Đồ án Điều khiển thiết bị qua mạng Ethernet

Khung này được truyền tới 1 trạm xác định.Tất cảcác trạm trong phân đoạn mạng trên sẽ đều nhận được khung này nhưng: - Chỉ có trạm 2 lấy được địa chỉ MAC đích của khung trùng với địachỉ

MỤC LỤC

Lời Cảm ơn 5

Lời mở đầu 6

Mục tiêu đề tài 7

Nhiệm vụ của đề tài 7

Chương 1: Tổng quan về Ethernet 8

1.1 Cấu trúc khung tin Ethernet 8

1.1 Cấu trúc địa chỉ Ethernet 11

1.2 Đặc tính điện 11

1.3 Các loại khung Ethernet 12

1.3.1 Các loại khung uniscat 12

1.3.2 Các khung broadcast 13

1.3.3 Các khung Multicast 13

1.4 Truy cập bus 13

1.5 Các loại Ethernet 15

1.5.1 Các hệ thống Ethernet 10Mb/s 15

1.5.2 Các hệ thống Ethernet tốc độ 100Mb/s 16

1.5.3 Các hệ thống Giga Ethernet 16

Chương 2: Họ giao thức TCP/IP 18

2.1 Họ giao thức TCP/IP 18

2.1.1 Tầng ứng dụng ( Application layer) 20

2.1.2 Tầng giao vận(Transport layer) 21

2.1.3 Tầng mạng( internet layer) 22

2.1.4 Lớp liên mạng (Network Interface Layer) 22

2.2 Cấu trúc gói tin IP, TCP,ARP,UDP 23

2.2.1 Cấu trúc địa chỉ IP 23

2.2.2 Cấu trúc gói tin IP 24

2.2.3 Cấu trúc gói tin TCP 26

2.2.4 Cấu trúc gói tin ARP (Adrees Resolution Protocol) 27

2.2.5 Cấu trúc gói tin UDP 31

2.2.6 Giao thức điều khiển truyền tin – ICMP (Internet Control Message Protocol) 31

Chương 3: Phần cứng 33

3.1 Vi điều khiển PIC 33

3.1.1 Giới thiệu về vi điều khiển PIC 33

3.1.2 Một số ưu điểm của Microchip PIC 35

3.1.3 Vi điều khiển PIC18F4550 36

3.3 Cảm biến nhiệt độ LM35 47

3.4 Module Ethernet ENC28J60 và chuẩn giao tiếp SPI 49

3.4.1 Vi Mạch Ethernet ENC28j60 49

3.4.2 Sơ đồ chân và sơ đồ khối của ENC28j60 50

3.4.3 Sơ đồ ghép nối vi điều khiển với ENC28j60 51

3.4.4 Module Ethernet 52

3.4.5 Chuẩn truyền thông SPI 52

3.5 Text LCD 57

3.5.1 Cấu trúc Text LCD 57

3.5.2 Sơ đồ chân 58

3.5.3 Điều khiển hiển thị 60

3.5.4 Mạch RJ14 62

Chương 4: Trình biên dịch CCS và webserver 63

4.1 Trình dịch CCS (PIC C Compiler) 63

4.1.1 Vì sao ta sử dụng CCS 63

4.1.2 Giới thiệu về CCS 63

4.1.3 Tạo PROJECT đầu tiên trong CCS 64

4.2 Web động 74

4.3 CSS 74

4.3.1 Ưu điểm của CSS 75

4.3.2 Các đặc tính cơ bản của CSS 75

4.3.3 CSS có tính kế thừa và kết hợp 77

Chương 5: Sơ đồ khối và mô phỏng 79

5.1 Sơ đồ khối 79

5.2 Mạch nguyên lý 80

5.2.1 Khối nguồn 81

5.2.2 Khối công suất (RELAY) 81

5.2.3 Khối hiển thị (LCD 16x2) 82

5.2.4 Khối Key điều khiển đèn (Nút nhấn) 82

5.2.5 Khối đo nhiệt độ và Header giao tiếp với Module Ethernet 83

5.2.6 Khối reset, Xung thạch anh, Lọc nguồn 183

5.2.7 Khối Vi xử lý trung tâm (Pic 18F4550) 84

5.3 Mô Phỏng 85

KẾT LUẬN 86

Tài liệu tham khảo: 87

HÌNH ẢNH:

