiếp

2.1.2 Khỏa sát sơ đồ chân AT89C51, chức năng từng chân

2.1.2.1 Sơ đồ chân AT89C51

Hình 2: Sơ đồ chân IC AT89C51

2.1.2.2 Chức năng các chân của AT89C51

AT89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập Trong đó có

24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạtđộng như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus

dữ liệu và bus địa chỉ

Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 – 39 của AT89C51 Trong các thiết

kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO Đối vớicác thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữliệu

Port 1: Port 1 là port IO trên các chân 1-8 Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1,

P1.2, … có thề dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần Port 1 không có chứcnăng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài

Port 2: Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21- 28 được dùng như

các đường xuất nhập hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng

bộ nhớ mở rộng

Port 3: Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10-17 Khi không hoạt

động xuất/nhập các chân của port này có nhiều chức năng:

Bit Tên Chức năng chuyển đổi

P3.0 RXT Ngõ vào dữ liệu nối tiếp

P3.1 TXD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chươngtrình mở rộng thường được nói đến chân (output enable) của Eprom cho phép đọc

các byte lệnh

ở mức thấp trong thời gian Microcontroller AT89C51 lấy lệnh Các mã

lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghilệnh bên trong AT89C51 để giải mã lệnh Khi AT89C51 thi hành chương trình trongROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1

Chân cho phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch Enable): Khi AT89C51

truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ/địa chỉ đa hợp Tín hiệu

ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp bus địa chỉ và bus

dữ liệu

Khi port 0 được sử dụng làm bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín hiệu đểchốt địa chỉ (byte thấp của địa chỉ 16 bit) và một thanh ghi ngoài trong suốt ½ đầu củachu kỳ bộ nhớ Sau đó các chân port 0 sẽ xuất/nhập dữ liệu hợp lệ trong suốt ½ thứ haicủa chu kỳ bộ nhớ

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thểđược dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống Chân ALE được dùnglàm xung ngõ vào lập trình cho Eprom trong AT89C51

- Tín hiệu vào ở chân 31 thường được mắt lên mức 1 hoặc mức 0 Nếu ởmức 1, AT89C51 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8Kbyte Nếu ở mức 0, 89C51 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng Chân EA\được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong AT89C51

Chân RST (Reset):

-Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của AT89C51 Khi ngõ vào tín hiệunày đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giátrị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch tự động Reset Chân Resethoạt động ở mức tích cực 1

Các chân XTAL1 và XTAL2:

-Mạch dao động bên trong chip AT89C51 được ghép với thạch anh bên ngoài ởhai chân XTAL1 và XTAL2 Tần số thạch anh thường sử dụng cho AT89C51 là11.0952Mhz

Chân Vcc (40): được nối lên nguồn 5V.

2.1.3 Hoạt động timer của AT89C51

2.1.3.2 Thanh ghi mode timer TMOD (TIMER MODE REGISTER):

Thanh ghi mode gồm hai nhóm 4 bit là: 4 bit thấp đặt mode hoạt động cho Timer 0 và

4 bit cao đặt mode hoạt động cho Timer 1 8 bit của thanh ghi TMOD được tóm tắt như sau:

thời

Mô tả

C/T = 1 : Đếm sự kiện C/T = 0 : Định thời

Bộ định thời 1 : dừng, không hoạt động

2.1.3.3 Thanh ghi điều khiển định thời TCON (TIMER CONTROL REGISTER):

Thanh ghi TCON bao gồm các bit trạng thái và các bit điều khiển bởi Timer 0 và Timer

1 Thanh ghi TCON được định địa chỉ bit Hoạt động của từng bit được tóm tắt như sau:

được xóabởi phần mềm hoặc bởi phần cứng khi bộ

vi xử lý trỏ đến trình phục vụ ngắt

bởi phần mềm để hoạt động hoặc ngưng hoạt động

set bởi phần cứng khi có cạnh âm xuất hiện trên chân INTI\,được xoá bởi phần mềm hoặc cứng khi CPU trỏ đến trình phục vụ ngắt.

set hoặc xóa bằng phần mềm khi xảy ra cạnh âm hoặc mức thấp tại chân ngắt ngoài

2.1.3.4 Các chế độ định thời và cờ tràn (TIMER MODES AND OVERFLOW)

AT89C51 có 2 Timer là Timer 0 và Timer 1 Ta dùng ký hiệu TLx và THx đểchỉ 2 thanh ghi byte thấp và byte cao của Timer 0 hoặc Tmer 1 Bộ định thời có 4 chế

độ hoạt động: chế độ định thời 13 bit (mode 0), chế độ định thời 16 bit (mode 1), chế

độ tự nạp lại 8 bit (mode 2) và chế độ định thời chia xẻ (mode 3) Ở đồ án này ta chỉ sửdụng bộ định thời 0 ở mode 1 cho ngắt bằng bộ định thời và bộ định thời 1 ở mode 2cho port nối tiếp

