THIẾT KẾ MODULE ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG QUA GSM

Trong hệ thống giao thông hiện nay ở nước ta thì vấn đề về an toàn giao thông và tránh ùn tắc giao thông tại các đô thị lớn là một trong những vấn đề hết sức cấp bách và được toàn xã hội quan tâm. Các phương tiện hướng dẫn giao thông đóng vai trò rất quan trọng, nó góp phần hạn chế những xung đột xẩy ra khi tham gia giao thông. Tại các thành phố thì hệ thống điều khiển giao thông rất cần thiết, điển hình như thành phố Đà Nẵng, hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông không những có tác dụng hạn chế những xung đột trong giao thông thành phố mà còn là công cụ điều khiển các luồng giao thông nhằm hạn chế ùn tắc – đây là một vấn đề nan giải hiện nay ở các đô thị lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm thì hệ thống đèn tín hiệu giao thông tại Đà Nẵng hiện nay còn có một số hạn chế như: quy trình hoạt động luôn cố định không phù hợp cho một số nút giao thông quan trọng (chẳng hạn nút giao thông Lê Duẩn – Trần Phú). Qua nghiên cứu thực tế và lý thuyết, chúng tôi cho rằng để khắc phục phần nào hạn chế trên chúng ta có thể dùng phương pháp áp dụng hệ thống thông tin liên lạc vào điều khiển giao thông. Thông tin liên lạc là một vấn đề rất quan trọng trong giai đoạn hiện nay và cũng đang được phát triển một cách mạnh mẽ. Nhất là những ứng dụng của kỹ thuật thông tin liên lạc vào những lĩnh vực kinh tế, khoa học và đời sống. Hiện nay có rất nhiều hình thức thông tin liên lạc như: vô tuyến, hữu tuyến… Trong mỗi hình thức lại có nhiều dạng truyền như: truyền hình ảnh, truyền thoại, truyền mã số…..nó cũng là một trong những nhân tố trợ giúp con người và xã hội loài người phát triển không ngừng. Đặc biệt trong những thập niên gần đây, ngành bưu chính viễn thông đã phát triển mạnh mẽ tạo ra bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực thông tin để đáp ứng nhu cầu của con người. Ngoài nhu cầu về thông tin trực tiếp con người còn muốn những nhu cầu khác như: tự động trả lời điện thoại khi chủ vắng nhà, hộp thư thoại, tự động báo sự cố cho chủ khi chủ ra ngoài,….. Đối với hệ thống điều khiển xa bằng mạng không dây thì giới hạn về khoảng cách là yếu điểm của kỹ thuật này, ngược lại với mạng điện thoại đã được mở rộng với quy mô toàn thế giới thì giới hạn xa không phụ thuộc vào khoảng cách đã mở ra một ưu thế mới trong lĩnh vực tự động điều khiển. Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thông tin của người dân ngày càng tăng đồng thời việc gắn các thiết bị điện thoại ngày càng phổ biến rộng rãi, do đó việc sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu điều khiển là phương thức thuận tiện nhất, tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc, vừa đảm bảo các tính năng an toàn cho các thiết bị điện gia dụng vừa tiết kiệm được chi phí sử dụng và đảm bảo an toàn cho tính mạng và tài sản của mỗi người dân do cháy nổ hoặc do chạm chập điện gia dụng gây ra. Nghiên cứu ứng dụng “Module điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại di động” giúp ta điều khiển các thiết bị điện khi không có ai ở vị trí thiết bị hoặc ở những môi trường nguy hiểm mà con người không thể làm việc được hoặc một dây chuyền sản xuất để thay thế con người. Mục đích kết hợp sóng thông tin di động là giúp chúng ta có thể giải quyết vấn đề khoảng cách bằng sóng di động và giải quyết vấn đề kinh tế cũng như thuê bao khi kết hợp với RF. Ngoài ra việc xây dựng ứng dụng này nhằm mục đích chính là thu thập dữ liệu từ xa qua mạng GSM. Đây được xem là giải pháp tốt vì không phải dùng cáp truyền và không phải bận tâm về vấn đề khoảng cách. Ta có thể thu thập dữ liệu từ các cảm biến và truyền về Module hay máy chủ để giám sát. Từ các Module hay máy chủ ta cũng có thể gửi lệnh đến các module khác. Nhu cầu ứng dụng của SMS vào điều khiển hiện nay là rất lớn, ví dụ điển hình hiện nay là giám sát đối tượng dùng công nghệ GPS kết hợp với công nghệ GSMGPRS

Đà Nẵng, hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông không những có tác dụng hạnchế những xung đột trong giao thông thành phố mà còn là công cụ điều khiển cácluồng giao thông nhằm hạn chế ùn tắc – đây là một vấn đề nan giải hiện nay ở các đôthị lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm thì hệthống đèn tín hiệu giao thông tại Đà Nẵng hiện nay còn có một số hạn chế như: quytrình hoạt động luôn cố định không phù hợp cho một số nút giao thông quan trọng(chẳng hạn nút giao thông Lê Duẩn – Trần Phú) Qua nghiên cứu thực tế và lý thuyết,chúng tôi cho rằng để khắc phục phần nào hạn chế trên chúng ta có thể dùng phươngpháp áp dụng hệ thống thông tin liên lạc vào điều khiển giao thông.

Thông tin liên lạc là một vấn đề rất quan trọng trong giai đoạn hiện nay và cũngđang được phát triển một cách mạnh mẽ Nhất là những ứng dụng của kỹ thuật thôngtin liên lạc vào những lĩnh vực kinh tế, khoa học và đời sống Hiện nay có rất nhiềuhình thức thông tin liên lạc như: vô tuyến, hữu tuyến… Trong mỗi hình thức lại cónhiều dạng truyền như: truyền hình ảnh, truyền thoại, truyền mã số… nó cũng là mộttrong những nhân tố trợ giúp con người và xã hội loài người phát triển không ngừng.Đặc biệt trong những thập niên gần đây, ngành bưu chính viễn thông đã phát triểnmạnh mẽ tạo ra bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực thông tin để đáp ứng nhu cầucủa con người Ngoài nhu cầu về thông tin trực tiếp con người còn muốn những nhucầu khác như: tự động trả lời điện thoại khi chủ vắng nhà, hộp thư thoại, tự động báo

sự cố cho chủ khi chủ ra ngoài,…

Đối với hệ thống điều khiển xa bằng mạng không dây thì giới hạn về khoảng cách

là yếu điểm của kỹ thuật này, ngược lại với mạng điện thoại đã được mở rộng với quy

Nghiên cứu ứng dụng “Module điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại di động” giúp ta điều khiển các thiết bị điện khi không có ai ở vị trí thiết bị

hoặc ở những môi trường nguy hiểm mà con người không thể làm việc được hoặc mộtdây chuyền sản xuất để thay thế con người Mục đích kết hợp sóng thông tin di động làgiúp chúng ta có thể giải quyết vấn đề khoảng cách bằng sóng di động và giải quyếtvấn đề kinh tế cũng như thuê bao khi kết hợp với RF Ngoài ra việc xây dựng ứngdụng này nhằm mục đích chính là thu thập dữ liệu từ xa qua mạng GSM Đây đượcxem là giải pháp tốt vì không phải dùng cáp truyền và không phải bận tâm về vấn đềkhoảng cách Ta có thể thu thập dữ liệu từ các cảm biến và truyền về Module hay máychủ để giám sát Từ các Module hay máy chủ ta cũng có thể gửi lệnh đến các modulekhác

Nhu cầu ứng dụng của SMS vào điều khiển hiện nay là rất lớn, ví dụ điển hình hiệnnay là giám sát đối tượng dùng công nghệ GPS kết hợp với công nghệ GSM/GPRS

Mô hình minh họa như sau:

Hình 1.1: Mô hình minh họa cho giám sát đối tượng ứng dụng GSM.

