THIẾT KẾ MODULE TÍCH HỢP ĐA CHỨC NĂNG THÔNG TIN VỆ TINH HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

THIẾT KẾ MODULE TÍCH HỢP ĐA CHỨC NĂNG THÔNG TIN VỆ TINH HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nếu chúng ta ngồi trên chiếc xe ô tô bóng láng có trang bị thiết bịdẫn đường GPS (GPS navigator) chúng ta có thể nhìn thấy vị trí hay tọa độ của xemình hiện trên màn hình có bản đồ điện tử trong hệ thống đường xá phức tạp

Đó là một trong các ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu

Để trả lời câu hỏi làm sao để ứng dụng được GPS ,trong khuôn khổ của đồ ántốt nghiệp em tiến hành thực hiện đề tài : “THIẾT KẾ MODULE TÍCH HỢP ĐA CHỨC NĂNG THÔNG TIN VỆ TINH HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU“

Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, em đã cố gắng nghiên cứu xây dựng

đồ án với các nội dung chính như sau:

Chương I: Giới thiệu chung về hệ thống định vị toàn càu

Chương II: Tìm hiểu Vi điều khiển

Chương III: Thiết kế module

Mặc dù đã cố gắng nhưng với thời gian và trình độ còn hạn chế nên đồ ánkhông tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận đước sự góp ý của các thầy giáo,

cô giáo và các bạn

Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Văn Yêm, các thầy cô giáo trongkhoa và các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này

Hà nội, ngày….tháng… năm 2009

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Long

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

I.Định nghĩa về hệ thống định vị toàn cầu

Tính chất và giá cả của GPS ghi nhận nói chung lệ thuộc vào chức năng mà

bộ phận thu nhận có ý định Bộ phận thu nhận dùng cho ngành hàng hải và hàngkhông thường sử dụng cho tính năng giao diện với thẻ nhớ chứa bản đồ đi biển Bộphận thu nhận dùng cho bản đồ khả năng chính xác rất cao và có giao diện người sửdụng cho phép ghi nhận dữ liệu nhanh chóng

Bộ phận điều khiển gồm toàn bộ thiết bị trên mặt đất được sử dụng để giám sát

và điều khiển các vệ tinh Bộ phận này thường người sử dụng không nhìn thấy,nhưng đây là bộ phận quan trọng của hệ thống Bộ phận điều khiển NAVSTAR,được gọi là hệ thống điều khiển hoạt động (operational control system (OCS)) gồmcác trạm giám sát, một trạm điều khiển chính (master control station (MCS)) vàanten quay

Các trạm giám thụ động không nhiều hơn GPS nhận mà đường bay của các vệtinh được nhìn thấy và do đó phạm vi tích luỹ dữ liệu từ tín hiệu vệ tinh Có 5 trạm

giám sát thụ động, toạ lạc ở Colorado Springs, Hawaii, đảo Ascencion, DiegoGarcia và Kwajalein Các trạm giám sát gởi dữ liệu thô về trạm MSC để xử lý.Trạm MCS dược toạ lạc ở Falcon Air Force Base, cách 12 dặm về phía đôngcủa Colorado Springs, Colorado và được Mỹ quản lý Air Force's 2nd SpaceOperations Squadron (2nd SOPS) Trạm MCS nhận dữ liệu từ trạm giám sát trongthời gian 24 giờ/ngày và sử dụng thông tin này để xác định nếu các vệ tinh đangkhoá hoặc lịch thiên văn thay đổi và để phát hiện thiết bi trục trặc Thông tin về tàuthuỷ di chuyển và lịch thiên văn được tính toán từ tín hiệu giám sát và chuyển đến

vệ tinh một lần hoặc hai lần/ngày

Thông tin tính toán bởi trạm MCS, cùng với các mệnh lệnh duy trì thườngxuyên được truyền bởi anten xoay trên mặt đất Anten này toạ lạc tại đảoAscencion, Diego Garcia và Kwajalein Anten có đủ phương tiện để truyền đến vệtinh theo đường liên kết sóng vô tuyến band S

Thêm vào đó chức năng chính của trạm MCS duy trì 24 giờ hệ thống bản tinđiện tử với tình trạng và tin tức hệ thống sau cùng Công dân liên lạc cho vấn đề nàyvới The United States Coast Guard's (USCG) Navigation Center (NAVCEN)