2.1.4 Hoạt động port nối tiếp

2.1.4.1 Giới thiệu

AT89C51 có một port nối tiếp trong chip có thể hoạt động ở nhiều chế độ trênmột dãy tần số rộng Chức năng chủ yếu là thực hiện chuyển đổi song song sang nốitiếp với dữ liệu xuất và chuyển đổi nối tiếp sang song song với dữ liệu nhập Các mạchphần cứng bên ngoài truy xuất port nối tiếp thông qua các chân TxD (P3.1) và RxD(P3.0)

Port nối tiếp cho hoạt động song công (full duplex: thu và phát đồng thời) và đệmthu (receiver buffering) cho phép một ký tự sẽ được thu và được giữ trong khi ký tựthứ hai được nhận Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất trước khi ký tự thứ hai được thu đầy

đủ thì dữ liệu sẽ không bị mất

Hai thanh ghi chức năng đặc biệt cho phép phần mềm truy xuất đến port nối tiếplà: SBUF và SCON Bộ đệm port nối tiếp (SBUF) ở điạ chỉ 99H nhận dữ liệu để thuhoặc phát Thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) ở điạ chỉ 98H là thanh ghi cóđiạ chỉ bit chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển Các bit điều khiển đặt chế độ

hoạt động cho port nối tiếp, còn các bit trạng thái chỉ ra sự kết thúc phát hoặc thu ký tự Các bit trạng thái có thể được kiểm tra bằng phần mềm hoặc có thể lập trình để tạongắt.

2.1.4.2 Các thanh ghi và các chế độ hoạt động của port nối tiếp

2.1.4.2.1Thanh ghi điều khiển port nối tiếp

Chế độ hoạt động của port nối tiếp được đặt bằng cách ghi vào thanh ghi chế độ port nốitiếp (SCON) ở địa chỉ 98H Sau đây các bảng tóm tắt thanh ghi SCON và các chế độ của portnối tiếp:

REN TB8

RB8 TI RI

9FH 9EH 9DH

9CH 9BH

9AH 99H 98H

Bit 0 chọn chế độ port nối tiếp Bit 1 chọn chế độ port nối tiếp Bit 2 chọn chế độ port nối tiếp Cho phép truyền thông

xử lý trong các chế độ 2 và 3, bit RI sẽ không bị tác động nếu bit thứ 9 thu được là 0

Cho phép thu Phải được set lên 1 để thu các ký tự Bit 8 phát, bit thứ 9 được phát trong chế độ 2 và 3, được set và xóa bằng phần mềm.

Bit 8 thu, bit thứ 9 thu được

Cờ ngắt phát Được set lên 1 khi kết thúc phát ký tự, được xóa bằng phần mềm

Cờ ngắt thu Được set lên 1 khi kết thúc thu ký tự, được xóa bằng phần mềm

Tóm tắt thanh ghi chế độ port nối tiếp

0

1

0

1

2 3

Thanh ghi dịch 8-bit

UART 8 bit UART 9 bit UART 9 bit

Cố định (tần số dao động /12 )

Thay đổi ( thiết lập bởi Timer )

Cố định (tần số dao động /12 hoặc /64)

Thay đổi ( thiết lập bởi Timer )

Các chế độ port nối tiếp

Chế độ 1 (UART 8 bit với tốc độ baud thay đổi được):

Ở chế độ 1, port nối tiếp của AT89C51 làm việc như một bộ thu phát không đồng

bộ (universal asynchronous receiver transmitter) UART 8 bit với tốc độ baud thay đổiđược Một UART là một bộ thu phát dữ liệu nối tiếp với mỗi ký tự dữ liệu đi trước làbit start ở mức thấp và theo sau bit stop ở mức cao Đôi khi xen thêm bit kiểm tra chẵn

lẻ giữa bit dữ liệu cuối cùng và bit stop Hoạt động chủ yếu của UART là chuyển đổi

dữ liệu phát từ song song thành nối tiếp và chuyển đổi dữ liệu thu từ nối tiếp thànhsong song

Ở chế độ 1, 10 bit được phát trên TXD hoặc thu trên RXD Những bit đó là: 1 bitstart (luôn luôn là 0), 8 bit dữ liệu (LSB đầu tiên) và 1 bit stop (luôn luôn là 1) Vớihoạt động thu, bit stop được đưa vào RB8 trong SCON Trong AT89C51 chế độ baudđược đặt bằng tốc độ tràn của Timer 1.

