đồ án kiến trúc xây dựng mô hình thiết kế nhà thông minh do Quỹ tài trợ Joseph Rowntree của Mỹ thực hiện

Trong một căn nhàthông minh, các hệ thống và thiết bị này có khả năng để truyền thông tin và cácmệnh lệnh cho nhau sao cho, ví dụ, hệ thống báo động an ninh có thể bật hoặctắt đèn tahy c

bị cầm tay) Nói chung, việc thiết kế một ngôi nhà thông minh sẽ khác nhau đối vớitừng căn nhà, vì điều này phục thuộc vào cơ sở hạ tầng của mỗi căn nhà, phụ thuộcvào yêu cầu của những người sống trong căn nhà đó Tuy nhiên việc tham khảomột mẫu nhà thông minh cụ thể cũng là một cơ hội tốt để làm quen và học hỏi, đặcbiệt là đối với ai chưa quen với khái niệm này Do đó, trong phần dưới đây , em xintrình bày về mô hình thiết kế nhà thông minh do Quỹ tài trợ Joseph Rowntree của

Mỹ thực hiện Trong căn nhà này, nh chóng ta sẽ thấy, hầu hết các đồ vật đều trởnên " thông minh" hơn nhà được trang bị các thiết bị điều khiển

Một lĩnh vực mà trong đó nhà thông minh thật sự khác với các căn nhàkhác đó là cơ sở hạ tầng truyền thống được cài đặt để cho phép nhiều hệ thống

và thiết bị trong nhà có thể giao tiếp với nhau Nhà hiện đại bao gồm nhiều hệ

thống và thiết bị nh là hệ thống sưởi trung tâm, hệ thống báo cháy và an ninh, vàcác thiết bị nh là vô tuyến và đèn chiếu sáng Các hệ thống và thiết bị nàythường tồn tại tách rời nhau trong một căn nhà thông thường Trong một căn nhàthông minh, các hệ thống và thiết bị này có khả năng để truyền thông tin và cácmệnh lệnh cho nhau sao cho, ví dụ, hệ thống báo động an ninh có thể bật hoặctắt đèn tahy cho con người.

Trong một căn nhà thông minh đang phát triển, Joseph Rowntree Foundationxem xét mọi người sử dụng căn nhà của họ như thế nào và vạch ra các công nghệ khácnhau để làm cho các công việc hàng ngày trở nên đơn giản và dễ dầng hơn

Các thiết bị hiện có trong nhà có thể được điều chỉnh để cung cấp nhiều chứcnăng hơn; Ví dụ các bộ dò thường được sử dụng cho hệ thống báo động an ninh có thểđược sử dụng để nhận biết xem xét có người ở trong một căn phòng nào đó hay không.Thiết bị mới cũng có thể được cài đặt để tự động hoá các tác vô nh là mở cửa ra vàohoặc các cửa sổ

 Nó làm việc nh thế nào?

Trong khoàng 15 năm trở lại đây, các thiết bị được điều khiển bởi máy tính đã trởnên ngày càng phổ biến trong các căn hộ của chúng ta Các máy tính điều khiển cácmáy giặt và các lò vi sóng của chúng ta, chúng bật và tắt hệ thống sưởi của chúng ta, vàchúng cung cấp nhiều cách để giám sát độ an toàn và an ninh cho căn nhà của ta Nhàthông minh xem xét việc mở rộng việc sử dụng của các máy tính vào trong các phầnkhác của căn nhà, tạo ra một mạng duy nhất mà các thể được điều khiển dễ dàng vàthuận tiện Việc điều khiển bằng máy tính đã giúp loại bỏ những công việc nhàm chánnhư là nhấn vào một công tắc hoặc quay một núm điều chỉnh để làm cho cái gì đó hoạtđộng và cho phép các phần tử của căn nhà được điều khiển từ xa hoặc trả lời một cách

tự động với con người sống trong đó

Nhà thông minh dựa vào một số các máy tính nhỏ được phân phối xung quanhnàh để bật tắt các thiết bị, các ứng dụng hoặc để gửi và nhận thông tin Các máy tính

này được liên kết với nhau thông quan một cáp dành riêng hoặc bằng cách gửi một tínhiệu đặc biệt thông qua đường dây điện.

 Các bộ điều khiển hồng ngoại

Có rất nhiều các thiết bị cầm tay có thể được sử dụng để vận hành ngôi nhà Các

bộ điều khiển này có thể được lập trình để vận hành bất kỳ thiết bị hoặc nhóm thiết bịnào mà bạn muốn Chúng có thể được dạy để vận hành ti vi, vi deo và stereo, cung cấpmột điểm điều khiển duy nhất cho căn phòng hoặc cho toàn bộ căn nhà Người thiết kế

và cài đặt hệ thống, người tích hợp hệ thống sẽ khuyên bạn thiết bị nào là thích hợp nhấtcho nhu cầu của bạn

 Điều khiển bằng điện thoại

Bất kỳ chiếc điện thoại nào cũng có thể được sử dụng để điều khiển căn nhà Nếubạn thực hiện điều khiển căn nhà từ một điện thoại bên ngoài, bạn phải quay vào sốtrong nhà và nhập mã PIN Những lời nhắc sẽ hướng dẫn bạn thực hiện thông qua cácmenu, nơi mà bạn sẽ có thể nhấn nút trên điện thoại để bật và tắt các thiết bị hoặc đểkiểm tra trạng thái hiện tại của chúng

sau đó đóng lại, một cách chậm chạp cho đến khi được kích hoạt trở lại Các thiết bị cógắn động được trạng bị nguồn điện dự phòng sao cho vẫn có thể được mở hoặc đóngkhi mất điện ngoài Nếu điện ngoài bị trục trặc, các chuyển mạch đặt gần cửa sẽ khônglàm việc nhưng nếu bận đẩy cửa hoặc sử dụng bộ điều khiển từ xa thì cửa vẫn sẽ mở.

 Các cửa xoay ngoài và trong

Các cửa xoay ngoài và trong có thể được mở và đóng bằng tay, bằng cách tácđộng một lực đẩy hoặc kéo vào tầm tay cầm Các cửa sau đó tự động mở hoặc đónghoàn toàn Các cửa cũng có thể được mở và đóng sử dụng một nút đẩy được đặt bêntrong cửa cạnh tay cầm, hoặc bởi một thiết bị điều khiển từ xa Cả hai phương pháp đều

có khả năng mở khoá cửa và sau đó khoá lại sau khi đóng

 Các cửa kéo trong

Các cửa kéo trong có thể được vận hành bằng cách sử dụng các nút đẩy được đặt

ở một phía của cửa hoặc thông qua một đơn vị điều khiển từ xa Cửa cũng có thể được

mở hoặc được đóng bằng tay nếu cần thiết

 Cửa sổ

 Các thiết bị mở cửa sổ

Tất cả các cửa sổ trong nhà được trang bị các động cơ để mở và đóng chúng.Động cơ này có thể được vận hành bằng cách sử dụng chuyển mạch đặt cạnh cửa sổhoặc thông qua một thiết bị điều khiển từ xa Các cửa sổ có thể được mở một phần hoặchoàn toàn Trong trường hợp nguồn điện ngoài trục trặc, nguồn dự phòng trang bị chocác động cơ được sẽ cho phép chúng hoạt động bình thường Ngoài ra còn có một chân

an toàn được nối với cửa sổ để phòng trường hợp trục trặc về cơ

 Tủ và bồn rửa

Tủ và bồn rửa được nối với các cơ cấu nâng Điều này cho phép chúng được dịchchuyển tới vị trí thích hợp theo nhu cầu của các thanh viên trong gia đình Ví dụ, nếubạn khó với tới tủ hoặc bồn rửa, bạn có thể hạ chúng xuống thấp xuống một độ cao dễdùng hơn Các bộ nâng tủ và bồn được điều khiển bằng cách sử dụng các chuyển mạchcân bằng đặt ở một phía của chúng Bồn hoặc tủ sẽ chỉ di chuyển khi chuyển mạch được

Ên xuống và nếu thả ra thì chúng sẽ ngừng chuyển động Cả bồn và tủ cũng có thể đượcdịch chuyển từ bên ngoài bếp sử dụng một trong các thiết bị điều khiển từ xa Trongtrường hợp này chũng sẽ dịch chuyển tới các vị trí được xác lập từ trước Các cơ cấunâng cũng có thể phát hiện được bất kỳ sữ tắc nghẽn nào Nếu có vật gì đó được để dưới

tủ, cơ cấu nâng sẽ ngừng để tránh làm hỏng vật ở bên dưới Các cơ cấu nâng cũng đượctrang bị nguồn dự phòng Trong trường hợp nguồn điện gặp trục trặc, các chuyển mạchđặt cạnh chúng hoặc một đơn vị điều khiển từ xa sẽ cho phép chúng dịch chuyển trongmột số Ýt lần

 Hệ thống nước

Tất cả các van nước trong nhà có thể được mở bằng cách sử dụng các nút hoặcmột bảng điều khiển đặt cạnh đó hoặc một thiết bị điều khiển từ xa

 Bồn rửa bếp và bồn rửa phòng tắm

Bồn nhà bếp có thể được đổ một phần ba, hai phần ba hoặc đổ đầy nước ở nhiệt

độ được yêu cầu sử dụng các nút trên bảng điều khiển Nhấn nút " Stop" hệ thống sẽđóng van và nếu nhấn và giữ nút " Stop" hệ thống sẽ đổ đầy nước đầy bồn tắm Để tháohết nước, bận nhấn nút " waste open" trên bảng điều khiển

 Bồn tắm

Bồn tắm có thể được đổ một nửa hạơc đầy nước tại một nhiệt độ xác định trước.Nhấn nút " Stop" sẽ đóng van và nếu nhân và giữ nút " Stop" hệ thống sẽ đổ nước đầybồn tắm Để tháo hết nước, bạn nhấn nút " waste open" trên bảng điều khiển

 Vòi tắm

Một nút được bố trí trên tường để điều khiển vói tắm Nhấn nút sẽ cho phép vòichảy trong một thời gian xác định trước hoặc cho đến khi nút được nhấn trở lại Nướctrong vòi tắm được cài đặt ở cùng nhiệt độ với nước trong bồn tắm.

