DIEU KHIEN, GIAM SAT THIET BI TU XA BAN DIEN THOAI DI DONG

Trên thế giới, ở các nước phát triển không ít những công trình nghiên cứu khoahọc đã thành công khi dùng mạng điều khiển thông qua đường truyền của hệ thốngthông tin: Tại Nga có những nh

CHƯƠNG DẪN NHẬP

I GIỚI THIỆU CHUNG

Hệ thống điều khiển từ xa nắm giữ một vai trò quan trọng trong công cuộccông nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Điều khiển từ xa rất đa dạng phong phú:trong lĩnh vực quân sự được ứng dụng vào điều khiển máy bay không người lái, tênlửa, phi thuyền, vệ tinh nhân tạo… trong dân dụng điều khiển từ xa làm tăng tínhtiện ích và tăng giá trị sử dụng cho các thiết bị

Điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua hệ thống thông tin liên lạc là sự kếthợp giữa các ngành Điện – Điện tử và Viễn thông, sự phối hợp ứng dụng vi điềukhiển hiện đại và hệ thống thông tin liên lạc đã hình thành một hướng nghiên cứu

và phát triển không nhỏ trong khoa học kỹ thuật Điều khiển thiết bị điện từ xathông qua mạng điện thoại di động khắc phục được nhiều giới hạn trong hệ thốngđiều khiển từ xa và báo động thông thường Hệ thống này không phụ thuộc vàokhoảng cách, môi trường ,đối tượng điều khiển và đối tượng báo động Điểm đặctrưng nổi bậc của hệ thống là tính lưu động của tác nhân điều khiển (người điềukhiển),và đối tượng được điều khiển là cố định

Trên thế giới, ở các nước phát triển không ít những công trình nghiên cứu khoahọc đã thành công khi dùng mạng điều khiển thông qua đường truyền của hệ thốngthông tin: Tại Nga có những nhà máy điện, những kho lưu trữ tài liệu quý đã ứngdụng hệ thống điều khiển từ xa và tự dộng báo động thông qua điện thoại để đóngngắt những nơi cao áp, tự động quay số báo động khi có sự cố, tự động xã bìnhchữa cháy …và cũng tại Nga đã có hệ thống điều khiển và báo động thông quamạng Internet để điều khiển nhà máy điện nguyên tử

Ở Mỹ có những chung cư lớn sử dụng hệ thống khóa cửa, két sắt được lắp đặt

bí mật thông qua 1 tổng đài nội bộ

Trên đây là những thành tựu của các nước tiên tiến Còn ở Việt Nam cũng có:+ Một số đề tài nghiên cứu sử dụng mạng điện thoại để điều khiển nhưng chưathực sự là 1 đề tài hoàn chỉnh bởi vì các đề tài này chỉ điều khiển được 2 thiết bịđiện hoặc có đề tài điều khiển được 4 thiết bị nhưng phương pháp phản hồi không

chính xác (chỉ phản hồi bằng tiếng nhạc) và không thể tắt thiết bị bằng công tắc bênngoài

+ Một số đề tài nghiên cứu sử dụng mạng điện thoại để báo động khi có cháynhưng các đề tài này chỉ được thực hiện trên lý thuyết

Từ những tình hình thực tế trên, hệ thống điều khiển từ xa và bắng điện thoại

di động mặc dù có những đặc trưng nổi bật, nhưng chúng chỉ được ứng dụng ởnhững công trình có tầm cỡ lớn và chưa thực sự là một sản phẩm phổ biến trong dândụng là do giá thành sản phẩm còn quá cao

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, chúng tôi thực hiện đề tài : “HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA THÔNG QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG’’với

mục đích tạo ra một sản phẩm có độ tin cậy cao nhưng giá thành sản phẩm hạ nhằmnâng cao đời sống tiện ích cho con người, góp phần vào công cuộc công nghiệphóa, hiện đại hóa đất nước

II TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Các thiết bị điện được nối song song với hệ thống điều khiển từ xa bằng điệnthoại di động Muốn điều khiển thiết bị điện ta quay số điện thoại về điện thoại cócác thiết bị cần điều khiển Sau khi quay số xong, ta qui định nếu sau 4 hồi chuôngkhông có ai nhấc máy thì mạch này sẽ tự động đóng mạch kết nối thuê bao (thôngthoại) với thuê bao gọi Sau khi kết nối thuê bao, hệ thống này sẽ thông báo mờinhập mật mã và chờ trong vòng khoảng 10 giây nếu không có phím nhấn thì hệthống này sẽ tự động tắt kết nối thuê bao

Sau khi nhận được thông báo nhấn mã passwords để xâm nhập vào hệ thốngđiều khiển, nếu người điều khiển bấm sai mã passwords thì sẽ không xâm nhậpđược vào hệ thống điều khiển Nếu người điều khiển nhấn sai mã passsword đầutiên thì hệ thống yêu cầu người điều khiển phải nhấn lại Sau 3 lần sai mã passwordsthì hệ thống sẽ mở tải giả tắt kết nối thuê bao Nếu đúng thì cho phép người điềukhiển xâm nhập vào hệ thống điều khiển Sau khi phát xong thông báo mời điềukhiển, hệ thống sẽ chờ lệnh điều khiển trong khoảng 10giây nếu không có phímnhấn thì hệ thống này sẽ tự động tắt kết nối thuê bao

Sau khi nhấn đúng mã passwords , nếu lúc này người điều khiển muốn kiểmtra tất cả các trạng thái thiết bị trước khi muốn điều khiển thì sẽ bấm mã số,khi nhấnđúng mã số thì người điều khiển sẽ nghe được tín hiệu phản hồi về với tiếng nói đểbáo trạng thái các thiết bị Lúc này, người điều khiển biết được tất cả các trạng tháithiết bị Sau đó, người điều khiển muốn mở hay tắt thiết bị nào phụ thuộc vào mãlệnh người điều khiển muốn điều khiển mở hay tắt Nếu người điều khiển muốn mởthiết bị thì bấm mã số để mở thiết bị

Trong hệ thống này các số được qui định cho các thiết bị như sau:

 Số 1 lần 1 tương ứng cho mở thiết bị 1

 Số 1 lần 2 tương ứng cho tắt thiết bị 1

 Số 2 lần 1 tương ứng cho mở thiết bị 2

 Số 2 lần 2 tương ứng cho tắt thiết bị 2

 Số 3 lần 1 tương ứng cho mở thiết bị 3

 Số 3 lần 2 tương ứng cho tắt thiết bị 3

 Mã password là:777777

Ví dụ : Muốn mở thiết bị 1 thì người điều khiển phải bấm mã 1 tức là mã mởthiết bị 1 Sau khi nhấn đúng mã 1 thiết bị 1 sẽ được mở và vi điều khiển sẽ cho truyxuất ISD báo trạng thái thiết bị 1 vừa mới điều khiển với nội dung “Thiết bị 1 đãmở“

Nếu người điều khiển muốn tắt thiết bị 1 thì bấm tiếp mã số 1 Sau khi bấmđúng mã 1 thì thiết bị 1 sẽ được tắt và sẽ có tín hiệu phản hồi về bằng tiếng nói đểbáo cho người điều khiển biết kết quả điều khiển bằng tiếng nói với nội dung “Thiết

bị 1 đã tắt”

Sau khi điều khiển xong thì người điều khiển gác máy Lúc này, mạch khôngcòn nhận được lệnh điều khiển Sau một thời gian nhất định 10s, mạch sẽ tự độngngắt mạch kết nối thuê bao và trở về trạng thái chờ gọi

Bên cạnh việc điều khiển bằng hệ thống thông qua điện thoại thì người điềukhiển còn có thể tự điều khiển tại chỗ bằng công tắt đã được thiết kế sẵn Ví dụ:người điều khiển đang ở nhà và muốn mở một thiết bị nào đó chỉ cần nhấn công tắttương ứng với thiết bị muốn mở Trong trường hợp người điều khiển vắng nhànhưng công tắt này vẫn hoạt động thì vẫn có thể gọi vào hệ thống để điều khiển tắtthiết bị mà không cần tác động đến công tắt tại chỗ

CHƯƠNG II MẠNG ĐIỆN THOẠI

Cấu trúc mạng điện thoại

I CẤUTRÚC VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI CỐ ĐỊNH

Các thành phần chính cuả mạng điện thoại chuyển mạch công cộng được phâncấp như hình vẽ:

Trung tâm miền (lớp 1)

Trung tâm vùng (lớp2)

Trung tâm cấp 1 (lớp 3)

Trung tâm đường dài

Trung tâm chuyển tiếp nội hạt

Trung tâm đầu cuối

(tổng đài nội hạt)

Mạng điện thoại hiện nay được phân thành 5 cấp tổng đài:

Cấp cao nhất gọi là tổng đài cấp 1

Cấp thấp nhất goị là tổng đài cấp 5 (cấp cuối)

Tổng đài cấp 5 là tổng đài được kết nối với thuê bao và có thể thiết kế được10.000 đường dây thuê bao

Một vùng nếu có 10.000 đường dây thuê bao trở lên thì các số điện thoại đượcphân biệt như sau:

 Phân biệt mã vùng

 Phân biệt đài cuối

 Phân biệt thuê bao

Hai đường dây nối thuê bao với tổng đài cuối gọi là“vùng nội bộ“ trở khángkhoảng 600 Ù.

Tổng đài sẽ được cung cấp cho thuê bao một điện áp 48VDC

Hai dây dẫn được nối với jack cắm

 Lõi giữa gọi là Tip (+)

 Lõi bọc gọi là Ring (-)

 Vỏ ngoài gọi là Sleeve

Khi thuê bao nhấc máy tổ hợp, khi đó các tiếp điểm sẽ đóng tạo ra dòng chạytrong thuê bao là 20mA DC và áp rơi trên Tip và Ring còn + 4VDC

II CÁC ĐẶC TÍNH TRUYỀN CỦA MẠNG ĐIỆN THOẠI

1 Băng thông và độ rộng băng thông

Tần số của một tín hiệu tương tự là số các sóng hình Sin hoàn chỉnh được gởi

đi trong mỗi giây và được đo bằng số chu kỳ trên giây Băng thông của một kênh làkhoảng tần số có thể truyền kênh đó Độ rộng băng tần đơn thuần là độ rộng băngthông

Tiếng nói của con người có thể tạo ra những âm trong băng thông khoảng 50đến 15.000 Hz (15 kHz) với độ rộng băng tần 14,95Khz

Băng thông của đường thuê bao nội hạt khoảng từ 300Hz-3.400Hz

Trong thực tế, đường thuê bao không phải để dành mang chọn tín hiệu tương

tự bất kỳ nào mà được tối ưu cho tiếng nói của con người nằm trong băng thôngkhoảng 200Hz-350Hz Đây là khoảng tần số chứa phần lớn công suất, như vậy băngthông 300Hz 3.400Hz là hích hợp để truyền tiếng nói của con người có chất lượng

Lý do chủ yếu để mạng điện thoại sử dụng băng tần 3,1Khz hẹp thích hợp hơn

so với toàn bộ băng tần tiếng nói 15Khz là vì băng hẹp cho phép nhiều cuộc đàmthoại được truyền đi một kênh vật lý duy nhất Đây là một vấn đề thực tế quan trọngcho các trung kế nối các tổng đài chuyển mạch điện thoại Các bộ lọc và các cuộndây phụ tải trong mạng sẽ cắt các tín hiệu tiếng nói dưới 300Hz-3.400Hz trên cuộcnối còn khả năng truyền các tần số cao hơn nhiều

2 Suy hao tín hiệu, các mức công suất và nhiễu

2.1 Suy hao tín hiệu

Trên mạng điện thoại có n chuyển mạch, sự mất mát công suất tín hiệu giữacác thuê bao biến động mạnh trong khoảng từ 10 dB tới 25 dB Sự biến động theothời gian giữa hai thuê bao bất kỳ nhỏ hơn ± 6 dB

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N cũng quan trọng như độ lớn của tín hiệu thuđược Để tín hiệu thu được có thể tin cậy được, tỷ số S/N phải ít nhất là 30:1 (29,5dB)

Hầu hết nhiễu được tạo ra trên mạng điện thoại có thể chia làm 3 loại:

2.2 Nhiễu nhiệt và tạp âm (do sự phát xạ của linh kiện trong bộ khuếch đại)

Là tiếng ồn ngẫu nhiên dải rộng, được tạo ra do sự chuyển động và dao độngcủa các hạt mang điện tích trong các thành phần khác nhau của mạng