Tạo xung nhịp và đồng bộ hóa các thanh ghi dịch của port nối tiếp trong các chế

độ 1,2 và 3 được thiết lập bằng bộ đếm16 ngõ ra là xung clock tốc độ baud Ngõ vàocủa bộ đếm này được chọn qua phần mềm

Việc phát được khởi động bằng cách ghi vào SBUF nhưng việc phát không thực

sự bắt đầu cho đến lần tràn kế của bộ đếm 16, bộ đếm cung cấp tốc độ baud cho portnối tiếp Dữ liệu được dịch bit để được xuất ra trên đường TxD sẽ bắt đầu bằng bitstart, tiếp theo là 8 bit dữ liệu rồi đến bit stop Thời gian của mỗi một bit là giá trịnghịch đảo của tốc độ baud, tốc độ baud có được bằng cách lập trình cho bộ định thời

Cờ ngắt phát TI được set bằng 1 ngay khi bit stop xuất hiện trên đường TxD

Việc nhận được khởi động bởi một chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 trên đườngRxD (bắt đầu bit start) Bộ đếm 16 ngay lập tức được xoá để gán các số đếm cho dòngbit đến chân RxD (bit kế tiếp đến khi bộ đếm tràn lần nữa và v.v ) Dòng bit đếnđược lấy mẫu ở giữa 16 số đếm

Bộ thu bao gồm việc phát hiện bit start sai bằng cách yêu cầu 8 số đếm ở trạngthái 0 sau khi có sự chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 lần đầu tiên Nếu điều này khôngxảy ra, bộ thu được giả sử rằng đã được nhận được nhiễu thay vì là nhận một bit hợp

lệ Bộ thu sẽ được thiết lập lại quay về trạng thái nghỉ và chờ sự chuyển trạng thái từ 1xuống 0 kế Giả sử bit start hợp lệ được phát hiện, việc nhận ký tự sẽ tiếp tục Bit startđược bỏ qua và 8 bit dữ liệu được nhận tuần tự vào thanh ghi dịch bit của port nối tiếp.Khi cả 8 bit được nhận, các điều sau sẽ xảy ra:

 Bit thứ 9 (bit stop) được đưa đến bit RB8 trong thanh ghi SCON

 8 bit dữ liệu được nạp vào SBUF

 Cờ ngắt thu RI được set

Tuy nhiên các điều trên chỉ xảy ra nếu các điều kiện sau tồn tại:

 RI =0

 SM2=1 và bit stop nhận được là bit 1, hoặc SM2=0

Khởi động và truy xuất các thanh ghi cổng nối tiếp:

 Cho Phép Thu

- Bit cho phép bộ thu (REN=Receiver Enable) Trong SCON phải được đặt lên

1 bằng phần mềm để cho phép thu các ký tự thông thường thực hiện việc này ở đầuchương trình khi khởi động cổng nối tiếp, timer …

- Hai cờ ngắt thu và phát (RI và TI) trong SCON đóng một vai trò quantrọng trong truyền thông nối tiếp dùng 8951/8051 Cả hai bit được đặt lên 1 bằng phầncứng, nhưng phải được xoá bằng phần mềm

2.1.4.2 Tốc độ baud port nối tiếp

Các nguồn tạo xung nhịp cho port nối tiếp

Mặc nhiên sau khi reset hệ thống, tốc độ baud chế độ 2 là tần số bộ dao độngchia cho 64, tốc độ baud cũng bị ảnh hưởng bởi 1 bit trong thanh ghi điều khiển nguồncung cấp (PCON) bit 7 của PCON là bit SMOD Đặt bit SMOD lên 1 làm gấp đôi tốc

độ baud trong các chế độ 1, 2 và 3 Trong chế độ 2, tốc độ baud có thể bị gấp đôi từgiá trị mặc nhiên của 1/64 tần số dao động (SMOD=0) đến 1/32 tần số dao động(SMOD=1)

Các tốc độ baud trong các chế độ 1 và 3 được xác định bằng tốc độ tràn củatimer 1 Vì timer hoạt động ở tần số tương đối cao, tràn timer được chia thêm cho 32(hoặc 16 nếu SMOD =1 ) trước khi cung cấp tốc độ xung nhịp cho port nối tiếp

 Sử dụng bộ định thời 1 làm xung clock tốc độ baud:

Kỹ thuật thường dùng để tạo xung clock tốc độ baud là khởi động thanh ghiTMOD ở chế độ tự nạp lại 8 bit và đặt giá trị nạp lại thích hợp vào thanh ghi TH1 để

có tốc độ tràn đúng, từ đó tạo ra tốc độ baud

Ngoài ra, các tốc độ baud rất chậm có thể nhận được bằng cách sử dụng chế độ

16 bit, chế độ định thời 2 với TMOD=0001xxxxB Tuy nhiên các giá trị TH1/TL1 phảiđược khởi động lại sau mỗi lần tràn Một lựa chọn khác là cung cấp xung clock bênngoài cho bộ định thời 1 bằng cách sử dụng ngõ vào T1(P3.5) Dù là lựa chọn nào, tốc

độ baud cũng bằng tốc độ tràn của bộ định thời 1 chia cho 32 (hoặc chỉ cho 16 nếuSMOD=1)

Do vậy, công thức dùng để xác định tốc độ baud ở các chế độ 1 và 3 là:

Các tốc độ baud chính xác có thể nhận được bằng cách sử dụng thach anh11.0592 MHz cho mạch dao động chip

Tốc độ baud= tốc độ trên bộ định thời 1 chia cho 32

 32

 16

Xung clock tốc

Độ baudSMOD=1

SMOD=0Dao động

trên chip

Các nguồn xung clock cho port nối tiếp chế độ 1 và 3

- 1 ngắt port nối tiếp.