II Giới thiệu các hệ thống định vị toàn cầu

II.1.Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ

1.Quá trình xây dựng:

-Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978

- Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994

- Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm

- Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 5m với các tấmnăng lượng Mặt Trời mở rộng 7 m²

* Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts

2.Sự hoạt động

Hệ thống NAVSTAR gồm 24 vệ tinh với 6 quỹ đạo bay Các vệ tinh này hoạt

gian 12 giờ/quỹ đạo Quỹ đạo bay không gian của các vệ tinh được sắp xếp để tốithiểu 5 vệ tinh sẽ được người sử dụng nhìn thấy bao phủ toàn cầu, với vị trí chínhxác hoàn toàn (position dilution of precision PDOP) của 6 vệ tinh hoặc ít hơn

Mỗi vệ tinh truyền trên 2 band tần số L, L1 có tần số 1575.42 MHz và L2 cótần số 1227.6 MHz Mỗi vệ tinh truyền trên cùng tần số xác định; tuy nhiên, tín hiệumỗi vệ tinh thì thay đổi theo thời gian đến người sử dụng L1 mang mã P (precise(P) code) và mã C/A (coarse/acquisition (C/A) code) L2 chỉ mang mã P (P code) Thông tin dữ liệu hàng hải được thêm các mã này Thông tin dữ liệu hàng hảigiống nhau được mang cả 2 band tần số Mã P thì thường được mã hoá vì thế chỉ

mã C/A thì có sẵn đến người sử dụng bình thường; tuy nhiên, một vài thông tin cóthể nhận được từ mã P Khi mã hoá, mã P được hiểu như mã Y Mỗi vệ tinh có 2 sốnhận dạng Đầu tiên là số NAVSTAR với nhận dạng trên thiết bị vệ tinh đặc biệt.Thứ hai là số sv (the space vehicle (sv) number) Số này được ấn định để ra lệchphóng vệ tinh Thứ ba là số mã tiếng âm thanh (the pseudo-random noise-PRN).Đây chỉ là số nguyên mà nó được sử dụng để mã tín hiệu từ các vệ tinh đó Một vàimáy ghi nhận nhận biết vệ tinh mà chúng đang ghi nhận từ mã SV, hoặc mã khác từ

mã PRN hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiềuthứ khác nữa

Độ phủ sóng của NAVSTAR

Hình 1.2 Độ phủ sóng của NAVSTAR

II.2.Hệ thống định vị toàn cầu của Nga

1.Quá trình xây dựng:

-Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1982

- Được đưa vào sử dụng vào năm 1993

2.Sự hoạt động

Hệ thống GLONASS gồm 24 vệ tinh, 8 vệ tinh cho một quỹ đạo bay gồm 3quỹ đạo Các vệ tinh hoạt động với quỹ đạo có độ cao 19,100 km orbits ở gócnghiêng 64.8 độ và 11 giờ 15 phút/ quỹ đạo Mỗi vệ tinh truyền trên 2 nhóm tần số

L (two L frequency groups) Nhóm L1 là tâm ở tần số 1609 MHz trong khi nhómL2 được đăng ký ở tần số 1251MHz Mỗi vệ tinh truyền trên một cặp tần số duynhất Tín hiệu GLONASS mang cả mã P (precise (P) code) và mã C/A

Độ phủ sóng của GLONASS

Hình 1.3 Độ phủ sóng của GLONASS

II.3.Hệ thống định vị toàn cầu của Châu Âu tương lai

Hệ thống định vị Galileo là một hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS)được xây dựng bởi Liên minh châu Âu Galileo khác với GPS của Hoa Kỳ vàGLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một hệ thống định vị được điều hành vàquản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự Galileo theo kế hoạch sẽ chính thứchoạt động vào năm 2011-12, muộn 3-4 năm so với kế hoạch ban đầu

Hệ thống định vị Galileo được đặt theo tên của nhà thiên văn học người Ý GalileoGalilei nhằm tưởng nhớ những đóng góp của ông

1.Thông số của hệ thống

1.1.Vệ tinh

- 30 vệ tinh (27 vệ tinh hoạt động chính và 3 vệ tinh dự phòng)

