Thiết kế và thi công thiết bị giám sát bệnh nhân

+ Chương 1: Giới Thiệu Về Thiết Bị Giám SátTìm hiểu các thiết bị giám sát trên thị trường, qua đó phân tích chọn phương án thiết kế thiết bị giám sát bệnh nhân+ Chương 2: Mạch Điều khiển Trung Tâm Giới thiêu về pic 16f887.+ Chương 3: Bộ Hiển Thị Dữ Liệu Và Giao Tiếp Máy Tính.Giới thiệu về LCD 16x2, DS1307, 24C16, Max232, chuẩn giao tiếp I2C và RS232+ Chương 5: Tính Toán, Thiết kế Và Thuật ToánTính toán thiết kế phần cứng và xây dựng sơ đồ thuật toán để viết chương trình phần mềm cho thiết bị.+ Chương 6: Mô Phỏng Và Thi Công MạchChương này sẽ tiến hành mô phỏng mạch bằng phần mềm proteus, sau đó tiến hành thi công và kiểm tra mạch thực tế. Đánh giá hoạt động của hệ thống thực tế.Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt của đồ án là mô phỏng, tính toán thiết kế mạch, xây dựng các lưu đồ thuật toán và thi công lắp ráp mạch để kiểm chứng tính đúng đắn của công trình thực tế được công bố trên các tạp chí khoa học “Everyday Practical Electronics, August 2005” .Dựa trên công trình thực tế đã được công bố trên các tạp chí khoa học “Everyday Practical Electronics, August 2005”. Đồ án này thành công trong việc mô phỏng, tính toán thiết kế mạch, xây dựng các lưu đồ thuật toán và thi công lắp ráp mạch.

Trang 1

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập-Tự do-Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ

đồ án hoặc công trình đã có từ trước Trong nội dung đồ án có tham khảo các tài liệu

được trích dẫn ở phần “ Tài liệu tham khảo”

Em xin cam đoan và chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có điều gì sai trái trong nội

Trang 2

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 5

LỜI MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ GIÁM SÁT BỆNH NHÂN 10 1.1 Giới Thiệu Chương: 10

1.2 Phân Tích và Lựa Chọn Giải Pháp: 10

1.2.1 Phân Tích: 10

1.3.2 Giải Pháp: 10

1.3 Nguyên Lý Hoạt Động Của Thiết Bị Giám Sát Bệnh Nhân: 11

1.3.1 Nguyên Lý Hoạt Động Chung Của Thiết Bị Giám Sát Bệnh Nhân: 11

1.2.2 Khối Điều Khiển Trung Tâm: 12

1.2.3 Hiển Thị Dữ Liệu: 12

1.2.4 Thời Gian Thực: 12

1.2.5 Bộ Nhớ EEPROM Ngoài : 12

1.2.6 Khối Giao Tiếp Máy Tính : 12

1.3 Kết Luận Chuơng: 13

CHƯƠNG 2: MẠCH DIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 14

2.1 Giới Thiệu Chương: 14

2.2.Vi Điều Khiển PIC16F887 : 14

2.2.1 Giới Thiệu Chung Về Pic 16F: 14

2.2.2 Vi Điều Khiển PIC 16F887: 15

Trang 3

2.2.3 Tổ Chức Bộ Nhớ Vi Điều Khiển PIC 16F887: 19

2.3 Kết Luận Chương: 24

CHƯƠNG 3: BỘ HIỂN THỊ DỮ KIỆU VÀ BỘ GIAO TIẾP MÁY TÍNH 25

3.2 LCD 16x2: 25

3.2.1 Hình Dạng : 25

3.2.2 Chức Năng Của Các Chân: 26

3.3 IC Thời Gian Thực DS1307: 28

3.4 Bộ Nhớ EEPROM Ngoài 24C16: 29

3.5 Chuẩn Giao Tiếp I2C: 30

3.6 IC Max232: 32

3.7 Cổng Com: 34

3.8.Chuẩn Giao Tiếp RS232: 36

3.9.Kết Luận Chương: 37

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ THUẬT TOÁN 38

4.1, Giới Thiệu Chương: 38

4.3 Hoạt Động Của Thiết Bị: 38

4.4 Sơ Đồ Khối Tổng Quát: 40

4.5 Tính Toán, Thiết Kế: 41

4.5.1 Mạch Nguồn: 41

4.5.2 Điều Khiển Trung Tâm: 41

4.5.3 LCD, Thời Gian Thực Và Bộ Nhớ EEPROM: 43

4.5.4 Mạch Giao Tiếp RS232: 44

Trang 4

4.6 Sơ Đồ Thuật Toán: 45

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG, THI CÔNG VÀ KIỂM TRA MẠCH 51

