đồ án môn học iii thiết kế và thi công mạch tổng đài nội bộ pabx 1 trung kế 4 thuê bao

Khái niệm tổng đài: Tổng đài điện thoại là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối các cuộc liên lạc từ thiết bị đầu cuối chủ gọi đến thiết bị đầu cuối bị gọi.. Trong tổng đài

LỜI CẢM ƠN

LỜI NÓI ĐẦU

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

PHẦN I 8

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

Chương 1 9

Giới thiệu chung về tổng đài 9

1 Khái niệm tổng đài: 9

2 Phân loại tổng đài: 9

2.1 Phân loại theo công nghệ: 9

Tổng đài nhân công : 9

Tổng đài tự động: 10

2.2 Phân loại cấu trúc mạng điện thoại Việt Nam 11

3 Các chức năng của hệ thống tổng đài: 11

3.1 Nhận dạng thuê bao gọi: 12

3.2 Tiếp nhận số được quay: 12

3.3 Kết nối cuộc gọi: 12

3.4 Chuyển thông tin điều khiển: 12

3.5 Kết nối trung chuyển: 13

3.6 Kết nối trạm cuối: 13

3.7 Truyền tín hiệu chuông: 13

3.8 Tính cước: 13

3.9 Truyền tính hiệu báo bận: 13

3.10 Phục hồi hệ thống: 13

4 Các thông tin báo hiệu trong mạng điện thoại: 14

4.1 Giới thiệu: 14

4.2 Phân loại các thông tin âm hiệu: 15

Thông tin về yêu cầu và giải tỏa cuộc gọi: 15

Thông tin chọn địa chỉ: 15

Thông tin chấm dứt chọn địa chỉ 15

Thông tin giám sát: 15

4.3 Báo hiệu trên đường dây thuê bao: 15

Báo hiệu trên đường dây thuê bao gọi: 15

Báo hiệu trên đường dây thuê bao bị gọi: 16

4.4 Hệ thống âm hiệu của tổng đài 17

Tín hiệu chuông:(Ringging Signal) 17

Tín hiệu mời gọi(dialtone): 18

Tín hiệu báo bận: (busysignal) 18

Tín hiệu hồi âm chuông: 18

Gọi sai số: 19

Tín hiệu báo gác máy 19

Tín hiệu đảo cực: 19

5 Tín hiệu thoại: 20

5.1 Mức động: 20

5.2 Dãi động 20

5.3 Độ rõ và độ hiểu 21

5.4 Băng tần điện thoại: 21

Chương 2 22

KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN THOẠI 22

1 Nguyên lý thông tin điện thoại: 22

1.1 Sơ đồ mạng thông tin điện thoại: 22

1.2 Nguyên lý hoạt động: 22

2 Những chức năng cơ bản của máy điện thoại: 23

3 Những yêu cầu cơ bản về máy điện thoại 23

4 Phân loại máy điện thoại: 24

4.1 Chức năng: 24

4.2 Phân loại: 24

4.2.1 Máy điện thoại cơ điện: 24

4.2.2 Máy điện thoại điện tử: 24

4.2.3 Máy điện thoại ấn phím thông thường: 25

4.2.4 Máy điện thoại ấn phím có màn hình 25

4.2.5 Máy điện thoại ấn phím có ghi âm: 26

4.2.6 Máy điện thoại ấn phím không day: 26

CHƯƠNG 3: 27

Giới thiệu về vi điều khiển 8051 27

1 Giới thiệu chung 27

2 Ứng dụng của vi điều khiển 28

3 Hoạt động của vi điều khiển 29

4 Cấu trúc chung của vi điều khiển 30

5 Kiến trúc vi điều khiển 8051 35

5.1 Chuẩn 8051 35

5.2 Chân vi điều khiển 8051 36

5.2 Tổ chức bộ nhớ 8051 43

5.3.1 Tổ chức bộ nhớ trong 43

5.3.2 Tổ chức bộ nhớ ngoài 46

5.3.3 Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFRs - Special Function Registers) 49

5.3.4 Bộ đếm và bộ định thời 53

5.3.5 Truyền thông không đồng bộ (UART) 54

5.3.6 Ngắt vi điều khiển 8051 55

5.4 Lập trình hợp ngữ cho 8051 55

5.4.1 chế độ địa chỉ 55

5.4.2 Tập lệnh trong 8051 57

5.4.3 Bộ đếm và bộ định thời 62

5.4.4 Truyền thông nối tiếp 65

5.4.5 Xử lý ngắt 71

PHẦN II 77

Thiết kế và thi công mạch 77

Chương I: 78

Sơ đồ khối toàn mạch 78

1 Sơ đồ khối 78

1.1 Khối điều khiển trung tâm 78

1.2 Nguồn cấp: 78

1.3 Tone: 79

1.4 DTMF: 79

1.5 Khối trung kế: 79

2 Sơ đồ nguyên lý mạch từng khối 79

2.1 Khối nguồn: 79

2.2 Khối thu DTMF : 80

2.2.1 Giới thiệu về ic 8870 80

2.2.2 Giải thích hoạt động 81

2.2.3 Bảng mã chức năng: 82

2.2.4 sơ đồ mạch thu DTMF 83

2.3 Sơ đồ mạch TONE: 83

2.3.1 Sơ đồ chân CD4093: 83

2.3.2 Sơ đồ mạch TONE 84

2.4 Sơ đồ mạch chuyển mạch: 84

2.4.1 Sơ đồ mach: 84

2.4.2 Thiết kế mạch đóng ngắt relay: 85

2.5 Sơ đồ mạch trung kế: 85

2.5.1 Giới thiệu ic Opto: 85

2.5.2 Mạch cảm biến khi có thuê bao ngoài gọi đến: 87

2.5.3 Mạch điều khiển giả lập nhất máy 88

2.5.4 Mạch tạo tín hiệu mời quay số: 90

2.5.5 Sơ đồ tổng thể mạch trung kế: 90

2.6 Mạch cấp nguồn và cảm biến nhất máy thuê bao: 91

3 Sơ đồ nguyên lý mạch tổng đài pabx: 92

4 Sơ đồ mạch in tổng đài pabx: 94

Chương II 95

Lưu đồ giải thuật và chương trình 95

1 Lưu đồ giải thuật: 95

1.1 Chương trình chính 95

1.2 Chương trình giải mả quay số 96

1.3 Chương trình ngắt ngoài: 97

1.4 Chương trình kêt nối thuê bao nội bộ 98

1.5 Chương trình kết nối thuê bao ngoài 99

PHẦN I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1 Giới thiệu chung về tổng đài

1 Khái niệm tổng đài:

Tổng đài điện thoại là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối các cuộc

liên lạc từ thiết bị đầu cuối chủ gọi đến thiết bị đầu cuối bị gọi

Trong sự phát triển kỹ thuật về viễn thông có hai bước ngoặt lớn:

+ Vào thập kỷ 1960 là sự xóa bỏ khoảng cách địa lí, điện thoại gọi được đi khắp

thế giới, trái đất như co lại

+ Vào thập kỷ 1980 là sự chinh phục thời gian, sự thành công của kỹ thuật số

phân theo thời gian cả về chuyển mạch và truyền dẫn

Ngày nay, kỹ thuật số và chuyển mạch, truyền dẫn phân theo thời gian đã trở nên rất

phổ biến và là phương thức hoạt động chủ yếu trong các hệ tổng đài hiện nay Trong đó

kỹ thuật điều chế xung mã (PCM: pulse code modulation) được sử dụng rất hiệu quả

trong các mạng truyền số liệu, tiếng nói, hình ảnh đang phát triển hiện nay, đó là mạng

số liên kết dịch vụ ISDN

2 Phân loại tổng đài:

2.1 Phân loại theo công nghệ:

Được chia làm hai loại

Tổng đài nhân công :

Tổng đài nhân công ra đời đầu tiên từ khi mới bắt đầu hệ thống thông tin điện

thoại trong tổng đài việc định hướng thông tin được thực hiện bằng sức người nói

cách khác, việc kết nối thông thoại cho các thuê bao được thực hiện bằng thao tác

trực tiếp của con người

Nhược điểm của tổng đài nhân công là:

+ Thời gian kết nối lâu

+ Dễ nhẫm lẫn

+ Khó mở rộng dung lƣợng

+ Tốn nhiều nhân công

Tổng đài tự động:

Đƣợc chia làm hai loại chính

2.1.1.1 Tổng đài cơ điện :

Kỹ thuật chuyển mạch trong tổng đài cơ điện nhờ vào các bộ chuyển mạch cơ

khí, đƣợc điều khiển bằng các mạch điện tử bao gồm:

+ Chuyển mạch quay tròn

+ Chuyển mạch từng nấc

+ Chuyển mạch ngang dọc

Trong tổng đài cơ điện, việc nhận dạng thuê bao gọi, xác định thuê bao gọi, cấp

âm hiệu, kết nối thông thoại đều đƣợc thực hiện một cách tự động nhờ các mạch

điều khiển bằng điện tử cùng với các bộ chuyển mạch bằng cơ khí

So với tổng đài nhân công, tổng đài cơ điện có những ƣu điểm lớn:

+ Thời gian kết nối nhanh chóng hơn, chính xác hơn

+ Dung lƣợng tổng đài có thể tăng lên nhiều

+ Giảm nhẹ công việc của điện thoại viên

Tuy nhiên tổng đài cơ điện có một số nhƣợc điểm sau:

+ Thiết bị cồng kềnh

+ Tốn nhiều năng lƣợng

+ Điều khiển kết nối phức tạp

+ Bảo trì, bảo dƣỡng phức tạp

2.1.1.2 Tổng đài điện tử :

Trong các tổng đài điện tử, các bộ chuyển mạch gồm các linh kiện bán dẫn, vi

mạch cùng với các relay, analog switch được điều khiển bằng các mạch điện tử, vi

mạch

Ưu Điểm:

Các bộ chuyển mạch bằng bán dẫn thay thế các bộ chuyển mạch cơ khí của tổng

đài cơ điện làm cơ cấu tổng đài gọn nhẹ đi nhiều, thời gian kết nối thông thoại

nhanh hơn, năng lượng tiêu tán ít hơn

Có thể tăng dung lượng thuê bao lớn mà thiết bị không phức tạp lên nhiều

2.2 Phân loại cấu trúc mạng điện thoại Việt Nam

Hiện nay trong mạng viễn thông Việt Nam có 5 loại tổng Đài sau:

+ Tổng đài cơ quan PABX (Private Automatic Branch Exchange): Được sử

dụng trong các cơ quan, khách sạn và chỉ sử dụng các trung kế CO – Line

+ Tổng đài nông thôn RE (Rural Exchange): Được sử dụng ở các xã, khu dân

đông, chợ và có thể sử dụng các loại trung kế

+ Tổng đài nội hạt LE (Local Exchange): Được đặt ở trung tâm huyện, tỉnh

và sử dụng được tất cả các loại trung kế

+ Tổng đài đường dài TE (Toll Exchange): Dùng để kết nối các tổng đài nội

hạt ở các tỉnh với nhau, chuyển mạch các cuộc gọi đường dài trong nước, không có

thuê bao

+ Tổng Đài cửa ngõ quốc tế GWE (Gate Way Exchange): tổng đài này

dùng cho chọn hướng và chuyển mạch cuộc gọi vào mạng quốc tế để nối các mạng

quốc gia với nhau có thể chuyển quá giang các cuộc gọi

3 Các chức năng của hệ thống tổng đài:

Mặc dù các hệ thống tổng đài được nâng cấp rất nhiều từ khi nó được phát minh

ra, các chức năng cơ bản của nó như xác định các cuộc gọi thuê bao, kết nối với thuê

bao bị gọi và sau đó tiến hành phục hồi lại khi các cuộc gọi đã hoàn thành hầu như

vẫn như cũ Hệ thống tổng đài nhân công tiến hành các quá trình này bằng tay, trong

khi hệ thống tổng đài tự động tiến hành những công việc này bằng các thiết bị điện

Trong trường hợp đầu, khi một thuê bao gởi yêu cầu kết nối tới tổng đài, nhân

viên cắm nút trả lời đường dây bị gọi vào ổ cắm của dây chủ gọi để thiết lập cuộc

gọi với phía bên kia Khi cuộc gọi đã hoàn thành, người vận hành rút dây nối ra và đưa

nó về trạng thái ban đầu hệ tổng đài nhân công được phân thành loại điện từ và hệ

dùng ăc- quy chung Đối với hệ điện từ thì thuê bao lắp thêm cho mỗi ăc-quy chung

Các tín hiệu gọi và tín hiệu hoàn thành cuộc gọi được đơn giản chuyển tới người thao

tác viên thông qua các đèn

Đối với hệ tổng đài tự động, các cuộc gọi được phát ra và hoàn thành thông qua

các bước sau:

3.1 Nhận dạng thuê bao gọi:

Xác định thuê bao nhấc ống nghe và sau đó được nối với mạch điều khiển

3.2 Tiếp nhận số được quay:

Khi đã nối với mạch điều khiển, thuê bao chủ gọi bắt đầu nghe thấy tín hiệu mời

quay số và sau đó chuyển số điện thoại của thuê bao bị gọi hệ thống tổng đài thực

hiện các chức năng này

3.3 Kết nối cuộc gọi:

Khi số quay được ghi lại, thuê bao bị gọi đã được xác định, hệ tổng đài sẽ chọn một

bộ các đường trung kế đến tổng đài thuê bao bị gọi và chọn một đường rỗi trong số đó

Khi thuê bao bị gọi nằm trong tổng đài nội hạt thì đường dây nội hạt được sử dụng

3.4 Chuyển thông tin điều khiển:

Khi được nối tới tổng đài của thuê bao bị gọi hay tổng đài trung chuyển, cả hai

tổng đài trao đổi với nhau các thông tin cần thiết như số của thuê bao bị gọi

3.5 Kết nối trung chuyển:

Trong trường hợp tổng đài được nối đến là tổng đài trung chuyển, các bước trên đây