- Độ cao quỹ đạo: 23.222 km (quỹ đạo tầm trung)

- Phân bố trên 3 mặt chính, góc nghiêng 56 độ

- Tuổi thọ thiết kế của vệ tinh: > 12 năm

- Trọng lượng vệ tinh: 675 kg

- Kích thước vệ tinh: 2,7 m × 1,2 m × 1,1 m

- Năng lượng từ pin mặt trời: 1500 W (tại thời điểm tuổi thọ thiết kế)

1.2.Dịch vụ cung cấp

Bốn dịch vụ về định vị sẽ được cung cấp bởi Galileo:

- Dịch vụ mở (open service): miễn phí với mọi đối tượng Người dùng có thể

sử dụng 2 tần số L1 và E5A Độ chính xác đối với máy thu 2 tần số là 4 m chophương ngang và 8 m cho chiều thẳng đứng Đối với máy thu 1 tần số (L1), độchính xác là 15 m và 35 m, tương đương vớiGPS hiện thời

- Dịch vụ trả tiền (commercial service): giành cho các đối tượng cần có độchính xác < 1 m với một khoản phí nhất định Dịch vụ này sẽ được cung cấp thôngqua tần số thứ 3 (E6)

- Dịch vụ cứu hộ (safety of life service): giành riêng cho cứu hộ, độ bảo mậtcao, chống gây nhiễu sóng

- Dịch vụ công cộng (public regulated service): giành riêng cho chính phủ vàquân đội của các nước Liên minh châu Âu Đặc biệt bảo mật, độ tin cậy cao

2 Các giai đoạn của dự án

2.1.Lên kế hoạch và thử nghiệm

Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đã chi khoảng 100 triệu euro cho việc lên kếhoạch, thành lập dự án Với tổng chi phí khoảng 1,5 tỉ euro từ EUvà ESA dành choviệc phóng và đưa vào hoạt động thử nghiệm hai vệ tinh cùng với trạm thu vàotháng 1, 2006

Vệ tinh thử nghiệm 1

- Kí hiệu: GIOVE-A (tiếng Ý: Jupiter, Galileo In-Orbit Validation Element),hay GSTB-V2A (Galileo System Test Bed)

- Mang theo: máy phát tín hiệu, đồng hồ nguyên tử Rubidium

- Kí hiệu: GIOVE-B hay GSTB-V2B

- Mang theo: máy phát tín hiệu, đồng hồ nguyên tử Rubidium và Hiđrô

- Khối lượng: 523 kg

- Công suất: 943 W

- Kích cỡ: 0,955 m × 0,955 m × 2,4 m

- Ngày phóng: cuối năm 2007

- Tên lửa phóng: Soyus

Trạm thu thử nghiệm

- Kí hiệu: GSTB-V1

2.2.Hoàn thành và đưa vào hoạt động

Đến năm 2010 toàn bộ hệ thống sẽ được hoàn thành: 30 vệ tinh Galileo và các trung tâm điều khiển tại mặt đất, 2 trung tâm chính tạiOberpfaffenhofen (Đức) và Fucino (Ý), 1 dự bị tại Tây Ban Nha Chi phí cho giai đoạn này khoảng 3 tỉ euro

3.Các nước tham gia

Ngoài các nước thuộc khối Liên minh châu Âu (EU), còn có sự tham gia của các nước khác từ nhiều châu lục như Trung Quốc, Ấn Độ, Israel, Na Uy, Brasil, Chile,

Úc,

III Ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu

III.1.Trong dân sự

Các nhà khoa học dựa vào tính năng chính xác của GPS để thiết lập các bản

đồ, khảo sát các công trình, tuyến kênh, tuyến đường, xác định vị trí chính xác của

các trụ điện, đường dây tải điện, quản lý các tuyến xe… Các xe hơi hiện nay đều có

xu hướng cài đặt hệ thống dẫn đường (Navigation)

Qua đó, các thông tin về vị trí, tọa độ của xe sẽ được hiển thị ngay trên mànhình, người lái có thể chủ động tìm kiếm và thay đổi lộ trình phù hợp trong thờigian ngắn nhất Một ứng dụng nữa của GPS chính là việc quản lý thú hoang dã bằngcách gắn lên chúng những con chip đã tích hợp GPS Tất cả hoạt động của chúng sẽđược kiểm soát chặt chẽ Việt Nam cũng đang tiến hành thử nghiệm để áp dụng vàoviệc quản lý đàn sếu đầu đỏ ở miền Tây