5.2 Mô Phỏng Dùng Proteus 7.0 và VB 6.0: 51

5.3 Thi Công Mạch: 56

5.4 Kiểm Tra Mạch: 57

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHẦN PHỤ LỤC A1

1 Code Pic: A1

2 Code VB6: A13

Trang 5

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

- ADC: :Analog Digital Converter

- ADIE: A/D Converter (ADC) Interrupt Enable bit

- ADIF: A/D Converter Interrupt Flag bit

- BCLIE: Bus Collision Interrupt Enable bit

- BCLIF: Bus Collision Interrupt Flag bit

- BOR: Brown-out Reset Status bit

- C: Carry/Borrow bit

- C1IE: Comparator C1 Interrupt Enable bit

- C2IE: Comparator C2 Interrupt Enable bit

- C1IF: Comparator C1 Interrupt Flag bit

- C2IF: Comparator C2 Interrupt Flag bit

- CCP1IE: CCP1 Interrupt Enable bit

- CCP2IE: CCP2 Interrupt Enable bit

- CCP1IF: CCP1 Interrupt Flag bit

- CCP2IF: CCP2 Interrupt Flag bit

- DC: Digit Carry/Borrow bit

- EEIE: EEPROM Write Operation Interrupt Enable bit

- EEIF: EE Write Operation Interrupt Flag bit

- GIE: Global Interrupt Enable bit

- I2C: Inter ‐ Intergrated Circuit

- INTCON: INTERRUPT CONTROL REGISTER

- INTE: INT External Interrupt Enable bit

- INTEDG: Interrupt Edge Select bit

- INTF: INT External Interrupt Flag bit

Trang 6

- IRP: Register Bank Select bit

- LCD: Liquid Crystal Display

- OPTION_REG: OPTION REGISTER

- OSFIE: Oscillator Fail Interrupt Enable bit

- OSFIF: Oscillator Fail Interrupt Flag bit

- PCON: POWER CONTROL REGISTER

- PD: Power-down bit

- PIE1: PERIPHERAL INTERRUPT ENABLE REGISTER 1

- PIE2: PERIPHERAL INTERRUPT ENABLE REGISTER 2

- PEIE: Peripheral Interrupt Enable bit

- PIC: Programmable Intelligent computer

- PIR1: PERIPHERAL INTERRUPT REQUEST REGISTER 1

- PIR2: PERIPHERAL INTERRUPT REQUEST REGISTER 2

- POR: Power-on Reset Status bit

- PS: Prescaler Rate Select bits

- PSA: Prescaler Assignment bit

- RAM: Random Access Memory

- RBIE: PORTB Change Interrupt Enable bit

- RBIF: PORTB Change Interrupt Flag bit

- RCIE: EUSART Receive Interrupt Enable bit

- RCIF: EUSART Receive Interrupt Flag bit

- RTC: Real-time clock

- RBPU: PORTB Pull-up Enable bit

- SBOREN: Software BOR Enable bit

- SSPIE: Master Synchronous Serial Port (MSSP) Interrupt Enable bit

- SSPIF: Master Synchronous Serial Port (MSSP) Interrupt Flag bit

Trang 7

- STATUS: STATUS REGISTER

- T0CS: Timer0 Clock Source Select bit

- T0SE: Timer0 Source Edge Select bit

- T0IE: Timer0 Overflow Interrupt Enable bit

- TO: Time-out bit

- T0IF: Timer0 Overflow Interrupt Flag bit

- TXIE: EUSART Transmit Interrupt Enable bit

- TXIF: EUSART Transmit Interrupt Flag bit

- TMR1IE: Timer1 Overflow Interrupt Enable bit

- TMR2IE: Timer2 to PR2 Match Interrupt Enable bit

- TMR1IF: Timer1 Overflow Interrupt Flag bit

- TMR2IF: Timer2 to PR2 Interrupt Flag bit

- ULPWUE: Ultra Low-Power Wake-up Enable bit

- ULPWUIE: Ultra Low-Power Wake-up Interrupt Enable bit

- ULPWUIF: Ultra Low-Power Wake-up Interrupt Flag bit

- Z: Zero bit

Trang 8

LỜI MỞ ĐẦU

Với tốc độ phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp hiện đại như công nghệ thông tin, công nghệ truyền thông, cơ khí, điện tử Trong đó, ngành điện tử đóng vai trò rất quan trọng, nó thâm nhập vào cuộc sống con người với các thiết bị từ đơn giản đén phức tạp như bóng đèn, tivi, máy vi tính…góp phần hiệu quả vào các nhu cầu lao động và giải trí của con người

Y tế là là một ngành hết sức quan trọng, chăm sóc và bảo vệ tính mạng con người

Vì vậy cần độ chỉnh xác cao và sự nhanh chóng, do đó cần có các thiết bị điện tử y sinh Paint Monitor là một trong số đó, đây là thiết bị giúp các các nhân viên y tế quản lý,giám sát và chăm sóc bệnh nhân được tốt hơn