được nhắc lại để kết nối tới trạm cuối và sau đó thông tin như số của thê bao bị gọi được

truyền đi

3.6 Kết nối trạm cuối:

Khi trạm cuối được đánh giá là trạm nội hạt dựa trên số thuê bao bị gọi được

truyền đi, bộ điều khiển trạng thái máy bận của thuê bao bị gọi được tiến hành Nếu

máy không ở trạng thái bận thì một đường nối với các đường trung kế được chọn để

kết nối các cuộc gọi

3.7 Truyền tín hiệu chuông:

Để kết nối cuộc gọi, tín hiệu chuông Được truyền và chờ cho đến khi có trả lời từ

thuê bao bị gọi khi trả lời tín hiệu chuông bị ngắt và trạng thái được chuyển thành

trạng thái máy bận

3.8 Tính cước:

Tổng đài chủ gọi xác định câu trả lời của thuê bao bị gọi và nếu cần thiết bắt đầu

tính toán giá trị cước phải trả theo khoảng cách và thời gian gọi

3.9 Truyền tính hiệu báo bận:

Khi tất cả các đường trung kế bị chiếm theo các bước trên đây hoặc thuê bao bị

gọi bận thì tín hiệu bận được truyền đến thuê bao chủ gọi

3.10 Phục hồi hệ thống:

Trạng thái này được xác Định khi cuộc gọi kết thúc Sau đó tất cả các đường nối

đều được giải phóng

Như vậy, các bước cơ bản của hệ thống tổng đài được tiến hành để xử lý cuộc

gọi đã được trình bày ngắn gọn Trong hệ thống tổng đài điện tử, nhiều đặc tính dịch vụ

mới được thêm vào cùng với các chức năng trên

Do đó, các điểm cơ bản sau đây phải được xem xét khi vận hành và sử dụng:

+ Tiêu chuẩn truyền dẫn :

Mục đích đầu tiên của việc đấu nối điện thoại là truyền tiếng nói và theo đó là chỉ

tiêu của việc truyền dẫn để đáp ứng chất lượng gọi phải được xác định bằng cách

xem xét sự mất mát khi truyền, Độ rộng dải tần số truyền dẫn và tạp âm

+ Tiêu chuẩn kết nối:

Điều này liên quan tới vấn đề dịch vụ đấu nối cho các thuê bao Đó là chỉ tiêu về

các yêu cầu đối với các thiết bị tổng đài và các đường truyền dẫn nhằm đảm bảo

chất lượng kết nối nhằm mục đích này, một mạng lưới tuyến tính linh hoạt có khả

năng xử lý đường thông tin có hiệu quả với tỷ lệ cuộc gọi bị mất ít nhất phải được lập

ra

+ Độ tin cậy :

trong hệ thống với những chức năng điểu khiển tập trung có thể gặp phải những hậu

quả nghiêm trọng trong thao tác hệ thống Theo đó hệ thống phải có được chức năng

sửa chữa và bảo dưỡng hữu hiệu bao gồm việc chuển đoán lỗi, tìm và sửa chữa

+ Độ linh hoạt :

Số lượng các cuộc gọi có thể xử lý thông qua các hệ thống tổng đài đã tăng lên rất

nhiều và nhu cầu nâng cấp các chức năng hiện nay đã tăng lên Do đó hệ thống phải

đủ linh hoạt để mở rộng và sửa đổi được

+ Tính kinh tế :

Do các hệ thống tổng đài điện thoại là cơ sở cho việc truyền thông tin đại chúng

nên phải có hiệu quả về chi phí và có khả năng cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao

Căn cứ vào các xem xét trên một hệ thống tổng đài tự động đã được triển khai và

lắp đặt kể từ khi nó được đưa vào sử dụng lần đầu tiên

4 Các thông tin báo hiệu trong mạng điện thoại:

4.1 Giới thiệu:

4.2 Phân loại các thông tin âm hiệu:

Thông tin về yêu cầu và giải tỏa cuộc gọi:

Thông tin yêu cầu cuộc gọi: là khi thuê bao nhấc tổ hợp và tổng đài sẽ kết nối đến

thiết bị nhận thích hợp để nhận thông tin địa chỉ (số bị gọi)

Thông tin giải tỏa: khi đó cả hai thuê bao đầu gác tổ hợp (on hook) và tổng đài sẽ

giải tỏa tất cả các thiết bị được làm bận cho cuộc gọi và xóa sạch bất kỳ thông tin nào

khác được dùng cho việc thiết lập và kiềm giữ cuộc gọi

Thông tin chọn địa chỉ:

Khi tổng đài đã sẵn sàng nhận thông tin điạ chỉ, nó sẽ gởi một tín hiệu yêu cầu đến

thuê bao – Đó chính là âm hiệu mời quay số (dial tone)

Thông tin chấm dứt chọn địa chỉ

Thông tin này chỉ dẫn tình trạng của Đường dây bị gọi hoặc lỶ do không hoàn tất

cuộc gọi

Thông tin giám sát:

Chỉ rõ tình trạng nhấc/gác tổ hợp của thuê bao gọi cũng như tình trạng của thuê bao

bị gọi sau khi đường thoại đã được thiết lập

+ Thuê bao gọi nhấc tổ hợp

+ Thuê bao bị gọi đã trả lời và việc tính cước đã bắt đầu

+ Thuê bao bị gọi gác tổ hợp

+ Thuê bao bị gọi đã gác tổ hợp kết thúc cuộc gọi và ngắt đường kết nối cuộc gọi

sau một thời gian nếu thuê bao chủ gọi không gác tổ hợp

4.3 Báo hiệu trên đường dây thuê bao:

Báo hiệu trên đường dây thuê bao gọi:

Trong các mạng Điện thoại hiện nay, nguồn tổng đài cung cấp đến các thuê bao

thường là 48VDC - 52VDC

Yêu cầu cuộc gọi: Khi thuê bao rỗi, trở kháng đường dây cao, trở kháng đường dây

giảm xuống ngay khi thuê bao nhấc tổ hợp kết quả là dòng điện tăng cao Dòng tăng cao

này được tổng đài phát hiện như là một yêu cầu kết nối và sẽ cung cấp đến thuê bao âm

hiệu mời quay số

Tín hiệu địa chỉ: Sau khi nhận tín hiệu mời quay số, thuê bao sẽ gởi các chữ số địa

chỉ Các chữ số địa chỉ có thể được phát đi bằng hai cách quay số, quay số ở chế độ

Pulse và quay số ở chế độ Tone

Tín hiệu chấm dứt việc lựa chọn: sau khi nhận đủ địa chỉ, bộ phận nhận địa chỉ

được ngắt ra Sau đó việc kết nối được thiết lập, lúc này tổng đài gởi một trong các tín

hiệu sau:

+ Nếu đường dây bị gọi rỗi, tín hiệu chuông sẽ được gởi tới thuê bao bị gọi và tín

hiệu hồi âm chuông được gởi về thuê bao chủ gọi

+ Nếu đường dây bị bận hoặc không thể truy xuất được thì tín hiệu bận sẽ được

gởi về thuê bao chủ gọi

+ Một thông báo đã được ghi sẵn gởi đến thuê bao chủ gọi để chỉ dẫn cuộc gọi

hiện tại bị thất bại, khác với trường hợp thuê bao bị gọi bận

Tín hiệu trả lời trở về: ngay khi thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp, một tín hiệu đảo cực