1.2 TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Ý tưởng của đề tài xuất phát từ thực tế các thiết bị điện trong hệ thống đèn giaothông được nối vào phần mạch công suất, do vậy muốn điều khiển thiết bị trên ta cóthể thực hiện theo các bước sau:

- Nhắn tin về module để thực hiện việc điều khiển Ví dụ ta quy định 6 ký tựđầu của chuỗi tin nhắn là mật mã Nếu như mật mã sai thì hệ thống sẽ hủy tin nhắn này

và không thực thi đoạn mã phía sau Nếu mật mã đúng thì vi điều khiển sẽ thực hiệnviệc điều khiển cho phần mạch công suất phía sau

- Khi kết hợp giữa SMS và RF thì ta có thể thực hiện việc truyền dữ liệu từGSM Module cho RF module

- Hệ thống này còn có chức năng cảnh báo tự động SMS hoặc Call cho ngườiquản lý khi có sự cố xảy ra

Đây là đề tài thiết thực với trong giai đoạn hiện nay, khi mà “Hệ thống điều khiển thiết bị điện thông qua mạng điện thoại” đang được nhiều doanh nghiệp quan tâm.

Với sự phủ sóng của BTS như hiện nay thì hệ thống này hoạt động rất chính xác, xácxuất lỗi là rất thấp

Hình 1.2: Mô hình điều khiển qua SMS.

Hình 1.3: Mô hình điều khiển kết hợp SMS – RF.

Trên đây là 2 mô hình mà trong đề tài chúng tôi sẽ thực hiện để điều khiển Sự kếthợp giữa SMS – RF là giải pháp tiết kiệm chi phí, giải quyết được vấn đề không bịgiới hạn khoảng cách Chúng tôi sẽ lần lượt tìm hiểu lý thuyết và tiến hành lắp ráp chếtạo Module thực hiện được các chức năng điều khiển đặt ra

2.1.1 Giới thiệu chung

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for MobileCommunications) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSMđược sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ Các mạng thôngtin di động GSM cho phép có thể liên kết lại với nhau do đó những máy điện thoại diđộng GSM của các mạng GSM khác nhau có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới Khảnăng phát sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên rất phổ biến, chophép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên thế giới

GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và cả tốc độ, chất lượngcuộc gọi, nó được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai (second generation,2G)

GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rd Generation PartnershipProject (3GPP) Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chấtlượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn Thuận lợi đối với nhà điềuhành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng GSM cho phép nhàđiều hành mạng có thể sẵn sàng dịch vụ đa năng, vì thế người sử dụng có thể sử dụngđiện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới

2.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Vào đầu thập niên 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại diđộng chỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hoá bởiCEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) vàtạo Groupe Spécial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu

Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sửdụng đầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn

và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễn thông châu Âu (Europeanelecommunications Standards Institute - ETSI), và các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 củacông nghệ GSM được công bố vào năm 1990 Vào cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệuthuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia

2.1.3 Giao diện Radio

GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào do đó các máy điệnthoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm các cell gần nó nhất Các mạng diđộng GSM hoạt động trên 4 băng tần Hầu hết thì hoạt động ở băng 900 MHz và 1800MHz Vài nước ở Châu Mỹ thì sử dụng băng 850 MHz và 1900 MHz do băng 900MHz và 1800 MHz ở nơi này đã bị sử dụng trước Và cực kỳ hiếm có mạng nào sửdụng tần số 400 MHz hay 450 MHz chỉ có ở Scandinavia sử dụng do các băng tầnkhác đã bị cấp phát cho việc khác Các mạng sử dụng băng tần 900 MHz thì đườnguplink sử dụng tần số trong dải 890-915 MHz và đường downlink sử dụng tần số trongdải 935-960 MHz Và chia các băng tần này thành 124 kênh với độ rộng băng thông

25 MHz, mỗi kênh cách nhau 1 khoảng 200 KHz Sử dụng công nghệ phân chia theothời gian TDM (time division multiplexing) để chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênhhaft rate Có 8 khe thời gian gộp lại gọi là 1một khung TDMA Tốc độ truyền dữ liệucủa một kênh là 270.833 kbit/s và khoảng thời gian của một khung là 4615 ms Côngsuất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watt đối với băng tần GSM850/900 MHz và tối đa là 1 watt đối với băng GSM 1800/1900 MHz Mạng GSM sửdụng 2 kiểu mã hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1 KHz đó là mã hoá 6 và 13kbps gọi là full rate (13 kbps) và haft rate (6 kbps) Để nén họ sử dụng hệ thống có tên

là linear predictive coding (LPC) Vào năm 1997 thì họ cải tiến thêm cho mạng GSM

là bộ mã GSM-EFR sử dụng full rate 12,2 kbps Có tất cả bốn kích thước cell sitetrong mạng GSM đó là macro, micro, pico và umbrella Vùng phủ sóng của mỗi cellphụ thuộc nhiều vào môi trường Macro cell được lắp trên cột cao hoặc trên các toànhà cao tầng, micro cell lại được lắp ở các khu thành thị, khu dân cư, pico cell thì tầmphủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại nó thường được lắp để tiếp sóng trong nhà.Umbrella lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các vùng trống giữa các cell Bán

kính phủ sóng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi anten thường thì nó

có thể từ vài trăm mét tới vài chục km Trong thực tế thì khả năng phủ sóng xa nhấtcủa một trạm GSM là 32 km (22 dặm) Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoàitrời không thề phủ sóng tới như nhà ga, sân bay, siêu thị thì người ta sẽ dùng cáctrạm pico để chuyển tiếp sóng từ các anten ngoài trời vào

2.1.4 Cấu trúc mạng GSM

Một mạng GSM để cung cấp đầy đủ các dịch vụ cho khách hàng cho nên nó kháphức tạp vì vậy sau đây sẽ chia ra thành các phần như sau:

- Trạm gốc và các phần điều khiển nó Base Station Subsystem (BSS)

- Mạng và hệ thống chuyển mạch Network and Switching Subsystem (phần nàygần giống với mạng điện thoại cố định) Đôi khi người ta còn gọi nó là mạng lõi (corenetwork)

- Phần mạng GPRS (GPRS care network) Phần này là một phần lắp thêm đểcung cấp dịch vụ truy cập Internet

- Và một số phần khác phục vụ việc cung cấp các dịch vụ cho mạng GSM nhưgọi, hay nhắn tin SMS

- Máy điện thoại - Mobile Equipment

- Thẻ SIM (Subscriber identity module)