Đò án được chia làm 6 chương:

+ Chương 1: Giới Thiệu Về Thiết Bị Giám Sát

Tìm hiểu các thiết bị giám sát trên thị trường, qua đó phân tích chọn phương án thiết kế thiết bị giám sát bệnh nhân

+ Chương 2: Mạch Điều khiển Trung Tâm

Giới thiêu về pic 16f887

+ Chương 3: Bộ Hiển Thị Dữ Liệu Và Giao Tiếp Máy Tính

Giới thiệu về LCD 16x2, DS1307, 24C16, Max232, chuẩn giao tiếp I2C và RS232 + Chương 5: Tính Toán, Thiết kế Và Thuật Toán

Tính toán thiết kế phần cứng và xây dựng sơ đồ thuật toán để viết chương trình phần mềm cho thiết bị

+ Chương 6: Mô Phỏng Và Thi Công Mạch

Chương này sẽ tiến hành mô phỏng mạch bằng phần mềm proteus, sau đó tiến hành thi công và kiểm tra mạch thực tế Đánh giá hoạt động của hệ thống thực tế

Trang 9

Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt của đồ án là mô phỏng, tính toán thiết kế mạch, xây dựng các lưu đồ thuật toán và thi công lắp ráp mạch để kiểm chứng tính đúng đắn của công trình thực tế được công bố trên các tạp chí khoa học “Everyday Practical Electronics, August 2005”

Dựa trên công trình thực tế đã được công bố trên các tạp chí khoa học “Everyday Practical Electronics, August 2005” Đồ án này thành công trong việc mô phỏng, tính toán thiết kế mạch, xây dựng các lưu đồ thuật toán và thi công lắp ráp mạch

Trang 10

CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

Trang 10

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ GIÁM SÁT BỆNH NHÂN

1.1 Giới Thiệu Chương:

Bộ giám sát bệnh nhân là một thiết bị dùng để thống kê dữ liệu Ý tưởng của thiết

bị này xuất phát từ nhu cầu cần thiết trong việc giám sát các tình trạng bệnh của bệnh nhân và lưu trữ các dữ liệu đó một cách lâu dài Việc thông kê dữ liệu để giám sát bệnh nhân xưa nay thường rất thủ công và khó khăn trong việc lưu trữ nên PAIN MONITOR là một thiết bị rất là cần thiết và tiện dụng Trong chương này ta sẽ đi phân tích, tìm giải pháp thiết kế, tìm hiểu về nguyên lý chung của thiết bị và các bộ phận của nó

1.2 Phân Tích và Lựa Chọn Giải Pháp:

1.2.1 Phân Tích:

Từ ý tưởng ban đầu, những kiến thức đã học và các thiết bị trên thị trường có tính

năng tương tự chúng ta có thể tạo ra một thiết bị có các đặc điểm sau:

+ Màn hình hiển thị dữ liệu

+ Có đèn báo hiệu

+ Có còi để cảnh báo

+ Có bộ nhớ lớn và lưa trữ lâu dài

+ Hiển thị thời gian làm việc

+ Có thể giao tiếp vói máy tính

+ Có tính ổn định và chính xác cao

+ Đơn giản và dễ dàng sử dụng

+ Có tính kinh tế cao

1.3.2 Giải Pháp:

Từ những phân tích nêu trên ta có thể tạo ra một thiết bị như sau:

+ Màn hình hiển thị dữ liệu: dùng LCD , led 7 đoạn

+ Có đèn báo hiệu: dùng đèn led đẻ báo nguồn và các cảnh báo khác

+ Có còi để cảnh báo: dùng loa nhỏ để báo hiệu

Trang 11

+ Có bộ nhớ lớn và lưa trữ lâu dài.: có thể dùng bộ nhớ ngoài eeprom

+ Hiển thị thời gian làm việc: dùng IC thời gian thực

+ Có thể giao tiếp vói máy tính: điều khiển bằng máy tính và lưa trữ dữ liệu trên máy tính

1.3 Nguyên Lý Hoạt Động Của Thiết Bị Giám Sát Bệnh Nhân:

1.3.1 Nguyên Lý Hoạt Động Chung Của Thiết Bị Giám Sát Bệnh Nhân:

Thiết bị dùng để giám sát bệnh nhân thường được gọi là Pain Monitor Pain

Monitor là thiết bị dùng để ghi lại tình trạng bệnh tình của bệnh nhân như nhức đầu, nôn mửa, mức độ đau đớn thông qua việc chọn mức cường độ của tình trạng bệnh bằng nút nhấn Dữ liệu vừa mới được nhập cùng với thời gian thực hiện công việc đó

sẽ được hiển thị lên LCD và lưu trong bộ nhớ eeprom ngoại Cuối cùng tất cả các dữ liệu tình trạng bệnh của bệnh nhân sẽ được tải lên máy tính thông qua giao tiếp RS232

và được lưu thành file excel File excel này dùng để là tài liệu theo dõi quá trình bệnh tình của các bệnh nhân