Hình 1 1: Mã hóa Manchester 12

Hình 1 2: Mô hình truyền thông unicast 13

Hình 1 3: Minh họa phương pháp CSMA/CD 14

Hình 2 1: Kiến trúc TCP/IP 19

Hình 2 2: Quá trình đóng/mở gói dữ liệu trong TCP/IP 20

Hình 2 3: Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP 20

Hình 2 4: tổ chức địa chỉ IP 24

Hình 2 5: Mô tả đường truyền dữ liệu ARP 28

Hình 3 1: Hình thực tế của PIC18F4550 36

Hình 3 2: sơ đồ chân của PIC18F4550 38

Hình 3 3: Sơ đồ chân của LM35 48

Hình 3 4: Sơ đồ chân ENC28J60 50

Hình 3 5: Sơ đồ khối ENC28J60 50

Hình 3 6: Sơ đồ ghép nối vi điều khiển với ENC28j60 51

Hình 3 7 : Sơ đồ nguyên lý Module Ethernet 51

Hình 3 8: Module Ethernet thực tế 52

Hình 3 9: SPI giữa một chip Master và 3 chip Slave thông qua 4 đường 54

Hình 3 10: Quá trình truyền 1 gói dữ liệu thực hiện bởi module SPI 55

Hình 3 11: Quá trình đọc thanh ghi điều khiển Ethernet 55

Hình 3 12: Quá trình đọc thanh ghi điều khiển MAC 56

Hình 3 13: Quá trình ghi vào thanh ghi lệnh 56

Hình 3 14: Quá trình ghi vào bộ đệm lệnh 56

Hình 3 15: Quá trình ghi vào lệnh của hệ thống 57

Hình 3 16: Text LCD 16x2 58

Hình 3 17: kết nối Text LCD với Vi điều khiển 60

Hình 3 18: Hoạt động của chân RS 61

Hình 3 19: Sở đồ khối của HR911105A 62

Hình 4 1: Giao diện chương trình CCS 64

Hình 4 2: Tạo file mới trong PCW compiler 65

Hình 4 3: Bảng hỗ trợ chức năng cho PIC 66

Hình 4 4: Tab General 67

Hình 4 5: Tab Communications 68

Hình 4 6: Tab SPI 69

Hình 4 7: Tab LCD 69

Hình 4 8: Tab Timer 70

Hình 4 9: Tab Analog 71

Hình 4 10: Tab Driver và Tab Interrupt 72

Hình 4 11: Tab Other 73

Hình 4 12: web sever 78

Hình 5 1: Sơ đồ khối giao tiếp của mạch 80

Hình 5 2: Mạch nguyên lý 81

Hình 5 3: Khối nguồn 82

Hình 5 4: khối công suất (relay 5 chân 12v DC/ 240v AC) 82

Hình 5 5: khối hiển thị (LCD 16x2) 83

Hình 5 6: Khối Nút nhấn 83

Hình 5 7: LM35(nhiết độ) & Header kết nối với Module Ethernet 84

Hình 5 8: a:xung thạch anh 84

Hình 5 9: Khối xử lý dùng vi điều khiển PIC18F4550 85

Hình 5 10: Mô phỏng 86

Bảng 1 1: Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.3/ Ethernet 11

Bảng 2 1: Mô tả gói thông tin ARP 29

Bảng 2 2: Khung dữ liệu ARP 30

Bảng 2 3: Cấu trúc gói ICMP 32

Bảng 3 1: Bảng chức năng chân của PIC18F4550 38

Bảng 3 2: Bảng chức năng chân của PORTA 39

Bảng 3 3: Bảng chức năng chân của PORTB 41

Bảng 3 4: Bảng chức năng chân của PORTC 43

Bảng 3 5: Bảng chức năng chân của PORTD 44

Bảng 3 6: Bảng chức năng chân của PORTE 46

Bảng 3 7: Chức năng chân của LCD 58

Lời Cảm ơn

Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô trong khoaĐiện – Điện Tử, nhất là quý Thầy cô thuộc bộ môn Điện Tử Viễn Thông đãgiảng dạy và truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho người thực hiện đồ ántrong thời gian vừa qua

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô Vũ Thị Thu Hương vì sựtận tình hướng dẫn cũng như đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho em để

có thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này

Em cũng không quên cảm ơn các bạn trong lớp đã trao đổi, góp ý để emhoàn thành đề tài này một cách tốt đẹp và đúng thời gian

Mặc dù đã có nhiều cố gắng và nỗ lực thực hiện, nhưng do kiến thứccũng như khả năng bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện

đề tài không thể tránh khỏi những sai phạm, thiếu sót… Rất mong nhận được

sự góp ý, chỉ dẫn từ nơi quý thầy cô và các bạn sinh viên

Lời mở đầu

Trong thời đại công nghiệp hoá hiện đại hoá như hiện nay Việc phátminh và chế tạo ra các thiết bị thông minh có khả năng điều khiểu từ xa đang

và sẽ rất được quan tâm và rất hữu ích cho cuộc sống hằng ngày

Vì mục tiêu công nghệ hiện đại hoá ngày càng phát triển, tôi đã quyết

định làm một đồ án về điều khiển thiết bị qua mạng Ethernet Khi dự án

hoàn thành chúng ta có thể điều khiểu các thiết điện trong nhà thông quamạng internet, tương tác bằng tay qua nút nhấn, kiểm soát nhiệt độ phòng;hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị trên LCD… Dù chúng ta ở bất

cứ nơi nào có mạng internet đều có thể điều khiển được các thiết bị đã kết nốivới module điều khiển ethernet

Khi dự án thành công và được áp dụng rộng rãi thì sẽ rất hữu ích cho đờisống hằng ngày Giúp cho đất nước ngày càng phát triển

Vũ Thị Thu Hương Nguyễn Văn Vượng - 0541050263

 Giám sát nhiệt độ thông qua cảm biến nhiệt LM35.

Nhiệm vụ của đề tài

Để có thể đạt được mục tiêu đề ra, người thực hiện đề tài đã đưa ranhững nhiệm vụ cần phải thực hiện:

 Nghiên cứu vi điều khiển PIC18f4550 và trình biên dịch CCS (PIC CCompiler)

 Lý thuyết mạng Ethernet và cách thức truyền nhận dữ liệu

 Nghiên cứ chuẩn giao tiếp SPI và ứng dụng thực tế trên moduleEthernet ENC28J60

 Tìm hiểu ngôn ngữ html và CSS trong lập trình giao diện web

 Tính toán, thiết kế và thi công phần cứng mạch điện tử (mô phỏng)

 Xây dựng thuật toán và viết code cho ứng dụng dựa theo mục tiêu đã đềra

Chương 1: Tổng quan về EthernetETHERNET là kiểu mạng cục bộ (LAN) được sử dụng rộng rãi hiện

nay Hiện thời Ethernet thường được sử dụng nhiều nhất là cáp đôi xoắn10Mbps

Ethernet được phát minh ra tại trung tâm nghiên cứu Xerox Palo Altovào những năm 70 của tiến sỹ Robert M.Metcalfe Nó được thiết kế bởi mụcđích phục vụ nghiên cứu trong “hệ thống công sở trong tương lai”, bao gồmtrạm cá nhân đầu tiên trong thế giới, trạm Xerox Alto Trạm Ethernet đầu tiênchạy với tốc độ xấp xỉ 3Mbps Chuẩn Ethernet 10Mbps đầu tiên được xuấtbản vào năm 1980 với sự phối hợp phát triển của 3 hãng DEC, Intel, Xerox.Chuẩn này có tên Dix Ethernetn (lấy tên theo 3 chữ cái đầu tiên của các hãng)

Ủy ban 802.3 của IEEE đã lấy Dix Ethernet làm nền tảng để phát triển,năm 1985 chuẩn 802.3 đầu tiên được ra đời với tên IEEE 802.3 Carrier SenseMultiple access with Collition Detection (CSAM/CD) Mặt dù không sửdụng Ethernet nhưng hầu hết mọi người đều hiểu đó là phần chuẩn của côngnghệ Ethernet.Ngày nay chuẩn IEEE 802.3 là chuẩn chính thức củaEthernet.IEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công nghệ truyền dẫnkhác nhau vì thế có nhìu loại mạng Ethernet khác nhau Đặc biệt với phiênbản 100 Mbit/s (fast Ethernet, IEEE 802.3u), Ethernet ngày càng đóng vai tròtrong hệ thống công nghiệp, bên cạnh việc sử dụng cáp đồng trục, đôi dâyxoắn và cáp quang, gần đây Ethernet không dây (Wirless LAN, IEEE 802.11)đang thu hút sự quan tâm rất lớn

1.1 Cấu trúc khung tin Ethernet

Các chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data link trong mô hình 7 lớpOSI vì thế đơn vị dữ liệu mà các trạm trao đổi với nhau là các khung (famer)

Cấu trúc khung Ethernet như sau:

Bảng 1 1: Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.3/ Ethernet

Preamble (mở đầu): 7 bytes (không được tính vào kích thước frame củaEthernet) trường này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luôn mang giátrị 10101010 Từ nhóm bit này, phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10Mhz.SFD (Start Frame Delimiter): 1 bytes (không được tính vào kích thướcframe của Ethernet) trường hợp này mới thực sự xác định bắt đầu của mộtkhung Nó luôn mang giá trị 10101011

Destination Address (địa chỉ đích): 6 bytes

 Đây là địa chỉ MAC của Ethernet card nơi đến (nơi khung frame gửiđến)

 Ý nghĩa của bit thấp nhất xác định 6 bytes này:

 01-80-C2-00-00-00: được dùng bởi các bridges cho giảithuật cây tản rộng (spanning trê algorithm)

 FF-FF-FF-FF-FF-FF: địa chỉ quảng bá (broadcast)

 Ở chế độ hoạt động bình thường, Ethernet chỉ tiếp nhận những frame

có địa chỉ nơi đến trùng với địa chỉ (duy nhất) của nó, hoặc địa chỉnơi đến thể hiện một thông điệp quản bá Tuy vậy, hầu hết cácEthernet card đều có thể được đặt ở chế độ "promiscuous" Trongchế độ này, nó sẽ nhận tất cả các frame xuất hiện trong mạng LAN.Source Address (địa chỉ nguồn): 6 bytes Đây là địa chỉ MAC củaEthernet card nguồn (nơi khung frame được gửi đi)