được phát đến thuê bao gọi Việc này cho phép sử dụng để hoạt động thiết bị đặc biệt đã

được gắn vào thuê bao chủ gọi như máy tính cước

Tín hiệu giải tỏa: khi thuê bao chủ gọi đã gác tổ hợp, tổng trở đường dây lên cao,

tổng đài xác nhận tín hiệu này và giải tỏa tất cả các thiết bị liên quan đến việc thiết lệp

cuộc gọi và xóa các thông tin trong bộ nhớ đang được dùng để kềm giữ cuộc gọi thông

tường tín hiệu này có trong khoảng thời gian hơn 500ms

Báo hiệu trên đường dây thuê bao bị gọi:

Tín hiệu rung chuông: Đường dây thuê bao rỗi nhận cuộc gọi đến, tổng đài sẽ gởi

dòng điện rung chuông tới máy bị gọi dòng điện này có tần số 20Hz, 25Hz, 50Hz được

ngắt quãng thích hợp Đồng thời tín hiệu hồi âm chuông cũng được gởi tới thuê bao chủ

gọi

Tín hiệu trả lời: khi thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp nhận cuộc gọi, tổng trở đường dây

xuống thấp, tổng đài phát hiện việc này sẽ cắt dòng điện rung chuông và âm hiệu hồi âm

chuông bắt đầu giai đoạn đàm thoại

Tìn hiệu giải tỏa: nếu sau khi giai đoạn đàm thoại, thuê bao bị gọi ngắt tổ hợp

trước thuê bao chủ gọi sẽ thay đổi tình trạng tổng trở đường dây, khi đó tổng đài sẽ gởi

tín hiệu đường dây lâu dài đến thuê bao gọi và giải tỏa cuộc gọi sau một thời gian

Tín hiệu gọi lại bộ ghi phát: tín hiệu gọi lại trong giai đoạn quay số trong khoảng

thời gian thoại được gọi là tín hiệu gọi lại bộ ghi phát

4.4 Hệ thống âm hiệu của tổng đài

Đường dây điện thoại thông thường hiện nay có hai dây là dây Tip và dây Ring có

màu đỏ và màu xanh Chúng ta không cần quan tâm tới dây nào là dây Tip và dây nào là

dây Ring vì điều này thật sự không quan trọng Tất cả các điện thoại hiện nay đều được

cấp nguồn thông hai dây này điện áp cung cấp thường là 48VDC nhưng cũng có thể

thấp Đến 47VDC hoặc cao tới 105VDC tùy thuộc vào tổng đài

Ngoài ra, để hoạt động giao tiếp được dễ dàng, tổng đài sẽ gởi một số tín hiệu đặc

biệt tới điện thoại như tín hiệu chuông, tín hiệu báo bận, tín hiệu xâm nhập… Sau đây

chúng ta sẽ tím hiểu về các tín hiệu này và ứng dụng của nó

Tín hiệu chuông:(Ringging Signal)

Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gởi tín hiệu chuông đến để báo cho thuê bao đó

biết có người bị gọi tín hiệu chuông là tín hiệu xoay chiều AC thường có tần số 25Hz

tuy nhiên nó có thể cao hơn đến 60Hz hoặc thấp hơn đến 16Hz Biên độ của tín hiệu

chuông cũng thay đổi từ 40 VRMS Đến 130 VRMS Tín hiệu chuông được gởi tới theo

dạng xung thường là 2s có và 4s không (như hình vẽ) hoặc có thể thay đổi theo thời

gian tùy thuộc vào tổng đài

Tín hiệu mời gọi(dialtone):

Đây là tín hiệu liên tục không phải là tín hiệu xung như các tín hiệu khác Được sử

dụng trong hệ thống Điện thoại tín hiệu này Được tạo ra bởi hai âm thanh (tone) có tần

số 350Hz và 440Hz

Tín hiệu báo bận: (busysignal)

Khi thuê bao nhấc máy Để thực hiện một cuộc gọi thì thuê bao sẽ nghe một trong hai tín

hiệu:

+ Tín hiệu mời gọi cho phép thuê bao thực hiện ngay một cuộc gọi

+ Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết Đường dây Đang bận không thể thực

hiện cuộc gọi ngay lúc này Thuê bao phải chờ tới khi nghe Được tín hiệu mời gọi khi

thuê bao bị gọi Đã nhấc máy trước khi thuê bao gọi cũng nghe Được tín hiệu này

+ Tín hiệu báo bận là tín hiệu xoay chiều có dạng hình sin tần số 425Hz, có chu

kỳ 1s (0.5s có và 0.5 s không)

Tín hiệu hồi âm chuông:

Tín hiệu hồi âm chuông (ringback tone): là tín hiệu hình sin tần số

f = 425Hz ± 25Hz, biên ñộ 2VRMS trên nền DC 10V, phát ngắt quãng 2s có 4s không

Gọi sai số:

Nếu bạn gọi nhầm một số mà nó không tồn tại thì bạn sẽ nhận được tín hiệu xung có

chu kỳ 1s và có tần số 200Hz – 400Hz Hoặc đối với các hệ thống điện thoại ngày nay

bạn sẽ nhận được thông báo rằng bạn gọi sai số

Tín hiệu báo gác máy

Khi thuê bao nhấc tổ hợp ra khỏi điện thoại quá lâu mà không thực hiện cuộc gọi thì

thuê bao sẽ nhận được một tín hiệu chuông rất lớn ( để thuê bao có thể nghe được khi ở

xa máy) đẻ cảnh báo Tín hiệu này là tổng hợp của bốn tần số 1400Hz +

2050Hz+2450Hz +2600Hz được phát dạng xung 0.1s có và 0.1s không

Tín hiệu đảo cực:

Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi hai thuê bao

bắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện khi đó hệ thống tính cước của

tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi ở các trạm công

cộng có trang bị máy tính cước, thì cơ quan bưu điện cung cấp tín hiệu đảo cực cho

trạm để thuận tiện việc tính cước

5 Tín hiệu thoại:

Khi ta nói vào ống nói, ống nói đã biến đổi sóng âm thanh thành dao động điện, tức

là thành tín hiệu điện thoại một trong những yêu cầu quan trọng của điện thoại là mức

độ rõ nét của tín hiệu chỉ tiêu này liên quan chặt chẽ tới đặc tính của tín hiệu điện thoại

là mức động, dải động và băng tần điện thoại

5.1 Mức động:

Biết rằng thính giác có quán tính, tai không phản ứng với quá trình tức thời của âm

mà chỉ cảm thụ sau một khoảng thời gian nhất định để gom các nhân tố của âm vậy tại

thời điểm đang xét, cảm thụ thính giác không chỉ đƣợc xác định bởi công suất tín hiệu

tại thời điểm đó mà còn bởi các giá trị vừa mới qua không lâu của tín hiệu Vậy mức

động của tín hiệu điện thoại là cảm thụ thính giác có đƣợc nhờ đặc tính bình quân trong

khoảng thời gian xác định các giá trị tức là thời gian san bằng của các tín hiệu đó