2.2 CÔNG NGHỆ CDMA

2.2.1 Giới thiệu chung

CDMA (viết đầy đủ là Code Division Multiple Access) nghĩa là đa truy nhập (đangười dùng) phân chia theo mã Khác với GSM phân phối tần số thành những kênhnhỏ, rồi chia sẻ thời gian các kênh ấy cho người sử dụng Trong khi đó thuê bao củamạng di động CDMA chia sẻ cùng một dải tần chung Mọi khách hàng có thể nói đồngthời và tín hiệu được phát đi trên cùng một dải tần Các kênh thuê bao được tách biệtbằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được

mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùngmột dải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại diđộng) với mã ngẫu nhiên tương ứng

Lý thuyết CDMA được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng trong thôngtin quân sự từ những năm 1960 Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và lýthuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã được thương mại hóa từ phươngpháp GPS Ommi-TRACS, phương pháp này cũng đã đươc đề xuất trong hệ thống tổong của Qualcomm - Mỹ vào năm 1990 Trong thông tin CDMA thì nhiều người sửdụng chung thời gian và tần số, mã PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tương quanchéo thấp được ấn định cho mỗi người sử dụng Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trảiphổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN (Part Number) đã ấn định Đầu thu tạo ra mộtdãy giả ngẫu nhiên như ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ trải phổngược nhờ các tín hiệu đồng bộ thu

2.2.2 Thủ tục thu phát tín hiệu

Tín hiệu số thoại (9,6 Kb/s) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và được nhân vớisóng mang f0 và mã PN tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x 128) Tín hiệu đã được điềuchế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng 1,25 MHz sau đó phát xạ qua anten

Ở đầu thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ anten được đưa đến bộ tươngquan qua bộ lọc băng thông độ rộng băng 1,25 MHz và số liệu thoại mong muốn đượctách ra và tái tạo lại số liệu thoại nhờ bộ tách chèn và giải mã

2.2.3 Các đặc tính của CDMA

 Tính đa dạng của phân tập

Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong hệ thống

điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều fading nghiêm trọng.Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đường được giảm đi trong điều chế CDMAbăng rộng vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu nhận một cách độc lập.Nhưng hiện tưọng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do fading đađường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các hiện tượng fading đa đường xảy raliên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách độc lập được Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là theo thờigian, theo tần số và theo khoảng cách Phân tập theo thời gian đạt được nhờ việc chènvào mã sửa sai Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc

mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng và fading liên hợp với tần số

thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu (200-300 kHz) Phân tập theo khoảngcách hay theo đường truyền có thể đạt được theo 3 phương pháp:

- Thiết lập nhiều đường báo hiệu để kết nối máy di động đồng thời với 2 hoặcnhiều BS

- Sử dụng môi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như bộ thu quétthu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát khác trễ thời gian

- Đặt nhiều anten tại BS

Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song.Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan, BS sử dụng 4 bộ tương quan Máy thu có bộtương quan song song gọi là máy thu quét, nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đường và

tổ hợp, dải điều chế tất cả các tín hiệu thu được Fading có thể xuất hiện trong mỗi tínhiệu thu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu Vì vậy tổng các tín hiệuthu được có độ tin cậy cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu làrất thấp

 Công suất phát thấp

Việc giảm tỷ số tín hiệu/nhiễu chấp nhận được không chỉ làm tăng dung lượng của

hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu để làm giảm tạp âm và giao thoa.Việc giảm này có nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu của máy di động Nó làm giảmgiá thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi sovới các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tương tự Hơn nữa việc làm giảmcông suất phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BS yêu cầu khi

so với các hệ thống khác

Một tiến bộ hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là làm giảmcông suất phát trung bình Trong đa số trường hợp thì môi trường truyền dẫn là thuậnlợi đối với CDMA

Trong các hệ thống băng hẹp thì công suất phát cao luôn được yêu cầu để khắcphục fading tạo ra theo thời gian Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình cóthể giảm vì công suất yêu cầu chỉ được phát đi khi có điều khiển công suất và côngsuất phát chỉ tăng khi có fading

2.3 CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN

GSM là mạng thông tin liên lạc do Châu Âu xây dựng và phát triển Thông tin liênlạc được thể hiện dưới dạng ký tự Do đó ta lợi dụng kiểu dữ liệu này để lập trình điềukhiển và thu thập dữ liệu

Tín hiệu điều khiển được truyền đi dưới dạng SMS và dữ liệu thu được cũng dướidạng SMS Như vậy nếu ta thực hiện tốt được vấn đề truyền nhận dữ liệu thông quamạng điện thoại di động chúng ta có thể giải quyết vấn đề lớn về khoảng cách truyềncũng như là vấn đề cáp truyền tín hiệu Điều này có ưu điểm hơn nhiều so với việcdùng sóng RF để điều khiển

Với sự phát triển của viễn thông hiện nay chất lượng dịch vụ mạng khá tốt, trạmphủ sóng khắp nơi nên vấn đề tin cậy trong điều khiển là khá cao Sau đây ta tìm hiểu

về tập lệnh chuẩn của Châu Âu dùng trong công nghệ điện thoại di động

2.4 GIỚI THIỆU TẬP LỆNH AT ĐIỀU KHIỂN

- Lệnh giao tiếp luôn bắt đầu bằng chuỗi “AT” và kết thúc bằng ký tự <CR> (cógiá trị là 13) Thông tin trả về từ Module luôn được bắt đầu và kết thúc bởi 2 ký tự đikèm <CR><LF>

- Nếu lệnh truyền cho Module không đúng chuỗi ERROR sẽ được trả về

- Nếu lệnh truyền đi đúng nhưng thông số bị sai thì chuỗi +CME ERROR:

<Err> hoặc +CME ERROR : <SmsErr> trả về với lỗi code

- Nếu lệnh truyền đi đúng và thành công thì chuỗi OK sẽ được trả về trừ mộtvài trường hợp như sử dụng lệnh +CPIN?…

- Các thuật ngữ dùng trong lệnh AT:

<CR> : Carriage return (0x0D)

<LF> : Line Feed (0x0A)

MT : Mobile Terminal Thiết bị đầu cuối mạng (trong trường hợp này làmodem)

TE : Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối (máy tinh, hệ vi điều khiển) GPRS : General Packet Radio Service Dịch vụ gói vô tuyến chung

TCP : Transmition Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận

IP : Internet Protocol Giao thức dùng cho mạng internet

ISP : Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet.

LAN : Local Area Network

2.5 CÁC THAO TÁC VỚI MODULE SIM300CZ ỨNG DỤNG TRONG SMS 2.5.1 Các chế độ hoạt động của module SIM300CZ

(3) Chuyển trạng thái chân DTR từ mức 0 sang mức 1

Module hoạt động ở chế độ sleep mode

2.5.1.2 Chế độ hoạt động bình thường

Hình 2.2: Đưa module trở về trạng thái hoạt động.

(1) Đưa chân DRT chuyển từ mức 1 xuống mức 0

Module thoát khỏi chế độ sleep

2.5.2 Khởi tạo cấu hình mặc định cho module SIM300CZ

(7) AT+CSAS<CR>

Lưu cấu hình cài đặt được thiết lập bởi các lệnh AT+CMGF và AT+CNMI Các lệnhtrên chỉ cần được thực thi 1 lần, sau đó lưu lại và trở thành cấu hình mặc định củamodem Cấu hình mặc định này không thay đổi, kể cả khi mất nguồn Phần khởi tạonày không liên quan đến quá trình hoạt động sau này của modem Do đó có thể khởitạo riêng trước khi đưa vào vận hành trong hệ thống

2.5.3 Khởi tạo module SIM300CZ

Hình 2.4: Khởi tạo module SIM300CZ.