Tất cả các ngắt sẽ không được đặt sau khi reset hệ thống và cho phép ngắt riêng rẽbởi phần mềm

2.1.5.2 Các ngắt của AT89C51

AT89C51 gồm có các ngắt: ngắt do bộ định thời, ngắt do cổng nối tiếp, ngắtngoài Tuy nhiên trong phạm vi đồ án này áp dụng ngắt do bộ định thời

Ngắt bằng bộ định thời: Các ngắt timer có địa chỉ Vector ngắt là 000BH (timer

0) và 001BH (timer 1) Ngắt timer xảy ra khi các thanh ghi timer (TLx/THx) tràn vàset cờ báo tràn (TFx) lên 1 Các cờ timer (TFx) không bị xóa bằng phần mềm Khi chophép các ngắt, TFx tự động bị xóa bằng phần cứng khi CPU chuyển đến ngắt

Các ngắt cổng nổi tiếp: Ngắt cổng nối tiếp xảy ra khi cờ phát hoặc cờ ngắt được

đặt lên 1 Ngắt phát xảy ra khi một kí tự đã được nhận xong và đang đợi trong SBUP

để được đọc

Các ngắt nối tiếp khác với các ngắt Timer Cờ gây ra ngắt cổng nối tiếp không

bị xóa bằng phần cứng khi CPU chuyển tới ngắt Do có 2 nguồn ngắt cổng nối tiếp Ti

và Ri Nguồn ngắt phải được xác định trong ISR và tạo ngắt sẽ được xóa bằng phầnmềm Các ngắt Timer cờ ngắt được xóa bằng phần cứng khi CPU hướng tới ISR

Các ngắt ngoài: Các ngắt xảy ra khi có một mức thấp hoặc cạnh xuống trênchân INT0 hoặc INT1 của vi điều khiển Đây là chức năng chuyển đổi của các bít P3.2

và P3.3

Các cờ tạo ngắt này là các bít IE0 và IE1 trong TCON Khi quyền điều khiển đãchuyển đến ISR, cờ tạo ra ngắt chỉ được xóa nếu ngắt được tích cực bằng cạnh xuống.Nếu ngắt được tích cực theo mức, thì nguồn yêu cầu ngắt bên ngoài sẽ điều khiển mứccủa cờ thay cho phần cứng

2.2 Phương thức truyền thông nối tiếp

2.2.1 Cơ sở của truyền tin nối tiếp

Các máy tính truyền dữ liệu theo hai cách : Song song và nối tiếp Trong truyền dữliệu song song thường cần 8 hoặc nhiều đường dây dẫn để truyền dữ liệu đến một thiết

bị chỉ cách xa vài bước Ví dụ như truyền dữ liệu song song của máy in và ổ đĩacứng Phương pháp này cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao nhờ dùng nhiều dâydẫn để truyền dữ liệu đồng thời,nhưng khoảng cách truyền thì bị hạn chế.Để truyền dữ

liệu đi xa thì sử dụng phương pháp truyền nối tiếp.Phương pháp này truyền dữ liệutheo từng bít một.

Khi bộ vi xử lý truyền tin với thế giới bên ngoài thì nó cấp dữ liệu dưới dạng từngbyte (8 bit) một.Trong một số trường hợp ,chẳng hạn như máy in ,thì thông tin đượclấy từ dữ liệu 8 bit của máy tính và gửi tới bus dữ liệu 8 bit của máy in.Phương phápnày chỉ thực hiện khi đường cáp không quá dài vì nếu cáp quá dài thì sẻ làm suy giãmthậm chí làm méo tín hiệu.Ngoài ra ,đường 8 bit dữ liệu giá thành cao.Vì những lý dođó,trong trường hợp hai hệ thống ở cách xa nhau hàng trăm đến hàng triệu kilomet thìngười ta sử dụng truyền thông nối tiếp Hình2.2.1 so sánh hai phương pháp truyền tinnói trên :

Hình 3: Truyền tin dữ liệu song song và nối tiếp.