2.3 Nhiễu điều chế nội và xuyên âm

Là kết quả của sự giao thoa tín hiệu mong muốn với các tín hiệu khác trênmạng Các tín hiệu giao thoa này ở trên một đôi cáp đạt kề cận với đôi cáp đang sửdụng cho tín hiệu mong muốn, hoặc các tín hiệu được điều chế trên các tần số sóngmang kề cận trên hệ thống FDM

2.4 Nhiễu xung

Bao gồm các xung điện áp hoặc các xung nhất thời, được tạo ra chủ yếu bởi sựchuyển mạch cơ học trong tổng đài, sự tăng vọt của điện áp nguồn hoặc tia chớp…Việc giảm tối thiểu ảnh hưởng của tiếng ồn trên tín hiệu thu là điều có thể thựchiện được bằng cách sử dụng việc truyền các mức công suất cao có thể có

Các quy định đã công bố về mức vông suất lớn nhất cho phép phụ thuộc vào loại tínhiệu đang gởi (ví dụ phụ thuộc vào chu kỳ và tần số làm việc) Thường các mứccông suất truyền phải nhỏ hơn 0 dBm (1mW)

Mức công suất nhiễu ngẫu nhiên đo được ở các thiết bị đầu cuối của thuê baotiêu biểu trong khoảng –40 dBm

Nhiễu xung là thảm họa lớn nhất trong việc truyền dữ liệu và khả năng dựđoán sự xuất hiện của nhiễu là nhỏ nhất Khi xuất hiện nhiễu xung, kết quả là một

lỗi xung xảy ra và một số bit bị mất Do đó cần có các mạch phát hiện lỗi như kiểmtra parity.

CHƯƠNG III TỔNG ĐÀI VÀ MÁY ĐIỆN THOẠI

I TỔNG QUÁT VỀ TỔNG ĐÀI

1 Định nghĩa về tổng đài

Tổng đài là một hệ thống chuyển mạch có hệ thống kết nối các cuộc liên lạcgiữa các thuê bao với nhau, với số lượng thuê bao lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào từngloại tổng đài, từng khu vực

2 Chức năng của tổng đài

Tổng đài điện thoại có khả năng :

•Nhận biết được khi thuê bao nào có nhu cầu xuất phát cuộc gọi

•Thông báo cho thuê bao biết mình sẵn sàng tiếp nhận các yêu cầu củathuê bao

•Xử lí thông tin từ thuê bao chủ gọi để điều khiển kết nối theo yêu cầu

•Báo cho thuê bao bị gọi biết có người cần muốn liên lạc

•Giám sát thời gian và tình trạng thuê bao để ghi cước và giải tỏa

•Giao tiếp được với những tổng đài khác để phối hợp điều khiển

3 Phân loại tổng đài

3.1 Tổng đài công nhân

Việc kết nối thông thoại, chuyển mạch dựa vào con người

3.2 Tổng đài cơ điện

Bộ phận thao tác chuyển mạch là hệ thống cơ khí, được điều khiển bằng hệthống mạch từ Gồm hai hệ thống chuyển mạch cơ khí cơ bản : chuyển mạch từngnấc và chuyển mạch ngang dọc

3.3 Tổng đài điện tử

Quá trình điều khiển kết nối hoàn toàn tự động, vì vậy người sử dụng cũngkhông thể cung cấp cho tổng đài những yêu cầu của mình bằng lời nói được.Ngược lại, tổng đài trả lời cho người sử dụng cũng không thể bằng lời nói Do đó,cần qui định một số thiết bị cũng như các tín hiệu để người sử dụng và tổng đài cóthể làm việc được với nhau

4 Các loại âm hiệu

4.1 Tín hiệu mời quay số (Dial tone) : Đây là tín hiệu liên tục Khi thuê bao

nhấc tổ hợp để xuất phát cuộc gọi sẽ nghe âm hiệu mời quay số do tổng đài cấp chothuê bao gọi, là tín hiệu hình sin có tần số 350 ~ 440 Hz liên tục

4.2 Tín hiệu báo bận (Busy tone) : Tín hiệu này báo cho người sử dụng biết

thuê bao bị gọi đang trong tình trạng bận hoặc trong trường hợp thuê bao nhấcmáy quá lâu

mà không quay số thì tổng đài gởi âm hiệu báo bận này Tín hiệu báo bận là tín hiệuhình sin có tần số 480 ~ 620 ± 25 Hz, ngắt quãng 0.5 giây có và 0.5 giây không

4.3 Tín hiệu chuông (Ring tone) : Tín hiệu chuông do tổng đài cung cấp cho

thuê bao bị gọi, là tín hiệu hình sin có tần số 25 Hz và điện áp 90V hiệu dụng ngắtquãng tuỳ thuộc vào tổng đài, thường 2 giây có và 4 giây không

Tín hiệu Ring Tone

4.4 Tín hiệu hồi chuông (Ring back tone) : Tín hiệu hồi chuông do tổng đài

cấp cho thuê bao gọi, là tín hiệu hình sin có tần số 440 ~480Hz là hai tín hiệu ngắtquãng 2s có 4s không tương ứng với nhịp chuông

Tín hiệu Ring Back Tone

4.5 Gọi sai số

Nếu người gọi gọi nhầm một số mà nó không tồn tại thì bạn sẽ nhận được tínhiệu xung có chu kỳ 1Hz và có tần số 200Hz–400Hz Hoặc đối với các hệ thống điệnthoại ngày nay bạn sẽ nhận được thông báo rằng bạn gọi sai số

4.6 Tín hiệu đảo cực

Dạng sóng tín hiệu đảo cực

Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi hai thuêbao bắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện Khi đó hệ thống tínhcước của tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi Ởcác trạm công cộng có trang bị máy tính cước, khi cơ quan bưu điện sẽ cung cấp mộttín hiệu đảo cực cho trạm để thuận tiện cho việc tính cước

5 Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử

Tổng đài điện tử có những phương thức chuyển mạch sau :

Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch không gian (SDM : SpaceDevision Multiplexer)

Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch thời gian (TDM :Timing Devision Multiplexer) : có hai loại

Phương thức ghép kênh tương tự theo thời gian (Analog TDM) gồm có :