(1) AT+CMGD=1 Xóa tin nhắn ở vùng nhớ 1 trong SIM Chuỗi trả về sẽ códạng: <CR><LF>OK<CR><LF>

(2) AT+CMGD=2 Xóa tin nhắn ở vùng nhớ 2 trong SIM Có thể hình dung bộnhớ lưu tin nhắn trong SIM bao gồm nhiều ngăn (loại Super SIM của Viettel có 30ngăn), mỗi ngăn cho phép lưu nội dung của 1 tin nhắn (bao gồm tất cả các loại tinnhắn: tin nhắn từ tổng đài, tin nhắn thông báo kết quả quá trình gửi tin nhắn trước đó,tin nhắn từ thuê bao khác, …) Mỗi ngăn được đại diện bằng một số thứ tự Khi nhậnđược tin nhắn mới, nội dung tin nhắn sẽ được lưu trong một ngăn trống có số thứ tựnhỏ nhất có thể Việc xóa nội dung tin nhắn ở hai ngăn 1 và 2 cho phép tin nhắn nhậnđược luôn được lưu vào trong hai ô nhớ này, giúp dễ dàng xác định vị trí lưu tin nhắnvừa nhận được, và giúp cho việc thao tác với tin nhắn mới nhận được trở nên dễ dàng

và đơn giản hơn, giảm khả năng việc tin nhắn mới nhận được bị thất lạc ở một vùngnhớ nào đó mà ta không kiểm soát được

Ngoài ra, khi bộ nhớ chứa tin nhắn đầy, MT sẽ không được phép nhận thêm tinnhắn mới nào nữa Những tin nhắn được gửi đến MT trong trường hợp bộ nhớ chứa tinnhắn của MT đã bị đầy sẽ được lưu lại trên tổng đài, và sẽ được gửi đến MT sau khi bộnhớ chứa tin nhắn của MT có xuất hiện những ngăn trống dùng để chứa tin nhắn Việcxóa nội dung tin nhắn trong các ngăn 1 và 2 sẽ giúp đảm bảo khả năng nhận thêm tinnhắn mới của MT

2.6 MỘT SỐ THAO TÁC ĐƠN GIẢN VỚI MODULE SIM300CZ

 Thực hiện cuộc gọi

(1) ATDxxxxxxxxxx;<CR> Quay số cần gọi

(2) Chuỗi trả về có dạng: <CR><LF>OK<CR><LF>

Chuỗi này thông báo lệnh trên đã được nhận và đang được thực thi Sau đó lànhững chuỗi thông báo kết quả quá trình kết nối (nếu như kết nối không được thựchiện thành công)

(2A) Nếu MT không thực hiện được kết nối do sóng yếu, hoặc không có sóng(thử bằng cách tháo anten của modem GSM), chuỗi trả về sẽ có dạng:

<CR><LF>NO DIAL TONE<CR><LF>

(2B) Nếu cuộc gọi bị từ chối bởi người nhận cuộc gọi, hoặc số máy đang gọitạm thời không hoạt động (chẳng hạn như bị tắt máy) chuỗi trả về có dạng:

<CR><LF>NO CARRIER<CR><LF>

(2C) Nếu cuộc gọi không thể thiết lập được do máy nhận cuộc gọi đang bận (ví

dụ như đang thông thoại với một thuê bao khác), chuỗi trả về sẽ có dạng:

(4A) Đầu nhận cuộc gọi gác máy trước: chuỗi trả về sẽ có dạng:

Chuỗi trả về có hiển thị số điện thoại yêu cầu được kết nối, dựa trên thông tin này

để có thể ra quyết định nhận cuộc gọi hay từ chối cuộc gọi

(2A) Nếu số điện thoại gọi đến không hợp lệ, từ chối nhận cuộc gọi bằng lệnhATH, và chuỗi trả về sẽ có dạng: <CR><LF>OK<CR><LF> Cuộc gọi kết thúc

(2B) Nếu số điện thoại gọi đến là hợp lệ, nhận cuộc gọi bằng cách gửi lệnhATA, và chuỗi trả về sẽ có dạng: <CR><LF>OK<CR><LF>

( 3 ) Giai đoạn thông thoại

(4A) Kết thúc cuộc gọi Đầu còn lại gác máy trước

(4B) Kết thúc cuộc gọi, chủ động gác máy bằng cách gửi lệnh ATH

 Đọc tin nhắn

Mọi thao tác liên quan đến quá trình nhận tin nhắn đều được thực hiện trên 2ngăn 1 và 2 của bộ nhớ nằm trong SIM

( 1 ) Đọc tin nhắn trong ngăn 1 bằng lệnh AT+CMGR=1

(2A) Nếu ngăn 1 không chứa tin nhắn, chỉ có chuỗi sau được trả về:

Các tham số trong chuỗi trả về bao gồm trạng thái của tin nhắn (REC UNREAD),

số điện thoại gửi tin nhắn (+84929047589) và thời gian gửi tin nhắn(07/05/15,09:32:05+28) và nội dung tin nhắn

Đây là định dạng mặc định của module SIM lúc khởi động Dạng mở rộng có thểđược thiết lập bằng cách sử dụng lệnh AT+CSDH=1 trước khi thực hiện đọc tin nhắn

(3) Sau khi đọc, tin nhắn được xóa đi bằng lệnh AT+CMGD=1

Thao tác tương tự đối với tin nhắn chứa trong ngắn thứ 2

 Gửi tin nhắn

(1) Gửi tin nhắn đến thuê bao bằng cách sử dụng lệnh AT+CMGS=”số điệnthoại”

(2) Nếu lệnh (1) được thực hiện thành công, chuỗi trả về sẽ có dạng:

<CR><LF>> (kí tự “>” và 1 khoảng trắng)

(3) Gửi nội dung tin nhắn và kết thúc bằng kí tự có mã ASCII 0x1A

(3A) Gửi kí tự ESC (mã ASCII là 27) nếu không muốn tiếp tục gửi tin nhắnnữa Khi đó TE sẽ gửi trả về chuỗi <CR><LF>OK<CR><LF>

(4) Chuỗi trả về thông báo kết quả quá trình gửi tin nhắn Chuỗi trả về có địnhdạng như sau: <CR><LF>+CMGS: 62<CR><LF>

<CR><LF>OK<CR><LF>

Trong đó 62 là một số tham chiếu cho tin nhắn đã được gửi Sau mỗi tin nhắn đượcgửi đi, giá trị của số tham chiếu này sẽ tăng lên 1 đơn vị Số tham chiếu này có giá trịnằm trong khoảng từ 0 đến 255

(4A) Nếu tình trạng sóng không cho phép thực hiện việc gửi tin nhắn (thử bằngcách tháo anten), hoặc chức năng RF của modem không được cho phép hoạt động (do

sử dụng các lệnh AT+CFUN=0 hoặc AT+CFUN=4), hoặc số tin nhắn trong hàng đợiphía tổng đài vượt qua giới hạn cho phép, hoặc bộ nhớ chứa tin nhắn của MT nhậnđược tin nhắn bị tràn, MT sẽ gửi thông báo lỗi trở về và có định dạng như sau:

<CR><LF>+CMS ERROR: 193<CR><LF>

<CR><LF>+CMS ERROR: 515<CR><LF>

Chức năng truyền nhận tin nhắn và chức năng thoại được tách biệt Khi đang thôngthoại vẫn có thể truyền nhận được tin nhắn Khi truyền nhận tin nhắn vẫn có thể tiếnhành thiết lập và kết thúc cuộc gọi

2.7 GIỚI THIỆU CHUẨN GIAO TIẾP GIỮA MODULE SIM300CZ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

2.7.1 Giới thiệu

Chuẩn giao tiếp nối tiếp RS232 là chuẩn phần cứng, qui định các chân nối và mứcđiện áp được sử dụng bởi một số các thiết bị giao tiếp nối tiếp với nhau Ngày nay,chuẩn này trở nên thông dụng trong việc ghép nối máy tính với thiết bị ngoại vi Cácloại vi điều khiển, vi xử lý cũng sử dụng chuẩn này trong việc truyền thông mạng viđiều khiển hoặc giữa vi điều khiển với máy tính

Vì vậy, chuẩn RS232 thường được dùng để máy tính điều khiển và giám sát hệthống vi điều khiển trong các ứng dụng công nghiệp Một số ưu điểm của chuẩn:

- Sơ đồ kết nối đơn giản

- Tiết kiệm được dây dẫn

- Có thể dùng để kết nối vi điều khiển với PLC

- Tính năng Plug-in Plug-out, nghĩa là có thể lắp đặt thiết bị truyền khi máy tínhđang hoạt động

2.7.2 Chuẩn RS232

2.7.2.1 Chuẩn điện áp

Bit có 2 logic 0 và 1

Theo chuẩn RS232:

- Logic 0 (SPACE) tương ứng với điện áp -25 đến -3V

- Logic 1 (MARK) tương ứng với điện áp +3 đến +25V

Khoảng điện áp từ -3 đến +3 là không xác định

Hình 2.5: Khởi tạo module SIM300CZ.

2.7.2.2 Chuẩn giao thức

Giao thức RS232 qui định truyền 1 frame tại một thời điểm

Một Frame truyền bao gồm: 1 bit start, 7 hoặc 8 bit dữ liệu ASCII của kí tự, bitParity (kiểm tra chẵn lẻ) và kết thúc bởi 1 bit Stop Ví dụ sau đây là frame truyền 1 kí

tự ‘A’, mã ASCII của ‘A’ là 41h, nếu truyền trong 7 bit dữ liệu sẽ là 1000001

Hình 2.6: Khởi tạo module SIM300CZ.

2.7.2.3 Các qui định khác của chuẩn RS232

2.7.2.4 Tốc độ truyền

Các tốc độ truyền thông dụng là: 1200bps, 4800bps, 9600bps, 14400bps, 19200bps

- - - Protected ground: nối đất bảo vệ

3 TXD DTE DCE Transmitted data: dữ liệu truyền

2 RXD DCE DTE Received data: dữ liệu nhận

7 RTS DTE DCE Request to send: DTE yêu cầu truyền dữ liệu

8 CTS DCE DTE Clear to send: DCE sẵn sàng nhận dữ liệu

6 DSR DCE DTE Data set ready: DCE sẵn sàng làm việc

5 GND - Ground: nối đất (0V)

1 DCD DCE DTE Data carier detect: DCE phát hiện sóng mang

4 DTR DTE DCE Data terminal ready: DTE sẵn sàng làm việc

9 RI DCE DTE Ring indicator: báo chuông

- DSRD DCE DTE Data signal rate detector: dò tốc độ truyền

DTE - Data Terminal Equipment: Thiết bị đầu cuối dữ liệu, có thể là máy tính, viđiều khiển, PLC.

DCE - Data Communication Equipment: Thiết bị truyền dữ liệu, ví dụ Modem

b) Sơ đồ kết nối không qua modem

Đây là sơ đồ hay dùng cho việc truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển Kết nối không bắt tay:

Hình 2.9: Sơ đồ kết nối không bắt tay.

Trường hợp này phải đảm bảo cài đặt cho cả hai DTE cùng tốc độ truyền, số bit dữliệu, dạng kiểm tra lỗi Parity và Số bit STOP

Chú ý: Do chuẩn RS232 trên máy tính qui định mức điện áp cho logic 0 là 3 đến

25V, logic 1 là -25 đến -3V, trong khi mức điện áp tương ứng trên vi điều khiển là 0

và 5V nên cần có bộ chuyển đổi đồng bộ điện áp là MAX232 làm trung gian cho kếtnối này

Kết nối Có bắt tay

Hình 2.10: Sơ đồ kết nối có bắt tay.

Đây là hình thức truyền có bắt tay, có quá trình thăm dò hỏi đáp trước khi bắt đầutruyền Giả sử DTE1 muốn truyền dữ liệu đến DTE2 Trước hết DTE1 phải đưa chân

RTS (Request to send) lên mức tích cực và bắt đầu thăm dò tín hiệu từ chân CTS(Clear to Send) của mình Nếu DTE2 đã sẵn sàng để nhận dữ liệu, DTE2 sẽ đưa chânRTS của mình lên mức tích cực Chân này nối với chân CTS của DTE1 Vì vậy DTE1

sẽ nhận được tín hiệu tích cực thông qua chân CTS và biết rằng DTE2 đã sẵn sàngnhận dữ liệu, DTE1 bắt đầu truyền dữ liệu

Nếu DTE1 chủ động muốn nhận dữ liệu từ DTE2 DTE1 đưa chân DTR (Dataterminal Ready) lên mức tích cực để báo với với DTE2 rằng nó đã sẵn sàng và muốnnhận dữ liệu Nếu DTE2 cũng sẵn sàng để truyền dữ liệu, nó sẽ đưa chân DSR (DataSet Ready) để báo với DTE1 là nó cũng đã chuẩn bị dữ liệu sẵn sàng để gửi đếnDTE1 Và sau đó, DTE2 bắt đầu truyền dữ liệu cho DTE1

Trên đây là những vấn đề cơ bản nhất của giao tiếp giữa các thiết bị theo chuẩnRS232

Khi thiết kế giao tiếp tùy thuộc vào mức logic của từng thiết bị mà ta có thể dùngcác IC đệm, chuyển mức logic cho phù hợp Vấn đề này sẽ được trình bày trong Phần

3 phần thiết kế và thi công mạch

PHẦN III

GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH VÀ XÂY DỰNG THUẬT TOÁN

ĐIỀU KHIỂN 3.1 GIỚI THIỆU PIC

3.1.1 Tổng quan về PIC

PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer” Họ vi điều khiển PIC dohãng Microchip chế tạo và sản xuất với công nghệ hiện đại, phù hợp cho các ứng dụngđơn giản cho đến phức tạp Đặc biệt ngoài ngôn ngữ lập trình assembler như các MCUkhác, người dùng có thể lập trình PIC trên ngôn ngữ C quen thuộc thông qua cácphần mềm hỗ trợ (C18, CCS C, HTPIC, …)