+ Sơ đồ mô hình tổng quan về thiết bị.thể hiện qua hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ mô hình tổng quan về thiết bị

Trang 12

1.2.2 Khối Điều Khiển Trung Tâm:

Khối điều khiển trung tâm là khối có chức năng quan trọng nhất Nó có chức năng điều khiển tất cả các bộ phận khác của mạch hoạt động như: hiển thị dữ liệu lên LCD, lưu bộ nhớ eeprom ngoài và thực hiện giao tiếp với máy tính Khối điều khiển trung tâm bao gồm một vi điều khiển, các nút nhấn, đèn led và còì báo hiệu

1.2.5 Bộ Nhớ EEPROM Ngoài :

Bộ nhớ eeprom ngoài có chức năng lưu trữ dữ liệu, bao gồm: mã số bệnh nhân, dữ

liệu bệnh nhân (ói mửa, đau đầu ) và thời gian nhập dữ liệu bệnh nhân ( ngày, tháng năm, giờ, phút, giây ) Bộ nhớ eeprom rất cần thiết vì nó có bộ nhớ lớn và không bị mất

đi khi xảy ra mất điện

1.2.6 Khối Giao Tiếp Máy Tính :

Khối giao tiếp máy tính bao gồm max232 và cổng com Nó thực hiện chức năng

giao tiếp với máy tính Giao tiếp máy tính được là thực hiện việc nhận dữ liệu thời gian

để khởi tạo thời gian ban đầu, hiển thị lên LCD và gởi dữ liều lưu trữ trong eeprom lên máy tính để tạo file excel lưu lại

Trang 13

1.3 Kết Luận Chuơng:

Thiết bị giám sát bệnh nhân thường được gọi là pain monitor, nó giúp ích trong việc thu thâp dữ liệu về tình trạng bệnh của bệnh nhân và lưu trữ lại , công việc mà xưa nay chúng ta thường tiến hành thủ công băng cách ghi chép

việc thu thâp dữ liệu về tình trạng bệnh của bệnh nhân và lưu trữ lại là công việc rất là quan trọng và đòi hỏi độ chính sát cao Vì nó là cơ sỏ để chăm sót bệnh một cách kịp thời và tốt hơn

Từ những ý tưởng và mô hình ta có thể tiến hành thiết kế và hoàn thành mạch theo

những mục tiêu đặt ra Chương này chỉ nhằm tổng quát về nguyền lý hoạt động và các khối chức năng có trong thiết bị Để hoàn thành được thiết bị cần nhiều quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và thi công khác nhau, mà chúng ta sẽ tìm hiểu trong các chương tiếp theo

Trang 14

CHƯƠNG 2: MẠCH DIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

Trong chương này chúng đề cập đến mạch diều khiển trung tâm Nó làm nhiệm vụ

điều khiển các khối khác trong toàn bộ mạch thực hiện

2.2.Vi Điều Khiển PIC16F887 :

2.2.1 Giới Thiệu Chung Về Pic 16F:

PIC là tên viết tắt của “Programmable Intelligent computer” do hãng General

Instrument đặt tên cho con vi điều khiển đầu tiên của họ.Hãng Microchip tiếp tục phát

triển sản phầm này và cho đến nay hãng đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm khác nhau

Họ vi điều khiển thuộc 16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh điều được thực thi trong một chu kỳ xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20Mhz với một chu kỳ lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số port I/O

là 5 với 33 pin I/O

Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

+ Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

+ Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tàn số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

+ Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

+ Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung

+ Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP, SPI,I2C

+ Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với địa chỉ 9 bit địa chỉ

+ Cổng giao tiếp song song PSP vói các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên ngoài Các đặc tính Analog:

+ 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

Trang 15

+ Hai bộ so sánh

Một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

+ Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100000 lần

+ Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1000000 lần

+ Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưa trữ được 40 năm

+ Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

+ Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP thông qua 2 chân

+ Watchdog Timer với bộ dao động trong

+ Chức năng bảo mật mã chương trình

+ Chế độ Sleep

+ Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

2.2.2 Vi Điều Khiển PIC 16F887:

PIC16F887 có tất cả 40 chân, được chia thành: 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2 chân thạch anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển

- 5 port của PIC16F887 bao gồm :

Trang 16

+ Sơ đồ chân Pic 16F887 thể hiên qua hinh 2.1

Hình 2.1: Sơ đồ chân Pic 16F877

Trang 17

Trang 17 + Sơ đồ khối vi điều khiển Pic 16F877A thể hiện qua hình 2.2

Hình 2.2: Sơ đồ khối vi điều khiển Pic 16F887

Trang 18

+ Vpp: ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho PIC

Chân RA0/AN0, RA1/AN1, RA2/AN2: có 2 chức năng

+ RA0,1,2: xuất/ nhập số

+ AN 0,1,2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0,1,2

Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF+: xuất nhập số/ ngõ vào tương tự của kênh thứ 2/ nhõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ AD/ ngõ vào điện áp chẩn cao của bộ AD Chân RA3/AN3/VREF+:xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 3/ ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ AD