Ví dụ như với TP Hồ Chí Minh, việc ứng dụng GPS trong việc quản lý cáctuyến xe buýt hiện nay đang được triển khai Cơ sở hạ tầng đã được xây dựng hoànchỉnh, các doanh nghiệp vận tải chỉ cần trang bị các đầu thu (giá khoảng 30 - 60USD/đầu thu) cho mỗi xe để quản lý phương tiện của mình

Tình trạng xe buýt bỏ trạm, chạy quá tốc độ, đi sai tuyến hay bất cứ thái độnào của nhân viên cũng được phát hiện dễ dàng bằng cách nắm bắt tọa độ của từng

xe, qua đó kiểm tra hộp đen lưu trữ thông tin (Black Box)

Chất lượng phục vụ trên xe buýt qua đó sẽ ngày càng hiệu quả hơn, thu hútngười dân sử dụng phương tiện vận chuyển công cộng, giảm bớt tiền trợ giá hàngnăm cho các phương tiện vận chuyển hành khách công cộng

III.2.Trong quân sự

Chúng ta có thể liệt kê ra các loại vũ khí sử dụng hệ thống định vị:

-Vũ khí hạt nhân

- Bom thông minh

- Tên lủa không đối đất

- Tên lửa hành trình

- Máy bay huấn luyện Mikoyan MiG-AT của Nga

- Và được sử dụng nhiều trong các tàu chiến tàu ngầm…

IV Module thu GPS GPM 1315

IV.1.Mô tả chung

GPM 1315 nhận GPS là một modunle khởi đầu của Ginwave Kích thước của

Ví dụ: điện thoại di động PND , thiết bị PDA, vvv Điều này bằng cách sửdụng mô-đun thứ ba thế hệ chip SiRF thiết kế, hiệu suất tuyệt vời, ngay cả trongtrường hợp xấu nhất, vẫn còn có khả năng rất thấp, điện năng tiêu thụ và mộtkhoảng thời gian ngắn để sửa chữa Mô đun cung cấp tín hiệu đầy đủ xử lý từ antenđến dữ liệu tuần tự được gủi ra mọi NMEA thông báo hay trong biểu thức nhị phânSiRF

Mô đun yêu cầu hai sự cung cấp năng lượng khác VDD(3.0 ~3.3VDC) (Cho)những phần và vào/ra số, VDD_RTC(1.8 ~ 4.2 VDC)

Những giao diện mô đun tới ứng dụng (của) khách hàng qua hai tuần tự, haicổng,hai tín hiệu điều khiển, tín hiệu đồng bộ PPS và GPIO tín hiệu lập trình được.Tất cả những cổng là CMOS thích hợp

Hình1.4 Sơ đồ mô-đun

IV.2 Thuộc tính kỹ thuật

-Theo dõi tính nhảy cảm: -158dBm

2 Môi trường làm việc:

IV.3 Giao diện phần cứng

1 Cấu hình các đầu nối

2.Ăng ten đầu vào

Mô đun hộ trợ anten tích cực nhưng cũng bị động Những anten tích cựcthường được sử dụng trong những máy điện thoại di động và các nhà môi trường

Để tốt hơn khi sử dụng, những anten tích cực được khuyến cáo để được sử dụng

3 LNA (Mo đun có tiếng ồn thấp)

Tiếng ồn thấp : TYP NF = 0.8 dB @ 1575 MHz

Lợi ích cao : TYP GP = 20 dB @ 1575 MHz

Tiêu thụ hiện thời thấp : TYP ICC = 3.8 mA @ VCC = 2.85 V

4 Cung cấp năng lượng

Mô đun yêu cầu hai sự cung cấp năng lượng khác VDD(3.0 ~ 3.3VDCcho bộphận kỹ thuật số và, VDD_RTC(1.8 ~ 4.2 VDC) cho bộ nhớ sao lưu khối

RF khối có quy định nội bộ 1,5 V và 2,85 V cung cấp VDD có thể được tắtkhi chuyển hướng không phải là cần thiết, nhưng nếu có thể giữ lại hoạt động cungcấp VDD_RTC

tất cả các hoạt động thời gian để giữ cho không bay hơi RTC & bộ nhớ RAMcho các hoạt động nhanh nhất có thể TTFF.