Hiện nay có các dòng PIC như sau:

- LF : PIC có bộ nhớ Flash hoạt động ở điện áp thấp

- LV : Tương tự LF đây là ký hiệu cũ

Bên cạnh đó một số vi điều khiển có ký hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có thêm chữ

A cuối là Flash

Ở Việt Nam phổ biến nhất là họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất.Mạch nạp cho PIC là một dòng sản phẩm rất đa dạng dành riêng cho PIC Có thể sửdụng được các loại mạch nạp cung cấp bởi các nhà sản xuất là hãng Microchip nhưPICSTART plus, MPLAB - ICD2, GTP – USB3, Pickit Có thể dùng các sản phẩmnày để nạp cho vi điều khiển PIC thông qua chương trình MPLAB Dòng sản phẩmchính thống này có ưu thế là nạp được cho tất cả các Vi điều khiển PIC, tuy nhiên giáthành rất cao và gặp các vấn đề khó khăn trong quá trình mua sản phẩm

 Chọn lựa PIC

Trong đề tài này do có giao tiếp với SIM300CZ theo chuẩn nối tiếp với tốc độ

truyền nhận cao nên để đảm bảo tốc độ và giảm chi phí ta dùng chip PIC dòng 16 mà

cụ thể ở đây ta dùng chip PIC16F877A có bộ nhớ chương trình, bộ nhớ RAM lớn đápứng được yêu cầu

3.1.2 Giới thiệu về PIC16F877A

Hình 3.1: Cấu trúc Havard và Von – Neumann.

Không giống như cấu trúc Von Neuman, cấu trúc Harvards tách riêng bộ nhớ dữliệu và bộ nhớ chương trình, cùng một thời điểm, CPU có thể tương tác với cả hai bộnhớ Chính điều này đã tăng tốc độ xử lý của vi điều khiển lên một cách đáng kể Các

vi điều khiển có cấu trúc phần cứng kiểu Harvards thì được gọi là vi điều khiển RISC.RISC là viết tắt của thuật ngữ “Reduce Instruction Set Computer” hay vi điều khiển cótập lệnh rút gọn Vi điều khiển được thiết kế theo kiến trúc Von-Neuman còn được gọi

là vi điều khiển CISC (Complex Instruction Set Computer) hay vi điều khiển có tậplệnh phức tạp vì mã lệnh của nó không phải là một số cố định mà luôn là bội số của 8bit (1 byte)

PIC16F877A thuộc vi điều khiển 16 bit có cấu trúc RISC (Reduce Instruction SetComputer) Với công nghệ RISC (Reduced Instruction Set Computer) nâng cao đáng

kể tốc độ xử lý, khả năng chống nhiễu, khả năng mở rộng tốt, khả năng nạp lại trên

1000 lần, tập lệnh đơn giản, được hỗ trợ lập trình dưới dạng Macro và đa dạng vềchủng loại, thì dòng PIC là một dòng vi điều khiển tốt nhất trong các ứng dụng tự động

từ đơn giản đến phức tạp nhất

PIC16F877A là một tiêu biểu, có thể được coi là chip vi điều khiển khá đơn giảncủa dòng PIC Với 5 Port, 40 chân và đầy đủ các tính chất ưu việt của dòng PIC PIC16F877A phù hợp với các ứng dụng vừa và nhỏ và được sử dụng khá phổ biếnhiện nay

Cấu trúc tổng quát PIC được biểu diễn dưới dạng các khối sau :

Hình 3.2: Cấu trúc tổng quát của PIC.

Bộ nhớ chương trình (Program memory): Dùng để chứa chương trình nạp Vì đượcchế tạo bằng công nghệ FLASH nên bộ nhớ này có thể được lập trình hay xoá nhiềulần.Ưu điểm này khiến cho con vi điều khiển này thích hợp cho việc xây dựng các ứngdụng điều khiển

EPPROM: Đây là bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu khi không cấp nguồn Thông thường nóđược dùng để chứa dữ liệu quan trọng không thể mất nếu chẳng may nguồn cấp bịmất đột ngột

RAM: Bộ nhớ dữ liệu được sử dụng cho trong suốt quá trình thực thi chương trìnhtrong vi điều khiển

PORTA, PORTB , PORTC, PORTD, PORTE là các ngõ kết nối vật lý giữa vi điềukhiển với các phần cứng bên ngoài PORTA có 6 chân giao tiếp trong khi PORTB vàPORTC và PORTD có đến 8 chân, PORTE có 3 chân

FREE- RUN TIMER: Đây là một thanh ghi 8 bit ở bên trong vi điều khiển, nó hoạtđộng độc lập với chương trình Cứ mỗi bốn xung nhịp của bộ dao động thì giá trị của

nó tăng lên một cho đến khi đạt đến giá trị tối đa là 255, và sau đó nó lại bắt đầu đếm

từ 0 Nếu như chúng ta biết được chính xác thời giữa hai lần tăng của nội dung thanhghi Timer, thì khi đó nó sẽ được dùng để định thời gian, một đặc điểm hết sức hữu ích

và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế

CPU (Central Processing Unit): Đóng vai trò then chốt trong việc kết nối các thànhphần trong vi điều khiển với nhau, được so sánh giống như bộ não con người Nó liênkết các hoạt động của các khối trong vi điều khiển và thực thi chương trình.

Hình 3.3: Sơ đồ khối của PIC 16F877A.

Hình 3.4: Sơ đồ chân của PIC 16F877A.

 Chân 1 : MCLR/VPP, Cổng Reset và cấp điện áp lập trình cho vi điều khiển

 Chân 2 : RA0/AN0, Chân số 0 của port A, đầu vào bộ Analog 0 (Port A là portvào ra 2 chiều)

 Chân 3 : RA1/AN1, Chân số 1 của port A, đầu vào bộ Analog 1

 Chân 4 : RA2/AN2/VREF-/CVREF , Chân số 2 port A, đầu vào Analog 2 và đầuvào bộ A/D (Điện áp thấp) và nối với bộ so sánh Compare

 Chân 5 : RA3/AN3/VREF+ , Chân 3 của port A, đầu vào Analog 3, đầu vào bộ A/

 Chân 11 : V dd

 Chân 12 : VSS, Chân nối đất của nguồn

 Chân 13 : OSC1/CLKI, Chân nối với bộ dao động và có chức năng là bộ địnhthời

 Chân 14 : OSC2/CLKO, Chân nối với bộ dao động và có chức năng là bộ địnhthời

 Chân 15 : RC0/T10SO/T1CKI, chân số 0 của port C, đầu vào bộ tạo dao độngTimer 1

 Chân 16 : RC1/T1OSI/CCP2,chân số 1 của port C, đầu vào bộ dao động T1,đầu ra bộ Capture 2, và đầu ra PWM2

 Chân 17 : RC2/CCP1, chân số 2 của port C, đầu ra bộ Capture1, và đầu raPWM1

 Chân 18 : RC3/SCK/SCL, chân số 3 của port C, đầu vào/ra của port đồng bộchuẩn SPI và chuẩn I2C (Synchronous serial clock)

 Chân 40 : RB7/PGD, chân số 7 của port B

 Chân 39 : RB6/PGC

 Chân 38 : RB5, Chân số 5 của port B

 Chân 37 : RB4, Chân số 4 của port B

 Chân 36 : RB3/PGM

 Chân 35 : RB2, Chân số 2 của port B

 Chân 34 : RB1, Chân số 1 của port B

 Chân 33 : RB0/INT, Chân số 0 của port B và là ngỏ vào của ngắt

 Chân 32 : VDD, Chân cấp nguồn cho vi điều khiển

 Chân 25 : RC6/TX/CK, chân số 6 của port C.

