Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống cửa tự động sử dụng rfid

Về nội dung đồ án được chia thành 3 chương: Chương 1: Tổng quan về các công nghệ nhận dạng Chương 2 : Vi diều khiển AT89S52 Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa tự động sử

621 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGHỆ AN - 2015

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỞ ĐẦU ii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii

ABSTRACT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG 1

1.1. Nhận dạng vân tay 1

1.1.1 Tổng quan về xử lý nhận dạng vân tay 1

1.1.2 Ứng dụng của công nghệ nhận dạng vân tay trong máy chấm công 4

1.2.Công nghệ nhận diện khuôn mặt 5

1.2.1 Nhận diện khuôn mặt bằng cách nào? 5

1.2.2 Ứng dụng nhận diện khuôn mặt 6

1.3 Công nghệ thẻ từ 7

1.3.1 Thẻ từ - Magnetic stripe card 7

1.3.2.Thẻ không tiếp xúc - Thẻ cảm ứng - Thẻ RFID (Proximity card) 8

1.3.3.Thẻ mifare 9

1.4 Công nghệ thẻ RFID 9

1.4.1.Các loại thẻ RFID 10

1.4.2.Ưu và nhược điểm công nghệ RFID 12

1.4.3.Ứng dụng RFID trong cuộc sống 12

1.4.4 Phương thức làm việc của hệ thống RFID 14

1.4.5 Lợi ích của công nghệ RFID 15

Chương 2 VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52 16

2.1 Sơ lược vi điều khiển AT89S52 16

2.2 Khảo sát sơ đồ chân AT89S52 17

2.2.1 Sơ Đồ Chân 17

2.2.2 Chức Năng Các Chân 17

2.3 Tổ chức bộ nhớ 21

2.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt 29

Chương 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG KHÓA CỦA TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG RFID 33

3.1 Yêu cầu đặt ra cho hệ thống 33

3.1.1 Chức năng của hệ thống 33

3.1.2 Sơ đồ khối hệ thống 33

3.1.3 Lựa chọn phần cứng 34

3.1.4 Kết luận 36

3.2.Thiết kế, chế tạo hệ thống cửa tự động sử dụng RFID 36

3.2.1 Thiết kế hệ thống 36

3.2.2 Xây dựng chương trình điều khiển 59

3.2.3 Kết quả thực hiện và hướng phát triển đề tài 60

3.2.4 Hướng phát triển 62

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 65

i

LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án này em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ của các thầy cô và các bạn, em xin cảm ơn tới :

Ban giám hiệu nhà trường Đại Học Vinh, Khoa Điện Tử Viễn Thông, và các thầy cô đã giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Đặc biệt em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến ThS Đặng Thái Sơn đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới những người thân và bạn bè đã giúp đỡ, động viên em trong quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp

Em xin chúc các thầy cô, các anh chị và toàn thể bạn bè sức khỏe dồi dào đạt nhiều thành công trong công việc, học tập và nghiên cứu

Nghệ An, Ngày 18 tháng 01 năm 2015 Sinh viên thực hiện

Lữ Thanh Nghị

ii

MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của các ngành khoa học đều nhằm mục đích phục cho lợi ích của con người Điện tử là lĩnh vực có đóng góp rất lớn trong cải thiện đời sống của con người Với ý tưởng chế tạo một chiếc khóa cửa có thể tự mở bằng thẻ từ RFID để phục vụ cho đời sống, em đã chọn đề tài Ứng Dụng Mở Khóa Cửa Bẳng Thẻ Từ RFID với mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào trong thực tế

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Nó đã đáp ứng được những nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày.Một trong những nhu cầu đó là vấn đề bảo mật Mỗi một cá nhân, một gia đình, hay một cơ quan đều

có các vấn đề cần được bảo mật Và để bảo mật được thì phải có một hệ thống bảo mật Trước nhu cầu đó khóa cửa bằng điện tử là một giải pháp dùng để bảo mật rất hiệu quả và tiện lợi