 Ghép kênh bằng phương thức truyền đạt cộng hưởng

 Ghép kênh PAM (PAM : Pulse Amplitude Modulation)

Trong kỹ thuật ghép kênh PCM người ta lại chia 2 loại : điều chế Delta và điềuchế PCM

Ngoài ra, đối với tổng đài có dung lượng lớn và rất lớn (dung lượng lên đến cỡvài chục ngàn số) người ta phối hợp cả hai phương thức chuyển mạch SDM vàTDM thành

T – S – T, T – S, S – T – S …

Ưu điểm của phương thức kết hợp này là tận dụng tối đa số link trống và giảmbớt số link trông không cần thiết, làm cho kết cấu của toàn tổng đài trở nên đơn giảnhơn bởi vì, phương thức ghép kênh TDM luôn luôn tạo ra khả năng toàn thông, màthông thường đối với tổng đài có dung lượng lớn, việc dư link là không cần thiết.Người ta đã tính ra thông thường chỉ có tối đa 10% các thuê bao có yêu cầu cùng 1lúc, nên số link trống chỉ cần đạt 10% tổng số thuê bao là đủ

Tổng đài điện tử dùng phương thức ghép kênh theo tần số (FDM :Frequence Devision Multiplexer)

6 Trung kế

Trung kế là đường dây liên lạc giữa hai tổng đài

Trung kế

Các loại trung kế:

Trung kế CO-Line (Central Office Line):

Trung kế CO - Line

Kết nối hai dây cáp

Sử dụng đường dây thuê bao của tổng đài khác làm trung kế của tổng đài mình

Có chức năng như máy điện thoại (nhận khung quay)

Trung kế tự động 2 chiều E & M (Ear and Mouth Trunk):

Trung kế hai chiều

• Kết nối dây trên bốn dây Cable

• Hai dây để thu tín hiệu thoại

• Một dây để thu tín hiệu trao đổi

• Một dây để phát tín hiệu trao đổi

II TỔNG QUÁT VỀ ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

1 GSM là gì?

GSM là viết tắt của từ " Global System for Mobile Communication" - Mạngthông tin di động toàn cầu GSM là tiêu chuẩn chung cho các thuê bao di động dichuyển giữa các vị trí địa lý khác nhau mà vẫn giữ được liên lạc Các mạng điệnthoại GSM sử dụng công nghệ TDMA (Time Division Multiple Access " - Phânchia các truy cập theo thời gian).Đây là công nghệ cho phép 8 máy di động có thể

sử dụng chung 1 kênh để đàm thoại , mỗi máy sẽ sử dụng 1/8 khe thời gian đểtruyền và nhận thông tin.

2 Cấu trúc cơ bản của mạng di động

Mỗi mạng điện thoại di động có nhiều tổng đài chuyển mạch MSC ở các khuvực khác nhau ( Ví dụ như tổng đài miền Bắc, miền Trung, miền Nam) và mỗi Tổngđài lại có nhiều trạm thu phát vô tuyến BSS

● Tần số thu và phát của máy di động là do tổng đài điều khiển

●Phương thức điều chế: GMSK (Gauss Minium Shift Key)

4 Băng tần GSM 1800 MHz

Băng tần GSM 1800 MHz

Ở băng 1800M, Điện thoại dđ thu ở dải sóng 1805MHz đến 1880MHz và phát

ở dải sóng 1710MHz đến 1785MHz

Khi điện thoại dd thu từ đài phát trên một tần số nào đó ( trong giải 1805MHzđến 1880MHz ) nó sẽ trừ đi 95MHz để lấy ra tần số phát , khoảng cách giữa tần sốthu và phát của băng GSM 1800 là 95MHz

là 125 x 7 = 875

875 thuê bao có thể liên lạc đồng thời trong một thời điểm cho một mạng diđộng, đây là con số quá ít không đáp ứng được nhu cầu sử dụng, vì vậy tái sử dụngtần số là phương pháp làm tăng số thuê bao di động có thể liên lạc trong một thờiđiểm lên tới con số hàng triệu

Phương pháp tái sử dụng tần số :

Người ta chia một Thành phố ra thành nhiêu ô hình lục giác => gọi là Cell ,mỗi ô có một trạm BTS để thu phát tín hiệu, các ô không liền nhau có thể phát

chung một tần số ( như hình dưới thì các ô có cùng mầu xanh hay mầu vàng có thểphát chung tần số )

Với phương pháp trên người ta có thể chia toàn bộ giải tần ra làm 3 để pháttrên các ô không liền kề như 3 mầu dưới đây, và như vậy mỗi ô có thể phục vụ cho

875 / 3 = khoảng 290 thuê bao

Trong một Thành phố có thể có hàng trăm trạm thu phát BTS vì vậy nó có thểphục vụ được hàng chục ngàn thuê bao có thể liên lạc trong cùng một thời điểm

Thành phố được chia thành nhiều ô hình lụcgiác, mỗi ô được đặt một trạm

thu phát BTS

● Phát tín hiệu trong mỗi ô

Tín hiệu trong mỗi ô được phát theo một trong hai phương pháp:

Phát đẳng hướng

Phát có hướng theo góc 120o

5 Cấu trúc mạng điện thoại di động GSM :

Mạng điện thoại di động GSM.

5.1 Các giao diện vô tuyến :

 Kênh vật lý và kênh Logic :

Kênh vật lý là kênh tần số dùng để truyền tải thông tin Ví dụ: Kênh tần số890MHz là kênh vật lý Kênh logic là kênh do kênh vật lý chia tách Trong GSM,một kênh vật lý được chia ra làm 8 kênh logic

Một kênh Logic chiếm 1/8 khe thời gian của kênh vật lý

Kênh vật lý là kênh có tần số xác định, có dải thông 200KHz

 Kênh đàm thoại

Lưu lượng kênh đàm thoại sẽ được truyền đi trên các kênh Logic, mỗi kênhvật lý có thể hỗ trợ 7 kênh đàm thoại và một kênh điều khiển

 Kênh điều khiển

Mỗi kênh vật lý sử dụng 1/8 thời gian làm kênh điều khiển, kênh điều khiển sẽgửi từ Đài phát đến máy thu các thông tin điều khiển của tổng đài