 Chân 24 : RC5/SDO, chân số 5 của port C

 Chân 23 : RC4/SDI/SDA, chân số 4 của port C

Lưu ý chân RA4/TOCKI vừa là chân số 4 của Port A và vừa là ngõ vào từ bênngoài cho bộ đếm Việc lựa chọn một trong hai chức năng này được thực hiện qua việcthay đổi giá trị cho các thanh ghi chuyên dụng Khi ta chọn một trong hai chức năngthì chức năng kia sẽ không hoặt động được

Tất cả các chân RARD thuộc cổng port Aport D đều có thể được dùng như cácngõ xuất hay nhập tùy thuộc vào yêu cầu của thiết bị điều khiển Để định nghĩa mộtchân là xuất hay nhập ta sử dụng các thanh ghi TRIS ở bank 1 Nếu một bit trongthanh ghi TRIS bằng 1 thì bit tương ứng với vị trí đó trong port lúc này sẽ là ngõ nhập

và ngược lại Mỗi port có thanh ghi TRIS cho riêng nó Port A ứng với thanh ghiTRISA nằm trong bank 0, port B ứng với thanh ghi TRISB nằm trong bank 1, Port Cứng với thanh ghi TRISC nằm trong bank 2 Đối với PIC16F877A PortA có 6 chân,PortB và PortC và PortD có 8 chân

3.1.2.2 Tổ chức bộ nhớ chương trình và stack:

Bộ nhớ chương trình được chế tạo bằng công nghệ FLASH, nó cho phép lập trìnhcho vi điều khiển được nhiều lần trước khi nó được lắp đặt vào thiết bị, hoặc ngay cácsau khi nó được lắp đặt mà có một sự cố nào đó xảy ra Dung lượng của bộ nhớchương trình này là 8K Word*14 bit, trong đó các vị trí từ 0h đến 4h được dùng chocác vector reset và ngắt:

 Vector ngắt (Interrupt Vector) (0004h): khi cho phép ngắt chương trình sẽ bắtđầu ở vị trí này

 Vector Reset (0000h): khi xảy ra Reset bằng cách bật nguồn hay do cácnguyên nhân khác thì chương trình sẽ bắt đầu ở vị trí này PIC có các cách Reset sau:

Hình 3.5: Tổ chức bộ nhớ chương trình PIC 16F877A.

Reset khi bật nguồn, Reset khi có mức logic 0 trên chân MCRL, khi ở chế độ Sleep vàkhi bộ WDT bị tràn.

 Stack:

Hình 3.6: Hoạt động của Stack.

PIC16F877A có một ngăn chứa Stack 13 bit với 8 mức hay nói cách khác đó làmột nhóm 8 vị trí nhớ có độ rộng 13 bit Stack hoạt động giống như một bộ đệm vòng.Vai trò của nó là lưu giữ giá trị của bộ đếm chương trình sau khi thực hiện một lệnhnhảy từ chương trình chính tới địa chỉ của chương trình con nhằm mục đích để chochương trình biết chính xác điểm trở về sau khi thực hiện chương trình con LệnhReturn đánh dấu điểm kết thúc của chương trình con Lệnh Call là lệnh nhảy tớichương trình con, khi gặp lệnh Call thì địa chỉ trở về (địa chỉ của câu lệnh sau chươngtrình con) sẽ dược chứa vào đỉnh của Stack Khi lệnh Return được bắt gặp thì địa chỉ ởđỉnh Stack sẽ được đặt vào bộ đếm chương trình PC và chương trình tiếp tục bìnhthường Do PIC có 8 thanh ghi Stack nên các chương trình con có thể gọi lồng vàonhau liên tiếp 8 lần và sau lần gọi thứ 8 thì mỗi lệnh sẽ làm mất nội dung của ngănStack thứ 8 Do đó, khi gặp lệnh Return thì PC sẽ gửi tới chương trình báo địa chỉ trở

về sai và lúc này chương trình hoặt động sai

 Bộ nhớ dữ liệu

Bộ nhớ dữ liệu bao gồm bộ nhớ RAM và EPPROM Bộ nhớ EPPROM bao gồm

128 hoặc 256 byte, nội dung của nó không bị mất đi nếu lỡ như mất nguồn EPPROM

không được định địa chỉ trực tiếp, mà được truy xuất gián tiếp thông qua 2 thanh ghi làEEADR và EEDATA Bởi vì bộ nhớ EPPROM được dùng cho việc lưu trữ nhữngthông số quan trọng, cho nên người lập trình cần phải tuân theo một số quy tắc đểtránh mắc lỗi trong lúc viết Bộ nhớ RAM có địa chỉ từ 0x0C đến 0x4F, bao gồm 68 ốnhớ 8 bit Việc xác định vị trí của RAM cũng được thực hiện thông qua thanh ghi GPR(General Purpose Register).

Bộ nhớ RAM (Các thanh ghi SFR và GPR):

Hình 3.7: Tổ chức bộ nhớ dữ liệu (RAM) PIC 16F877A.

Bộ nhớ dữ liệu được phân chia thành nhiều bank (4 bank), là nơi chứa các thanhghi SFR và các thanh ghi GPR Bit RP1 và RP0 trong thanh ghi STATUS dùng đểchọn bank.

40 năm Bộ nhớ EPPROM được đặt trong một vùng nhớ đặc biệt và có thể được truyxuất thông qua các thanh ghi đặc biệt Chúng là:

- EEDATA và EEDATH chứa các dữ liệu đọc viết

- EEADR và EEADRH chứa địa chỉ của phân vùng EPPROM cần truy xuất

- EECON1 chứa các bit điều khiển

- EECON2 thanh ghi này không tồn tại về mặt vật lý, mà nó dùng để bảo vệEPPROM khỏi những lỗi lập trình không đáng có

Phaàn I: Thanh ghi EECON1: (địa chỉ 18Ch)

 Bit 4 EEIF (EEPROM Write Operation Interupt Flag bit):

Bit dùng để báo cho vi điều khiển biết quá trình ghi dữ liệu vào EPPROM đã kếtthúc Khi kết thúc quá trình ghi, thì bit này sẽ tự động set lên 1 Người lập trình cầnphải xoá bit này bằng phần mềm để nó có thể nhận biết được một sự kết thúc của việcghi tiếp theo

1 = Ghi kết thúc

0 = Ghi chưa xong, hoặc chưa bắt đầu ghi

 Bit 3 WRERR (Write EPPROM Error Flag ):

Báo lỗi nếu gặp trong quá trình ghi vào EPPROM Bit này chỉ được set lên khi quátrình ghi vào EPPROM bị ngắt bởi một tín hiệu reset hoặc bị tràn WDT khi WDTđược kích hoạt

1 = Có lỗi xảy ra

0 = Không có lỗi

 Bit 2 WREN ( EPPROM Write Enable bit ):

Bit cho phép ghi vào EPPROM Nếu bit này không được set lên thì vi điều khiển sẽkhông cho phép ghi vào EPPROM

 Bit 1 WR (Write Control bit ):

Việc set bit này lên sẽ khởi tạo việc ghi dữ liệu từ thanh ghi EEDATA đến mộtđịa chỉ cụ thể thông qua thanh ghi EEDR

1 = Khởi tạo ghi

0 = Không khởi tạo

 Bit 0 RD ( Read Control bit ):

Bit dùng để điều khiển việc khởi tạo quá trình chuyển dữ liệu từ một địa chỉ đãđược định nghĩa trong EEDR đến thanh ghi EEDATA

giá rị cho đến khi có một byte khác được đọc hoặc cho đến khi có một lệnh ghi vàovùng EEPROM một dữ liệu khác.