 Bồn vệ sinh

Bồn vệ sinh được vận hành từ bảng điều khiển đặt cạnh đó và có thể giội nướcmột phần hoặc tàon bộ Cả hai tuỳ chọn này sẽ sử dụng Ýt nước hơn một bồn vệ sinhtruyền thống

 Hệ thống chiếu sáng

Tất cả các đèn trong nhà có thể được bật hoặc tắt sử dụng cac chuyển mạchtruyền thống hoặc bất kỳ thiết bị điều khiển từ xa nào Sử dụng các chuyển mạch trongphòng sẽ mang lại đố sáng đầy đủ Trong khi đó, nếu sử dụng một thiết bị điều khiển từ

xa sẽ cho độ sáng mờ Các hệ thống khác trong nhà có thể điều khiển cac đèn theo cáccách sau:

 Chuông cửa điện thoại có thể làm loé nếu khó nghe

 Hệ thống báo cháy có thể bật các đền để dẫn bạn về phía lối ra

 Hệ thống an nình có thể sử dụng các đèn để giả như có người trong nhà

 Các bộ dò chuyển động có thể bật hoặc tắt đèn khi bạn vào hoặc ra khỏimột phòng

 Hệ thống sưởi

Mỗi phòng có một phần tử cảm biến nhiệt độ giúp duy trì nhiệt độ trongphòng ở mức đã được thiết lập trên bộ điều khiển chính Thời gian bật và tắt hệthống sưởi trung tâm và hệ thống đun nước được lập trình thông qua bộ điềukhiển này Hệ thống sưởi trung tâm cũng có thể được bật và tắt từ một thíêt bịđiều khiển từ xa Điều này có thể sẽ làm thay đổi lịch thực hiện đã được lập trìnhtrên hệ thống sưởi, tuy nhiên hệ thống sẽ quay trở về trạng thái thông thườngtrong lần tiếp theo khi nó được lập trình để bật hoặc tắt

 Các thiết bị dò

Ở bên ngoài các phòng có lắp đặt một phần tử dò để đo tốc độ gió và cường độsáng Còn bên trong mỗi phòng có lắp một đầu dò đa chức năng để đo nồng độkhói, nhiệt độ, cường độ sáng, chuyển động và nồng độ carbon Phần tử do nàycũng có một bé thu nhận hồng ngoại, đèn hiệu còi hiệu và microphone Mét camera

sè 3600 cũng có thể được lắp đặt Các phần tử này được sử dụng để cho phép cănnhà của bạn phản ứng lại một cách thích hợp với các điều kiện tahy đổi và với cácthiết bị điều khiển từ xa

 An ninh và báo động

 Điện thoại

Khi điện thoại reo, nó có thể truyền một tín hiệu tới mạng để kích hoạt mộtthiết bị khác, chăng hạn nh các đèn Điện thoại cho phép bạn vận hành bằngcách quay số tắt hoặc các nút thông thường Điện thoại cũng được trả lời bằngcách nhấn nút trên một thiết bị phụ trợ - có thể đeo trên người Nếu điện thoạiđang khống ử dụng, bạn có thể sử dụng thiết bị sử dụng thiết bị phụ này nh mộtthiết bị báo động và gửi một cuộc gọi tới một trung tâm điều khiển nếu bạn gặpphải bất kỳ khó khăn nào

 Mét trong số hoặc tất cả các điện thoại có thể rung chuông và các đèn cóthể được thiết lập để nháy Điện thoại sau đó có thể được sử dụng để nói chuyện vớingười ngoài cửa vào thao tác nhấn nút thứ 7 trên điện thoại sẽ mở cửa ra

 Nếu chức năng báo động an ninh được thiết lập, căn nhà có thể gọi tới mộtđiện thoại khác, chẳng hạn điện thoại di động của bạn trả lời điện thoại này sẽ cho phép

bạn đàm thoại với người gọi và, nếu bạn muốn, cho phép truy nhập bằng cách nhấn nútthứ 7 trên điện thoại.

 Người gọi có thể để lại một lời nhắn trên điện thoại trả lời nếu không có aitrả lời chuông cửa

 Bất kỳ thiết bị điều khiển từ xa nào cũng có thể được cài đặt để mở cửatrước nếu được yêu cầu

 Báo động an ninh

Hệ thống an ninh được điều khiển từ một bảng điều khiển từ một bảng điều khiển

ở hành lang Bảng này cũng hoạt động nh một máy trả lời của căn nhà Có một loạt cáclời nhắc trên bảng báo động cho bạn biết hoạt động của nó

Việc thiết lập báo động sẽ kích hoạt hệ thống khoá trung tâm Điều này sẽ đốngtất cả các cửa sổ và các cửa vào/ra và có thể tắt tất cả các thiết bị Ví dụ, bạn có lẽ muốn

nó tắt bất kỳ đèn này còn lại vào ban ngày hệ thống an ninh cũng có thể được vận hànhthông qua điện thoại bên trong hoặc bằng cách quay số vào trong nhà từ một điện thoạibên ngoài Trong các trường hợp này, các lệnh bằng giọng nói làm việc theo cũng mộtcách như sử dụng trực tiếp với bảng điều khiển Một thiết bị điều khiển từ xa cũng cóthể được sử dụng để vận hành hệ thống báo động

 Các thiết bị hiện có

Một vài sản phẩm điện hiện có cũng có thể được nối vào trong căn nhà thôngminh Các chốt thay thế đặc biệt có thể được trang bị để cho phép điều khiển thiết bị từ

xa Các chốt này cũng có thể được bật hoặc tắt từ các nút bấm trên chốt, hoặc thông quamột thiết bị điều khiển từ xa.

1.2 Liên hệ nhà thông minh với đề tài

Đề tài của em có tên là " ứng dụng Vi điều khiển trong gia đình" Mục tiêu của

đề tài là kết hợp Vi điều khiển, các bộ cảm biến và Rơle để thực hiện việc điều khiểncác thiết bị điện trong gia đình Công việc nói trên, ở một khía cạnh nào đó, đã biến cănnhà thành nhà thông minh

Việc giới thiệu nhà thông minh ở phần trên chỉ mang tính chất tham khảo và làđịnh hướng để em thực hiện đề tài của mình Trên thực tế, nh đã được đề cập trong phầnđầu, có rất nhiều việc phải làm để thực hiện một căn nhà thông minh, chăng hạn nh:Khảo sát cơ sở hạ tầng hiện tại, tìm hiểu yêu cầu, cách bố trí các thiết bị vvv Tuynhiên, do thời gian và trình độ của em còn hạn chế nên nội dung của đề tài chỉ giới hạn

ở việc thực hiện một số chức năng đơn giản nhất trong một ngôi nhà thông minh Tuynhiên vẫn đầy đủ các thành phần: Cảm biến, hiện thị và điều khiển

2 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu hoạt động của 3 loại cảm biến: Nhiết độ, độ Èm và quang

- Điều khiển đóng/ngắt điện các thiết bị điện

3 Thực hiện

Trong đề tài của mình, để thực hiện các yêu cầu đặt ra, em đã xây dựng mộtmạch điện Mạch điện thực hiện việc điều khiển 3 loại cảm biến - cảm biến nhiệt độDS18B20, cảm biến độ Èm SHT71 và cảm biến quang BS520 - thôngq ua Vi điềukhiển Atmega 16L Vi điều khiển ATmega16L thực hiện vệic đo các thông số cảm biến

và hiển thị chúng trên một LCD 16x2 được tích hợp trên mạch Các thống số trên cũngđược Vi điều khiển ATmega16L gửi đến cổng COM của máy tính để hiển thị trên mànhình Ngoài ra một Rơle điều khiển cũng được tích trên mạch để thực hiện đóng/ngắtviệc cấp nguồn ra Điều này cũng tương đương với việc đóng/ ngắt cac thiết bị nếuchúng nối với nguồn ra của mạch

PHẦN II

LÝ THUYẾT

Phần 2 trình bày về các lý thuyết có liên quan đến đề tài: Cụ thể, em chia phầnnày thành ba chương Chương 1 trình bày về Vi điều khiển 8535L Chương 2 đề cậpđến các bộ cảm biến Chương 3 giới thiệu về truyền thông nối tiếp và LCD Các kiếnthức liên quan đến mỗi thiết bị được sử dụng trong đề tài thường là rất rộng, tuy nhiên

đề tài của em chỉ sử dụng những chức năng cơ bản nhất của chúng Vì vậy trong mỗichương, em sẽ cố gắng chọn lọc và trình bày những phần kiến thức có liên quan trựctiếp nhất đến việc thực hiện đề tài

- Các đầu vào tương tự của bộ chuyển đổi A/D.

- Nếu chức năng chuyển đổi A/D không được sử dụng Các chân này đóng vaitrò là các cổng vào ra song hướng 8 - bit

1.1.2.3 Cổng B ( PB7 - PB0)

 Là cổng vào ra song hướng 8- bit

 Ngoài ra các chân cổng B còn có các chức năng nêu trong Bảng 4.2 phụ lục 4

1.1.2.4 Cổng C ( PC7 - PC0)

- Là cổng vào ra song hướng 8 - bit

- Ngoài ra các chân cổng D còn có các chức năng nêu trong Bảng 4.3 phụ lục 4

1.1.2.5 Cổng D ( PD7 - PD0)

- Là cổng vào ra song hướng 8 - bit

- Ngoài ra các chân cổng D còn có các chức năng nêu trong Bảng 4.3 phụ lục 4

XTAL1: Đầu vào tới bộ khuyếch đại dao động đảo và tới mach đồng hồ nội.