Để truyền tin nối tiếp ,người ta sử dụng một đường dữ liệu thay bus dữ liệu 8bit của truyền song song,nhờ vậy không chỉ làm giá thành hạ hơn nhiều mà còn mở ramột khả năng để hai máy tính ở cách rất xa nhau vẩn có thể truyền thông với nhau quađường điện thoại

Để tổ chức truyền tin nối tiếp,trước hết byte dữ liệu được chuyển thành các bitnối tiếp nhờ thanh ghi dịch ‘vào song song – ra nối tiếp’.Tiếp theo ,dữ liệu được truyềnqua một đường dữ liệu đơn Như vậy ,ở đầu thu cũng phải có một thanh ghi dich ‘vàonối tiếp – ra song song ’ để nhận dữ liệu nối tiếp và sau đó gói chúng thành từng bytemột.Tất nhiên,nếu dữ liệu được truyền qua đường điện thoại thì cần được chuyển đổi

từ các số 0 và 1 sang tín hiệu âm thanh ở dạng sóng hình sin.Việc chuyển đổi này do

một thiết bị có tên gọi là Bộ điều chê/Giải điều chê.

Modem(Modulator-demodulator)thực hiện: Khi cự ly truyền ngắn thì tín hiệu số

có thể được truyền, như giới thiệu ở trên bằng một dây dẫn và không cần điều chế.Đâycũng chính là phương pháp mà bàn phim IBM-PC cũng như các máy tinh tương thíchvẫn sử dụng để truyền dữ liệu đến bảng mạch chinh.Tuy nhiên ,để truyền dữ liệu di xaqua các đường truyền chẵng hạn như đường truyền điện thoại thì truyền dữ liệu nốitiếp yêu cầu một modem để điều chế (chuyển mã nhị phân về tín hiệu âm thanh) và sau

đó giải điều chế (chuyển tín hiệu âm thành về mã nhị phân)

Hình 4: Các chế độ thu phát dữ liệu

Truyền tin nối tiếp có hai phương pháp :đồng bộ và dị bộ Phương pháp đồng

bộ chuyển một lần một khối dữ liệu (các ký tự),còn phương pháp không đồng bộ chỉtruyền từng byte một.Có thể viết phần mềm để sử dụng một trong hai phương pháptruyền này Tuy nhiên ,chương trinh máy tính dạng này thường rất dài và buồn tẻ.Vì lý

do đó mà nhiều nhà sản xuất đã cho ra thị trường các loại IC chuyên dùng phục vụ chotruyền dữ liệu nối tiếp Những IC này dùng làm các bộ thu phát không đồng bộ tổnghợp UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) và các bộ thu phát đồng –

dị bộ tổng hợp USART (Universal Synchronous-Asynchronous ReceiverTransmitter).Bộ điều khiển 8051 được xây dựng sẵn một bộ UART

2.2.1.1 Truyền dữ liệu bán song cong và song công hoàn toàn

Nếu trong quá trình truyền ,dữ liệu vừa có thế phát vừa có thể thu thì gọi làtruyền song công.Trái với truyền đơn công (như máy in chẳng hạn) máy tính chỉ phát

dữ liệu.Truyền Song công có hai dạng: Song công hoàn toàn(còn gọi là song công) hay Bán song công tùy thuộc vào việc truyền dữ liệu có đồng thời hay không Nếu tại một thời đểm dữ liệu chỉ truyền một chiều thì được gọi là Bán song công Còn trường hợp dữ liệu được truyền cả hai chiều đồng thời thì gọi là Song công hoàn toàn Như

vậy, ở chế độ song song hoàn toàn, để truyền được 2 chiều đồng thời thì cần 2 đường

dữ liệu ,một đường để phát còn đường kia để thu

2.2.1.2 Truyền thông nối tiếp không đồng bộ và định khung dữ liệu

Dữ liệu tới đầu thu của đường truyền nối tiếp là tín hiêu 0 và 1.Việc xác địnhnội dung của dữ liệu sẻ khó khăn nếu giữa hai đầu phát và đầu thu không có một quytắc thống nhất còn được gọi là Giao thức(Protocol)như: dữ liệu được sắp xếp như thênào,có bao nhiêu bit tạo thành một kí tự ,khi nào bắt đầu và khi nào kết thúc dữ liệu

Bit khởi động và bit dừng

Truyền tin nối tiếp không đồng bộ được sử dụng rộng rải truyền ký tự, còntruyền dữ liệu định hướng khối sử dụng phương pháp đồng bộ Ở phương pháp khôngđồng bộ, mổi ký tự được bố trí vào giữa bit khởi động và bít dừng Người ta gọi cáchthức này là định khung Như vậy, đối với truyền tin không đồng bộ, đê định khung, dữ

liệu ký tự được nén giữa bít khởi động và bít dừng Bít khởi động luôn chỉ có một bit,còn bit dừng có thể có 1 hoặc 2 bit Bit khởi động luôn có giá trị 0 (mức thấp), còn bitdừng thì có giá trị 1(mức cao) Ví dụ xem hình 4 trong đó kí tự “A” ASCII có mã nhịphân là 0100 0001, được định khung giữa 1 bit khởi động và 2 bit dừng Ở đây là bíttrọng số thấp LSB được gửi đi trước.