Chân RA4/TOCK1/C1OUT: xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên ngoài cho Timer 0/ ngõ ra bộ so sánh 1

Chân RA5/AN4/ ̅̅̅ /C2out: xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 4/ ngõ vào chọn lựa SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2

Chân RB0/INT : xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài

Trang 19

Chân RC2/CCP1: xuất nhập số/ ngõ vào Capture1 ,ngõ ra compare1, ngõ ra PWM1 Chân RC3/SCK/SCL:xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ

ra chế độ SPI./ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ ra của chế độ I2C

Chân RC4/SDI/SDA: xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập dữ liệu I2C

Chân RC5/SDO: xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI

Chân RC6/TX/CK: xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ USART/xung đồng bộ USART

Chân RC7/RX/DT: xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART

Chân RD0-7/PSP0-7: xuất nhập số/ dữ liệu port song song

Chân RE0/ ̅̅̅̅/AN5: xuất nhập số/ điều khiển port song song/ngõ vào tương tự 5 Chân RE1/ ̅̅̅̅̅/AN6: xuất nhập số/ điều khiển ghi port song song/ngõ vào tương

tự kênh thứ 6

Chân RE2/ ̅̅̅̅/AN7: xuất nhấp số/ Chân chọn lụa điều khiển port song song/ngõ vào tương tự kênh thứ 7

Chân VDD(11, 32) và VSS(12, 31): là các chân nguồn của PIC

2.2.3 Tổ Chức Bộ Nhớ Vi Điều Khiển PIC 16F887:

2.2.3.1 Bộ Nhớ Chương Trình:

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F887 là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page0 đến page 3) Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024 = 8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit)

Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình có dung lượng 13 bit (PC<12:0>)

Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector)

Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình

Trang 20

Trang 21

nằm ở địa chỉ còn lại trong bank Các thanh ghi SFR thường xuyên được sữ dụng sẽ được đặt ở tất cả các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất

và làm giảm bớt lệnh của chương trình

+ Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu của Pic 16F887 thể hiên qua hình 2.4

Hình 2.4: Sơ Đồ Bộ Nhớ Dữ Liệu Pic 16F887

Trang 22

2.2.3.2.1 Thank Ghi Chức Năng Đăc Biệt SFR:

Thanh ghi STATUS (03h, 83h, 103h, 183h):thanh ghi chứa kết quả thực hiện phép toán của khối ALU, trạng thái reset và các bit chọn bank cần truy xuất trong bộ nhớ dữ liệu, được thể hiện qua hinh 2.5

Hình 2.5: Thanh Ghi STATUS

Thanh ghi OPTION_REG (81h, 181h): thanh ghi này cho phép đọc và ghi, cho

phép điều khiển chức năng pull-up của các chân trong PORTB, xác lập các tham số

về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer0, được thể hiện qua hinh 2.6

Hình 2.6: Thanh Ghi OPTION_REG

Thanh ghi INTCON (0Bh, 8Bh,10Bh, 18Bh):thanh ghi cho phép đọc và ghi,chứa

các bit điều khiển và các bit cờ hiệu khi timer0 bị tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT và ngắt tại các chân của PORTB (interrput-on-change ), được thể hiện qua hinh 2.12

Hình 2.7: Thanh Ghi INTCON

Trang 23

Thanh ghi PIE1(8Ch):chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của các khối chức năng ngoại vi, được thể hiện qua hinh 2.8

Hình 2.8: Thanh Ghi PIE1

Thanh ghi PIR1 (0Ch) : chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi,các ngắt này

dược cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE, được thể hiện qua hinh 2.9

Hình 2.9: Thanh Ghi PIR1

Thanh ghi PIE2(8Dh): chứa các bit điều khiển các ngắt của các khối chức năng CCP2, SSP bus, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM, được thể hiện qua hinh 2.10

Hình 2.10: Thanh Ghi PIE2

Trang 24

Thanh ghi PIR2 (0Dh): chứa các cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi,các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE2, được thể hiện qua hinh 2.11