Ví dụ:

MOVLW CONFIG_ADDR ; địa chỉ cần đọc => W

 Ghi dữ liệu vào vùng EEPROM (Thanh ghi EEDATA):

Để ghi dữ liệu vào vùng EEPROM người viết chương trình ghi địa chỉ cần lưu vàothanh ghi EEADR và địa chỉ cần ghi vào thanh ghi EEDATA, rồi phải theo từng bướctrong đoạn chương trình ví dụ sau mà ghi mỗi byte dữ liệu

Ví dụ:

BSF EECON1, WREN ; cho phép ghi

Quá trình ghi sẽ không được thực hiện nếu bắt đầu từ lệnh đưa giá trị 55h vào thanhghi EECON2 cho đến lệnh set bit WR trong thanh ghi EECON1 cho mỗi lần ghi mộtbyte Khi ghi tốt nhất là cấm ngắt xảy ra

Thêm vào đó bit WREN trong thanh ghi EECON1 phải được set lên 1 để cho phépghi Để ngăn chặn việc ghi vào EEPROM một giá trị không mong muốn thì bit này

nên được xóa và chỉ khi nào muốn ghi vào EEPROM thì mới set lên Bit này khôngđược xoá bởi phần cứng.

Sau một chu kỳ ghi, tức một byte đã được ghi vào EEPROM thì người viết chươngtrình nên xóa bit này để không tác động đến lần ghi sau

Sau một chu kỳ ghi hoàn tất, bit WR tự động được xoá bằng phần cứng và cờ EEIF

sẽ được bật và điều này sẽ tạo ra một ngắt (nếu được cho phép) và bit này phải đượcxoá bằng phần mềm trong chương trình ngắt nếu muốn lần sau xảy ra ngắt khi ghixong một byte vào EEPROM

 Kiểm tra ghi vào EEPROM

Để biết được dữ liệu ghi vào EEPROM có đúng hay không thì tốt nhất là ta nênkiểm tra bằng cách đọc lại giá trị vừa ghi và so sánh với giá trị ghi vào và nếu kết quảhai giá trị bằng nhau thì kết quả tốt và byte cần ghi tiếp theo mới tiếp tục và cũng đượckiểm tra như byte trước

 Bảo vệ ghi vào EEPROM giá trị không mong muốn

Để tránh trường hợp ghi vào EEPROM giá trị không mong muốn nhà sản xuất đãthiết kế: khi cấp nguồn thì bit WREN bị xoá và có một khoảng thời gian trễ 72mskhông cho phép ghi vào EEPROM

 Các thanh ghi có chức năng đặt biệt quan trọng (SFR)

Các thanh ghi có chức năng đặc biệt là các thanh ghi dùng cho CPU và các Modulthiết bị ngoại vi để điều khiển hoạt động của các thiết bị theo yêu cầu Các thanh ghinày được xem như là các RAM tĩnh Các SFR bao gồm 2 phần: phần chính (CPU) vàphần ngoại vi

Thanh ghi STATUS bao gồm trạng thái số của ALU, trạng thái Reset và các bitchọn bank cho bộ nhớ dữ liệu Thanh ghi STATUS có thể là đích tới cho bất cứ địachỉ nào như các thanh ghi khác

 Bit IRP: bit dùng để chọn bank (chọn gián tiếp)

0: chọn bank 2,3

1: chọn bank 0,1

 Bit RP1, RP0: dùng để chọn bank (chọn trực tiếp)

00: chọn bank 001: chọn bank 110: chọn bank 211: chọn bank 3

 Bit TO (Time out bit): Cờ báo tràn bộ WDT

1: Không xảy ra tràn0: xảy ra tràn

 Bit PD (Power – down)

1: sau khi bật nguồn0: khi kích hoạt lệnh SLEEP

 Bit RBPU (Potr b pull-up Enable bit)

1: Cho phép điện trở kéo lên ở Port B0: Không cho phép điện trở kéo lên

 Bit INTEDG (Interrupt Edge Select Bit): Nếu ngắt ngoài được chophép thì bit này xác định ngắt sẽ xảy ra khi tín hiệu ở chân RB0/INT là sườn lên haysườn xuống

1: sườn lên0: sườn xuống

 Bit TOCS (TM0 Clock Source Select Bit): Bit này cho phép bộ địnhthời tăng giá trị hoặc là từ dao động nội, hoặc là từ dao động ngoài trên chânRA4/TOCKI.

1: dao động ngoài0: dao động nội

 Bit TOSE (TMR0 Source Edge Select Bit): Bit này cho phép tín hiệutrên chân RA4/TOCKI tác động vào bộ định thời ở sườn lên hay sườn xuống

1: sườn xuống0: sườn lên

 Bit PSA (Prescaler Assigment bit): bit này qui định bộ chia tần đượcgán bộ định thời(TMR0) hay bộ watch dog (WDT)

1: gán cho bộ WDT0: gán cho bộ TMR0

 Bit PS0, PS1, PS2 (Prescaler Rate Select bit) ba bit này xác định hệ sốcủa bộ chia tần, các tỷ số này như sau:

Bảng 3.2:

8Bh, 10Bh và 18Bh):

 Bit GIE( Global interrup enable bit): Bit cho phép hay không cho phépngắt toàn cục.

1: cho phép tất cả các ngắt0: cấm tất cả các ngắt

 Bit TMR0IE( TMR0 Overflow Interrupt Enable): bit này cho phépngắt khi tràn bộ định thời

1: cho phép ngắt0: cấm ngắt

 Bit INTE (INT External Interrupt Enable): bit cho phép ngắt ngoài trênchân RB0/INT

1: Cho phép ngắt0: cấm ngắt

 Bit RBIE (RB Port Change Interrupt Enable): bit cho phép ngắt khi có

sự thay đổi trên Port B

1: cho phép ngắt0: cấm ngắt

 Bit TMR0IF (TMR0 Overflow Interrupt Flag): cờ ngắt khi tràn bộđịnh thời

1: tràn bộ định thời

0: chưa xảy ra tràn

 Bit INTF (INT External Interrupt Flag): cờ báo hiệu khi có ngắt ngoài

1: có ngắt ngoài xảy ra

0: không có ngắt ngoài

 Bit RBIF (RB Port Change Interrupt Flag): cờ báo hiệu có sự thay đổitrạng thái trên Port B

1: có thay đổi0: không có thay đổi