Hình 5 : Định khung ký tự “A”(mã ASCII -41h)

Ở hình trên, khi không truyền thì tín hiệu là 1, gọi là dấu (Mark).Tín hiệu 0được gọi là khoảng trống (space) Trình tự truyền bắt đầu với bit Start, tiếp theo là bitD0,bit LSB,tiếp theo nữa là các bit còn lại cho đến bit có trọng số lớn nhất MSB là D7,

và cuối cùng là bit dừng để báo rằng đã kết thúc ký tự “A”

Trong truyền tin nối tiếp không đồng bộ, các thiết bị ngoại vi và modem đượclập trình để có độ dài dữ liệu là 7 bit ,hiện nay ký tự ASCII mở rộng có 8 bit Trongmột số hệ thống trước đây, do thiết bị thu không nhanh nên cần sử dụng 2 bit dừng đểthiết bị có đủ thời gian cho truyền byte tiếp theo.Tuy nhiên , trong máy PC hiện đại sửdung phổ biến 1 bit dừng

Giả sử chúng ta truyền một tệp văn bản ký tự ASCII sử dụng 1 bit dừng thì ra

có tổng cộng 10 bit cho mổi ký tự gồm : 8 bit kí tự ASCII chuẩn, 1 bit khởi động và 1bit dừng Do đó, cứ 8 bit ký tự thì có thêm 2 bit, chiếm 25% tổng phí

Ở một số hệ thống nhằm tăng khả năng bảo toàn dữ liệu, người ta còn thêm vàokhung dữ liệu 1 bit bậc (hay còn gọi là bit chẵn lẻ) Bít bậc có thể bậc chẵn hoặc lẻ Bítbậc lẻ có tống số 1 của các bit dữ liệu cùng với bit bậc là lẻ.Tương tự ,bít bậc chẵn làkhi tổng các số 1 của các bit dữ liệu cùng với bit bậc là chẵn.Với ký tự “A” mã ASCII

là 0100 0001 thì bít bậc chẵn sẻ có giá trì là 0 vì tổng các sổ 1 là 2 Chip UART chophép lập trình bit bậc với các tùy chon chẵn, lẻ hoặc không có bit bậc Trong hệ thông

có bit bậc, thì bit này được gửi đi sau bit MSB và trước bit dừng

2.2.1.3 Tốc độ truyền dữ liệu

Tốc độ truyền tin nối tiếp được tính bằng bit/giây (Bit per second) Một thuậtngữ khác cũng thường được sử dụng là Baud Tuy nhiên, khái niệm bps và baud không

hoàn toàn giống nhau Baud là đơn vị đo dung modem và được đinh nghĩa là số lần

thay đổi tín hiệu trong một giây Đối với modem, mổi lần thay đổi tín hiệu có thể

truyền được nhiều bit dữ liệu Còn đối với đường truyền thì tốc độ baud và bps là một.Tốc độ truyền dữ liệu của từng máy tính phụ thuộc vào cổng truyền tin của hệ

từ 100 đén 9600 bps Tuy nhiên trong những năm gần đây, tốc độ của các máy PC dựatrên Pentium đã đạt tốc độ truyền dữ liệu rất cao, lên tới 56 Kbps Cần phải nói thêmrằng đối với truyền dữ liệu nối tiếp không đồng bộ thì tốc độ bị hạn chế đến 100 Kbps.

2.2.2 Các chuẩn truyền thông nối tiếp

2.2.2.1 Chuẩn RS232

Tại sao phải quy định chuẩn? Để các thiêt bị máy in, máy tính vi điều khiển,rôbôt gọi chung là các thiết bị thu phát có thể làm việc hiệu quả và không gặp rắc rốikhi làm việc phối hợp từ lâu người ta đặt ra các tiêu chuẩn (VD như tiêu chuẩn tốc độtruyền, cách kiểm soát lỗi trong quá trình truyền, mức điện áp khi truyền) cho các cổngvào ra tín hiệu của các thiết bị RS-232 là một trong những chuẩn đó.Chuẩn này ra đời1962(bởi EIA)

Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 của EIA (Electronics Industry Associations).Chuẩn RS-232 quy định mức logic 1 ứng với điện áp từ -3V đến -25V (mark), mức logic 0ứng với điện áp từ 3V đến 25V (space) và có khả năng cung cấp dòng từ 10 mA đến 20 mA.Ngoài ra, tất cả các ngõ ra đều có đặc tính chống chập mạch Chuẩn RS-232 cho phép truyềntín hiệu với tốc độ đến 20.000 bps nhưng nếu cáp truyền đủ ngắn có thể lên đến 115.200 bps

Chuẩn RS- 232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sửdụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất Các cổng của RS – 232 cóngưỡng điện áp qui ước là -15V (volt) tới -3V , và 3V tới 15V (hoặc -5V, +5V, sựkhác biệt giữa hai giá trị 3, và 5V này được gọi là noise magin - biên độ dao động củanhiễu)

• Tín hiệu có áp lớn +3V được coi có logic 0 hoặc có giá trị cao (H)