5.2 Điều khiển công suất phát của máy di động

Phải điều khiển công suất phát để giảm công suất phát của máy di động khikhông cần thiết để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho pin => Giảm được nhiễu chocác kênh tần số lân cận => Giảm ảnh hưởng sức khoẻ cho người sử dụng

Khi ta bật nguồn điện thoại, kênh thu sẽ thu tín hiệu quảng bá của đài phát, tínhiệu thu được đối chiếu với dữ liệu trong bộ nhớ SIM để Mobile có thể nhận ramạng chủ của mình, sau đó điện thoại sẽ phát tín hiệu điều khiển về đài phát(khoảng 3-4 giây), tín hiệu được thu qua các trạm trạm thu phát vô tuyến (BTS) vàđược truyền về tổng đài MSC, tổng đài sẽ ghi lại vị trí của Mobile vào trong DataBase

Sau khi phát tín hiệu điều khiển về tổng đài, Mobile của bạn sẽ chuyển sangchế độ nghỉ ( không phát tín hiệu ) và sau khoảng 15 phút nó mới phát tín hiệu điềukhiển về tổng đài 1 lần

 Thu tín hiệu ngắt quãng

Đài phát phát đi các tín hiệu quảng bá nhưng tín hiệu này cũng phát xen kẽ vớicác khoảng thời gian rỗi và thời gian phát tin nhắn

Khi không có cuộc gọi thì điện thoại sẽ thu được tín hiệu ngắt quãng đủ chođiện thoại giữ được sự liên lạc với tổng đài

 Khi thuê bao di chuyển giữa các ô ( Cell )

Khi bạn đứng trong Cell thứ nhất, bạn bật máy và tổng đài thu được tín hiệutrả lời tự động từ điện thoại của bạn => tổng đài sẽ lưu vị trí của bạn trong DataBase

Khi bạn di chuyển sang một Cell khác, nhờ tín hiệu thu từ kênh quảng bá mà điệnthoại của bạn hiểu rằng tín hiệu thu từ trạm BTS thứ nhất đang yếu dần và có mộttín hiệu thu từ một trạm BTS khác đang mạnh dần lên, đến một thời điểm nhất định,điện thoại của bạn sẽ tự động phát tín hiệu điều khiển về đài phát để tổng đài ghi lại

vị trí mới của bạn

Khi có một ai đó cầm máy gọi cho bạn, ban đầu nó sẽ phát đi một yêu cầu kếtnối đến tổng đài, tổng đài sẽ tìm dấu vết thuê bao của bạn trong cơ sở dữ liệu, nếutìm thấy nó sẽ cho kết nối đến trạm BTS mà bạn đang đứng để phát tín hiệu tìmthuê bao của bạn

Khi tổng đài nhận được tín hiệu trả lời sẵn sàng kết nối ( do máy của bạn phátlại tự động ) tổng đài sẽ điều khiển các trạm BTS tìm kênh còn rỗi để thiết lập cuộcgọi => lúc này máy của bạn mới có rung và chuông

6 Cấu trúc tổng quan của diện thoai di động

6.1.Tổng quan

6.1.1 Lịch sử phát triển

Điện thoại được phát minh bởi nhà bác học Alexander Gramham bell vào năm

1876, và liên lạc không dây của Nikolai Tesla vào năm 1880 (chính thức công bốnăm 1894 bởi 1 người tên là Gugliemo Marconi) Khi 2 phát minh vĩ đại này đượckết hợp với nhau thì điện thoại di động ra đời Khi mới ra đời thì điện thoại di độngchiếm diện tích của cả 1 tầng nhà, còn ngày này thì nó đã được tạo ra trên 1 "góinhỏ" và nằm gọn trong lòng bàn tay của bạn, điện thoại ngày càng nhỏ hơn, gọnhơn và các chức năng của chúng không ngừng dược hoàn thiện

Một chiếc điện thoại di động cơ bản thì có các thành phần như: màn hình, bànphím, pin, loa, micro, board mạch chính chứa các linh kiện cần thiết để máy hoạtđộng: CPU, IC âm thanh, IC trung tần…

6.1.2 Các khối và chức năng từng khối

6.1.2.1 Khối dải nền ( baseband section)

Xử lý tín hiệu âm thanh, tín hiệu âm thanh được cho qua các tầng: mã hóa âmthoại, mã hóa kênh,đan xen và bảo mật, mã hóa GMSK( Gauss Minium Shift Key:khóa dịch chuyển cực tiểu dạng Gauss) để cấp cho khối RF, hoặc lấy tín hiệu từkhối RF để xử lý, biến đổi ngược lại thành tín hiệu âm thanh

6.1.2.2 Khối trung tần RF

Lấy tín hiệu từ khối dải nền để biến đổi thành tín hiệu RF nhờ mạch biến điệu,khuếch đại, kết hợp với mạch tổng hợp tần số để tạo ra tín hiệu tương ứng cho các

hệ sóng GSM 900, DCS 1800, PCS 1900

6.1.2.3 Khối điều khiển trung tâm CPU

Điều khiển hoạt động của các mạch trên máy, bao gồm điều khiển công suấtcao tần, điều khiển khối dải nền, điều khiển khối nguồn, giao tiếp các lệnh vào từbàn phím, giao tiếp với mạch hiển thị, giao tiếp Simcard, giao tiếp với dữ liệu càiđặt…

6.1.2.4 Khối nguồn

Biến đổi điện áp từ pin thành nhiều mức điện áp khác nhau, cấp cho các mạchtrong máy

6.2 Hoạt động của diện thoại di động

Ở bước tự động kiểm tra, CPU sẽ điều khiển khối nguồn hoạt động, cung cấp điện áp cho các khối khác CPU nạp chương trình điều khiển lưu trong bộ nhớ Flash Sau đó sẽ kiểm tra.