XTAL2: Đầu ra từ bộ khuyếch đại dao động đảo

1.1.2.8 AVCC

AVCC là chân nguồn cho cổng A và bộ chuyển đổi A/d Nó phải được nối vớiVcc bên ngoài, ngay cả kho ADC không được sử dụng Nếu ADC được sử dụng, nóphải được kết nối với Vcc thông qua một bộ lọc thông thấp

1.1.2.9 AREF

AREF là chân tham chiếu ( tương tự) của bộ chuyển đổi A/D Điện áp thamchiéu của ADC (VREF) chỉ ra phạm vi chuyển đổi đối với ADC (VREF) có thể được lựachọn nh là AVCC, nguồn 2.56V nội, hoặc chân AREF ngoài Trong trường hợp chânAREF được nối với nguồn điện áp cố định, người dùng sẽ không thể sử dụng các tuỳchọn điện áp tham chiếu khác trong ứng dụng

1.2 Tổng quan về ATmega8535L

ATmega8535L là một vi điều khiển CMOS 8 - bit dựa trên kiến trúc RISC vớikhr năng xử lý lên đến 1MIPS mỗi MHZ Lõi của AVR bao gồm 32thanh ghi được kếtnối trực tiếp với khối xử lý số học và logic (ALU), cho phép 2 thanh ghi độc lập đượctruy cập trong một lệnh đơn trong 1 chu kỳ đồng hồ Kiến trúc này hiệu quả hơn về mãlệnh khi đạt được thông lượng gấp 10 lần các vi điều khiên có cấu trúc CISC truyềnthống

Hình 1.2 Sơ đồ khối ATmega8535L

ATmega8535L cung cấp các tính năng sau: 8Kbytes bộ nhớ chương trình Flashvới kảh năng đọc ghi đồng thời, 512 bytes EEPROM, 512 byte SRAM, 32 đường I/O

đa năng, 32 thành ghi đa năng, một giao tiếp JTAG, khả năng gỡ lỗi trên chíp, 3 bộ

Định thời/Đếm với các chế độ so sánh, các ngắt ngoài và trong, mét USART có thể lậptrình nối tiếp, một byte giao tiếp nối 2 dây có hướng, 8 kênh ADC 10 - bit với các mứcvào khác nhau , mét Wachdog Timer có thể lập trình với bộ dao động nội, một cổng nốitiếp SPI và 6 chế độ tiết kiệm điện có thể chọn bằng phần mền Chế độ nghỉ thcự hiệndùng CPU trong khi vẫn cho phép USART, giao tiếp 2 - dây, chuyển đổi A/D, SRAM,

các bộ Định thời/Đếm, cổng SPI và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động Chế độ Power

-down cất nội dung thanh ghi nhưng ngừng bộ dao động, khoá tất cả các chức năng của

chíp cho đến khi có ngắt ngoài hoặc Reset phần cứng Trong chế độ Power - save, bộ

định thời di bộ tiếp tục chạy, cho phép người dùng duy trì một bộ định thời cơ sở trong

khi phần còn lại của thiết bị đang ngủ Chế độ giảm nhiễu ADC sẽ ngừng CPU và tất cả

các modules I/O ngoại trừ bộ định thời dị bộ và ADC, để tối thiểu hoá nhiễu chuyển

mạch trong quá trình chuyển đổi ADC Trong chế độ Dự phòng ( Standby), bé dao

động thạch anh/cộng hưởng vậnc hạy trong khi phần còn lại của thiết bị đang ngủ Điềunày cho phép thiết bị khởi động rất nhan mà tiêu thụ điện lại thấp

Bộ nhí On - chip ISP Flash cho phép bộ nhớ chương trình được tái lập trìnhhtôngq ua mét giao diện nối tiếp SPI, bởi một người lập trình bộ nhớ cố định truyềnthống hoặc bởi một chương trình nạp On - chip chạy trong lõi AVR Chương trình nạp(boot) có thể sử dụng bất cứ giao diện nào để tải chương trình ứng dụng trong bộ nhớFlash nạp sẽ tiếp tục chạy trong khi vùng Flash ứng dụng được cập nhật, cung cấp thaotác đọc ghi đồng thời thùc sù

1.3 Kiến trúc AVR CPU

1.3.1 Tổng quan kiến trúc

Để tối đa hoá hiệu năng và khả năng làm việc song song, AVR sử dụng kiến trúcHarvard với bộ nhớ riêng biệt và các BUS cho chương trình và dữ liệu Các câu lệnhtrong bộ nhớ chương trình được thực thi với một đường ống mức đơn Trong khi mộtlệnh đang thùc hiện, lệnh tiếp theo sẽ được nạp trước từ bộ nhớ chương trình Điều nàylàm cho các lệnh được thcự hiện trong mọi chu kỳ đồng hồ Bộ nhớ chương trình là bộnhớ In - System Reprogrammable Flash Tệp thanh ghi truy cập nhan bao gồn 32 thanh

ghi đa năng 8 - bit với thời gian truy cập là 1 chu kỳ đơn Điều này cho phép thcự hiệnphép toán ALU trong mét chu kỳ đơn Trong một phép toán ALU điển hình, 2 toánhạng là đầu ra từ tệp thanh ghi, toán hạng được thi hành, và kết quả được lưu trở lạitrong tệp thanh - trong mét chu kỳ đồng hồ.

Hình 1.3 Sơ đồ khối của kiến trúc AVRMCU

Không gian bộ nhớ I/O chứa 64 địa chỉ cho các chức năng ngoại vi của CPU,chẳng hạn như các thanh ghi điều khiển, SPI, và các chức năng I/O khác Bộ nhớ I/O cóthể được truy cập trực tiếp, hoặc như là các vị trí không gian dữ liệu liền sau các vị trícủa tệp thanh ghi, 0x20 - 0x5F

1.3.2 Đơn vị xử lý số học và logic ALU

ALU hiệu năng cao hoạt động trong mối liên hệ trực tiếp đến với 32 thanh ghi đanăng Trong mét chu kỳ đồng hồ, các phép toán số học giữa các thanh ghi đa năng hoặcgiữa một thanh ghi và một toán hạng tức thì được thi hành Các phép toán ALU đượcchia thành 3 loại - Số học, logic, và bit Một vài sự bổ sung của kiến trúc đã cung cấpmột bộ phận mạnh mẽ hỗ trợ cả phép nhân có dấu/ không dấu và phân số

1.3.3 Thanh ghi trạng thái

Thanh ghi trạng thái chứa thông tin về kết quả của lệnh số học được thcự hiệngần đấy nhất Thông tin này có thể được sử dụng để thay đổi luồng chương trình nhằmthcự hiện các phép toán điều kiện Lưu ý rằng, thanh ghi trạng thái được cập nhật saukhi thực hiện mỗi phép toán ALU trong nhiều trường hợp, điều này loại bỏ nhu cầu sửdụng các lệnh so sánh chuyên dụng, làm cho mã chương trình gọn và thực thi nhanhhơn

Thanh ghi trạng thái không được lưu tự động khi ở trong một chươngtrình con ngắt và không được phục hồi khi trở về từ một ngắt Việc này được

xử lý bằng phần mềm

Thanh ghi trạng thái - SREG được định nghĩa nh sau:

I T H S V N Z C Read/write

giá trị ban đầu

R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W

 Bit 7 - I: Cho phép ngắt toàn cục

Bit này phải được bật các ngắt khác có thể được kích hoạt Việc điều khiển kíchhoạt từng ngắt sau đó được thực hiện trong các thanh ghi điều khiển riêng biệt Nếuthanh ghi điều khiển ngắt toàn cục bị xoá, thì không ngắt nào có thể được kích hoạt độclập dựa trên việc kích hoạt ngắt riêng lẻ Bit I được xoá bởi phần cứng sau khi một ngắtxảy ra, và được lập bởi lệnh RETI để bật các ngắt tiếp theo

Bit I cũng có thể được lập và xoá bởi ứng dụng với các lệnh SEI và CLI

 Bit 6 - T: Lưu bản sao của bit

Các lệnh sao chép bit BLD ( Bit Loa D) và BST ( Bit STore) sử dụng bit T lànguồn hoặc là đích đối với bit được xử lý Mét bit từ một thanh ghi trong tệp thanh ghi

có thể được sao chép vào trong bit T bằng lệnh BTS, và một bit trong T có thể đượcchép vào trong mét bit trong mét thanh ghi trong tệp thanh ghi bằng lệnh BLD

 Bit 5 - H: Cờ tràn nửa byte

Trong một số phép toán số học, cờ H chỉ ra phần nửa byte có bị tràn hay không

Cờ này thường được sử dụng trong phép toán số học BCD

 Bit 4 - S: Bit dấu, S = NV

Cờ tràn chỉ ra một phép toán số học hạơc logic có bị tràn hay không

1.3.4 Thanh ghi đa năng

Thanh ghi đa năng được tối ưu hoá cho tập lệnh RISC nâng cao của AVR Để đạtđược độ linh hoạt và hiệu năng mong muốn, các lược đồ vào/ra sau được hỗ trợ bởi tệpthanh ghi:

 Một toán hạng ra 8 - bit và một toán hạng vào kết quả 8 bit

 Hai toán hạng ra 8 - bit và một toán hạng vào kết quả 8 - bit

 Hai toán ra 8 bit và một toán hạng vào kết quả 16 bit

 Một toán hạng ra 16 - bit và một toán hạng vào kết quả 16 - bit

Hình 1.4 Các thanh ghi đa năng

Hình 1.4 minh hoạ cấu trúc của 32 thanh ghi đa năng trong CPU

Phần lớn các lệnh làm việc trên tệp thanh ghi có khả năng truy nhập đến tất cảcác thanh ghi, và phần lớn trong số chúng là các lệnh thực thi trong mét chu kỳ đồng hồ

Nh chỉ ra trên Hình 1.4, mỗi thanh ghu cũng được gán vào một địa chỉ bố nhớ dữliệu, ánh xạ chúng trực tiếp vào trong 32 vị trí đầu tiên của không gian dữ liệu Mặc dùkhông được thcự hiện một cách vật lý như các vị trí SRAM, tổ chức bộ nhớ kiểu nàycung cấp độ linh hoạt cao trong việc truy nhập các thanh ghi, giống như việc các thanhghi con trá X, Y và Z có thể được lập tới chỉ số bất kỳ thanh ghi nào trong tệp.