5.2 Dãi động

Dải động của tín hiệu là khoảng cách giá trị của mức động nằm giữa mức Động cực

tiểu và mức động cực Đại

Ý nghĩa: người ta có thể biến Đổi dải Động bằng phương pháp nén/giãn dải Động

Để tăng tỷ số tín hiệu/tạp âm Để Đảm bảo tiêu chuẩn

5.3 Độ rõ và độ hiểu

a Độ rõ là tỷ số giữa phần tử tiếng nói nhận đúng ở đầu thu trên tổng số phần tử

tiếng nói truyền đạt ở đầu phát

Ví dụ: ta nói vào điện thoại 50 từ mà bên đối phương chỉ nghe được 45 từ thì độ

rõ là: 45/50 * 100% =90%

b Độ hiểu lại tuỳ thuộc vào chủ quan của từng người

Thông thường độ rõ đạt 85% thì độ hiểu rất tốt, nếu độ rõ giảm dưới 70% thì độ

hiểu rất kém

Độ trung thực truyền tín hiệu thoại: là tỷ số giữa các giọng nói mà người nghe

nhận biết đúng trên tổng số các giọng nói truyền đạt

5.4 Băng tần điện thoại:

Qua quá trình nghiên cứu, người ta thấy rằng năng lượng tiếng nói con người chỉ tập

trung lớn nhất trong khoảng tần số từ 300Hz – 3400Hz và người ta hoàn toàn nghe rõ,

còn trong khoảng tần số khác thì năng lượng không đáng kể Song băng tần càng mở

rộng thì tiếng nói càng trung thực, chất lượng âm thanh càng cao Đối với điện thoại chủ

yếu là yêu cầu nghe rõ, còn mức độ trung thực của tiếng nói chỉ cần đạt tới một mức độ

nhất định Mặt khác trong thông tin điện thoại nếu truyền cả băng tần tiếng nói thì yêu

cầu các thiết bị hỗ trợ cũng phải nâng lên Đặc biệt với những thông tin nhiều kênh, nếu

truyền cả băng tần tiếng nói thì sẽ ghép được ít kênh, và các thiết bị đầu cuối, các trạm

phải có yêu cầu kỹ thuật cao hơn Cho nên băng tần truyền dẫn của điện thoại hiện

nay được chọn từ 300Hz – 3400Hz, gọi là băng tần truyền dẫn hiệu dụng của điện thoại

Chương 2 KHÁI QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN THOẠI

1 Nguyên lý thông tin điện thoại:

Thông tin điện thoại là một quá trình truyền đưa tín hiệu tiếng nói từ nơi này đến nơi

khác, bằng dòng điện thông qua máy điện thoại máy điện thoại là một dạng thiết bị đầu

cuối của mạng thông tin điện thoại quá trình thông tin đó được minh hoạ như sau:

1.1 Sơ đồ mạng thông tin điện thoại:

Bao gồm các thành phần:

+ Ống nói

+ Ống nghe

+ Nguồn điện

+Đường dây điện thoại

Hình 2.1: Nguyên lý thông tin điện thoại

1.2 Nguyên lý hoạt động:

Khi ta nói trước ống nói của máy điên thoại, dao động âm thanh của tiếng nói sẽ dao

động vào màng rung của ống nói làm cho ống nói thay đổi , xuất hiện dòng điện biến

đổi tương ứng trong mạch, dòng điện biến đổi này được truyền qua đường dây tới ống

nghe của máy bị gọi làm cho màng rung của ống nghe dao động và phát ra âm thanh tác

động đến tai nguời nghe, quá trình truyền tiếng nói từ nguời bị gọi trở lại người gọi

cũng diễn ra tương tự như quá trình gọi

2 Những chức năng cơ bản của máy điện thoại:

2.1 Chức năng báo hiệu: Báo cho người sủ dụng điện thoại biết tổng đài sẵn sàng

tiếp nhận hoặc chưa tiếp nhận cuộc gọi đó bằng các âm hiệu: Tone mời quay

số, Tone báo bận

2.2 Phát mã số của thuê bao bị gọi vào tổng đài bằng cách thuê bao chủ gọi ấn

phím số của thuê bao bị gọi trên máy điện thoại

2.3 Thông báo cho người sử dụng điện thoại biết tình trạng diễn biến việc kết nối

mạch bằng các âm hiệu hồi âm chuông, âm báo bận

2.4 Báo hiệu bằng chuông kêu, tín hiệu nhạc … cho thuê bao bị gọi biết là có

người đang gọi cho mình

2.5 Biến âm thanh thành tín hiệu điện phát sang máy bị gọi và chuyển tín hiệu từ

máy bị gọi tới thành âm thanh

2.6 Báo hiệu cuộc gọi kết thúc

các hệ thống hỗ trợ truyền dẫn làm cho máy có nhiều dịch vụ tiện lợi như:

+ Chuyển tín hiệu tính cước đến tổng đài

+ Gọi rút ngắn địa chỉ

+ Nhớ số thuê bao đặc biệt

+ Gọi lại…

3 Những yêu cầu cơ bản về máy điện thoại

a Khi thu phát tín hiệu chuông thì bộ phận đàm thoại phải được tách rời đường

điện, trên đường chỉ còn tín hiệu chuông

b Khi đàm thoại thì bộ phận phát và tiếp nhận tín hiệu chuông phải được tách ra

khỏi đường điện, trên đường dây chỉ còn dòng điện thoại

c Máy phải phát được mã số thuê bao bị gọi tới tổng đài và phải nhận được tín hiệu

chuông từ tổng đài đưa tới

d Trạng thái nghỉ máy thường trực đón nhận tín hiệu chuông từ tổng đài Ngoài ra

máy cần phải được chế tạo ngắn gọn, nhẹ, đơn giản, bền, đẹp, tiện lợi cho mọi

người sử dụng

4 Phân loại máy điện thoại:

4.1 Chức năng:

Là một thiết bị đầu cuối (terminal - equipment), có chức năng:

Chuyển đổi qua lại giữa tiếng nói và dòng điện truyền trên dây dẫn

Gỡi các số quay đến tổng đài xử lý

Nhận các tín hiệu gọi từ đối phương gởi đến (chuông kêu)

Quay lại số máy gọi sau cùng (redial)

Ghi âm cuộc đàm thoại đang diễn ra

Cài bức điện thoại thông báo đến người gọi (trong trường hợp vắng nhà)

Lưu trữ số điện thoại đối phương vào bộ nhớ

Kiềm giữ cuộc đàm thoại và phát tín hiệu chờ (tín hiệu nhạc)

4.2 Phân loại:

Chia làm hai loại:

4.2.1 Máy điện thoại cơ điện:

Là loại máy dung đĩa quay số, khi quay số nó sẽ phát ra tín hiệu dạng xung với loại

máy này chức năng cung cấp dịch vụ bị giới hạn Nó có khả năng đàm thoại, nhận

chuông mà không mà có các chức năng khác

4.2.2 Máy điện thoại điện tử:

Là loại máy dung nút ấn để gọi số Với loại máy này cung cấp được nhiều chức năng

dịch vụ hơn, được dùng rộng rãi hiện hay và có rất nhiều chủng loại, ngoài những chức

năng cơ bản của một máy điện thoại thì còn có thêm những chức năng mở rộng

4.2.3 Máy điện thoại ấn phím thông thường:

nút flash)