Hình 1.5.Sơ Đồ ReSet

6 Khởi động lựa chọn

-Pin được sử dụng để tải về chương trình

-Pin cao khi các chương trình sẽ được tải về

Nếu chọn khởi động cao, sau đó là các mô-đun sẽ khởi động từ cổng nối tiếp

Và nếu việc khởi động lựa chọn là thấp sau đó các mô-đun sẽ bắt đầu thực hiện từtrên bảng đèn flash

7 UART

Những mô-đun hỗ trợ giao tiếp UART qua UART 0 và UART 1 Những cổngnối tiếp có CMOS tương thích Khi cần RS232 cấp, sử dụng một công cụ chuyểnđổi cấp bên ngoài

8 VDD_ RTC

Đây là nguồn ắc quy dự phòng được nhập vào những năng lượng SRAM vàRTC khi năng lượng chính loại bỏ Nếu không có một nguồn pin sao lưu ngoài,TMP sẽ thực hiện một sự khởi động lạnh sau mỗi khi đóng nguồn điện

Để đạt được khởi động lên nhanh hơn cần cung cấp bởi một nguồn pin dựphòng

Để tối đa hóa tuổi thọ pin, pin điện áp, không nên vượt quá cung cấp điện áp

và cần được giữa 1.8V và 4.2V.Khi hệ thống hỗ trợ tắt, pin chỉ tiêu thụ 10uA điểnhình

Các pin18 GPIO được sử dụng để dẫn đến một dirve cho biết các vị trí cố địnhgps

Hình 1.6.VDD_RTC

9 Kích thước và sự đánh số

Hình 1.7.Kích thước module GPS

Hình 1.8 Sơ đồ chân module GPS

10 Sơ đồ bố trí

Hình 1 9 Sơ đồ bố trí chân

IV.4.Phần mềm giao diện

Những mô-đun hỗ trợ NMEA (0183) và các giao thức SiRF nhị phân Ở đây

mô tả một số thường được sử dụng đầu vào và đầu ra các tin nhắn

1 Nhập tin nhắn

2 Thông báo đầu ra

Khách hàng có thể tùy chỉnh các NEMA số lượng tin nhắn và tốc độ Như chỉcần RMC sản xuất

Đối với mô tả chi tiết, xin vui lòng tham khảo các tài liệu được liệt kê trongbảng dưới đây

IV.5.Mạch ứng dụng tiêu biểu

Hình 1.10 Mạch ứng dụng

1 Ăngten tham khảo

Bảng 1.2 Ăng tenCác khách hàng có thể sử dụng một ăng-ten GPS hoạt động bên ngoài cho các

2 SMD

Tham khảo các dữ liệu

Bảng 1.3 Dữ liệu

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AVR

I.Giới thiệu chung về vi điều khiển AVR

AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng rất mạnh được tích hợp trong chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC, nó mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit khác như PIC, Pisoc.Do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính năng mới đáp ứng tối

đa nhu cầu của người sử dụng, so với họ 8051 89xx sẽ có độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và rất tiện lợi

+) Tính năng mới của họ AVR:

- Giao diện SPI đồng bộ

- Các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được

- Giao tiếp I2C

- Bộ biến đổi ADC 10 bit

- Các kênh băm xung PWM

- Các chế độ tiết kiệm năng lượng như sleep, stand by vv

- Giao tiếp USART vv

II.Tìm hiểu về Atmega162

ATmega162 là vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC Với khả năng thựchiện mỗi lệnh trong vòng một chu kỳ xung clock, ATmega162 có thể đạt được tốc

độ 1MIPS trên mỗi MHz (1 triệu lệnh/s/MHz)

Dưới đây là sơ đồ khối của Atmega162

Hình 2.1.Sơ đồ cấu trúc ATmega162ATmega162 có các đặc điểm sau:

-2 bộ định thời 8 bit (0,2)

-2 bộ định thời 16 bit (1,3)