Các thanh ghi X, Y và Z.

Ngoài việc được sử dụng nh các thanh ghi mục đích chung, các thanh ghi R26 R31 có thêm một số chức năng phụ Các thanh ghi này là các con trỏ địc chỉ 16 bit đểđịnh địa chỉ gián tiếp không gian dữ liệu Ba thanh ghi địa chỉ gián tiếp X, Y, Z đượcmôt tả trên Hình 1.5

Trong các chế độ định địa chỉ khác nhau, các thanh ghi địa chỉ này đóng vai trò

Stack chủ yếu được sử dụng để lưu dữ liệu tạm thời, để lưu các biến địa phương

và để lưu trữ các địa chỉ trở về sau khi thực hiện ngắt hoặc lời gọi chương trình con.Thanh ghi con trỏ luôn trỏ tới đỉnh của Stack Chó ý rằng stack đầy lên theo hướng từcác vùng nhớ cao hơn đến các vùng nhớ thấp hơn Điều này có nghĩa là khi thực hiệnlệnh PUSH thì con trỏ sẽ tự động giảm

Con trỏ trỏ đến vùng ngăn xếp SRAM dữ liệu nơi ngăn xếp ngắt và chương trìnhcon được bố trí Không gian ngăn xếp này trong SRAM phải được định nghĩa bằngchương trình trước khi bất cứ chương trình con hoặc ngắt nào được thực hiện Con trỏngăn xếp bị giảm đi 1 khi dử liệu được cất vào ngăn xếp bằng lệnh PUSH và bị giảm đi

2 khi địa chỉ trở về được cất vào Stack bằng lời gọi chương trình con hoặc ngắt SP tănglên 1 khi dữ liệu được lấy ra khái Stack bằng lệnh POP và nó được tăng 2 khi dữ liệuđược lấy ra khái Stack với việc từ lệnh RET ( trở về từ chương trình con) hoặc từ lệnhRETI ( trở về từ ngắt)

1.4 Bộ nhớ của ATMEGA 8535L

Kiến tróc AVR cso 2 không gian bộ nhớ chính: không gian bộ nhsơ chương trình

và không gian bộ nhớ dữ liệu Thêm vào đó, âTmga8535L có một bộ nhớ EEPROM đểlưu trữ dữ liệu

Hình 1.6 Bản đồ bộ nhớ chương trình

1.4.1 Bộ nhớ chương trình Flash

ATmega8535L tích hợp 8 K byte bộ nhớ Flash có thể tái lập trình để chứachương trình Vì tất cả các lệnh AVR là 16 bit hoặc 32 bit, nên Flash được tổ chức dướidạng 4K x16 Để an toàn, khônggian bộ nhớ Flash được chia thành hai phần, phầnchương trình khởi động và phần chương trình ứng dụng

1.42 Bộ nhớ dữ liệu SRAM

Hình 1.7 minh hoạ tổ chức bộ nhớ SRAM của ATmega8535L 608 vị trí bộ nhớ dự liệu

ở phía dưới định địa chỉ cho tệp thanh ghi, bộ nhớ I/O, và bộ nhớ SRAM nội 96 vị tríđầu tiến đánh đại chỉ cho tệp thanh ghi và bộ nhớ I/O, và 512 vị trí tiếp theo đánh địachỉ SRAM nội

Có 5 chế độ đánh địa chỉ khác nhau cho bộ nhớ dữ liệu bao gồm: Trựctiếp, gián tiếp dịch chuyển, gián tiếp, gián tiếp giảm trước, và gián tiếp tăng sau.Trong tệp thanh ghi, các thanh ghi từ R26 đến R31 dùng để làm các thanh ghicon trỏ định địa chỉ gián tiếp Định nghĩa chỉ trực tiếp áp dụng cho toàn bộkhông gian dữ liệu Chế độ định địa chỉ gián tiếp dịch chuyển áp dụng cho 63 vị

trí địa chỉ tính từ địa chỉ cơ sở được chỉ ra bởi thanh ghi Y hoặc thanh ghi Z Khi

sử dụng các chế độ định địa chỉ gián tiếp thanh ghi với lượng tăng sau và giảmtrước tự động, các thanh ghi X, Y và Z bị giảm hoặc tăng lên

Toàn bé 32 thanh ghi đa năng, 64 thanh ghi I/O, và 512 byte của SRAMnội bên trong ATmega8535L có thể được truy nhập thông qua tất cả các chế độcđịa chỉ này

Hình 1.7 bản đồ bộ nhớ dữ liệu

Tệp thanh ghi Không gian địa chỉ dữ liệu

$005E

$005F SRAM nội

$0060

$0061

và thang ghi điều khiển EEPROM

thể được thiết lập bằng cách sử dụng các lệnh SBIS và SBIC Khi sử dụng cáclệnh cụ thể IN và OUT, các địa chỉ I?O trong đoạn 0x00 - 0x3F phải được sửdụng Khi định địa chỉ các thanh ghi I/O nh không gian dữ liệu sử dụng lệnh LD

và ST, thì địa chỉ 0x20 phải được thêm vào các địa chỉ này

1.5 Clock hệ thống

Hình 1.8 Sơ đồ phân phối Clock

Hình 1.8 minh hoạ các hệ thống clock chính trong AVR và phân phối củachúng Tất cả các clock không cần phải được kích hoạt tại một thời điểm định sẵn

Để giảm tiêu thụ điện, các clock tới các modules mà chưa được sử dụng có thểđược treo bằng cách sử dụng các chế độ khác nhau

Các nguồn Clock

Ta có thể tuỳ chọn nguồn Clock cho vi xử lý bằng cách thiết lập các Fusebits nh minh hoạ ở Bảng 1.4 Clock từ nguồn được chọn là đầu vào đối với bộ tạoclock của AVR, và được đưa đến các module thích hợp Theo mặc định, thiết bịđược gán với CKSEL = "0001" và SUT = "10" Nghĩa là dùng bộ dao động RC nội1MHz với thời gian khởi động dài nhất

Cộng hưởng thách anh/ gốm ngoại 1111-1010

Bảng 1.1 Tuỳ nguồn Clock cho thiết bị

Chó ý: Đối với tất cả fuses "1" nghĩa là không được lập trình, trong khi "0" nghĩa là được lập

trình

1.5.1 Bé dao động thạch anh

XTAL1 và XTAL2 là các đầu vào và ra tương ứng của một bộ khuyếch đại dảo

mà có thể được cấu hình để sử dụng như một bộ dao động On - chip ( Hình 1.9) Có thể

sử dụng một bộ cộng hưởng gốm hoặc thách anh Khi CKOPT được lập trình, hệ thống

có khả năng hoạt động trong môi trường rất nhiễu và có khả năng hoạt động trong môitrường rất nhiễu và có thể điều khiển một bộ đệm đồng hồ thứ cấp Chế độ này có mộtphạm vi tần số rộng Khi CKOPT không được lập trình, hệ thống hoạt động ở chế độtiêu thụ nguồn thấp Chế độ này có một phạm vi tần số hạn chế và nó có thể không được

sử dụng để điều khiển các bộ đệm đồng hồ khác

Hình 1.9 Bé dao động thạch anh

Đối với các bộ cộng hưởng, tần số cực đại là 8MHz với CKOPT không được lậptrình và 16MHz với CKOPT được lập trình C1 và C2 phải luôn bằng nhau đối với ảthạch anh và cộng hưởng Giá trị tối ưu của các tụ phụ thuộc vào thạch anh hoặc cộnghưởng đang dùng, lượng điện dung và nhiễu trường điện từ của môi trường Việc lựachọn tụ điện có thể tham khảo Bảng 1.5 Đối với cộng hưởng gốm, các giá trị điện dung

mà nhà sản xuất cho sẵn phải được sủ dụng

Bé dao động có thể hoạt động ở ba chế độ khác nhau, mỗi chế độ được tối ưu hoácho một phạm vi tần số xác định Chế độ hoạt động được lựa chọn bằng cách sử dụngcác fuses CKSEL3 1 được thể hiện ở Bảng 1.5

CKOP

T CKSEL3 1

Khoảng tần số (MH z )

Điện dùng C1 và C2 khi sử dụng thạch anh (pF)

Bảng 1.2 Các chế độ hoạt động của bộ dao động thạch anh

Chó ý: (1) Tuỳ chọn này chỉ dành cho cộng hưởng gốm.