III HOẠT ĐỘNG CỦA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

1 Quá trình thiết lập cuộc gọi

Hệ thống thông tin GSM là hệ thống thông tin di động số hóa được các nướckhối CEPT nghiên cứu và để xuất Từ năm 1986 tiêu chuẩn GSM được công nhận

và dải sóng siêu cao tần của GSM được phân bố ở tần số 900MHz Đến năm 1992dịch vụ thông tin di động GSM được ứng dụng trên nhiều khu vực trên thế giới Từ

đó đến nay trên thị trường máy điện thoại cầm tay, các nhà sản xuất đưa ra nhiềukiểu máy, không ngừng thu nhỏ kích thước, giảm trọng lượng Mỗi kiểu máy cóthêm nhiều tiện ích Dưới đây chúng ta sẽ đề cập đến sơ đồ chức năng của máy cầmtay GSM thuộc thế hệ 2, đang có nhiều ở nước ta

Các máy cá nhân cầm tay dùng trong mạng thông tin di động GSM được cáchãng sản xuất như Erricsson, Nokia, Siemens, Philips, Alcatel, Motorola,Samsung đưa ra thị trường và không ngừng thay đổi về kiểu dáng, kích thước, độtích hợp nhưng về cơ bản,một máy cá nhân gồm 3 bộ phận :

• Khối cao tần ( Phần thu và phát song cao tần hay còn gọi là RF)

• Khối logic ( Hay phần điều khiển chính của máy )

• Khối hiển thị và giao tiếp với người sử dụng ( Gồm màn hình, bàn phímhồng ngoại…)

Trong đó khối cao tần (radio frequency) gồm bộ phận phát (TX), bộ phận thu(RX) ngoài ra còn có bộ tổng hợp và anten Trong mục này, chúng ta lưu ý nhiều tớikhối cao tần

Khối logic gồm các mạch logic và bộ phận điều khiển, bộ xử lý tín hiệu thoại,

xử lý và cung cấp điện nguồn một chiều Hiện nay hầu hết khối logic được tích hợptrong một CPU để xử lí toàn bộ CPU này chịu sự điều khiển của phần mềm

Cũng cần nói thêm về nguồn pin (chính xác là accu) trong các máy thuộc thế

hệ đầu dùng pin Niken Cadimi (Ni-Cd) nên có trọng lượng khá lớn và mau hư hỏng

do tính nhớ của pin Từ cuối những năm 1990 đến nay, các nguồn cấp cho máy cầmtay đều dùng pin Ion Lithium nên kích thước nhỏ gọn và trọng lượng của toàn máygọn nhẹ dưới 100g

Khối giao diện người sử dụng (UI) bao gồm màn hình thường là màn hìnhLCD, một dàn nút bấm (Keyboard) để thực hiện lệnh từ người sử dụng, ngoài racòn có các đầu kết nối để tải dữ liệu, các cổng giao tiếp và hệ thống đèn chiếusáng…

 Sau đây chúng ta thử phân tích quá trình xử lý tín hiệu khi thực hiện một cuộc gọi

Phân tích theo chiều phát từ máy thuê bao di động (MS) đến trạm gốc BTS :

- Tín hiệu thoại (tiếng nói) trong dải tần từ 300 đến 3400Hz được số hóa qua

bộ biến đổi A/D Tín hiệu được mã hóa theo thuật toán FPE-LPT.Bước mã hóa nàygọi là “mã hóa nguồn” ” -Trong bước “mã hóa nguồn” theo thuật toán RPE-LPT thì cứ 20ms của âmthoại ta phải truyền được 260bit nên tốc độ của mỗi kênh là 260bit:20 x 10-3 =13kbit/s

- Tiếp theo bộ mã hóa kênh thực hiện bảo mật các dữ liệu, thêm các bit dưới

và bit bảo vệ để lập thành các cụm (burst) còn gọi là khe thời gian Tốc độ của cụm

là 270 kbit/s.Dãy xung đã được mã hóa trên đựa vào điều chế dao động trunggian( thường là 70 đến 4000MHz) Tại đây thực hiện"điều chế di pha cực tiểuGauss" GMSK (Gaussian Minimmum Shift Keying) Về bản chất MSK là điều tần

mã nhị phân với 2 tần số phù hợp với tín hiệu được chọn trong mỗi khoảng nhịpcủa tần số đó có dịch pha 180.So với điều chế dịch pha 2PSK thì phổ MPSK hẹp.Tín hiệu trung tần IF đã được điều chế lại thực hiện việc trộn với dao động VCD đểnâng tần số mang lên tới 890 đến 915MHz Tín hiệu này được khuếch đại qua bộghép (duplexer) và đưa ra anten Ta cũng cần biết thêm về kênh vô tuyến của hệthống GSM

Theo quan điểm truyền dẫn, kênh vật lý là một khe thời gian tại một sóngmang vô tuyến được chỉ định Theo quan điểm tin tức, kênh logic mang nội dung tinđược đặt vào các kênh vật lý.Cách tổ chức kênh vật lý của GSM như sau:

- Dải tần 890-915MHz dùng cho đường lên (từ MS đến BTS)

- Dải tần 935-960 dùng cho đường xuống (từ BTS đến MS )

- Dải thông tần một kênh vật lý là 200MHz cộng với dải bảo vệ thu phát206kHz

Như vậy trong dải tần dành riêng cho GSM chứa được 124 kênh vô tuyến nhưtrên hình 2 Mỗi kênh vô tuyến này mang một khung TDMA với 8 khe thời gian.Mỗi khung dài 4,62ms Khung đường lên trễ 3 khe so với khung đường xuống Nhờ

sự trễ này mà máy cầm tay MS có thể sử dụng một khe thời gian có cùng số thứ tự

ở cả đường lên lẫn đường xuống

Theo chiều thu từ trạm gốc BTS đến máy di động cá nhân MS ta thấy tín hiệubiến đổi như sau:

Tín hiệu tần số 935-960MHz từ anten qua bộ phân chia (duplexer), sau khiđược khuếch đại thực hiện đổi tần lần thứ nhất Tín hiệu thu cùng trộn với dao độngnội 962-995MHz Tại đầu ra của bộ đổi tần là tần số trung tần IF thứ nhất Tín hiệutrung tần này được khuếch đại và qua bộ lọc và tiếp tục tiến hành đổi tần lần thứhai Tín hiệu trung tần 2 qua bộ lọc và hạn chế biên độ được tiến hành giải điều chếGMSK và khôi phục lại cụm tín hiệu 270kbit/s Tiếp theo tín hiệu được giải mãkênh để khôi phục lại xung 13kbit/s của tín hiệu thoại Sau khi qua bộ biến đổidigital-analog (D/A) tín hiệu thoại được khôi phục và đưa tới tai nghe