LEN/TYLE (độ dài/kiểu gói): 2 bytes giá trị của trường nói lên độ lớncủa phần giữ liệu mà khung mang theo

 Có 2 loại cấu trúc Ethernet frame

o IEEE 802.3 MAC

 Dùng để chỉ độ dài của Ethernet frame

o DIX Ethernet: được công bố bởi DEC, Intel và Xeror vào năm

1980 (phổ biến hơn)

 Dùng để chỉ giao thức của lớp phía trên

 0800: IP

 0860: ARPPhần thông tin: từ 46 tới 1500 bytes:

 Do kích thước frame tối thiểu là 64 bytes, kích thước tối thiểu củaphần thông tin là 64-18=46 bytes

 Kích thước phần thông tin tối đa là 1500 bytes Do đó, kích thướcgói IP trong Ethernet tối đa là 1500 bytes, đây cũng là một trong bakích thước gói IP thông dụng nhất (40, 576, 1500)

FCS mang CRC (cyclic redundancy checksum): phía gửi sẽ tính toántrường này trước khi truyền khung Phía nhận tính toán lại CRC này theo cách

tương tự Nếu hai kết quả trùng nhau, khung được xem là nhận đúng, ngượclai khung coi như là bị lỗi và bị loại bỏ.

1.1 Cấu trúc địa chỉ Ethernet

Mỗi giao tiếp mạng Ethernet được định dạng duy nhất bởi 48 bit địa chỉ(6 octet) Đây là địa chỉ được ấn định khi sản xuất thiết bị, được gọi là địa chỉMAC (Media Access Control Address) Địa chỉ MAC được biểu diễn bởi cácchữ số hexa ( hệ cơ số 16), ví dụ: 00:60:97:8F:4F:86 hoặc 00-60-97-8F-4F-96.Khuôn dạng địa chỉ MAC được chia làm 2 phần:

- 3 octet xác định hãng sản xuất, chịu sự quản lý tổ chức IEEE

- 3 octet sau do nhà sản xuất ấn định

- Kết hợp ta có 1 địa chỉ MAC duy nhất cho một giao tiếp mạngEthernet Địa chỉ MAC được sử dụng làm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trongkhung Ethernet

1.2 Đặc tính điện

Tín hiệu Ethernet được mã hóa theo mã Manchester Mã hóa Manchester

sử dụng cách đảo ngược mỗi bit trong khoảng thời gian của nó để đồng bộ vàmiêu tả bit

- Bit ‘0’Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp +V và nửa chu kỳ còn lại

là điện áp –V

- Bit ‘1’Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp -V và nửa chu kỳ còn lại

là điện áp + V

Hình 1 1: Mã hóa Manchester

1.3 Các loại khung Ethernet

1.3.1 Các loại khung uniscat

Giả sử trạm 1 cần truyền khung tới trạm 2.Khung Ethernet do trạm 1truyền ra có địa chỉ:

- MAC nguồn: 00-60-08-93-DB-C1

- MAC đích : 00-60-08-93-AB-12

Hình 1 2: Mô hình truyền thông unicast

Đây là khung unicast Khung này được truyền tới 1 trạm xác định.Tất cảcác trạm trong phân đoạn mạng trên sẽ đều nhận được khung này nhưng:

- Chỉ có trạm 2 lấy được địa chỉ MAC đích của khung trùng với địachỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nên tiếp tục xử lý các thông tin kháctrong khung

- Các trạm khác sau khi so sánh địa chỉ sẽ bỏ qua không tiếp tục xử lýkhung nữa

1.3.2 Các khung broadcast

Các khung broadcast có địa chỉ MAC đích là FF-FF-FF-FF-FF-FF(48 bit 1) khi nhận được các khung này, mặc dù không trùng với địa chỉMAC của giao tiếp mạng của mình nhưng các trạm đều phải nhận khung vàtiếp tục xử lý

Giao thức ARP sử dụng khung broadcast này để tìm địa chỉ MAC tươngứng với 1 địa chỉ IP cho trước một số giao thức định tuyến cũng sử dụng cáckhung broadcast để các router trao đổi bảng định tuyến.

1.3.3 Các khung Multicast

Trạm nguồn gửi khung tới một số trạm nhất định chứ không phải là tất cả.Địa chỉ MAC đích của khung là địa chỉ đặc biệt mà chỉ các trạm trong cùngmột nhóm mới chấp nhận các khung gửi tới địa chỉ này

(Chú ý: Địa chỉ MAC nguồn của khung luôn là địa chỉ MAC của giao tiếp mạng tạo ra khung Trong khi đó địa chỉ MAC đích của khung thì phụ thuộc vào một trong ba loại khung nếu trên.)

1.4 Truy cập bus

Một số vấn đề lớn thường gây lo ngại khi sử dụng Ethernet ở cấp trường

là phương pháp truy cập bus ngẫu nhiên CSMA/CD (Carrier Sense Multipleaccess with Collision Avoidance) và sự ảnh hưởng tới hiệu suất cũng như tínhnăng thời gian thực của hệ thống Ở đây, một số những yếu tố quyết định tớihiệu suất của hệ thống là thuật toán tính thời gian truy nhập lại cho các trạmtrong trường hợp xảy ra xung đột

Hình 1 3: Minh họa phương pháp CSMA/CD

Nguyên tắc làm việc của phương pháp CSMA/CD:

Theo phương pháp CSMA/CD, mỗi trạm đều có quyền truy cập bus màkhông cần một sự kiểm soát nào Phương pháp được tiến hành như sau:

- Mỗi trạm đều phải tự nghe đường dẫn (carrier sense) nếu đường dẫnrỗi( không có tín hiệu ) thì mới được phát

- Do việc lan truyền tín hiệu cần có một thời gian nào đó, nên vẫn cókhả năng hai trạm cùng phát tín hiệu lên đường dẫn Chính vì vậy, trong khiphát đi mỗi trạm vẫn phải nghe đường đẫn để so sánh tín hiệu phát đi với tínhiệu nhận được xem có xảy ra xung đột hay không

- Trong trường hợp xảy ra xung đột, mỗi trạm đều phải hủy bỏ bứcđiện của mình, chờ một thời gian ngẫu nhiên và thử gửi lại

Một tình huống xảy ra xung đột tiêu biểu là các khắc phục được minhhọa trên hình 3 Trạm A và trạm C cùng nghe đường dẫn Đường dẫn rỗi nên