1.5.2 Dao động thạch anh tần số thấp

Để sử dụng thạch anh 32.768 kHz nh nguồn clock cho thiết bị, bộ dao động thạchanh tần số thấp phải được lựa chọn bằng cách thiết lập CKSEL Fuses thành "1001".Thạch anh phải được kết nối nh trên Hình 1.9 Bằng cách lập trình CKOPT Fuses,

người dùng có thể kích hoạt các tụ nội trên XTAL1 và XTAL2, mà không cần dùng các

tụ ngoài Các tụ nội có giá trị danh định là 36pF

1.5.3 Dao động RC ngoại

Đối với các ứng dụng không cần nhạy về mặt thời gian, cấu hình RC ngoài đượcminh hoạ ở Hình 1.10 có thể được sử dụng Tần số được ước lượng thô bởi phươngtrình f = 1/3 ( RC) C phải Ýt nhất 22pF Bằng cách lập trình CKOPT fuse, người dùng

có thể kích hoạt một tụ 36pF nội giữa XTAL1 và GND, cho phép loại bỏ tụ ngoài

Bé dao động có thể hoạt động ở bốn chế độ khác nhau, mỗi chế độ được tối ưucho một phạm vi tần số xác định Chế độ hoạt động được lựa chọn bởi các CKSEL3 0

Bảng 1.3 Các chế độ hoạt động của bộ dao động RC ngoại

1.5.4 Dao động RC nội hiệu chỉnh

Bé dao động nội RC hiệu chỉnh cung cấp một clock có tần số cố định:1.0,2.0, 4.0 hoặc 8.0 MHz Tất cả các tần số có giá trị danh định ở 5v và 250C.Clock này có thể được lựa chọn nh clock hệ thống bằng cách lập trình CKSELfuses nh chỉ ra trên Bảng 1.7 Nếu được lực chọn, nó sẽ hoạt động mà không cócác thành phần bên ngoài CKOPT Fuses phải luôn được lập trình khi sử dụngtuỳ chọn clock này Trong quá trình Reset, phần cứng nạp các byte hiệu chỉnh vàotrong thanh ghi OSCCAL và bằng cách đó hiệu chỉnh bộ dao động RC một cách

tự động Ở 5v, 250C và tần số 1.0, 2.0, 4.0 hoặc 8.0 MHz được chọn, việc hiệuchỉnh sẽ cho ra một lần số sai khác 3% so với gí trị danh định

CKSEL3 0 Tần sè danh định ( MHz)

0001(1) 1.0

Bảng 1.4 Các chế độ hoạt động của bộ dao động RC nội hiệu chỉnh

Chó ý: 1 Tuỳ chọn này được chọn theo mặc định cho thiết bị

1.5.5 Clock ngoài

Để điều khiển thiết bị từ một nguồn ngoài, XTAL1 phải được điều khiển nh trênHình 1.1.1 Để chạy thiết bị trên một clock ngoài, CKSEL Fuses phải được lập trìnhthành "0000" Bằng cách lập trình CKOPT Fuse, người dùng có thể kích hoạt một tụnội 36pF giữa XTAL1 và GND

Hình 1.11 Cấu hình điều khiển clock ngoài.

CHƯƠNG 2 CÁC BỘ CẢM BIẾN 2.1 Cảm biến nhiệt độ

2.1.1 Cấu hình chân

DS18B20 là một sản phẩm của công ty Dallas ( Mỹ), đây cũng là công ty đónggóp nhiều vào việc cho ra đời bus một dây Hình dạng bên ngoài của cảm biến một dâyDS18B20 được mô tả trên Hình 2.1, trong đó dạng vỏ TO - 92 với 3 chân là dạngthường gặp và được dùng trong nhiều ứng dụng, còn dạng vỏ SOIC với 8 chân đượcdùng để đo nhiệt độ bề mặt, kể cả da người.

Hình 2.1 Cấu hình chân của DS18B20

nguồn khi ở chế độ nguồn ký sinh.

dữ liệu khi tắt nguồn cấp cho thiết bị

Hình 2.2 Sơ đồ khối của DS18B20

DS18B20 sử dụng giao thức bus 1 - Dây độc quyền của hãng Dallas với khảnăng thực hiện truyền thông trên bus bằng cách sử dụng chỉ một tín hiệu điềukhiển Đường điều khiển yêu cầu một điện trở pullup yếu vì tất cả các thiết bị đượcnối đến bus thông qua một cổng 3 - trạng thái ( chính là chân DQ của DS18B20).Trong hệ thống bus này, vi điều khiển ( thiết bị chủ hoặc bus chủ) nhận dạng và

định địa chỉ tất cả các thiết bị trên bus sử dụng mã 64 - bit duy nhất của mỗi thiết

bị Vì mỗi thiết bị có một mã duy nhất nên số các thiết bị có thể được định địa chỉtrên một bus hầu nh là không bị giới hạn Phần giao thức bus 1 - Dây được trình

bày chi tiết trong phần Hệ thống bus 1 - Dây.

Một tính năng khác của DS18B20 là khả năng hoạt động mà không cầnnguồn ngoài Thay vào đó, nguồn được cấp thông qua điện trở pullup 1 - Dây nốivới DQ khi bus ở trạng tháu cao Điện tích lấy được từ bus 1 - Dây sẽ cung cấpnguồn cho DS18B20 khi bus ở trạng tháu cao, và một phần điện tích này được lưutrên tụ nguồn ký sinh ( Cpp) để cung cấp điện khi bus ở trạng tháu thấp Phươngpháp lấy nguồn từ bus 1- Dây được gọi là " Nguồn ký sinh"

2.1.3 Hoạt động đo nhiệt độ

Chức năng chính của DS18B20 là cảm biến nhiệt động với khả năng xuấttrực tiếp ra tín hiệu số Độ phân giải của bộ cảm biến nhiệt độ là 9,10,11 hoặc 12bit

( cho phép người dùng cấu hình), tương ứng với bước nhảy 050C, 0.250C, 0.1250C,0.06250C Khi bật nguồn, độ phân giải mặc định là 12 bit và DS18B20 ở trạng tháinghỉ điện áp thấp Để khởi tạo một phép đo nhiệt độ và chuyển đổi A/D, thiết bịchủ phải phát ra một lệnh Convert T [44h] Sau khi chuyển đổi, dữ liệu kết quảđược lưu trong thanh ghi nhiệt độ 2 - byte trong bộ nhớ scratchpad và DS18B20 trở

về trạng thái nghỉ của nó Nếu DS 18B20 được cấp nguồn ngoài, thiết bị chủ

có thể phát ra "các khe thời gian đọc" (tham khảo phần Hệ thống bus 1 - Dây) sau

lệnh Convert T và DS18B20 sẽ trả lời bằng cách truyền bit 0 trong khi đangchuyển đổi và truyền bit 1 hoàn tất chuyển đổi Nếu DS18B20 được cấp nguồn kýsinh, kỹ thuật thông báo này không thể được sử dụng vì bus phải được kéo lêntrạng thái cao bởi một điện trở khoẻ trong suốt quá trình biến đổi Các yêu cầu đối

với bus trong chế độ nguồn ký sinh được giải thích chi tiết trong phần Cấp nguồn

cho DS18B20.

Dữ liệu ra của DS18B20 được hiệu chỉnh theo thang Celsius Dữ liệu về nhiệt

độ được lưu dưới dạng một số bù hai 16 - bit trong thanh ghi nhiệt độ (tham khoảHình 2.3) Bit dấu S chỉ ra nhiệt độ là dương hay âm: S=0 là dương và S=1 là âm.Nếu DS18B20 được cấu hình ở độ phân giỉa 12-bit, thì tất cả các bít trong thanhghi nhiệt độ sẽ chứa dữ liệu hợp lệ Với độ phân giải 11-bit, bit 0 không xác định.Với độ phân giải 10 bit, bit 0 và 1 không xác định, và với độ phân giải 9 bit các bit

0, 1, và 2 không xác định Bảng 2.2 đưa ra ví dụ của dữ liệu (dạng số) và nhiệt độtương ứng ở độ phân giải 12-bit

Hình 2.3 Thanh ghi nhiệt độ

Nhiệt độ (0C) Đầu ra dạng số (nhị phân) Dầu ra dạng số (hex)

Bảng 2.2 Quan hệ Nhiệt độ/Dữ liệu

* Giá trị reset của thanh ghi nhiệt độ là +850C

2.1.4 Hoạt động truyền cảnh báo

Sau khi DS18B20 thực hiện một quá trình chuyển đổi nhiệt (A/D), giá trị nhiệt

độ đuợc so sánh với hai giá trị kích hoạt cảnh báo (do người dùng xác định) được lưutrong các thanh ghi 1 - byte TH và TL (Hình 2.4) TH và TL có thể được truy nhập

thông qua byte 2 và 3 của bộ nhớ scratchpad nh sẽ được giải thích trong phần Bộ nhí.