Chính vì vậy em đã chọn đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống cửa

tự động sử dụng RFID” hệ thống cửa hoạt động ở hai chế độ đó là chế độ mật

khẩu và chế độ sử dụng thẻ RFID

Về nội dung đồ án được chia thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về các công nghệ nhận dạng

Chương 2 : Vi diều khiển AT89S52

Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa tự động sử dụng RFID Mặc dù đã hoàn thành nhưng kiến thức về vi xư lý, khả năng thiết kế cũng như lập trình có hạn nên sẽ không tránh khỏi sai xót Em rất mong sự phản hồi và đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài thêm hoàn thiện

Xin chân thành cảm ơn!

iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Ở Việt Nam, công nghệ RFID đang được ứng dụng trong các lĩnh vực: kiểm soát vào - ra; chấm công điện tử; quản lý phương tiện qua trạm thu phí; kiểm soát bãi đỗ xe tự động; logistics Tuy nhiên, lợi ích mà RFID đem lại được thể hiện rõ nhất trong hệ thống theo dõi, giám sát và truy xuất sản phẩm (traceability system), đóng mở cửa tự động

Đề tài này em đi tìm hiểm tổng quan về hệ thống đóng mở cửa tự động bằng hai chế độ đó là đóng mở cửa bằng mật khẩu và bằng thẻ RFID, sử dụng vi điều khiển 8051 để lập trình cho hệ thống đóng mở cửa tự động này Hệ thống RFID này gồm 3 bộ phận chính: thẻ RFID (tag), thiết bị đọc thẻ RFID (hay còn gọi là đầu đọc – reader) và các phần mềm vi tính hệ thống khóa cửa tự động tạo giao diện dễ sử dụng trang bị màn hình LCD rất hiệu quả và khả năng bảo mật bằng mật khẩu tạo nên sự tin tưởng đối với người dùng, qua đề tài này thấy rõ được sự cần thiết của một hệ thống khóa cửa tự động, trong đồ án này em đã trình bày chi tiết về công nghệ RFID trong hệ thống đóng mở cửa tự động

ABSTRACT

In Vietnam, the RFID technology is being applied in the fields of control in - out; electronic timekeeping; facility management through toll booths; controlled automatic parking; logistics However, the benefits that RFID can bring is most evident in the tracking system, monitor and retrieve product (traceability system), the door opens automatically

This topic they seek insurance overview of opening and closing system with dual-mode automatic opening and closing it with a password and RFID card, using

8051 microcontroller to program the system opens the door itself this RFID system consists of three main parts: RFID tags (tag), RFID card reader (also known as reader - the reader) and computer software automatic door locking system to create user-friendly interface equipped with LCD screen and the ability to effectively secure password-created trust for users, through this subject clearly see the necessity of a automatic door locking system, in this project you have presented details of RFID technology in the system opens the door automatically

iv

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Đặc điểm cách lấy dấu vân tay 2