-16KB bộ nhớ Flash với khả năng đọc trong khi ghi,

-512 byte bộ nhớ EEPROM, 1KB bộ nhớ SRAM,

-32 thanh ghi chức năng chung,

-35 đường vào ra chung,

-3 bộ định thời/bộ đếm, ngắt nội và ngắt ngoại,

-2 cổng USART, 6 kênh PWM

-Khối giao tiếp nối tiếp 2 dây TWI

-Khối truyền nhận nối tiếp SPI

-Điện thế : 2.7v - 5.5 v.v.v

ATmega 162 hỗ trợ đầy đủ các chương trình và công cụ phát triển hệ thốngnhư: trình dịch C, macro assemblers, chương trình mô phỏng/sửa lỗi, kit thử nghiêm

II.2.Cấu trúc nhân AVR

CPU của AVR có chức năng bảo đảm sự hoạt động chính xác của các chươngtrình Do đó nó phải có khả năng truy cập bộ nhớ, thực hiện các quá trình tính toán,điều khiển các thiết bị ngoại vi và quản lý ngắt

2.ALU

ALU làm việc trực tiếp với các thanh ghi chức năng chung Các phép toánđược thực hiện trong một chu kỳ xung clock Hoạt động của ALU được chia làm 3loại: đại số, logic và theo bit

3.Thanh ghi trạng thái

Đây là thanh ghi trạng thái có 8 bit lưu trữ trạng thái của ALU sau các phéptính số học và logic

Hình 2.3 Thanh ghi trạng thái SREG

C: Carry Flag ;cờ nhớ (Nếu phép toán có nhớ cờ sẽ được thiết lập)

Z: Zero Flag ;Cờ zero (Nếu kết quả phép toán bằng 0)

N: Negative Flag (Nếu kết quả của phép toán là âm)

V: Two’s complement overflow indicator(Cờ này được thiết lập khi tràn số

bù 2)

V, For signed tests (S=N XOR V)S: N

H: Half Carry Flag (Được sử dụng trong một số toán hạng sẽ được chỉ rõ sau)T: Transfer bit used by BLD and BST instructions(Được sử dụng làm nơichung gian trong các lệnh BLD,BST)

I: Global Interrupt Enable/Disable Flag (Đây là bit cho phép toàn cục ngắt.Nếu bit này ở trạng thái logic 0 thì không có một ngắt nào được phục vụ.)

4.Các thanh ghi chức năng chung

Hình 2.4 Thanh ghi chức năng chung

5.Con trỏ ngăn xếp (SP)

Là một thanh ghi 16 bit nhưng cũng có thể được xem như hai thanh ghi chứcnăng đặc biệt 8 bit Có địa chỉ trong các thanh ghi chức năng đặc biệt là $3E (Trong

bộ nhớ RAM là $5E) Có nhiệm vụ trỏ tới vùng nhớ trong RAM chứa ngăn xếp

Hình 2.5 Thanh ghi con trỏ ngăn xếpKhi chương trình phục vu ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưuvào ngăn xếp trong khi con trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí Và con trỏ ngăn xếp sẽgiảm 1 khi thực hiện lệnh push Ngược lại khi thực hiện lệnh POP thì con trỏ ngănxếp sẽ tăng 1 và khi thực hiện lệnh RET hoặc RETI thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 2.Như vậy con trỏ ngăn xếp cần được chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếptrước khi một chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ Vàgiá trị ngăn xếp ít nhất cũng phải lơn hơn hoặc bằng 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là

6 Quản lý ngắt

Ngắt là một cơ chế cho phép thiết bị ngoại vi báo cho CPU biết về tình trạngsẵn xàng cho đổi dữ liệu của mình.Ví dụ:Khi bộ truyền nhận UART nhận được mộtbyte nó sẽ báo cho CPU biết thông qua cờ RXC,hợc khi nó đã truyền được một bytethì cờ TX được thiết lập…