Về cơ bản, cấu trúc các khối chức năng trên lộ trình truyền tín hiệu thoại theocấu trúc của máy phát và máy thu vô tuyến điện, nhưng cấu trúc của máy cầm tayGSM rất phức tạp và ở mức trình độ công nghệ cao như công nghệ chế tạo vi mạchkhuếch đại siêu cao tần tạp âm nhỏ, công nghệ vi xử lý với tốc độ rất cao Mặt khácviệc xử lý tín hiệu phải đồng bộ một cách chính xác dưới sự điều khiển của trạmgốc BTS để 8 thuê bao cùng sử dụng 1 kênh cao tần Trong các máy thiết bị đầucuối hiện nay các khối chức năng chính được đặt gọn trong các vi mạch có độ tích

hợp cao VLSI, thích hợp với ghép kênh theo thời gian TDMA của GSM Chẳng hạnnhư khối phát và khối thu có thể tích hợp trong một vi mạch RF, việc phát và thutrong một máy thiết bị đầu cuối thực hiện trong các "khe thời gian" khác nhau nêngiữa thu và phát không xuyên nhiễu lẫn nhau Ta chỉ dùng một vi mạch để tổng hợptạo ra tần số VCO cho thu và cho phát Sự tổng hợp tần số diễn ra rất nhanh dưới sựđiều khiển của trạm gốc BTS

2 Các loại kênh trong thông tin di động

Như trên, chúng ta quan tâm nhiều đến quá trình biến đổi của tín hiệu thoạitrên kênh vật lý Kênh logic cũng có liên quan chặt chẽ với kênh vật lý Trong mộtcuộc gọi bên cạnh các tin tức về thoại, kênh vật lý cũng chuyển tải các dữ liệu điềukhiển sự hoạt động của cả hệ thống Chính kênh vật lý cũng phải chuyển tải một sốkênh logic Ta có thể chia ra 2 loại kênh

2.1 Kênh lưu lượng TCH, chuyển các thông tin của thuê bao (điện thoại

hoặc số liệu) Kênh TCH có thể làm việc với tốc độ 22,8kbit/s gọi là toàn tốc độhoặc với tốc độ 11,4 kbit/s gọi là nửa tốc độ

2.2 Kênh báo hiệu SCH: mang các thông tin báo hiệu cần thiết để hoạt động

bình thường.Kênh báo hiệu lại có thể phân ra 3 loại:

- Kênh điều khiển quảng bá BCCH

 Kênh này lại chia ra:

+ FCCH, kênh hiệu chỉnh tần số, truyền cho máy MS để nó hiệu chỉnh đúng với tần

số của BTS

+ SCH, kênh đồng bộ khung cho MS

- Kênh điều khiển chung CCCH là kênh thiết lập sự truyền thông giữa BTS và

MS và nó gồm có :

+ RACH, kênh truy nhập ngẫu nhiên Máy thuê bao MS truyền tới BTS kênhRACH để yêu cầu về di động

+ Kênh tìm gọi PCH, trạm BTS truyền xuống để gọi MS

+ Kênh cho phép truy nhập AGCH, chỉ được dùng ở đường xuống để thực hiện mộtkênh lưu lượng TCH và kênh DCCH cho thuê bao

- Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm có :

+ Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình dùng để cập nhật và thiết lập cuộcgọi

+ Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH, là một kênh hoạt động liên tục trongsuốt cuộc liên lạc để truyền các số liệu đo lường và kiểm soát công suất + Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH, nó liên kết với một kênh TCH và hoạtđộng bằng cách lấy lên một khung FACCH được dùng để chuyển giao cell

- Sau khi tìm hiểu các kênh logic trên ta thấy: các kênh vô tuyến được chỉ địnhcho thuê bao khi xuất hiện có nhu cầu Các kênh logic theo hướng trên có: + Các kênh truyền xuống gồm có BCCH, FCCH, SCH, PCH, ACCH

-Các kênh truyền lên có : RACH

Vì kênh thuê bao (thoại hoặc dữ liệu) thì mỗi khe thời gian của kênh thoạichứa 260bit trên một khối (hinh 2)

 Kênh này lại chia ra:

- Kênh điều khiển chung CCCH-Kênh điều khiển dành riêng DCCHKênh BCCH là kênh quảng bá các thông tin "hệ thống" liên quan tới cell mà thuêbao MS đang cư trú

Trong sơ đồ kết cấu của máy di động MS thì các khối vi xử lý, điều khiển, giaodiện người/máy cũng rất quan trọng Sơ đồ khối (hình 3) cho ta một quan niệm đầy

đủ hơn về máy MS hiện có trên thị trường Máy MS thực hiện thu phát sóng phụthuộc rất chặt chẽ vào sự điều khiển của trạm gốc BTS Chức năng này được truyềntrên kênh logic và các vi mạch logic thực hiện các lệnh Bản thân máy có các Bộnhớ RAM,ROM hoặc EEPROM…và bộ xử lí trung tâm CPU

Từ bộ giải điều chế kênh, bên cạnh bộ mã của tín hiệu thoại ta còn lấy ra các

dữ liệu của kênh điều chỉnh tần số FCCH, kênh đồng bộ SCH, kênh điều chỉnh côngsuất phát PCH, kênh liên kết chậm Các tín hiệu này được đưa vào mạch logic đểgiải mã và thực hiện các nhiệm vụ :

- Khống chế công suất máy phát

- Đo cường độ tín hiệu thu

- Điều chỉnh tần số dao động nội VCO.