Hình 2.4 Thanh ghi TH và TL

Chỉ có các bit từ 11 đến 4 của thanh ghi nhiệt độ là được sử dụng để so sánh

TH và TL vì TH và TL là các thanh ghi 8-bit Nếu nhiệt độ đo được thấp hơn hoặcbằng TL hoặc cao hơn hoặc bằng TH, thì một điều kiện cảnh báo xảy ra và một cờcảnh báo được lập bên trong DS18B20 Cờ này được nhập sau mỗi lần đo nhiệt độ;

vì vậy, nếu điều kiện cảnh báo kết thúc, cờ sẽ bị tắt đi sau lần chuyển đổi kế tiếp.Thiết bị chủ có thể kiểm tra trạng thái cờ cảnh báo của tất cả DS18B20 trênbus bằng cách phát lệnh Alarm Search [ECh] Bất kỳ DS18B20 nào có cờ cảnh báođược lập sẽ đáp lại lệnh này, vì thế thiết bị chủ có thể xác định chính xác chip thiếtlập TH hoặc TL đã thay đổi, một chuyển đổi nhiệt độ khác phải thực hiện để làmđiều kiện cảnh báo trở lên có hiệu lực

2.15 Cấp nguồn cho DS18B20

DS18B20 có thể được cấp nguồn bởi một nguồn ngoài trên chân VDD, hoặc nó

có thể hoạt động ở chế độ "nguồn ký sinh" mà cho phép thiết bị hoạt động khôngcần nguồn ngoài Nguồn ký sinh rất hữu Ých đối với các ứng dụng đòi hỏi cảmbiến nhiệt độ từ xa hoặc các ứng dụng bị hạn chế về không gian

Trong chế độ nguồn ký sinh, bus 1 - Dây và Cpp có thể cung cấp đủ dòng choDS18B20 đối với phần lớn các hoạt động miễn là đáp ứng được các yêu cầu vềđiện áp và định thời xác định Tuy nhiên khi DS18B20 đang thực hiện chuyển đổinhiệt độ hoặc sao chép dữ liệu từ bộ nhớ Scratchpad tới EEPROM, dòng điện hoạtđộng có thể cao đến 1.5mA Dòng điện này có thể gây ra một sự sụt áp không thểchấp nhận được trên bus 1 - Dây và vượt quá khả năng cấp dòng của Cpp Để đảm

trên bus 1 - Dây bất cứ khi nào quá trình chuyển đổi A/D diễn ra hoặc dữ liệuđược chép từ scratchpad tới EEPROM Điều này được thực hiện nhờ sử dụng mộtMOSFET để kéo bus lên cao nh minh hoạt trên hình 2.5 Bus 1-Dây phải đượcchuyển mạch tói pullup khoẻ trong vòng 10#s (lớn nhất) sau khi một lệnhs (lớn nhất) sau khi một lệnhConvert T [44h] hoặc Copy Scratchpad [48] được phát ra, và bus phải được giữ ởtrạng thái cao bởi pullup trong khoảng thời gian chuyển đổi (tCONV) hoặc truyền dữliệu (tWR = 10ms) Không có hoạt động nào khác có thể diễn ra trên bus 1 - Dâytrong khi pullup được kích hoạt.

Hình 2.5 Cấp nguồn ký sinh cho DS18B20 trong quá trình biến đổi A/D

Hình 2.6 Cấp nguồn cho DS18B20 với nguồn ngoài

DS18B20 cũng có thể được cấp nguồn theo phương pháp truyền thống, đó lànối một nguồn ngoài đến chân VDD, nh minh hoạ trên hình 2.6 Ưu điẻm củaphương pháp này là không cần pullup MOSFET, và bus 1-Dây vẫn có thể được sửdụng để truyền dữ liệu trong thời gian chuyển đổi

Với nhiệt độ làm việc vượt quá +1000C thì không nên dùng nguồn ký sinh vìDS18B20 có thể không có khả năng để duy trì các cuộc truyền thông do các dòngđiện dò cao hơn có thể xuất hiện ở các nhiệt độ này Đối với các ứng dụng làm việc

ở điều kiện nhiệt độ nêu trên thì nên dùng nguồn ngoài

Trong một số tình huống, bus chủ không biết DS18B20 sử dụng kiểu cấpnguồn nào Thiết bị chủ cần thông tin này để xác định có cần thiết phải dùng điệntrở pullup khoẻ trong quá trình chuyển đổi nhiệt độ hay không.Để nhận thông tinnày, thiết bị chủ có thể phát ra một lệnh Skip ROM [CCh] kèm theo đó là một lệnhRead Power Supply [B4h] và tiếp theo đó là một "khe thời gian đọc" Trong suốtkhe thời gian đọc, các chip DS 18B20 mà sử dụng nguồn ký sinh sẽ kéo bus xuốngthấp, và các chip DS18B20 mà sử dụng nguồn ngoài sẽ vẫn để bus ở trạng thái cao.Nếu bus được kéo xuống thấp, thiết bị chủ biết rằng nó phải cung cấp điện trởpullup khoẻ trên bus 1- Dây trong suốt quá trình chuyển đổi nhiệt độ

2.1.6 Mã ROM 64-bit

Mỗi chip DS18B20 chưa một mã 64-bit duy nhất được lưu trong ROM 8 bit ýnghĩa thấp nhất của mã ROM chứa mà họ 1-Dây của DS18B20: 28h 48bit tiếptheo chứa một số serial duy nhất 8 bit ý nghĩa cao nhất chưa mét byte kiểm tra dưthừa mà (CRC) mà được tính từ 56 bit đầu tiên của mã ROM Mã ROM 64 -bit vàlogic điều khiển hàm ROM cho phép chip DS18B20 hoạt động như một thiết bị 1-

Dây sử dụng giao thức mô tả trong phần Hệ thống bus 1-Dây.

SCRATCHPAD (TRẠNG THÁI LÚC BẬT NGUỒN

Byte 0 Temperature (50h)

Temperature MSB (05h)

Byte 0 và byte 1 của scratchpad, một cách tương ứng, chưa LSB và MSB củathanh ghi nhiệt độ Các byte này là chỉ đọc Byte 2 và 3 cung cấp việc truy nhậpthanh ghi TH và TL Byte 4 chứa dữ liệu thanh ghi cấu hình mà sẽ được giải thích

chi tiết trong phần Thanh ghi cấu hình Byte, 5,6 và 7 được dành cho việc sử dụng

nội bộ của thiết bị và nội dung của chúng không thể bị ghi đè Byte 8 củascratchpad là byte chỉ đọc và chứa mã CRC cho các byte từ 0 đến 7 của scratchpad.Tham khảo các lệnh liên quan đến bộ nhớ bao gồm: Write Scratchpad [4Eh],Read Scrachpad [BEh], Copy Scrachpad [48h], Recall E2 [B8h] cũng cung cấp chochúng ta thêm thông tin về truy nhập bộ nhớ

2.1.8 Thanh ghi cấu hình

Byte 4 c a b nh sratchpad ch a thanh ghi c u hình, có t ch c ủa bộ nhớ sratchpad chưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức được ộ nhớ sratchpad chưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức được ớ sratchpad chưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức được ưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức được ấu hình, có tổ chức được ổ chức được ức được đưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức đượcợccmình h a Hình 2.9 Ngưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức đượcời dùng có thể thiết lập độ phân giải của DS18B20i dùng có th thi t l p ể thiết lập độ phân giải của DS18B20 ết lập độ phân giải của DS18B20 ập độ phân giải của DS18B20 độ nhớ sratchpad chưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức được phân gi i c a DS18B20ải của DS18B20 ủa bộ nhớ sratchpad chưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức được

b ng cách s d ng bit R0 v R1 trong thanh ghi n y nh ch ra trong B ng 2.3.ụng bit R0 và R1 trong thanh ghi này như chỉ ra trong Bảng 2.3 à R1 trong thanh ghi này như chỉ ra trong Bảng 2.3 à R1 trong thanh ghi này như chỉ ra trong Bảng 2.3 ưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức được ỉ ra trong Bảng 2.3 ải của DS18B20

M c đ nh lúc b t ngu n thì R0=1 v R1=1, ngh a l ập độ phân giải của DS18B20 ồn thì R0=1 và R1=1, nghĩa là độ phân giải chuyển đổi à R1 trong thanh ghi này như chỉ ra trong Bảng 2.3 ĩa là độ phân giải chuyển đổi à R1 trong thanh ghi này như chỉ ra trong Bảng 2.3 độ nhớ sratchpad chưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức được phân gi i chuy n ải của DS18B20 ể thiết lập độ phân giải của DS18B20 đổ chức đượci.Bit 7 v các bit t 0 à R1 trong thanh ghi này như chỉ ra trong Bảng 2.3 ừ 0 đến 4 trong thanh ghi cấu hình được dự trữ cho việc sử đết lập độ phân giải của DS18B20n 4 trong thanh ghi c u hình ấu hình, có tổ chức được đưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức đượcợcc d tr cho vi c sự trữ cho việc sử ữ cho việc sử ệc sử

d ng n i b v không th b ghi è.ụng bit R0 và R1 trong thanh ghi này như chỉ ra trong Bảng 2.3 ộ nhớ sratchpad chưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức được ộ nhớ sratchpad chưa thanh ghi cấu hình, có tổ chức được à R1 trong thanh ghi này như chỉ ra trong Bảng 2.3 ể thiết lập độ phân giải của DS18B20 đ

Hình 2.9: Thanh ghi c u hìnhấu hình, có tổ chức được

R1 R0 Độ phân giải (bit) Thời gian chuyển đổi cực đại

thay đổi khi dữ liệu trong scratchpad thay đổi Cỏc mỏc CTC cung cấp cho buschủ một phương pháp thẩm định dữ liệu khi dữ liệu được đọc từ DS18B20 Đểxác minh rằng dữ liệu được đọc là chính xác, bus chủ phải tính lại mã CRC từ

dữ liệu đã nhận được và sau đó so sánh giá tri này với hoặc CRC của mã ROM(đối với việc đọc ROM) hoặc với CRC của scratchpad (nếu đọc từ scratchpad).Nếu CRC được tính mà khớp với CRC đọc được, dữ liệu đã nhận được là khônglỗi Việc so sánh các giá trị CRC và việc quyết định để tiếp tục với một hoạtđộng nào đó được quyết định toàn bộ bởi bus chủ Không có mạch bên trongDS18B20 thực hiện việc ngăn xử lý một chuỗi lệnh nếu CRC của DS18B20(ROM hoặc scratchpad) không khớp với giá trị được tạo ra bởi bus chủ