• Tín hiệu có áp nhỏ hơn –3V được coi có logic 1 hoặc giá trị thấp (L)

• Điện áp từ -3V tới +3V không có ý nghĩa

Chính vì từ – 3V tới 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợpthay đổi giá trị logic từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, một tín hiệu phải vượtqua quãng quá độ trong một thơì gian ngắn hợp lý Điều này dẫn đến việc phải hạn chế

về điện dung của các thiết bị tham gia và của cả đường truyền Tốc độ truyền dẫn tối

đa phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ với tốc

độ 19,2 kBd (chiều dài cho phép 30 – 50 m)

2.2.2.1.1Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232

Chiều dài cable cực đại 15m Tốc độ dữ liệu cực đại 20 Kbps Điện áp ngõ ra cực đại ±25V Trở kháng tải 3K đến 7K Điện áp ngõ vào ± 15V Độ nhạy ngõ vào ± 3V Trởkháng ngõ vào 3K đến 7K cổng nối tiếp là:1200 bps, 4800 bps, 9600 bps và 19200bps

2.2.2.1.2 Chế độ làm việc của hệ thống RS-232

Là 2 chiều toàn phần, tức là 2 thiết bị tham gia thu và phát cùng một chu

kì Như vậy việc thực hiện truyền thông cần tối thiểu 3 dây dẫn trong đó 2 dây tín hiệunối chéo với cổng đầu thu phát của 2 chạm và một dây đât với cấu hình tối thiểunày,việc đảm bảo độ an toàn truyền dẫn thuộc về trách nhiệm phần mềm.RS-232 cómột ưu điểm cụ thể sử dụng công suất phát ra tương đối thấp,nhờ trở kháng đầu vàohạn chế trong phạm vi từ 3-7Kohm.Trong các rơle số thường dùng loai giắc cắm 9chân và 25 chân.Chuẩn RS-232 quy định mức áp,tốc độ truyền và chức năng các châncủa giắc

2.2.2.1.3 Các đường dữ liệu của chuẩn RS-232:

TxD: Dữ liệu được truyền đi từ Modem trên mạng điện thoại

RxD: Dữ liệu được thu bởi Modem trên mạng điện thoại

Hình 6: Các chân và đường dẫn

Phích cắm COM có tổng cộng 8 đường dẫn, chưa kể đến đường nối đất Trên thực tế

có hai loại phích cắm, một loại 9 chân và một loại 25 chân Cả hai loại này đều cóchung một đặc điểm

Việc truyền dữ liệu xảy ra ở trên hai đường dẫn Qua chân cắm ra TXD máy tính gởi

dữ liệu của nó đến KIT Vi điều khiển Trong khi đó các dữ liệu mà máy tính nhậnđược, lại được dẫn đến chân RXD các tín hiệu khác đóng vai trò như là tín hiệu hổ trợkhi trao đổi thông tin, và vì thế không phải trong mọi trường hợp ứng dụng đều dùnghết

Các tốc độ truyền dữ liệu thông dụng trong cổng nối tiếp là: 1200 bps, 4800 bps,

9600 bps và 19200 bps

2.2.2.1.3 Truyền thông 2 nút.

Các sơ đồ khi kết nối dùng cổng nối tiếp:

Hình 7: Sơ đồ kết nối đơn giản trong truyền thông nối tiếp

Khi thực hiện kết nối như trên, quá trình truyền phải bảo đảm tốc độ ở đầu phát vàthu giống nhau Khi có dữ liệu đến DTE, dữ liệu này sẽ được đưa vào bộ đệm và tạongắt

Ngoài ra, khi thực hiện kết nối giữa hai DTE, ta còn dùng sơ đồ sau:

DTE1 DTE2

Hình 8: Sơ đồ kết nối trong truyền thông nối tiếp dùng tín hiệu bắt tay

Khi DTE1 cần truyền dữ liệu thì cho DTR tích cực tác động lên DSR của DTE2cho biết sẵn sàng nhận dữ liệu và cho biết đã nhận được sóng mang của MODEM (ảo).Sau đó, DTE1 tích cực chân RTS để tác động đến chân CTS của DTE2 cho biết DTE1

có thể nhận dữ liệu Khi thực hiện kết nối giữa DTE và DCE, do tốc độ truyền khácnhau nên phải thực hiện điều khiển lưu lượng Quá trinh điều khiển này có thể thựchiện bằng phần mềm hay phần cứng Quá trình điều khiển bằng phần mềm thực hiệnbằng hai ký tự Xon và Xoff

Ký tự Xon được DCE gởi đi khi rảnh (có thể nhận dữ liệu) Nếu DCE bận thì sẽgởi ký tự Xoff Quá trình điều khiển bằng phần cứng dùng hai chân RTS và CTS NếuDTE muốn truyền dữ liệu thì sẽ gởi RTS để yêu cầu truyền, DCE nếu có khả năngnhận dữ liệu (đang rảnh) thì gởi lại CTS