A có thể gửi trước Trong khi tín hiệu từ trạm A gửi đi chưa kịp tới nên trạm

C không hay biết và cũng gửi, nên gây ra xung đột tại một điểm gần C A và

C lần lượt nhận được tín hiệu phản hồi, so sánh với tín hiệu gửi đi và pháthiện xung đột Cả hai trạm sẽ cùng phải hủy bỏ bức điện gửi đi bằng cáchkhông phát tiếp, các trạm muốn nhận sẽ không nhận được cờ hiệu kết thúcbức điện và được coi là bức điện không hợp lệ A và C cũng có thể gửi đi 1tín hiệu “jam” đặc biệt để báo cho các trạm cần nhận biết sau đó mỗi trạm sẽchờ một thời gian chờ ngẫu nhiên, trước khi thử phát lại thời gian chờ ngẫunhiên ở đây phải được tính theo một thuật toán nào đó sao cho thời gian chờngắn một cách hợp lý và không giống nhau giữa các trạm cùng chờ Thông

thường thời gian chờ này là bội số hai lần thời gian lan truyền tín hiệu Ts

Ưu điểm của CSMA/CD là tính chất đơn giản, linh hoat Khác vớiphương pháp tiền định, việc ghép thêm hay bỏ đi một trạm không ảnh hưởng

gì tới hoạt động của hệ thống Chính vì vậy, phương pháp này được ap dụngrộng rãi trong hệ thống Ethernet

Nhược điểm của CSMA/CD là tính chất bất định của thời gian phảnứng.Các trậm đều bình đẳng như nhau nên quá trình chờ ở một trậm có thể lặp

đi lặp lại, không xác định được tương đối chính xác thời gian.Hiệu suất sửdụng đường truyền vì thế cũng thấp Rõ ràng nếu không kết hợp thêm với các

kỹ thuật khác thì phương pháp này sẽ không thích hợp với các cấp thấp, đòihỏi trao đổi dữ liệu định kỳ, thời gian thực

đa cho một phân đoạn mạng là 500m

- 10base2 Có tên là “thin Ethernet”, dựa trên các hệ thống cáp đồngtrục mỏng với tốc độ 10 Mb/s, chiều dài cáp tối đa của phân đoạn là 185m( IEEE làm tròn thành 200m)

- 10baseT Chữ T là viết tắt của “Twisted” cáp xoắn cạp 10BaseThoạt động với tốc đọ 10Mb/s dựa trên hệ thống xoắn cạp Cat 3 trở lên

- 10BaseF F là viết tắt của Fiber Optic (sợi quang) Đây là chuẩn chosợi quang hoạt động với tốc độ 10 Mb/s, ra đời năm 1993

1.5.2 Các hệ thống Ethernet tốc độ 100 Mb/s- Ethernet cao tốc (fast

Ethernet)

- 100BaseT Chuẩn Ethernet hoat động với tốc độ 100 Mb/s trên cảcáp xoắn cạp lẫn cáp sợi quang

- 100BaseX Chữ X nói lên được tính mã hóa đường truyền cả hệthống này (sử dụng phương pháp mã hóa 4B/5B của chuẩn FDDI) bao gồm 2chuẩn 100BaseFX VÀ 100BaseTX.

 100BaseFX Tốc độ 100 Mb/s, dử dụng cáp sợi quang đa mode

 100BaseTX Tốc độ 100 Mb/s, sử dụng cáp xoắn cạp

 100BaseT2 và 100BaseT4 Các chuẩn này sử dụng 2 cặp và 4 cặpcáp xoắn cặp Cat 3 trở lên tuy nhiên hiện nay hai chuẩn này ítđược sử dụng

1.5.3 Các hệ thống Giga Ethernet

- 1000BaseX: Chữ X nói lên đăc tính mã hóa đường truyền (chuẩn này

dựa trên kiểu mã hóa 8B/10B dùng trong hệ thống kết nối tốc độ cao Fiberchannel được phát triển bởi ANSI) chuẩn 1000BaseX gồm 3 loại:

 1000Base-SX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng ngắn

 1000Base-LX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng dài

 1000Base-cX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng cáp đồng

- 1000BaseT: Hoạt động ở tốc độ Giga bit, băng tần cơ sở trên cáp

xoắn cặp Cat 5 trở lên Sử dụng kiểu mã hóa đường truyền riêng để đạt đượctốc độ cao trên loại cáp này

1.5.4. Chuẩn IEEE 802

IEEE 802 là hoc các chuẩn IEEE sành cho các mạng LAN và mạn MAN

(metropolitan area network) Cụ thể hơn,các chuẩn IEEE 802 được giới hạn

cho các mạng mang các gói tin có kích thước đa dạng Khác với các mạngnày, dữ liệu trong các mạng cell-based được truyền theo đơn vị nhỏ có cùngkích thước được gọi là cell Các mạng Iosochronous, nơi dữ liệu được truyềntheo một dòng lien tục các octet, hoặc nhóm các octet, tại các khoảng thờigian đều đặn, cũng nằm ngoài phạm vi của chuẩn này

Các dịch vụ và giao thức được đặc tả trong IEEE 802 ánh xạ tới hai tầngthấp (tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý của mô hình 7 tầng OSI) Thực tế,IEEE 802 chia tầng liên kết dữ liệu OSI thành hai tầng con LLC (điều khiểnliên kết lôgic) và MAC (điều khiển truy nhập môi trường truyền), do đó cáctầng này có thể được liệt kê như sau:

- Tầng liên kết dữ liệu

- Tầng con LLC

- Tầng con MAC

- Tầng vật lý

Họ chuẩn IEEE 802 được bảo trì bởi Ban Tiêu Chuẩn LAN/MAN IEEE

802 (IEEE 802 LAN/MAN standards Committee (LMSC)) Các chuẩn được

dùng rộng rãi nhất là dành cho họ Ethernet, Token Ring, mạng LAN không

dây, cá mạng LAN dùng bridge và bridge ảo (Bridging and Virtual Bridged LANs) Chuẩn dành cho họ Ethernet là chuẩn IEEE 802.3.

Chương 2: Họ giao thức TCP/IP

2.1 Họ giao thức TCP/IP

TCP/IP là bộ giao thức cho phép kết nối các hệ thống mạng không đồng

nhất với nhau.TCP/IP là tên viết tắt của Transmission Control Protocol (giao thức điều khiển truyền thông)/Internet Protocol (Giao thức Internet),

ngày nay TCP/IP được sử dụng rộng rãi trong các mạng cục bộ cũng như trênmạng Internet toàn cầu

TCP/IP không chỉ gồm hai giao thức mà thực tế nó là tổ hợp của nhiềugiao thức Chúng ta gọi đó là 1 hệ giao thức hay bộ giao thức (Suite OfProtocols).

TCP/IP là một bộ giao thức được thiết kế để đạt được hai mục tiêu chính:

1 Cho phép truyền thông qua các đường dây của mạng rộng(Wide Area Network – WAN)

2 Cho phép truyền thông giữa các môi trường đa dạng

TCP/IP sử dụng mô hình truyền thông 4 tầng hay gọi là truyền hình DoD(mô hình của bộ quốc phòng Mỹ) TCP/IP được xem là giản lược của mô hìnhtham chiếu OSI, các tầng trong mô hình này là (theo thứ tự từ trên xuống):

Hình 2 2: Quá trình đóng/mở gói dữ liệu trong TCP/IP

Hình 2 3: Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP

Hình vẽ 2.3 cho ta thấy lược đồ dữ liệu qua các tầng Trong hình vẽ này

ta thấy tại các tầng khác nhau, dữ liệu được mang những thuật ngữ khác nhau:

- Trong tầng ứng dụng dữ liệu là các luồng được gọi là stream.