2.1.10 Hệ thống bus 1 - Dây

Hệ thống bus 1- Dây sử dụng một bus chớnh/chủ (master) để điều khiển mộthoặc nhiều thiết bị phụ (slave) DS18B20 luôn là một thiết bị phụ Khi chỉ có duynhất một thiết bị phụ trên bus, hệ thống được gọi là hệ thống "single - drop"; hệthống là "multi - drop" nếu có nhiều thiết bị phụ trên bus

Tất cả dữ liệu và các lệnh được truyển đi trên bus 1-Dây với nguyên tắc bit có

ý nghĩa thấp nhất được truyền đi trước

Phần trình bày về hệ thống bus 1 - Dây dưới đây được chia thành 3 chủ đề:cấu hình phần cứng, chuỗi giao tác và báo hiệu 1- Dõy (cỏc kiểu tín hiệu vàđịnh thời)

2.1.10.1 Cấu hình phần cứng

Bus 1- Dây là một đường dữ liệu đơn Mỗi thiết bị (chớnh/phủ hoặc phụ) giaotiếp với đường dữ liệu thông qua một cổng 3 - trạng thái Điều này cho phép mỗithiết bị tách rời khỏi đường dữ liệu khi thiết bị đang không truyền dữ liệu vì thế buskhả dụng cho thiết bị khác Cổng 1 - Dây của DS18B20 (chân DQ) là một cổng 3trạng thái có mạch bên trong được minh họa trờn Hỡnh 2.10

Bus 1-Dây yêu cầu một điện trở pull - up xấp xỉ 5k; vì vậy trạng thái nghỉcủa bus 1- Dây là trạng thái cao Nếu bus được giữ ở trạng thái thấp lâu hơn 480às,tất cả các thành phần trên bus sẽ được xác lập lại (reset).

Hình 2.10 Cấu hình phần cứng

2.1.10.2 Quy trình giao tiếp

Quy trình giao tác để truy nhập DS18B20 diễn ra như sau:

Bước 1: Khởi tạo

Bước 2: Lệnh ROM (tiếp theo bởi bất kỳ sự trao đổi dữ liệu nào)

Bước 3: Lệnh hàm DS18B20 (tiếp theo bởi bất kỳ sự trao đổi dữ liệu nào)

Việc tuân theo quy trình này mỗi lần truy nhập DS18B20 là rất quan trọng, vìDS18B20 sẽ không đáp lại nếu bất kỳ bước nào trong quy trình trên bị thiếu hoặckhông theo thứ tự ở trên Ngoại trừ duy nhất đối với quy tắc này là các lệnh SearchROM [F0h] và Alarm Search [Ech] Sau khi phát ra bất kỳ lệnh nào trong 2 lệnhtrên, thiết bị chủ phải quay trở về bước 1 trong quy trình trên

xung hiện đuợc trình bày chi tiết trong phần báo hiệu 1-Dây.

 Các lệnh ROM (ROM Commads)

Sau khi bus chủ đã phát hiện ra một xung hiện, nó có thể phát ra một lệnhROM Các lệnh này tác động trờn cỏc mó 64 - bit duy nhất của mỗi thiết bi phụ

và cho phép bus chủ chọn ra một thiết bị cụ thể nếu có nhiều thiết bị bus 1 Dõy Cỏc lệnh này cũng cho phép thiết bị chủ xác định số lượng và loại thiết bị

-có mặt trên bus hoặc xác định thiết bị nào đang ở trạng thái cảnh báo (alarmconditon) Có năm lệnh ROM, và mỗi lệnh dài 8 bit Thiết bị chủ phải phát ra

một lệnh ROM thích hợp trước khi phát ra một lệnh hàm DS18B20 Đồ thị luồng

ở Hình 3.1 trong phần phụ lực 3 minh họa cho hoạt động của các lệnh ROM

SEARCH ROM [F0]

Khi một hệ thống được cấp nguồn khởi tạo, thiết bị chủ phải nhận dạng cỏc

mó ROM của tất cả các thiết bị trên bus để nó xác định số lượng và kiểu các thiết bịphụ Như được trình bày trong phụ lục 2, lệnh SEARCH ROM sẽ thực giúp thựchiện các công việc nói trên

READ ROM [33h]

Lệnh này có thể chỉ được sử dụng khi có một thiết bị phụ trên bus Nó chophép bus chủ đọc mã ROM 64 bit mà không sử dụng thủ tục Search ROM Nếulệnh này được sử dụng khi có nhiều hơn một thiết bị phụ trên bus, một sự đụng độ

dữ liệu sẽ xảy ra khi tất cả các thiết bị phụ thực hiện đáp trả cùng một lúc

MATCH ROM [55h]

Lệnh Match ROM kèm theo sau nó là một chuỗi mà ROM 64-bit cho phépbus chủ định địa chỉ nào mà phù hợp chính xác với chuỗi mã ROM 64 bit thì mớitrả lời lệnh hàm phát ra từ bus chủ; tất cả các thiết bị phụ khỏc trờn bus chủ sẽ chờđợi một xung xác lập lại (reset)

SKIP ROM [CCh]

Thiết bị chủ có thể sử dụng lệnh này để định địa chỉ tất cả các thiết bị trên busmột cách đồng thời mà không phải phát ra bất kỳ thông tin nào về mã ROM Ví dụ,thiết bị chủ có thể làm cho tất cả DS18B20 trên bus phải thực hiện việc chuyển đổinhiệt độ đồng thời bằng cách gửi đi một lệnh Skip ROM và theo sau là một lệnhConvert T [44h]

Lưu ý rằng lệnh Read Scratchpad [BEh] có thể đi lền theo sau lệnh Skip ROMnếu và chỉ nếu có một thiết bị phụ trên bus Trong trường hợp này, thời gian đượctiết kiệm bằng cách cho phép thiết bị chủ đọc từ thiết bị phụ mà không phải gửi đi

mã ROM 64- bit của thiết bị phụ

ALARM SEARCH [ECh]

Hoạt động của lệnh này giống hệt hoạt động của lệnh Search ROM ngoại trừmột việc, đó là chỉ có các thiết bị phụ với một tập cờ cảnh báo (alarm flag) mới trảlời Lệnh này cho phép thiết bị chủ xác định có DS18B20 nào đang ở trạng tháicảnh báo trong quá trình chuyển đổi gần đây nhất không.

Các lệnh hàm DS18B20

Sau khi bus chủ sử dụng một lệnh ROM để định địa chỉ của DS18B20 mà nógiao tiếp, thiết bị chủ có thể phát ra một trong các lệnh hàm DS18B20 Các lệnhnày cho phép thiết bị chủ đọc tới hoặc ghi từ bộ nhớ Scratchpad của DS18B20,khởi tạo chuyển đổi nhiệt độ và xác định chế độ nguồn điện cấp Các lệnh hàmDS18B20 được minh họa trong Hình 3.2 ở Phụ lục 3

CONVERT T [44h]

Lệnh này khở tạo một quá trình chuyển đổi nhiệt độ Sau khi chuyển đổi, dữliệu nhiệt độ kết quả được lưu trữ trong thanh ghi nhiệt độ 2-byte nằm trong bộ nhớscatchpad và DS18B20 quay về trạng thái nghỉ điện áp thấp của nó Tham khảophần Hoạt động do nhiệt độ và Cấp nguồn cho DS18B20 để biết thêm thông tin vềviệc sử dụng lệnh này

WRITE SCRATCHPAD [4Eh]

Lệnh này cho phép thiết bị chủ ghi 3 byte dữ liệu tới bộ nhớ scratchpad củaDS18B20 Byte dữ liệu đầu tiên được ghi vào trong thanh TL (byte thứ 3 củascratchpad) Dữ liệu phải được truyền đi sao cho bit ý nghĩa thấp nhất được truyền

đi trước Tất cả 3 byte phải được ghi trước khi thiết bị chủ phát ra một xung xác lậplại (reset), nếu không dữ liệu sẽ bị lỗi

READ SCRATCHPAD [BEh]

Lệnh này cho phép thiết bị chủ đọc nội dung của bộ nhớ scratchpad Việctruyền dữ liệu bắt đầu với bit ý nghĩa thấp nhất của byte 0 và tiếp tục cho đến khibyte thứ 9 (byte thứ 8 - CRC) được đọc Thiết bị chủ có thể phát ra xung xác lập lại(reset) để kết thúc việc đọc tại bất kỳ thời điểm nào nếu chỉ một phần của dữ liệuscratchpad được yêu cầu

COPY SCRATCH [48]

Lệnh này sao chép nội dung của thanh ghi TH, TL và thanh ghi cấu hình của bộnhớ scratchpad (byte 2,3 và 4) tới EEPROM Tham khỏa phần Cõpos nguồn choDS18B20 để biết thêm thông tin về việc sử dụng lệnh này

RECLL E 2 [E8h]

Lệnh này khôi phục lại (recall) các giá trị kích hoạt cảnh baois (TH vàTL ) và

dữ liệu cấu hình từ EEPROM và các vị trí dữ liệu trong byte 2, 3, và 4 tương ứngtrong bộ nhớ Scratchpad Thiết bị chủ có thể phát ra các khe thời gian đọc theo saulệnh Recall E2 và DS18B20 sẽ chỉ ra trạng thái khội phục bằng cách truyền bit 0trong khi quá trình khôi phục xảy ra một cách tự động lúc bật nguồn, vì thế dữ liệuhợp lệ là sẵn sàng trong bộ nhớ scratchpad ngay khi nguồn được cấp cho thiết bị

READ POWER SUPPYLY [B4h]