Trong các loại máy này cũng tùy từng kiểu mà có thể thêm bớt đi một vài chức

năng đã liệt kê

4.2.4 Máy điện thoại ấn phím có màn hình

 Hiển thị trạng thái máy trong quá trình sử dụng

4.2.5 Máy điện thoại ấn phím có ghi âm:

đối phương gọi đến

 Tự động ghi nhận các thông tin của đối phương gởi đến, sau khi đã trả lời

bức điện báo tin vắng nhà

 Điều khiển thay đổi bức điện cài đặt, nghe các bức điện của đối phương

ở xa (Remote control) và ở gần (Local control)

4.2.6 Máy điện thoại ấn phím không day:

 Thiết lập cuộc gọi nội bộ giữa máy chính (Base Unit) và máy cầm tay

(Portable Unit)

 Thiết lập cuộc gọi ra đường dây từ máy cầm tay hoặc từ máy chính

 Nhận cuộc gọi từ bên ngoài trên máy chính hay máy cầm tay

 Cự ly liên lạc từ máy cầm tay đến máy chính tùy thuộc vào nhà sản xuất

và môi trường liên lạc

CHƯƠNG 3:

Giới thiệu về vi điều khiển 8051

1 Giới thiệu chung

Bộ Vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả năng tính toán, xử

lý, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt hiệu quả đối

với các bài toán và hệ thống lớn.Tuy nhiên đối với các ứng dụng nhỏ, tầm tính toán

không đòi hỏi khả năng tính toán lớn thì việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc Bởi vì

hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì cũng đòi hỏi các khối mạch điện giao

tiếp phức tạp như nhau Các khối này bao gồm bộ nhớ để chứa dữ liệu và chương trình

thực hiện, các mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập và điều khiển trở lại, các khối

này cùng liên kết với vi xử lý thì mới thực hiện được công việc Để kết nối các khối

này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường về các thành phần vi xử lý, bộ nhớ,

các thiết bị ngoại vi Hệ thống được tạo ra khá phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch

in phức tạp và vấn đề chính là trình độ người thiết kế Kết quả là giá thành sản phẩm

cuối cùng rất cao, không phù hợp để áp dụng cho các hệ thống nhỏ

Vì một số nhược điểm trên nên các nhà chế tạo tích hợp một ít bộ nhớ và một số

mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất được gọi là

Microcontroller-Vi điều khiển Vi điều khiển có khả năng tương tự như khả năng của vi

xử lý, nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn giản hơn nhiều Vi điều

khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ không cần nắm vững một khối

lượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý, kết cấu mạch điện dành cho người

dùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị

bên ngoài Vi điều khiển tuy được xây dựng với phần cứng dành cho người sử dụng đơn

giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là khả năng xử lý bị giới hạn (tốc độ xử lý chậm

hơn và khả năng tính toán ít hơn, dung lượng chương trình bị giới hạn) Thay vào đó, Vi

điều khiển có giá thành rẻ hơn nhiều so với vi xử lý, việc sử dụng đơn giản, do đó nó

được ứng dụng rộng rãi vào nhiều ứng dụng có chức năng đơn giản, không đòi hỏi

tính toán phức tạp

Vi điều khiển được ứng dụng trong các dây chuyền tự động loại nhỏ, các robot có

chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v.v

Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748, một chip tương tự

như các bộ vi xử lý và là chip đầu tiên trong họ MCS-48 Độ phức tạp, kích thước và

khả năng của Vi điều khiển tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980 khi intel

tung ra chip 8051, bộ Vi điều khiển đầu tiên của họ MCS-51 và là chuẩn công nghệ cho

nhiều họ Vi điều khiển được sản xuất sau này Sau đó rất nhiều họ Vi điều khiển của

nhiều nhà chế tạo khác nhau lần lượt được đưa ra thị trường với tính năng được cải tiến

ngày càng mạnh

2 Ứng dụng của vi điều khiển

Về cơ bản, vi điều khiển rất đơn giản Chúng chỉ bao gồm tối thiểu một số thành

phần sau:

- Một bộ vi xử lý tối giản được sử dụng như bộ não của hệ thống

- Tùy theo công nghệ của mỗi hãng sản xuất, có thể có thêm bộ nhớ, các chân

nhập/xuất tín hiệu, bộ đếm, bộ định thời, các bộ chuyển đổi tương tự/số (A/D), …

- Tất cả chúng được đặt trong một vỏ chíp tiêu chuẩn

- Một phần mềm đơn giản có thể điều khiển được toàn bộ hoạt động của vi điều

khiển và có thể dễ dàng cho người sử dụng nắm bắt

Dựa trên nguyên tắc cơ bản trên, rất nhiều họ vi điều khiển đã được phát triển và

ứng dụng một cách thầm lặng nhưng mạnh mẽ vào mọi mặt của đời sống của con người

Một số ứng dụng cơ bản thành công có thể kể ra sau đây:

- Những thành phần điện tử được nhúng vào vi điều khiển có thể trực tiếp hoặc qua

các thiết bị vào ra (công tắc, nút bấm, cảm biến, LCD, rơ le, …) điều khiển rất nhiều

thiết bị và hệ thống như thiết bị tự động trong công nghiệp, điều khiển nhiệt độ, dòng

điện, động cơ, …

- Giá thành rất thấp khiến cho chúng được nhúng vào rất nhiều thiết bị thông minh

trong đời sống con người như ti vi, máy giặt, điều hòa nhiệt độ, máy nghe nhạc, …

3 Hoạt động của vi điều khiển

Mặc dù đã có rất nhiều họ vi điều khiển được phát triển cũng như nhiều chương trình

điều khiển tạo ra cho chúng, nhưng tất cả chúng vẫn có một số điểm chung cơ bản Do

đó nếu ta hiểu cặn kẽ một họ thì việc tìm hiểu thêm một họ vi điều khiển mới là hoàn

toàn đơn giản Một kịch bản chung cho hoạt động của một vi điều khiển như sau:

 Khi không có nguồn điện cung cấp, vi điều khiển chỉ là một con chip có

chương trình nạp sẵn vào trong đó và không có hoạt động gì xảy ra

 Khi có nguồn điện, mọi hoạt động bắt đầu được xảy ra với tốc độ cao Đơn vị

điều khiển logic có nhiệm vụ điều khiển tất cả mọi hoạt động Nó khóa tất cả các

mạch khác, trừ mạch giao động thạch anh Sau mini giây đầu tiên tất cả đã sẵn

sàng hoạt động

 Điện áp nguồn nuôi đạt đến giá trị tối đa của nó và tần số giao động trở nên ổn

định Các bit của các thanh ghi SFR cho biết trạng thái của tất cả các mạch trong

vi điều khiển Toàn bộ vi điều khiển hoạt động theo chu kỳ của chuỗi xung chính

 Thanh ghi bộ đếm chương trình (Program Counter) được xóa về 0 Câu lệnh từ

địa chỉ này được gửi tới bộ giải mã lệnh sau đó được thực thi ngay lập tức

 Giá trị trong thanh ghi PC được tăng lên 1 và toàn bộ quá trình được lặp lại vài

… triệu lần trong một giây

Hình 3-1 Cấu trúc chung họ VĐK

4 Cấu trúc chung của vi điều khiển

Như ta thấy, tất cả các hoạt động trong các vi điều khiển được thực hiện ở tốc độ cao

và khá đơn giản, nhưng vi điều khiển chính nó sẽ không được thật sự hữu ích nếu không

có mạch đặc biệt làm cho nó hoàn thiện Có một số mạch cụ thể sau đây

+ Read Only Memory (ROM)