2.2.2.1.4 Giới thiệu vi mạch giao tiếp MAX 232.

Vì tín hiệu cổng COM thường ở mức +12V, -12V nên không tương thích vớiđiện áp TTL nên để giao tiếp KIT Vi điều khiển 8051 với máy tính qua cổng COM taphải qua một vi mạch biến đổi điện áp cho phù hợp với mức TTL, ta chọn vi mạchMAX232 để thực hiện việc tương thích điện áp

Vi mạch MAX 232 của hãng MAXIM là một vi mạch chuyên dùng trong giaodiện nối tiếp với máy tính Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi mức TTL ở lối vào thànhmức +10V hoặc –10V ở phía truyền và các mức +3…+15V hoặc -3…-15V thành mứcTTL ở phía nhận

Hình 9: Sơ đồ chân Max 232

Vi mạch MAX 232 có hai bộ đệm và hai bộ nhận Đường dẫn điều khiển lốivào CTS, điều khiển việc xuất ra dữ liệu ở cổng nối tiếp khi cần thiết, được nối vớichân 9 của vi mạch MAX 232 Còn chân RST (chân 10 của vi mạch MAX) nối vớiđường dẫn bắt tay để điều khiển quá trình nhận Thường thì các đường dẫn bắt tayđược nối với cổng nối tiếp qua các cầu nối, để khi không dùng đến nữa có thể hở mạchcác cầu này Cách truyền dữ liệu đơn giản nhất là chỉ dùng ba đường dẫn TxD, RxD vàGND

2.2.2.2 Chuẩn RS-485

Ta nhận thấy chuẩn RS-232 chỉ chophép ghép nối một-một, do đó không thể ápdụng cho mạng cần thiết kế Việc chọn mộtchuẩn truyền thông khác là cần thiết, và sửdụng Chuẩn RS-485 là chọn lựa hợp lí.Mạng sử dụng chuẩn RS-485 rất đadạng: ta có thể ghép nối các PC với nhau,hoặc giữa PC với các Vi xử lí, hoặc bất kìthiết bi truyền thông nối tiếp bất đồng bộnào Khi so sánh với Ethernet và những giaodiện truyền thông theo những chuẩn khác thìgiao diện RS-485 đơn giản và giá thành thấphơn nhiều

Đối với một mạng Multi-network thực sự gồm nhiều mạch phát và nhận cùng nốivào một đường dây bus chung, mỗi node đều co thể phát và nhận data thì RS485 đápứng cho yêu cầu này Chuẩn RS-485 cho phép 32 mạch truyền và nhận cùng nối vàođường dây bus (với bộ lặp Repeater tự động và các bộ truyền nhận trở kháng cao,giớihạnh này có thể mở rộng lên đến 256 node mạng) Bên cạnh đó RS-485 còn có thểchịu được các xung đột data và các điều kiện lỗi trên đường truyền

2.2.2.2.1 Một số ưu điểm của RS-485

Giá thành thấp: Các bộ điều khiển Driver và bộ nhận Receiver không đắt

và chỉ yêu cầu cung cấp nguồn đơn +5V để tạo ra mức điện áp vi sai tối thiểu 1.5V ởngõ ra vi sai

Khả năng nối mạng: RS-485 là một giao diện đa điểm, thay vì giới hạn ở haiđơn vị, RS-485 là giao diện có thể cung cấp cho việc kết nối có nhiều bộ truyền

và nhận Với bộ nhận có trở kháng cao kết hợp với bộ repeater, RS-485 có thể cho kếtnối lên đến 256 node

Khả năng kết nối: RS-485 có thể truyền xa 1200m, tốc độ lên đến 10Mbps.Nhưng 2 thông số này không xảy ra cùng lúc Khi tốc độ truyền tăng thì tốcđộ baudgiảm Ví dụ: khi tốc độ là 90Kbps thì khoảng cách là 1200m, 1Mbps thì khoảng cách

là 120m, còn tốc độ 10Mbps thì khoảng cách lá 15m

Sở dĩ, RS-485 có thể truyền trên một khoảng cách lớn là do chúng sử dụngđường truyền cân bằng Mỗi một tín hiệu sẽ truyền trên một cặp dây, với mức điện áptrên một dây là điện áp bù (trái dâú ) với điện áp trên dây kia Receiver sẽ đáp ứngphần hiệu giữa các mức điện áp.Một thuật ngữ khác của đường truyền tín hiệu dạngnày là vi sai tín hiệu

Khi thực hiện trao đổi thông tin ở tốc độ cao, hoặc qua một khoảng cách lớntrong môi trường thực, phương pháp đơn cực (single-ended) thường không thích hợp.Việc truyền dẫn dữ liệu vi sai (hay tín hiệu vi sai cân bằng) cho kết quả tốt hơn trong

Hình 10 : Cổng kết nối RS485