Thiết bị chủ phát ra lệnh này và tiếp theo sau là một khe thời gian đọc để xácđịnh có DS18B20 nào trên bus đang sử dụng nguồn ký sinh hay không Trongkhoảng thời gian của khe thời gian đọc, DS18B20 mà được cấp nguồn ngoài sẽ cho

phép bus vẫn ở trạng thái cao Tham khảo phần Cấp nguồn cho DS18B20 để biết

thêm thông tin về việc sử dụng lệnh này

2.1.10.3 BÁO HIỆU 1 - DÂY

DS18B20 sử dụng một giao thức truyền thông 1- Dây nghiêm ngặt để đảmbảo tính toàn vẹn của dữ liệu Một vài kiểu tín hiệu định nghĩa bởi giao thức này:xung xác lập lại (reset pulse), xung hiện (presence pulse), ghi 0, ghi 1, đọc 0 và đọc

1 Bus chủ khởi tạo tất cả các tín hiệu này ngoại trừ xung hiện

Mọi giao tiếp với DS18B20 đều bắt đầu với một chuối khởi tạo trong đó baogồm một xung xác lập lại phát ra từ thiết bị chủ và tiếp theo sau là một xung hiện từDS18B20 Điều này được minh họa trờn Hỡnh 2.11

Hình 2.11 Đinh thời khởi tạo

Khi DS18B20 gửi xung hiện để đáp lại xung xác lập lại, nó chỉ cho thiết bịchủ biết rằng nó đang có mặt trên bus và sẵn sàng hoạt động Trong suốt chuỗi khởitạo, bus chủ truyền (Tx) xung xác lập lại (reset) bằng cách kéo bus 1- Dây xuốngtrạng thái thấp trong tối thiểu 480às Bus chủ sau đó tách rời khỏi bus và đi vào chế

độ nhận (Rx) Khi bus bị tách rời, điện trở pullup 5k kéo bus 1- Dây lên cao KhiDS18B20 phát hiện sườn lên này, nó đợi từ 15às đến 60às và sau đó truyền mộtxung hiện bằng cách kéo bus 1- Dây xuống thấp trong khoảng từ 60às đế 240às

Bus chủ ghi dữ liệu tới DS18B20 trong suốt khoảng thời gian của các khe thờigian ghi và đọc dữ liệu từ DS18B20 trong suốt các khe thời gian đọc Một bit của

dữ liệu được truyền qua bus 1- Dây trong mỗi khe thời gian

CÁC KHE THỜI GIAN GHI

Có hai loại khe thời gian ghi: khe thời gian "Ghi 1" và khe thời gian "Ghi 0".Bus chủ sử dụng một khe thời gian "Ghi 0" để viết logic 0 tới DS18B20 Tất cả cáckhe thời gian ghi phải có chu kỳ ít nhất 60às với khoảng thời gian tối thiểu là 1àsgiữa các khe thời gian Cả hai loại khe thời gian ghi được khởi tạo bởi thiết bị chủbằng cách kéo bus 1- Dây xuống thấp (tham khảo hình 2.12)

Hình 2.12 Biểu đồ định thời khe thời gian Đọc/Ghi

Để tạo ra một khe thời gian ghi 1, sau khi kéo bus 1- Dây xuống thấp, bus chủphải tách rời bus 1- Dây trong vòng 15às Khi bus được tách rời, một điện trởpullup 5k sẽ kéo bus lên cao Để tạo ra một khe thời gian ghi 0, sau khi kéo bus1- Dây xuống thấp, bus chủ phải tiếp tục để giữ bus ở trạng thái trong khoảng thờigian của một khe thời gian (ít nhất 60às)

DS18B20 lấy mẫu bus 1 - Dây trong toàn bộ thời gian của một cửa sổ kéo dài

từ 15às đến 60às sau khi thiết bị chủ khởi tạo khe thời gian ghi Nếu bus ở trạngthái cao trong toàn bộ cửa sổ lấy mẫu, một logic 1 sẽ được ghi tới DS18B20 Nếubus xuống thấp, một logic 0 được ghi tới DS18B20

CÁC KHE THỜI GIAN ĐỌC

DS18B2 chỉ có thể truyền dữ liệu tới thiết bị chủ khi thiết bị chủ phát ra cáckhe thời gian đọc Tất cả các khe thời gian đọc phải có chu kỳ ít nhất 60às với thờigian giữa các khe thời gian ít nhất 1às Một khe thời gian đọc được khởi tạo bởinhiều chủ bằng cách kéo bus 1-Dây xuống thấp trong thời gian tối thiểu 1às và sau

đó tách rời khỏi bus (Hình 2.12)

Hình 2.13 Định thời khe thời gian đọc.

Sau khi thiết bị chủ khởi tạo khe thời gian đọc, DS18B20 sẽ bắt đầu truyềnmột số bit 1 hoặc 0 trên bus DS18B20 truyền thi bit 1 bằng cách để bus ở trạngthái cao và truyền một bit 0 bằng cách kéo bus xuống thấp Khi truyền một bit 0,DS18B20 sẽ tách khỏi bus vào cuối của khe thời gian, và bus bị kéo trở lại trạngthái nghỉ (cao) của nó bởi điện trở pullup Dữ liệu ra từ DS18B20 có hiệu lực trongkhoảng thời gian 15às sau sườn xuống của xung khởi tạo khe thời gian đọc Vìvậy, thiết bị chủ phải tách rời bus và sau đó lấy mẫu trạng thái bus trong thời gian15às tính từ lúc bắt đầu của khe thời gian Hình 2.13 chỉ ra rằng tổng của TINIT, TRC,

và TSAMPLE phải nhỏ hơn 15às đối với một khe thời gian đọc

2.2 Cảm biến độ ẩm

2.2.1 Tóm tắt thiết bị

SHT7x (bao gồm SHT71 và SHT75) là họ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm tươngđối Chúng tích hợp các phần tử cảm biến và khả năng xử lý tín hiệu vào trong mộtcùng một số sản phẩm, đồng thời cung cấp một đầu ra số được hiệu chỉnh hoàntoàn Cả hai phần tử cảm biến được nối với một bộ chuyển đổi tương tự sang số 14

- bit và với một mạch giao diện nối tiếp

2.2.2 Điều kiện hoạt động

Hình 2.14 Các điều kiện hoạt động

Cảm biến làm việc ổn định trong phạm vi tiêu chuẩn được minh họa trờnHỡnh 2.14 Sự tiếp xúc lâu dài với các điều kiện nằm ngoài phạm vi tiêu chuẩn, đặcbiệt ở điều kiện độ ẩm > 80%RH, có thể tạm thời làm trôi tín hiệu RH (+3%RH sau

60 giờ) Áp dụng thủ tục dưới đây sẽ cho phép nhanh chóng loại bỏ hiện tượng trôi

và đưa cảm biến trở về trạng thái hiệu chỉnh:

Nung: 100-100C ở điều kiện <5% RH trong 10 giờ

Sấy: 20-300C ở điều kiện ~75%RH trong 12 giờ

2.2.3.Đ c t giao di nải của DS18B20 ệc sử

Hình 2.15 Mạch ứng dụng điển hình, bao gồm điện trở pull -up R p

2.2.3.2 Đầu vào Clock nối tiếp (SCK)

SCK được sử dụng để đồng bộ việc truyền thông giữa vi điều khiển và SHT7x

2.2.3.3 Dữ liệu nối tiếp (DATA)

Chân DATA (3 trạng thái) được sử dụng để truyền dữ liệu vào và ra phần tửcảm biến Khi gửi một lệnh tới bộ cảm biến, tín hiệu DATA sẽ hợp lệ khi gặp sườnlên của tín hiệu clock (SCK) và phải giữa ổn định trong khi SCK ở mức cao Saumột sườn xuống của SCK, DATA có thể sẽ thay đổi Để tránh xung đột tín hiệu, viđiều khiển chỉ phải điều khiển DATA mức thấp Một điện trở pull-up ngoài (ví dụ10k) được yêu cầu để kéo tín hiệu lên cao với lưu ý rằng điện trở này có thể đượckèm vào trong các mạch I/O của Vi điều khiển

2.2.4 Truyền thông với bộ cảm biến

2.2.4.1 Khởi động cảm biến

Bước đầu tiên, bộ cảm biến được cấp nguồn trờn chõn VDD Tốc độ của quátrình cấp nguồn không thấp hơn 1V/ms Sau khi được cấp nguồn, bộ cảm biến cần11ms để đi vào trạng thái Ngủ Không có lệnh nào phải được truyền thông đi trướcthời gian đó

2.2.4.2 Gửi một lệnh.

Để khởi tạo một cuộc truyền thông, một dãy Khởi động truyền thông(Transmission Start sequence) phải được phát ra Nó bao gồm một sự đi xuống củađường DATA trong khi đường SCK là cao, kèm theo đó là một xung thấp trên SCK

và đường DATA lên cao trở lại trong khi SCK vẫn ở trạng thái cao - tham khảohình 2.16

Lệnh tiếp bao gồm ba bit địa chỉ (chỉ '000' là được hỗ trợ) và năm bit lệnh.SHT7x biểu thị sự thu nhận đúng đắn mỗi lệnh bằng cách kộo chõn DATA xuốngthấp (bit ACK) sau sườn xuống của xung SCK thứ 8 Đường DATA được giảiphóng (và đi vào trạng thái cao) sau sườn xuống của xung SCK thứ 9

Soft reset, resets the interface, clears the status register to

Bảng 2.5 Danh sách các lệnh của SHT7x

2.2.4.3 Đo độ ẩm tương đối và nhiệt độ

Sau khi phát ra một lệnh đo ('00000101' đối với độ ẩm tương đối,'00000011' đối với nhiệt độ), bộ điều khiển phải đợi cho đến khi phép đo hoàntất Thời gian đợic cực đại là 20/80/320 ms đối với một phép đo 8/12/14 bit