- Trong tầng giao vận, đơn vị dữ liệu mà TCP gửi xuống tầng dưới gọilà

- DHCP (Dynamic Host Cofiguraiton Protocol): giao thức cấu hìnhtrạm động

- DNS (Domain Name System): hệ thống tên miền

- SNMP (Simple Network Management Protocol): giao thức quản lýmạng đơn giản

- FTP (File Transfer Protocol): giao thức truyền tập tin

- TFTP (Trivial File Transfer Protocol): giao truyền tập tin bìnhthường

- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): giao thức gửi thư đơn giản

- TELNET: là chương trình mô phỏng thiết bị đầu cuối cho phépngười dùng thiết bị login vào một máy chủ từ một máy tính nào đó trên mạng

- Tầng ứng dụng trao đổi dữ liệu với lớp dưới (lớp vận chuyển) quacổng việc dùng cổng bằng số cho phép giao thức của lớp vận chuyển biết loạinội dung nào chứa bên trong gói dữ liệu Những cổng được đánh bằng số vànhững ứng dụng chuẩn thừơng được dùng cùng cổng Ví dụ: giao thức FTP

dùng cổ 20 cho dữ liệu và cổng 21 cho điều khiển, giao thức SMTP dùngcổng 25…

2.1.2 Tầng giao vận (Transport layer)

Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tính và quyđịnh cách truyền dữ liệu, hai giao thức chính cho tầng này gồm:

- UDP (User Datagram Protocol): còn gọi là giao thức gói người dùng.UDP cung cấp một dịch vụ đơn giản hơn cho tầng ứng dụng Nó cung cấpkênh truyền thông phi kết nối, chỉ gửi các gói dữ liệu từ trạm này tới trạm kia

mà không đảm bảo các gói tin đến được tới đích Các ứng dụng dùng UDPthường chỉ truyền những gói có kích thước nhỏ, độ tin cậy dữ liệu phụ thuộcvào từng ứng dụng Các cơ chế đảm bảo độ tin cậy cần được thực hiện bởitầng trên

- TCP (transmission Control Protocol): Ngược lại với UDP, TCP cungcấp các kênh truyền thông hướng kết nối và đảm bảo truyền dữ liệu một cáchtin cậy Nó cung cấp một luồng dữ liệu tin cậy giữa hai trạm, sử dụng các cơchế như chia nhỏ các gói tin của tầng trên thành các gói tin có kích thướcthích hợp cho tầng mạng bên dưới, báo nhận gói tin, đặt hạn chế thời giantime-out để đảm bảo bên nhận biết được các gói tin đã gửi đi TCP thườngtruyền các gói tin có kích thước lớn và yêu cầu phía nhận xác nhận về các góitin đã nhận Do tầng này đảm bảo tính tin cậy, tầng trên sẽ không cần quantâm đến nữa

2.1.3 Tầng mạng (internet layer)

Nằm bên trên tầng liên mạng Tầng này có chức năng gán địa chỉ, đónggói và định tuyến (Route) dữ liệu 4 giao thức quan trọng nhất trong tầng nàygồm:

- IP (internet Protocol): Có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khitruyền và định tuyến chúng tới đích

- ARP (Address Resolution Protocol): có chức năng phiên dịch địa chỉ

IP của máy đích thành địa chỉ MAC

- ICMP (Internet Control Message Protocol): có chức năng thông báolỗi khi truyền dữ liệu bị hỏng

- IGMP (Internet Group Managemant Protocol): có chức năng điềukhiển truyền đa hướng (multicast)

2.1.4 Lớp liên mạng (Network Interface Layer)

Tầng giao tiếp mạng liên quan đến việc trao đổi dữ liệu giữa hai trạmthiết bị trong cùng một mạng Các chức năng bao gồm việc kiểm soát truynhập môi trường truyền dẫn, kiểm soát lỗi và lưu thông dữ liệu Datagramđược tạo bởi từ lớp mạng (Internet) sẽ được gửi xuống tới lớp liên mạng(Network Interface Layer) nếu truyền dữ liệu, hoặc tầng liên mạng (NetworkInterface Layer) sẽ lấy dữ liệu từ mạng và gửi nó tới lớp mạng (Internet) nếuchúng ta nhận dữ liệu

Tầng này bao gồm các thiết bị giao tiếp mạng (Card Mạng và Cáp Mạng)

và chương trình cung cấp các thông tin cần thiết để có thể hoạt động, truynhập đường truyền vật lý qua thiết bị giao tiếp mạng đó

Như đã đề cập ở phần trên, Ethernet là giao thức cấp dưới có ba lớp LLC(Logic Link Control), MAC (Media Access Control), và lớp vật lý physical

2.2 Cấu trúc gói tin IP, TCP,ARP,UDP

2.2.1 Cấu trúc địa chỉ IP

Mạng Internet dùng hệ thống địa chỉ IP (32 bit) để “định vị” các máytính liên kết với nó có hai cách đánh địa chỉ phụ thuộc vào cách liên kết củatừng máy tính cụ thể

Nếu các máy tính được kết nối trực tiếp với mạng Internet thì NIC(Network Information Centre) sẽ cấp cho máy tính đó một địa chỉ IP (IPAdress)

Nếu các máy tính không kết nối trực tiếp với mạng Internet mà thôngqua một mạng cục bộ thì người quản trị mạng sẽ cấp cho các máy tính đó mộtđịa chỉ IP (tuy nhiên cũng dưới sự cho phép của NIC).

Hệ thống địa chỉ này được thiết kế mềm déo qua một sư phân lớp, có 5lớp địa chỉ IP là: A, B, C, D, E Sự khác nhau cơ bản giữa các lớp địa chỉ này

là ở khả năng tổ chức các cấu trúc con của nó

Hình 2 4: tổ chức địa chỉ IP

- Địa chỉ lớp A: lớp A sử dụng byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉmạng Như hình trên, nó nhận ra được bit đầu tiên trong byte đầu tiên của địachỉ có giá trị bằng 0.3 bytes còn lại được sử dụng để đánh địa chỉ máy trongmạng Có 126 địa chỉ lớp A (được đánh địa chỉ trong byte thứ nhất) với sốmáy tính trong mạng là 2563-2= 16.777.214 máy cho mỗi một địa chỉ lớp A(sử dụng 3 bytes để đánh địa chỉ máy)

- Địa chỉ lớp B: Một địa chỉ lớp B được nhận ra bởi 2 bít đầu tiên củabyte thứ nhất mang giá trị 10 Lớp B sử dụng 2 bít đầu tiên của byte để đánhđịa chỉ mạng và 2 byte cuối để đánh địa chỉ máy trong mạng Có 64*256 -2 =16.128 địa chỉ mạng lớp B với 65.534 máy cho mỗi môt địa chỉ mạng lớp B

- Địa chỉ lớp C: một địa chỉ lớp C được nhận ra với 3 bít đầu mang giátrị 110 Mạng lớp C sử dụng 3 byte đầu để đánh địa chỉ mạng và một bytecuối để đánh địa chỉ máy tính có trong mạng Có 2.079.125-2 địa chỉ lớp C,mỗi địa chỉ lớp C có 254 máy

- Địa chỉ lớp D: Dùng để gửi các IP datagram tới một nhóm các hosttrên một mạng.