Hình 2.11: Thanh Ghi PIR2

Thanh ghi PCON (8Eh):chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ reset của

vi điều khiển, được thể hiện qua hinh 2.12

Hình 2.12: Thanh Ghi PCON

2.3 Kết Luận Chương:

Mạch điều khiển trung tâm sữ dụng pic 16f887 để điều khiển các bộ phận khác của

mạch làm việc Pic 16F887 tích hợp khá đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển

hoạt động độc lập, có nhiều ứng dụng có sẵn và được nhiều hỗ trợ trong việc thiết kế

và lập trình

Trang 25

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ THUẬT TOÁN

Trang 25

CHƯƠNG 3: BỘ HIỂN THỊ DỮ KIỆU VÀ BỘ GIAO TIẾP MÁY TÍNH

Trong chương này chúng đề cập đến vấn đề hiển thị dữ liệu, lưa trữ chúng ở bộ nhớ ngoài và giao tiếp với máy tính Bao gồm: LCD 16x2, IC thời gian thực DS1307, bộ nhớ ngoài eeprom 24C16, chuẩn giao tiếp I2C, Max232 và Chuẩn giao tiếp RS232

3.2 LCD 16x2:

LCD được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của VĐK LCD có rất nhiều ưu

điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẽ …

3.2.1 Hình Dạng :

LCD 16x2 là loại có 2 dòng và mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 16 ký tự

+ Hình dạng LCD 16x2 thể hiên qua hình 3.1

Hình 3.1: Hình Dạng LCD 16x2 LCD HD44780 (16x2) tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như sau:

Trang 26

+ Sơ đồ chân LCD 16x2 thể hiên qua hình 3.2/

Hình 3.2: Sơ Đồ Chân LCD 16x2

3.2.2 Chức Năng Của Các Chân:

+ Chức năng các chân LCD thể hiên qua hình 4.4

1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

GND của mạch điều khiển

2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này

với VCC=5V của mạch điều khiển

3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic

“0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)

Trang 27

Trang 27 Hình 3.3: Bảng Chức Năng Chân LCD 16x2

+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với

logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic

“1” để LCD ở chế độ đọc

6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus

DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

Trang 28

3.3 IC Thời Gian Thực DS1307:

DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời

gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử dụng, tình bằng giây, phút, giờ… DS1307 là một sản phẩm của Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products) Chip này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm

+ Sơ đồ chân DS1307 thể hiên qua hình 3.4

Hình 3.4: Sơ Đồ Chân DS1307

+ X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động cho chip

+ VBAT: cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip

+ GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc

+ Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều khiển Chú

ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được)

Trang 29

+ SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số của xung được tạo có thể được lập trình Như vậy chân này hầu như không liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ trống chân này khi nối mạch

+ SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C

DS1307 nó chỉ giao tiếp với vi điều khiển qua 2 đường truyền SCL và SDA nên do

đó trên vi xử lý cần phải xác định chân nào trên vi xử lý là SCL và SDA để nối với DS1307

3.4 Bộ Nhớ EEPROM Ngoài 24C16:

EEPROM 24C16 có bộ nhớ 2KB sử dụng 11 bit địa chỉ Nó không bị mất dữ liệu

khi mất điện nên thích hợp cho việc lưa trữ lâu dài

EEPROM 24C16 sử dụng chuẩn giao tiếp I2C để giao tiếp với vi điều khiển

+ Sơ đồ chân 24C16 thể hiên qua hình 3.5

Hình 3.5: Sơ Đồ Chân 24C16

Trang 30

+ Chân A0-A1 dùng làm địa chỉ

+ Chân GND: chân mass

+ Chân Chân SCL là chân tạo xung nhịp, được điều khiển bới VĐK

+ Chân SDA là chân truyền dữ liệu giữa VĐK và 24C16

+ Chân WP

Chân chống ghi WP (write protect ) chân này có thể được nối lên 5V để cấm bất kỳ thao tác ghi nào vào eeprom

3.5 Chuẩn Giao Tiếp I2C:

I2C là 1 chuẩn giao tiếp được dùng phổ biến trong công nghiệp Bus I2C được sử

dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại Vi điều khiển 8051, Pic, ARM, chíp nhớ như EEPROM, RAM tĩnh, ADC, IC điều khiển LCD…

Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA), Serial Clock (SCL)

SDA là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ và chỉ theo 1 hướng

Khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường I2C thì chân SDA của nó nối với chân SDA của bus, chân SCL sẽ nối với chân SCL

Mỗi dây SDA hay SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông qua một điện trở kéo lên (pull-up resistor) Sự cần thiết của các điện trở kéo lên là vì chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở (open-drain or open- collector) Giá trị của điện trở này tùy từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động rong khoảng 1K đến 4,7K

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ (master) hay tớ (slave) Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp

Trang 31

+ Sơ đồ truyền nhận dữ liệu chủ/tớ thể hiên qua hình 3.6

Hình 3.6: Truyền Nhận Dữ Liệu Giữa Chủ/Tớ

Một bus I2C chuẩn truyền 8 bit dữ liệu có hướng trên đường truyền là tốc độ 100 Kbits/s -Chế độ chuẩn (standard mode) Tốc độ truyền có thể lên tới 400 Kbits/s-Chế

độ nhanh (Fast mode) và cao nhất là 3,4Mbits/s-Chế dộ cao tốc (High-speed mode) Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế đọ khác nhau:

+ Một chủ một tớ (one master-one slave)

+ Một chủ nhiều tớ (one master-multi slave)

+ Nhiều chủ nhiều tớ (multi master-multi slave)

Trang 32

3.6 IC Max232:

Vi mạch MAX 232 của hãng MAXIM là một vi mạch chuyên dùng trong giao diện

nối tiếp với máy tính Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi mức TTL ở lối vào thành mức +10V hoặc –10V ở phía truyền và các mức +3…+15V hoặc -3…-15V thành mức TTL ở phía nhận

+ Sơ đồ chân Max232 thể hiên qua hình 3.7

Hình 3.7: Sơ Đồ Chân Max232 Điểm mạnh của IC Max232 là nó dùng điện áp nguồn +5v cùng với điện áp nguồn của vi diều khiển

IC Max232 có 2 bộ điều khiển đường truyền để nhận và truyền dữ liệu Các bộ điều khiển được dùng cho chân TxD được gọi là T1 và T2, cho chân RxD gọi là R1 và R2

Trang 33

+ Cấu tạo bên trong của Max232 thể hiên qua hình 3.8

Hình 3.8: Cấu Tạo Bên Trong Của Max232

+ Sơ đồ mạch Max232 thể hiên qua hình 3.9

Trang 34

Hình 3.9: Sơ Đồ Mắc Mạch Max232

+ Chân T1in và T2in là chân ngõ vào phát

+ Chân T1out và T2out là chân ngõ ra phát

+ Chân R1in và R2in là chân ngõ vào thu

+ Chân R1out và R2out là chân ngõ ra thu

+ C2 là tụ trong mạch nâng áp từ +5V lên +(8V  10V)

Việc truyền dữ liệu qua cổng COM được tiến hành theo cách nối tiếp Nghĩa là các

bit dữ liệu được truyền đi nối tiếp nhau trên một đường dẫn Loại truyền này có khả

Trang 35

+ Hình dạng cổng Com thể hiên qua hình 3.10

Hình 4.4: Hình dạng cổng Com

+ Chức năng các chân cổng Com thể hiên qua hình 4.5

Hình 3.10: Bảng Chức Năng Các Chân cổng Com

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

tế có hai loại phích cắm, một loại 9 chân và một loại 25 chân Cả hai loại này đều có

Trang 36

Vì tín hiệu cổng COM thường ở mức +12V, -12V nên không tương thích với điện

áp TTL nên để giao tiếp Vi điều khiển với máy tính qua cổng COM ta phải qua một

vi mạch biến đổi điện áp cho phù hợp với mức TTL, ta chọn vi mạch MAX232 để thực hiện việc tương thích điện áp

3.8.Chuẩn Giao Tiếp RS232:

Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật được sữ dụng rộng rãi để ghếp nối các thiết bị ngoại vi với máy tính Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị, chiều dài kết nối lớn nhất cho phếp để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4 m, tốc độ 20kbit/s, đôi khi là tốc độ 115kbit/s với 1 thiết bị đặc biệt

Ưu điểm của chuẩn RS232:

+ Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao

+ Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện

+ Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điên áp nguồn nuôi qua cổng nối tiếp Những đặc điểm cần lưa ý:

+ Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dưới (logic 0 và 1) là +12V và -12V + Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 là từ 3V đến 12V

+ Tốc độ truyền nhận dũ liệu cực đại là 100kbps

Trang 37

+ Các lối vào phải có điện dungnhor hơn 2500pF

+ Trở kháng tải phải lớn hơn 3kΩ nhưng phải nhỏ hơn 7kΩ

+ Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt quá 15m nếu chúng ta không sử dụng model

+ Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400,

Chuẩn giao tiếp I2C chỉ sử dung 2 dây nên tiếp kiệm, ngoài ra tốc dộ tương đối cao

và có nhiều chế độ điều khiển Ta có thể dùng chuẩn giao tiếp SPI để nâng cao tốc độ truyền dữ liệu

Sử dụng chuẩn giao tiếp nối tiếp RS232 ta có thể lựa chọn tốc độ baud, chống nhiễu tốt, mạch giao tiếp đơn giản và dễ tháo lắp nhưng tốc độ truyền dữ liệu chưa cao,chỉ dùng nối 2 thiết bị và khoảng cách không xa.Do đó ta có thể dùng chuẩn giao tiếp RS485 để thay thế sẽ cải thiện được các hạn chế đó

Max232 dùng cho giao tiếp 232 khá thích hợp, Max232 chạy ổn định, giá thành rẻ, tích hợp 2 kênh truyền và tiêu thụ công suất nhỏ ngoài ra ta có thể dùng DS275 hoặc

mắc 2 transistor để giao tiếp

Trang 38

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ THUẬT TOÁN

4.1, Giới Thiệu Chương:

Chương này ta đi tìm hiểu chức năng và hoạt động của thiết bị, vẽ sơ đồ khối tổng

quát và trình bày nguyên lý hoạt động Sau đó tính toán, thiết kế và vẽ lưa đồ thuật toán

4.2 Chức Năng Các Linh Kiện:

Thiết bị có 16 nút nhấn , tương ứng vói mỗi nút sẽ có 1 đèn led hiển thị việc chộn

nút ngoài ra còn có thêm 1 led báo nguồn và 1 còi báo hiệu

16 nút nhấn bao gồm: 11 nút chọn cường độ tương ứng với các số từ 0 đến 10, có 3 nút chọn sự kiện là A, B, C, 1nút chọn mã số (ID) và 1 nút dùng để lưa dữ liệu lại LCD 16x2 hiển thị trực quan, dùng để hiển thị dữ liệu, thời gian và các công việc đang thực hiện

IC DS1307 dùng để lấy thời gian thực

IC 24c16 là bộ nhớ eeprom ngoài nó cung cấp 2048 bute bộ nhớ cho việc lưu trữ

dữ liệu

IC max232 dùng để giao tiếp với máy tính

4.3 Hoạt Động Của Thiết Bị:

+ Nhập dữ liệu:

- Ấn nút A để chọn sự kiện A sau đó ta nhân bất kỳ 1 nút bất kỳ từ 0 đén 10 thì sự kiện A sẽ tương ứng với số ấy LCD sẽ hiển thị giá trị tương ứng của A

- Ấn nút B để chọn sự kiện B, lúc này B sẽ bằng 1 LCD sẽ hiển thị giá trị của B

- Ấn nút C để chọn sự kiện C, lúc này C sẽ bằng 1 LCD sẽ hiển thị giá trị của C

- Nếu ta không chọn sự kiện nào thì mặc định sự kiện đó bằng 0

Trang 39

- Nhấn ID thì LCD sẽ hiện dòng chữ “ SET NO^” ở dòng thứ 2 Sau đó ta ấn bất kỳ

1 nút từ 0 đến 9 để chọn giá trị hàng đơn vị của ID, tiếp tục ấn bất kỳ 1 nút từ 0 đến 9

để chọn giá trị hàng chục

+ Lưa dữ liệu vào bộ nhớ eeprom:

- Sau khi nhập dữ liệu ta tiến hành lưa lại

- Ấn nút Save để lưa vào eeprom, sau khi lưu xong LCD sẽ xóa màn hình và sau đó hiển thị dòng chứ “ Count:” và số lần lưu vào bộ nhớ Nó sẽ hiển thị trong 2s sau đó quay lại màn hình khởi tạo ban đầu

+ Giao tiếp với máy tính:

- Khi ta nhấn nút Send Time trên giao diện Pain Monitor thì dữ liệu thời gian sẽ được gởi xuống pic và đưa ra DS1307 để khởi tạo thời gian ban đầu Công việc này chỉ thực hiện 1 lần, các lần sau DS1307 sẽ cung cấp dữ liệu thời gian chính xác Giao diện Pain Monitor luc này hiện dòng chữ “Send time and date to pic”

- - Khi ta nhấn nút Reset Pic trên giao diện Pain Monitor thì Pic sẽ nhận được lệnh xóa bộ nhớ ngoài eeprom Lúc này LCD sẽ hiện dòng chữ ” CLEARING

MEMORY 2048” Sau khi kết thúc việc xóa LCD sẽ trở lại màn hình khởi tạo ban đầu Giao diện Pain Monitor luc này hiện dòng chữ “Clearing 2048 bytes of PIC

Trang 40

4.4 Sơ Đồ Khối Tổng Quát:

- Sơ đồ khối tổng quát thể hiện qua hình 4.1

Hình 4.1 Sơ đồ khối tổng quát

+Khối Điều Khiển Trung Tâm: có chức năng quan trọng nhất Nó có chức năng điều khiển tất cả các bộ phận khác của mạch hoạt động như: hiển thị dữ liệu lên LCD, lưu

bộ nhớ eeprom ngoài và thực hiện giao tiếp với máy tính Khối điều khiển trung tâm bao gồm một vi điều khiển, các nút nhấn, đèn led và còì báo hiệu

+ Hiển Thị Dữ Liệu: để hiển thị dữ liệu ta dùng LCD 16x2 LCD 16x2 gồm có 2 dòng ,

mỗi dòng chứa tối đa 16 kí tự Dữ liệu được hiển thị lên LCD là tình trạng bệnh tình

của bệnh nhân, mã số (ID) của bệnh nhân và thời gian thực

+ Thời Gian Thực: IC DS1307 là một IC dùng để lấy thời gian thực IC thời gian thực

có vai trò rất quan trọng Vì nó lấy thời gian chính xác dùng để hiển thị và lưu trữ vào

KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	2 MB
File đính kèm	Source_code_simulation.rar (30 MB)