Khi có tín hiệu báo ngắt CPU sẽ tạm dừng công việc đạng thực hiện lại và lưu

vị trí đang thực hiên chương trình (con trỏ PC) vào ngăn xếp sau đó trỏ tới vectorphuc vụ ngắt và thức hiện chương trình phục vụ ngắt đó chơ tới khi gặp lệnh RETI(return from interrup) thì CPU lại lấy PC từ ngăn xếp ra và tiếp tục thực hiệnchương trình mà trước khi có ngăt nó đang thực hiện Trong trường hợp mà cónhiều ngắt yêu cầu cùng một lúc thì CPU sẽ lưu các cờ báo ngắt đó lại và thực hiệnlần lượt các ngắt theo mức ưu tiên Trong khi đang thực hiện ngắt mà xuất hiện ngắtmới thì sẽ xảy ra hai trường hợp Trường hớp ngắt này có mức ưu tiên cao hơn thì

nó sẽ được phục vụ Còn nó mà có mức ưu tiên thấp hơn thì nó sẽ bị bỏ qua

Bộ nhớ ngăn xếp là vùng bất kì trong SRAM từ địa chỉ 0x60 trở lên Để truynhập vào SRAM thông thường thì ta dùng con trỏ X,Y,Z và để truy nhập vàoSRAM theo kiểu ngăn xếp thì ta dùng con trỏ SP Con trỏ này là một thanh ghi 16bit và được truy nhập như hai thanh ghi 8 bit chung có địa chỉ :SPL:0x3D/0x5D(IO/SRAM) và SPH:0x3E/0x5E

Khi chương trình phục vu ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưuvào ngăn xếp trong khi con trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí.Và con trỏ ngăn xếp sẽ giảm

1 khi thực hiện lệnh push Ngược lại khi thực hiện lệnh POP thì con trỏ ngăn xếp sẽtăng 1 và khi thực hiện lệnh RET hoặc RETI thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 2 Nhưvậy con trỏ ngăn xếp cần được chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếptrước khi một chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ Vàgiá trị ngăn xếp ít nhất cũng phải lớn hơn 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là vùng cácthanh ghi

II.3.Cấu trúc bộ nhớ

AVR có 2 không gian bộ nhớ chính là bộ nhớ dữ liệu vào bộ nhớ chương trình.Ngoài ra ATmega16 còn có thêm bộ nhớ EEPROM để lưu trữ dữ liệu.

1 Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ Flash)

Bộ nhớ Flash 16KB của ATmega162dùng để lưu trữ chương trình Do cáclệnh của AVR có độ dài 16 hoặc 32 bit nên bộ nhớ Flash được sắp xếp theo kiểu8KX16 Bộ nhớ Flash được chia làm 2 phần, phần dành cho chương trình boot vàphần dành cho chương trình ứng dụng

Hình 2.6 Bản đồ bộ nhớ chương trình

2.Bộ nhớ dữ liệu SRAM

1120 ô nhớ của bộ nhớ dữ liệu định địa chỉ cho file thanh ghi, bộ nhớ I/O và

bộ nhớ dữ liệu SRAM nội Trong đó 32 ô nhớ đầu tiên định địa chỉ cho file thanhghi , 64 ô nhớ bộ nhớ I/O,160 ô nhớ mở rộng cho bộ nhớ I/O và 1024 ô nhớ tiếptheo định địa chỉ cho bộ nhớ SRAM nội

Hình 2.7 Bản đồ bộ nhớ dữ liệu SRAM

3.Bộ nhớ dữ liệu EEPROM

ATmega162 chứa bộ nhớ dữ liệu EEPROM dung lượng 512 byte, và được sắpxếp theo từng byte, cho phép các thao tác đọc/ghi từng byte một

II.4.Các cổng vào ra (I/O)

Vi điều khiểnATmega162 có 32 đường vào ra chia làm bốn nhóm 8 bit một.Các đường vào ra này có rất nhiều tính năng và có thể lập trình được Ở đây ta sẽxét chúng là các cổng vào ra số Nếu xét trên mặt này thì các cổng vào ra này làcổng vào ra hai chiều có thể định hướng theo từng bit Và chứa cả điện trở pull-up(có thể lập trình được) Mặc dù mỗi port có các đặc điểm riêng nhưng khi xét chúng

là các cổng vào ra số thì dường như điều khiển vào ra dữ liệu thì hoàn toàn nhưnhau Chúng ta có thanh ghi và một địa chỉ cổng đối với mỗi cổng, đó là : thanh ghi