- Lớp địa chỉ E: Dùng để dự phòng và dùng trong tương lai

2.2.2 Cấu trúc gói tin IP

Ver-4 bit : chỉ version hiện hành của IP đang được dùng, nếu trường nàykhác với phiên bản IP của thiết bị nhận, thiết bị nhận sẽ loại bỏ các gói tin này.IHL (IP Header Length)- 4 bit chỉ độ dài phần header của gói tin, tínhtheo từ 32 bít

TOS (Type of Service)- 1byte: cho biết dịch vụ nào mà gói tin muốn sửdụng chẳng hạn như độ ưu tiên, thời hạn chậm trễ, năng suất truyền và độ tincậy cụ thể như sau:

- 3 bít đầu chỉ quyền ưu tiên gửi gói tin, từ gói tin bình thường là 0 đếngói tin kiểm soát mạng là 7

- Một bít tiếp theo chỉ độ chễ yêu cầu, 0 ứng với gói tin có độ trễ bìnhthường, 1 ứng với gói tin có độ trễ thấp

- Một bít tiếp theo chỉ thông lượng yêu cầu sử dụng để truyền gói tinvới lựa chọn truyền trên đường thông suất thấp hay trên đường thôngsuất cao, 0 ứng với thông lượng bình thường, 1 ứng với thông lượngcao

- 1 bít tiếp theo có độ tin cậy yêu cầu, 0 ứng với độ tin cậy bìnhthường, 1 ứng với độ tin cậy cao

Total length- 2byte: chỉ độ dai gói tin tính cả phần header, tính theo đơn

- Bít 0: chưa sử, dụng luôn lấy giá trị 0.

- Bít 1: 0 ứng với gói tin bị phân mảnh, 1 ứng với gói tin bị phân mảnh

- Bít 2: 0 ứng với gói tin thuộc phân đoạn cuối cùng của gói tin gốc, 1ứng với gói tin không phải là phân đoạn cuối cùng của gói tin gốc.Fragment Offset-32 bít: chỉ vị trí của phân đoạn trong gói tin gốc, tínhtheo đơn vị 8 byte

Time to live – 1 byte: quy định thời gian tồn tại tính bằng giây của góitin trong mạng Thời gian này được đặt bởi trạm gửi và giảm đi (thường quyước là 1) khi gói tin đi qua mỗi router của liên mạng Một giá trị tối thiểu phải

Cource IP Address- 4 byte: địa chỉ IP của nơi truyền gói tin

IP Option- độ dài thay đổi: khai báo các lựa chọn do người sử dụng yêucầu, ví dụ như: mức độ bảo mật, đường mà gói tin được gửi đi, timestamp ởmỗi router

Padding- độ dài thay đổi: Dùng để đảm bảo các header luôn kết thúc ởmột mốc 32 bít

Data chiều dài thay đổi lớp trên, chiều dài thay đổi đến 64Kb

2.2.3 Cấu trúc gói tin TCP

Đơn vị dữ liệu trong TCP được gọi là Segment với cấu trúc như sau:

- Cource Port – 2byte: số hiệu cổng TCP của trạm nguồn

- Destination Port – 2byte: số hiệu cổng TCP của trạm đích

- Sequence number: số hiệu byte đầu tiên của Segment, nếu cờ SYNbât thì nó là số thứ tự gói ban đầu và byte đầu tiên được gửi có số thứ tự nàycộng thêm 1, nếu không có SYN thì đây là số thứ tự của byte đầu tiên

- Acknowledgment number – 2 byte: nếu cờ ACK bật thì giá trị củatrường chính là số thứ tự của gói tin tiếp theo mà bên nhận cần Báo là nhậntốt các segment mà trạm đích đã gửi cho trạm nguồn.

- Data Offest- 4bit: độ dài của phần header tính theo đơn vị từ 32 bít.Tham số này chỉ ra vị trí bắt đầu của nguồn dữ liệu

- Reserved- 6 bít

- Flags : các bít điều khiển

 URG: Vùng con trỏ khẩn có hiệu lưc

 ACK: Vùng báo nhận ACK number có hiệu lực

 PSH: Chức năng PUSH

 RST: Khởi động lại liên kết

 SYN: Đồng bộ hóa số liệu tuần tự

 FIND: không còn đủ dữ liệu ở trạm nguồn

- Window- 2byte: số byte dữ liệu bắt đầu từ byte được chỉ ra trongACK number mà chạm nguồn đã sẵn sang để nhận

- Checksum: checksum cho cả phẩn header lẫn dữ liệu

- Urgent Pointer – 2byte: nếu cờ URG bật thì giá trị trường này chính

là số 16 bít mà số thứ tự gói tin cần dịch trái

- Option -2byte: vùng tùy chọn, khai báo các option của TCP trong đó

có độ dài tối đa của vùng TCP data trong 1 segment

- Padding-: phẩn chèn thêm vào header để đảm bảo phần header luônkết thúc ở một mốc 32 bít

- TCP data: chứa dữ liệu, của tầng trên có độ dài tối đa ngầm định là

536 byte Gía trị này có thể khai báo trên phẩn Option

2.2.4 Cấu trúc gói tin ARP (Adrees Resolution Protocol)

Mọi máy tính cùng nằm trên một mạng có cùng một net ID và các máytính cùng trên mạng vật lý có thể gửi frame vật lý trực tiếp cho nhau nên việctruyền thông tin giữa hai máy tính trong cùng một mạng vật lý không cần sử

dụng gateway Việc dẫn đường trực tiếp chỉ sử dụng phần địa chỉ máy host IDtrong địa chỉ IP Trạm gửi chỉ việc kết khối dữ liệu vào frame, chuyển địa chỉ

IP của trạm đích thành địa chỉ vật lý và gửi trực tiếp frame tới máy nhận.Một cơ chế sử dụng để chuyển địa chỉ IP thành địa chỉ vật lý là ARP(Address Resolution Protocol) Khi hai máy tính cùng nối vào một mạng vật

lý, chúng biết được địa chỉ IP của nhau nhưng để truyền thông giữa hai máy,chúng phải biết được địa chỉ vật lý của nhau ARP giải quyết vấn đề chuyển

từ địa chỉ IP 32 bits sang địa chỉ Ethernet 48 bits Người ta sử dụng hai cơ chế

đó là ARP request và ARP relay

Hình 2 5: Mô tả đường truyền dữ liệu ARP

2.2.4.1 Mô tả hoạt động của khung ARP

Chuyển giao trực tiếp: Địa chỉ vật lý là một hàm của địa chỉ IP ví dụ sử

dụng trên mạng token ring proNET-10 là mạng cho phép đặt địa chỉ IP và địachỉ vật lý thoải mái Người ta có thể đặt địa chỉ IP là 192.5.48.3 và địa chỉ vật

lý là 3, khi đó ta có PA = f(IA) Với PA là địa chỉ vật lý, IA là địa chỉ Internet

và f là hàm chuyển đổi

Chuyển giao gián tiếp: Chuyển giao địa chỉ động được thực hiện bằng

cách máy tính muốn gửi thông tin gửi một thông báo tới toàn bộ các máy tínhtrên mạng, trong thông báo đó có chứa địa chỉ IP của máy tính nó cần liên lạc,mọi máy sẽ nhận được thông báo và máy nào thấy địa chỉ IP của mình thì trảlại một thông báo chứa địa chỉ vật lý của chính mình Khi đó hai máy tính cóthể “nói chuyện” với nhau.