Read Only Memory (ROM) là một loại bộ nhớ được sử dụng để lưu vĩnh viễn các

chương trình được thực thi Kích cỡ của chương trình có thể được viết phụ thuộc vào

kích cỡ của bộ nhớ này ROM có thể được tích hợp trong vi điều khiển hay thêm vào

như là một chip gắn bên ngoài, tùy thuộc vào loại vi điều khiển Cả hai tùy chọn có một

số nhược điểm Nếu ROM được thêm vào như là một chip bên ngoài, các vi điều khiển

là rẻ hơn và các chương trình có thể tồn tại lâu hơn đáng kể Nhưng đồng thời, làm giảm

số lượng các chân vào/ra để vi điều khiển sử dụng với mục đích khác

ROM nội thường là nhỏ hơn và đắt tiền hơn, nhưng lá ghim thêm có sẵn để kết nối

với môi trường ngoại vi Kích thước của dãy ROM từ 512B đến 64KB

+ Random Access Memory (RAM)

Random Access Memory (RAM) là một loại bộ nhớ sử dụng cho các dữ liệu lưu trữ

tạm thời và kết quả trung gian được tạo ra và được sử dụng trong quá trình hoạt động

của bộ vi điều khiển Nội dung của bộ nhớ này bị xóa một khi nguồn cung cấp bị tắt

+ Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM)

EEPROM là một kiểu đặc biệt của bộ nhớ chỉ có ở một số loại vi điều khiển Nội

dung của nó có thể được thay đổi trong quá trình thực hiện chương trình (tương tự như

RAM), nhưng vẫn còn lưu giữ vĩnh viễn, ngay cả sau khi mất điện (tương tự như

ROM) Nó thường được dùng để lưu trữ các giá trị được tạo ra và được sử dụng trong

quá trình hoạt động (như các giá trị hiệu chuẩn, mã, các giá trị để đếm, v.v ), mà cần

phải được lưu sau khi nguồn cung cấp ngắt Một bất lợi của bộ nhớ này là quá trình ghi

vào là tương đối chậm

Hình 4-1 Giao tiếp bộ nhớ

+ Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR)

Thanh ghi chức năng đặc biệt (Special Function Registers) là một phần của bộ nhớ

RAM Mục đích của chúng được định trước bởi nhà sản xuất và không thể thay đổi

được Các bit của chúng được liên kết vật lý tới các mạch trong vi điều khiển như bộ

chuyển đổi A/D, modul truyền thông nối tiếp,… Mỗi sự thay đổi trạng thái của các bit

sẽ tác động tới hoạt động của vi điều khiển hoặc các vi mạch

+ Bộ đếm chương trình (PC:Program Counter)

Bộ đếm chương trình chứa địa chỉ chỉ đến ô nhớ chứa câu lệnh tiếp theo sẽ được

kích hoạt Sau mỗi khi thực hiện lệnh, giá trị của bộ đếm được tăng lên 1 Vì lý do đó

nên chương trình chỉ thực hiện được được từng lệnh trong một thời điểm

+ Central Processor Unit (CPU)

Đây là một đơn vị có nhiệm vụ điều khiển và giám sát tất cả các hoạt động bên trong

vi điều khiển và người sử dụng không thể tác động vào hoạt động của nó Nó bao gồm

một số đơn vị con nhỏ hơn, trong đó quan trọng nhất là:

- Instruction decoder is a part of the electronics which recognizes program

instructions and runs other circuits on the basis of that The abilities of this circuit are

expressed in the "instruction set" which is different for each microcontroller family

- Bộ giải mã lệnh có nhiệm vụ nhận dạng câu lệnh và điều khiển các mạch khác theo

lệnh đã giải mã Việc giải mã đươpcj thực hiện nhờ có tập lệnh “instruction set” Mỗi họ

vi điều khiển thường có các tập lệnh khác nhau

- Arithmetical Logical Unit (ALU) Thực thi tất cả các thao tác tính toán số học và

logic

- Thanh ghi tích lũy (Accumulator) là một thanh ghi SFR liên quan mật thiết với

hoạt động của ALU Nó lưu trữ tất cả các dữ liệu cho quá trình tính toán và lưu giá trị

kết quả để chuẩn bị cho các tính toán tiếp theo Một trong các thanh ghi SFR khác được

gọi là thanh ghi trạng thái (Status Register) cho biết trạng thái của các giá trị lưu trong

thanh ghi tích lũy

+ Các cổng vào/ra (I/O Ports)

Để vi điều khiển có thể hoạt động hữu ích, nó cần có sự kết nối với các thiết bị ngoại

vi Mỗi vi điều khiển sẽ có một hoặc một số thanh ghi (được gọi là cổng) được kết nối

với các chân của vi điều khiển

Hình 4-2 Vào ra với thiết bị ngoại vi

Chúng được gọi là cổng vào/ra (I/O port) bởi vì chúng có thể thay đổi chức năng,

chiều vào/ra theo yêu cầu của người dùng

+ Bộ dao động (Oscillator)

Hình 4-3 ghép nối bộ dao động

Bộ dao động đóng vai trò nhạc trưởng làm nhiệm vụ đồng bộ hóa hoạt động của tất

cả các mạch bên trong vi điều khiển Nó thường được tạo bởi thạch anh hoặc gốm để ổn

định tần số Các lệnh không được thực thi theo tốc độ của bộ dao động mà thường chậm

hơn, bởi vì mỗi câu lệnh được thực hiện qua nhiều bước Mỗi loại vi điều khiển cần số

chu kỳ khác nhau để thực hiện lệnh

+ Bộ định thời/đếm (Timers/Counters)

Hầu hết các chương trình sử dụng các bộ định thời trong hoạt động của mình Chúng

thường là các thanh ghi SFR 8 hoặc 16 bit, sau mỗi xung dao động clock, giá trị của

chúng được tăng lên Ngay khi thanh ghi tràn, một ngắt sẽ được phát sinh

Hình 4-4 Bộ định thời/đếm

+ Truyền thông nối tiếp

Hình 4-5 Truyền nhận nối tiếp

Kết nối song song giữa vi điều khiển và thiết bị ngoại vi được thực hiện qua các

cổng vào/ra là giải pháp lý tưởng với khoảng cách ngắn trong vài mét Tuy nhiên khi

cần truyền thông giữa các thiết bị ở khoảng cách xa thì không thể dùng kết nối song

song, vì vậy truyền thông nối tiếp là giải pháp tốt nhất

Ngày nay, hầu hết các vi điều khiển có một số bộ điều khiển truyền thông nối tiếp

như một trang bị tiêu chuẩn Chúng được sử dụng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau

như:

- Bao nhiêu thiết bị vi điều khiển muốn trao đổi dữ liệu

- Tốc độ trao đổi dữ liệu

- Khoảng cách truyền

- Truyền/nhận dữ liệu đồng thời hay không?