- Hiển thị các số liệu

Theo chiều từ máy thuê bao MS, ta thấy trước khi thực hiện cuộc gọi, người sửdụng phải ấn các nút trên bàn phím để phát xung tín hiệu gọi DTMF, tín hiệu điềukhiển liên kết SAC Các tín hiệu logic này cùng ghép vào đường thoại đưa vàomạch điều chế DTMF

CHƯƠNG IV

VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PIC

PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là

“máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điềukhiển đầu tiên của họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho

vi điều khiển CPU1600 Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm

và từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay

1 Sự phổ biến của vi điều khiển PIC

Trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR,ARM Tuy nhiên, hiện nay PIC đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam vì nhữngnguyên nhân sau:

- Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam

- Giá thành không quá đắt

- Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập

- Là sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiểnmang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051

- Hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới, PIC được sử dụng khá rộng rãi.Điều này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụngnhư: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễdàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó khăn…

- Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạpchương trình từ đơn giản đến phức tạp…

- Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC không ngừng được phát triển

2 Kiến trúc PIC

Cấu trúc phần cứng của một vi điều khiển được thiết kế theo hai dạng kiếntrúc: kiến trúc Von-Neumann và kiến trúc Harvard

Kiến trúc Harvard và kiến trúc Von-Neuman

Đối với kiến trúc Harvard, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách ra thànhhai bộ nhớ riêng biệt Do đó trong cùng một thời điểm CPU có thể tương tác với cảhai bộ nhớ, như vậy tốc độ xử lí của vi điều khiển được cải thiện đáng kể Một điểmcần chú ý nữa là tập lệnh trong kiến trúc Harvard có thể được tối ưu tùy theo yêucầu kiến trúc của vi điều khiển mà không phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu Ví dụ, đốivới vi điều khiển dòng 16Fxxx, độ dài lệnh luôn là 14 bit (trong khi dữ liệu được tổchức thành từng byte), còn đối với kiến trúc Von-Neumann, độ dài lệnh luôn là bội

số của 1 byte (do dữ liệu được tổ chức thành từng byte) Đặc điểm này được minhhọa cụ thể trong hình 3.1

3 RISC và CISC

Như đã trình bày ở trên, kiến trúc Harvard là khái niệm mới hơn so với kiếntrúc Von-Neumann Khái niệm này được hình thành nhằm cải tiến tốc độ thực thicủa một vi điều khiển Qua việc tách rời bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữliệu, bus chương trình và bus dữ liệu, CPU có thể cùng một lúc truy xuất cả bộ nhớchương trình và bộ nhớ dữ liệu, giúp tăng tốc độ xử lí của vi điều khiển lên gấp đôi.Đồng thời cấu trúc lệnh không còn phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu nữa mà có thể

linh động điều chỉnh tùy theo khả năng và tốc độ của từng vi điều khiển Và để tiếptục cải tiến tốc độ thực thi lệnh, tập lệnh của họ vi điều khiển PIC được thiết kế saocho chiều dài mã lệnh luôn cố định (ví dụ đối với họ 16Fxxxx chiều dài mã lệnhluôn là 14 bit) và cho phép thực thi lệnh trong một chu kì của xung clock ( ngoại trừmột số trường hợp đặc biệt như lệnh nhảy, lệnh gọi chương trình con … cần hai chu

kì xung đồng hồ) Điều này có nghĩa tập lệnh của vi điều khiển thuộc cấu trúcHarvard sẽ ít lệnh hơn, ngắn hơn, đơn giản hơn để đáp ứng yêu cầu mã hóa lệnhbằng một số lượng bit nhất định Vi điều khiển được tổ chức theo kiến trúc Harvardcòn được gọi là vi điều khiển RISC (Reduced Instruction Set Computer) hay vi điềukhiển có tập lệnh rút gọn Vi điều khiển được thiết kế theo kiến trúc Von-Neumancòn được gọi là vi điều khiển CISC (Complex Instruction Set Computer) hay vi điềukhiển có tập lệnh phức tạp vì mã lệnh của nó không phải là một số cố định mà luôn

là bội số của 8 bit (1 byte)

4 PIPELINING

Đây chính là cơ chế xử lí lệnh của các vi điều khiển PIC Một chu kì lệnh của

vi điều khiển sẽ bao gồm 4 xung clock Ví dụ ta sử dụng oscillator có tần số 4MHZ, thì xung lệnh sẽ có tần số 1 MHz (chu kì lệnh sẽ là 1 us) Giả sử ta có mộtđoạn chương trình như sau:

1 MOVLW 55h

2 MOVWF PORTB

3 CALL SUB_1

4 BSF PORTA,BIT3

5 instruction @ address SUB_1

Ở đây ta chỉ bàn đến qui trình vi điều khiển xử lí đoạn chương trình trên thôngqua từng chu kì lệnh Quá trình trên sẽ được thực thi như sau:

- TCY5: thực thi lệnh đầu tiên của SUB_1 và đọc lệnh tiếp theo của SUB_1 Quá trình này được thực hiện tương tự cho các lệnh tiếp theo của chương trình Thông thường, để thực thi một lệnh, ta cần một chu kì lệnh để gọi lệnh đó, vàmột chu kì xung clock nữa để giải mã và thực thi lệnh Với cơ chế pipelining đượctrình bày ở trên, mỗi lệnh xem như chỉ được thực thi trong một chu kì lệnh Đối vớicác lệnh mà quá trình thực thi nó làm thay đổi giá trị thanh ghi PC (ProgramCounter) cần hai chu kì lệnh để thực thi vì phải thực hiện việc gọi lệnh ở địa chỉthanh ghi PC chỉ tới Sau khi đã xác định đúng vị trí lệnh trong thanh ghi PC, mỗilệnh chỉ cần một chu kì lệnh để thực thi xong

5 Các dòng PIC và cách lựa chọn PIC

* Các kí hiệu của vi điều khiển PIC

- PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit

- PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit

- PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit

- C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)

*Cách lựa chọn PIC

Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng Cónhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều khiển chỉ

có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44 … chân

Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trìnhđược nhiều lần hơn Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵntrong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớchương trình mà vi điều khiển cho phép Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn viđiều khiển PIC có thể được tìm thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sảnxuất Microchip cung cấp

6 Ngôn ngữ lập trình PIC

Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng Ngôn ngữ lập trình cấp thấp cóMPLAB (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip), các ngôn ngữ lậptrình cấp cao hơn bao gồm C, Basic, Pascal, … Ngoài ra còn có một số ngôn ngữlập trình được phát triển dành riêng cho PIC như PICBasic, MikroBasic…

II PIC16F877A

1 Hình dạng và sơ đồ chân

Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ chân

2 Đặc tính kỹ thuật

2.1 Một vài thông số về PIC

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài

14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạt độngtối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dunglượng 256 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 tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựavào 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 rông xung

- Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C

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

- Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển

RD, WR, CS ở bên ngoài

 Các đặc tính Analog:

- 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

- Hai bộ so sánh

 Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

- Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần

- Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần

- Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

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

- Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial

Programming) 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 Sơ đồ khối của PIC16F877A