Ngoài ra, người ta còn sử dụng bảng chỉ đường để lưu trữ tạm thời cácđịa chỉ sử dụng mới nhất (Address Reslution Cache) để tăng tốc độ của việcchuyển giao địa chỉ

Một gói thông tin ARP là một Ethernet Frame được truyền trực tiếp từmáy này tới máy khác Vì không phải sử dụng IP, gói tin này không có địa chỉ

IP cũng như không cần được dẫn đường, nó phải được gửi broadcast tới tất cảcác máy trên mạng Ethernet (với địa chỉ FFFF_FFFF_FFFF)

Bảng 2 1: Mô tả gói thông tin ARP

Không giống phần lớn các giao thức khác,dữ liệu trong ARP không cómột định dạng chuẩn cho header Để ARP có thể làm việc với nhiều côngnghệ khác nhau, người ta dùng một trường để chứa độ dài của những trường

đi sau nó

Trong trường hợp máy tính trạm không có thiết bị nhớ phụ, và vì vậy nókhông biết địa chỉ IP của chính mình khi khởi động, người ta sử dụng cơ chếchuyển ngược địa chỉ (Reverse Address Resolution Protocol – RARP) hoạtđọng tương tự ARP để giải quyết vấn đề này Theo cơ chế đó, có một máychủ chứa bảng địa chỉ IP của các máy trạm, khi máy trạm khởi động, nó gửimột request tới tất cả các máy và máy chủ gửi trả lại một gói tin chứa địa chỉ

IP của máy trạm yêu cầu

2.2.4.2 Gói tin của ARP

Protocol type: 0x0800 cho IP (0000.1000.0000.0000)

- Hardware len = 6 bytes cho ethernet

- Protocol len = 4 bytes cho IP

- ARP operation:

 1= yêu cầu

 2 = đáp lại

 3/4 = RARP yêu cầu/đáp lại

Bảng 2 2: Khung dữ liệu ARP

2.2.4.3 Trường của khung ARP

 Địa chỉ đích (ethernet destination address):

 FF:FF:FF:FF:FF:FF là địa chỉ broadcast cho ARP request

 Địa chỉ nguồn (ethernet source address) là địa chỉ của ARP yêu cầu

 Frame type:

o ARP yêu cầu hoặc đáp lại (ARP request/rely) : 0x0806

o RARP yêu cầu hoặc đáp lại (RARP request/rely): 0x08035

o IP: 0x0800

2.2.5 Cấu trúc gói tin UDP

Vùng header của UDP có 64 bít với 4 trường:

- Source port – 2byte: xác định cổng của người gửi thông tin và có ýnghĩa nếu muốn nhận thông tin phản hồi từ người nhận nếu không thì đặt nóbằng 0

- Dentination port-2byte: xác định cổng nhận thông tin và trường này

là cần thiết

- Length- 2 byte: là chiều dài của toàn bộ gói tin (phần header và phần

dữ liệu) chiều dài tối thiểu là 8 byte khi gói tin không có dữ liệu mà chỉ cóheader

- Checksum- 2byte: dùng cho việc kiểm tra lỗi của phần header vàphần dữ liệu

2.2.6 Giao thức điều khiển truyền tin – ICMP (Internet Control Message Protocol).

Việc dẫn đường qua các mạng sử dụng giao thức diều khiển truyền tin(Internet Control Message Protocol - ICMP) được định nghĩa trong RFC 792.ICMP sử dụng gói tin IP để chuyển thông báo của nó ICMP gửi các thôngbáo làm các công việc: Điều khiển, thông báo lỗi và chức năng thông tin choTCP/IP Thông thường ICMP được gửi khi một gói tin không thể đi tới đích,một gateway không còn đủ chỗ nhớ để nhận thêm gói tin hay một gatewayhướng dẫn máy tính sử dụng gateway khác để truyền thông tin theo một conđường tối ưu hơn

 Cấu trúc gói tin ICMP:

Mặc dù mỗi thông báo ICMP có một kiểu định dạng riêng của nó, songcác thông báo đều chứa 3 trường đầu tiên giống nhau:

 TYPE: Định nghĩa thông báo đi sau

 CODE: Cung cấp thông tin thêm về thông báo

 CHECKSUM: Chứa checksum của thông báo

Bảng 2 3: Cấu trúc gói ICMP

Type Field ICMP Message Type

11 Time Exceeded for a Datagram

12 Parameter Problem on a Datagram

13 Timestamp Request

15 Information Request

16 Information Reply

17 Address Mask Request

18 Address Mask Reply

Chương 3: Phần cứng3.1 Vi điều khiển PIC

3.1.1 Giới thiệu về vi điều khiển PIC

PIC là một họ vi điều khiển theo kiến trúc Havard được sản xuất bởicông ty Microchip Techonology

3.1.1.1 Lịch sử phát triển

Năm 1965 hãng Genneral Instrument thành lập ban vi điện tử nhằm tậptrung nghiên cứu công nghệ chế tạo bộ nhớ EPROM và EEPROM , đó là cáclinh kiện thu hút nhiều đầu tư của các phòng thí nghiệm bán dẫn.Đầu nhữngnăm 70 Genneral Instrument cũng chế tạo vi xư lý 16 bit PC1600.Bộ xử lýnày khá tốt nhưng có nhược điểm là khả năng cào ra không mạnh để thíchứng bộ xử lý PC1600 trong các ứng dụng cần có tính năng cao Năm 1975Genneral Instrument thiết keess vi mạch điều khiển giao tiếp ngoại vi(Peripheral interface controler) viêt tắt là PIC, đó là linh kiện hỗ trợ các tínhnăng vào ra do đó bộ mã lệnh của nó khá nhỏ gọn Những vi điều khiển PICđầu tiên có điểm yếu là chế tạo theo công nghệ n-MOS nên tiêu thụ nhiềunăng lượng, bộ nhớ chương trình là loại ROM mặt nạ chỉ nạp được một lần,

do đó chương trình điều khiển được nạp ngay khi chế tạo vi mạch nên chỉthích hợp với các khác hang đặt mua với số lượng lớn, để lắp ráp trong sảnxuất những sản phẩm cụ thể

Những năm đầu thập kỉ 80 Genneral Instument gặp khó khan trongthương mại và tổ chức lại.Hãng tập trung vào chế tạo linh kiện bán dẫn côngsuất lớn là thế mạnh cho tới hiện nay của hang General Instrument đã chuyểnnhượng Ban vi điện tử và nhà máy tại Chandle, bang Anizona cho cá nhà đầu

tư Họ lập ra một công ty mới, đặt tên là Arizpna Microchip technology hiệnnay là Microchip technology Inc