+ Chương trình

Không giống như các mạch tích hợp, chỉ cần kết nối các thành phần với nhau và bật

nguồn, vi điều khiển cần phải lập trình trước Để viết một chương trình cho vi điều

khiển, có một vài ngôn ngữ lập trình bậc thấp có thể sử dụng như Assembly, C hay

Basic Viết một chương trình bao gồm việc viết các câu lệnh đơn giản theo một thứ tự

để chúng có thể thực thi Có rất nhiều phần mềm chạy trên môi trường Windows cho

phép xây dựng các chương trình hoàn chỉnh cho các họ vi điều khiển

5 Kiến trúc vi điều khiển 8051

5.1 Chuẩn 8051

Họ vi điều khiển MCS-51 do Intel sản xuất đầu tiên vào năm 1980 là các IC thiết

kế cho các ứng dụng hướng điều khiển Các IC này chính là một hệ thống vi xử lý

hoàn chỉnh bao gồm các các thành phần của hệ vi xử lý: CPU, bộ nhớ, các mạch

giao tiếp, điều khiển ngắt

MCS-51 là họ vi điều khiển sử dụng cơ chế CISC (Complex Instruction Set

Computer), có độ dài và thời gian thực thi của các lệnh khác nhau Tập lệnh cung

cấp cho MCS-51 có các lệnh dùng cho điều khiển xuất/nhập tác động đến từng bit

MCS-51 bao gồm nhiều vi điều khiển khác nhau, bộ vi điều khiển đầu tiên là 8051

có 4KB ROM, 128 byte RAM và 8031, không có ROM nội, phải sử dụng bộ nhớ

ngoài Sau này, các nhà sản xuất khác như Siemens, Fujitsu, … cũng được cấp

phép làm nhà cung cấp thứ hai

MCS-51 bao gồm nhiều phiên bản khác nhau, mỗi phiên bản sau tăng thêm một

số thanh ghi điều khiển hoạt động của MCS-51

Hình 5-1.Kiến trúc vi điều khiển 8051

AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS có

các đặc tính nhƣ sau:

-4 KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory), có khả

năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

byte RAM nội

5.2 Chân vi điều khiển 8051

Hình 5-2 Sơ đồ chân VĐK AT89C51

Chip AT89C51 có các tín hiệu điều khiển cần phải lưu ý như sau:

• Tín hiệu vào /EA trên chân 31 thường đặt lên mức cao ( +5V) hoặc mức thấp

(GND) Nếu ở mức cao, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ

thấp (4K hoặc tối đa 8k đối với 89C52) Nếu ở mức thấp, chương trình được thi hành từ

bộ nhớ mở rộng (tối đa đến 64Kbyte) Ngoài ra người ta còn dùng /EA làm chân cấp

điện áp 12V khi lập trình EEPROM trong 8051

+ Chân PSEN (Program store enable):

PSEN là chân tín hiệu ra trên chân 29 Nó là tín hiệu điều khiển cho phép chương

trình mở rộng, PSEN thường được nối đến chân /OE (Output Enable) của một EPROM

hoặc ROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh

Hãy nhớ rằng : bình thường chân /PSEN sẽ được thả trống ( No Connect).Chỉ

khi nào cho /EA ở mức thấp thì lúc đó: /PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh

Các mã nhị phân của chương trình được lấy từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt

vào thanh ghi lệnh của 8951 để giải mã lệnh /PSEN ở mức thụ động (mức cao) nếu thi

hành chương trình trong ROM nội của 8951

+ CÁC CHÂN NGUỒN:

AT89C51 hoạt động ở nguồn đơn +5V Vcc được nối vào chân 40, và Vss

(GND) được nối vào chân 20

Cổng vào/ra

Tất cả các vi điều khiển 8051 đều có 4 cổng vào/ra 8 bit có thể thiết lập nhƣ cổng vào

hoặc ra Nhƣ vậy có tất cả 32 chân I/O cho phép vi điều khiển có thể kết nối với các

thiết bị ngoại vi

Hình 5-3 Cổng vào/ra

Hình 5-4 Xuất mức

+ Chân vào/ra (I/O)

Hình trên mô tả sơ đồ đơn giản của mạch bên trong các chân vi điều khiển

trừ cổng P0 là không có điện trở kéo lên (pull-up)

Hình 5-5 Trở treo nội tại chân p0

Một bit 1 đặt vào một bit của thanh ghi cổng, transistor đóng và chân tương ứng

được nối với nguồn Vcc qua trở kéo lên

+ Port 0

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

- Chức năng I/O (xuất/nhập): dùng cho các thiết kế nhỏ Tuy nhiên, khi dùng

chức năng này thì Port 0 phải dùng thêm các điện trở kéo lên (pull-up), giá trị

của điện trở phụ thuộc vào thành phần kết nối với Port

- Khi dùng làm ngõ vào, Port 0 phải được set mức logic 1 trước đó

- Chức năng địa chỉ / dữ liệu đa hợp: khi dùng các thiết kế lớn, đòi hỏi phải sử

dụng bộ nhớ ngoài thì Port 0 vừa là bus dữ liệu (8 bit) vừa là bus địa chỉ (8 bit

thấp)

Ngoài ra khi lập trình cho AT89C51, Port 0 còn dùng để nhận mã khi lập trình và

xuất mã khi kiểm tra (quá trình kiểm tra đòi hỏi phải có điện trở kéo lên)

+ Port 1:

Port1 (chân 1 – 8) chỉ có một chức năng là I/O, không dùng cho mục đích khác (chỉ

trong 8032/8052/8952 thì dùng thêm P1.0 và P1.1 cho bộ định thời thứ 3) Tại

Port 1 đã có điện trở kéo lên nên không cần thêm điện trở ngoài

Port 1 có khả năng kéo được 4 ngõ TTL và còn dùng làm 8 bit địa chỉ thấp

trong quá trình lập trình hay kiểm tra

Khi dùng làm ngõ vào, Port 1 phải được set mức logic 1 trước đó

+ Port 2:

Port 2 (chân 21 – 28) là port có 2 chức năng:

- Chức năng I/O (xuất / nhập)

- Chức năng địa chỉ: dùng làm 8 bit địa chỉ cao khi cần bộ nhớ ngoài có địa chỉ

16 bit Khi đó, Port 2 không được dùng cho mục đích I/O

- Khi dùng làm ngõ vào, Port 2 phải được set mức logic 1 trước đó

- Khi lập trình, Port 2 dùng làm 8 bit địa chỉ cao hay một số tín hiệu điều khiển

+ Port 3:

Port 3 (chân 10 – 17) là port có 2 chức năng:

- Chức năng I/O Khi dùng làm ngõ vào, Port 3 phải được set mức logic 1 trước

đó