Chiến lược của nhà đầu tư là tập chung vào vi điều khiển và bộ nhớ củabán dẫn Các vi mạch PIC n-MOS được cải tiến, chế tạo dựa trên nền tảngcông nghệ mới CMOS Các sản phẩm đầu tiên của Microchip được biết tới và

bán ra với số lượng lớn là các vi điều khiển PIC thược họ PIC16C5x Họ này

có hai biến thể với bộ nhớ chương trình là OTP và UV EPROM Loại OTP cóthể nạp trình một lần dùng cho sản xuất loại lớn Loại UV EPROM có thểxóa được bằng tia cực tím (tia UV) dùng khi phát triển, thử nghiệm phần mềm.Măn 1983 Microchip là hãng đầu tiên đã tích hợp được bộ nhớ chươngtrình fash EEPROM vào những vi điều khiển mới, trong đó được biết đếnnhiều nhất là PIC16C84 và PIC16F84 Bộ nhớ chương trình fash đã loại bỏvai trò của vi điều khiển có bộ nhớ xóa bằng tia cực tím, có vỏ bằng gốm đắttiền và các đèn chiếu tia cưc tím

Flash và ROM có thể tùy chọn từ 256 byte đến 256Kbyte

Các cổng Xuất/Nhập (T/O ports) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V,ứng với logic 0 và logic 1)

8/16 Bit Tỉmer

Công nghệ Nanowatt (dòng PIC 18Fxxxx)

Các chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp đồng bộ/Không đồng bộ USART,AUSART, EUSARTs

Bộ chuyển đổi ADC Analog –to-digital converters , 10/12bit

Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators)

Các module Capture/Compare/PWM

LCD

MSSP peripheral dung cho giao tiếp I2C, SPI, I2S

Bộ nhớ nội EEPROM –có thể ghi/xóa lên tới 1 triệu lần

Module điều khiển động cơ, đọc encoder

Hỗ trợ giao tiếp USB

Hỗ trợ điều khiển Ethernet

Hỗ trợ giao tiếp CAN

Hỗ trợ giao tiếp LIN

Hỗ trợ giao tiếp IrDA

Một số dòng có tích hợp bộ RF (PIC 16F639 và rfPIC)

KEELOQ mã hóa và giải mã

DSP những tính năng xử lý tín hiệu số (dsPIC)

Tiêu chuẩn để phân nhóm dựa vào sự khác nhau về kiến trúc bộ xử lýbên trong của vi điều khiển:

- Số các thanh ghi có thể truy nhập được

- Có hay không có ngắt, số lượng ngắt

 Họ cấp cao (high - end): 17Cxxx

 Họ cấp cao (high – performance): 18Cxxx,18Fxx2

3.1.2 Một số ưu điểm của Microchip PIC

Bộ nạp trình cho PIC có thể tự lắp ráp một cách dễ dàng với chi phíthấp dp ƠIC chủ yếu nạp trình theo chuẩn ICSP (In –Circuit SiralProgramming) là phương pháp nạp trình nối tiếp: các dữ liệu được nạp vào

bộ nhớ chương trình thông qua 2 chân vào /ra được gán là cổng truy nhập đến

bộ nhớ chương trình trong quá trình nạp trình Do đó nhờ có bộ nhớ flash vànạp trình theo chuẩn ICSP mà những người nghiên cứu và sử dụng PIC đã tiếtkiệm được đáng kể cho phí mua các công cụ nạp Với bộ nhớ flash thì thờigian nạp trình cũng được cải thiện đáng kể (chỉ khoảng vài chục giây) so với

UV EPROM (cỡ vài chục phút)

Microchip cũng cung cấp rất đầy đủ và chi tiết các tài liệu kỹ thuật vềtất cả các loại vi điều khiển PIC Ngoài ra còn có rất nhiều sách viết về PIC

và các trang web nói về vi điều khiển này Tài liệu hỗ trợ cho vi điều khiểnPIC chỉ dung sau máy tính cá nhân PC và về doanh số bán ra thị trường hiệnnay Microchip đã đứng đầu về doanh số bán PIIC 8bit, vượt lên các vi điềukhiển của Motorola

3.1.3 Vi điều khiển PIC18F4550

3.1.3.1 PIC18F4550

Hình 3 1: Hình thực tế của PIC18F4550

PIC18F4550 là vi điều khiển thuộc nhóm cao cấp trong dòng vi điềukhiển PIC18 – hiệu suất tính toán lớn, giá cả phù hợp - độ bền cao, dunglượng bộ nhớ chương trình được nâng cấp Ngoài ra chúng còn được thiết kế

để phù hợp cho những ứng dụng có hiệu suất cao, ít tiêu tốn năng lượng

 Nguồn ngắt: 20

 Cổng I/O: Ports A,B,C,D,E

 Timers: 4

 Module Capture/Compare/PWM: 1

 Module Capture/Compare/PWM cải tiến: 1

 Giao tiếp nối tiếp: MSSP, USART cải tiến

 Module Universal Serial Bus (USB): 1

 Streaming Parallel Port (SPP): có

 Module 10-Bit Analog-to Digital: 13 Input Channels

 Bộ so sánh (Comparators): 2

 Resets (and Delays): POR, BOR, RESET Instruction, Stack Full,Stack Underflow (PWRT, OST), MCLR (optional), WDT

 Programmable Low-Voltage Detect: có

 Programmable Brown-out Reset: có

 Instruction Set: 75 Instructions; 83 with Extendexd Instruction Setenabled

 Packages: 40-Pin PDIP, 44-Pin QFN, 44-Pin TQFP

Điểm chú ý của PIC18f4550:

 Với bộ nhớ có 32kb Flash lưu trữ chương trình, 2kb bộ nhớ SRAMbay hơi và 256byte EEPROM (Bộ nhớ không bay hơi) để lưu trữ dạihạn dữ liệu như cấu hình…

 Các chỉ thị dài 1byte với ngoại lệ dài 2byte (CALL, MOVFF, GOTO,LSFR) Sử dụng cơ chế đường ống để thực thi mã bằng việc khiến cácchỉ thị liên tiếp hoạt động trong 4 xung nhịp (độ dại xung) có 4 lầnnhảy xung được thêm vào

 Các đặc tính đáng chú ý khác là có đồng hồ, ngắt (đồng hồ gắn trong

và gắn ngoài) với hai mức ưu tiên và dung cả hai mức như bộ so sánh

tương tự kèm theo với bộ phát điện thế chuẩn có 16 mức (hữu ích khidung trigger ở mức phần cứng).

 Cuối cùng, PIC cũng có bộ chuyển đổi tương tự 10 bit nhưng daođông ký không đủ yêu cầu về tốc độ cao cần thiết Vì vậy máy phát daođộng có tốc độ

 48Mhz giữa thời gian trễ do truyền tải các ngắt khác (vòng lặp…).Không thể đạt được tốc độ lớn hơn 200Khz

3.1.3.2 Sơ đồ

chân

Hình 3 2: sơ đồ chân của PIC18F4550

3.1.3.3 Chức năng của các chân PIC18F4550

Bảng 3 1: Bảng chức năng chân của PIC18F4550

stt chân

Chứcnăng

ThanhGhiTRIS I/O

KiểuI/O

Mô tả

OSC2/

CLKO

/RA6

OSC2 0 O Đầu vào nối với bộ giao động

CLKO 0 O Đầu vào nguồn xung ngoài, Luôn

gắn liền vớichức năng pin OSC1RA6 1/0 I/O TLL chân vào/ra bình thường

Bảng 3 2: Bảng chức năng chân của PORTA

stt chân

Chứcnăng

ThanhGhiTRIS I/O

KiểuI/O

O

Chiều ra vào dữ liệu, không ảnhhưởng đầu vào tương tự