Bảng 2.1 Chức năng các chân của Port 3 18

Bảng 2.2 Trạng thái các thanh ghi sau khi reset vi điều khiển 20

Bảng 2.3 Các bit lựa chọn bank thanh ghi 31

Bảng 3.1 Chức năng các chân port 3 40

Bảng 3.2 Chức năng chi tiết các chân của LCD HD44780 49

Bảng 3.3 Các mẫu kí tự của LCD 51

Bảng 3.4 Hoat động của các chân Relay 5VDC 54

v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ nhận dạng vân tay 1

Hình 1.2 Đặc điểm của dấu vân tay 3

Hình 1.3 Sơ đồ kết nối máy chấm công 4

Hình 1.4 Thẻ từ - Magnetic stripe card 7

Hình 1.5 Thẻ không tiếp xúc - Thẻ cảm ứng - Thẻ RFID 8

Hình 1.6 vi mạch kết hợp với một ăng-ten 10

Hình 1.7 Thẻ RFID 11

Hình 2.1 Sơ đồ chân của AT89C52 17

Hình 2.2 Sơ đồ kết nối mạch reset cho vi điều khiển 8051 20

Hình 2.3 Sơ đồ kết nối mạch dao động dùng thạch anh cho vi điều khiển 8051 21

Hình 2.4 Các vùng nhớ của 89C51 22

Hình 2.5 Không gian bộ nhớ của chip 89S52 23

Hình 2.6 Bộ nhớ dữ liệu trên chíp 89S52 25

Hình 2.7 Sự khác nhau giữa đa hợp và không đa hợp bus địa chỉ và bus dữ liệu 26

Hình 2.8 Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ EPROM 26

Hình 2.9 Giản đồ thời gian của chu kỳ nạp lệnh ở bộ nhớ chương trình ngoài 27

Hình 2.10 Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ RAM 27

Hình 2.11 Giản đồ thời gian của chu kỳ nạp lệnh ở bộ nhớ dữ liệu ngoài 28

Hình 2.12 Không gian nhớ chương trình và dữ liệu gối nhau 29

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 33

Hình 3 2 Sơ đồ khối của chip 89S52 37

Hình 3 3 Sơ đồ chân của chip 89S52 38

Hình 3 4 Sơ đồ các mạch Reset 42

Hình 3 5 Không gian bộ nhớ của chip 89S52 43

Hình 3 6 Bộ nhớ dữ liệu trên chip 89S52 43

Hình 3.7 Sự khác nhau giữa đa hợp và không đa hợp bus địa chỉ và bus dữ liệu 44

Hình 3.8 Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ EPROM 45

Hình 3.9 Giản đồ thời gian của chu kỳ nạp lệnh ở bộ nhớ chương trình ngoài 45

Hình 3.10 Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ RAM 46

vi

Hình 3.11 Giản đồ thời gian của chu kỳ tìm nạp lệnh ở bộ nhớ dữ liệu ngoài 46

Hình 3.12 Không gian nhớ chương trình và dữ liệu gối nhau 47

Hình 3.13 Hình dáng LCD HD44780 trong thực tế 48

Hình 3.14 Sơ đồ chân LCD HD44780 48

Hình 3.15 DDRAM của LCD 50

Hình 3.16 Relay 5VDC thực tế 52

Hình 3.17 Led thực tế 53

Hình 3.18 Transistor c1815 53

Hình 3.19 Sơ đồ kết nối Relay 5VDC thực tế 53

Hình 3.20 Sơ đồ và chức năng các chân RFID ACE630 55

Hình 3 21 Giao diện bàn phím ma trận 4x4 56

Hình 3 22 Mạch nguyên lý bàn phím ma trận 4x4 58

Hình 3 23 khối ma trận phím 58

Hình 3 24 Một dạng keypad trong thực tế mà em sử dụng 59

Hình 3.25 Sơ đồ thuật toán 59

Hình 3.26 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển 60

Hình 3.27 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý và hiển thị 60

Hình 3.28 Sơ đồ mạch in khối điều khiển 61

Hình 3.29 Sơ đồ mạch in khối xử lý và hiển thị 61

Hình 3.30 Mô hình thực tế 62

FAR False Accept Rate Chấp nhận sai Rate

PCA Principal component analysis Phân tích thành phần chính RFID Radio-frequency identification RFID

IC Integrated circuit Vi mạch tích hợp

PSEN Program Store Enable Chương trình hàng Kích hoạt ALE Address Latch Enable Địa chỉ Latch Enable

EA External Access Truy cập từ bên ngoài

LED Light Emitting Diode Điốt phát quang

EPROM erasable programmable read

only memory

lập trình xóa được bộ nhớ chỉ đọc

CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm

RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên LCD Liquid crystal display Màn hình tinh thể lỏng

PCON Power Control thanh ghi PCON

LDA Latent Dirichlet allocation Phân bổ Dirichlet tiềm ẩn

1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG 1.1 Nhận dạng vân tay

Từ thế kỷ XV, người Trung Quốc đã biết dùng dấu vân ngón tay để điểm chỉ làm bằng chứng trong các giấy tờ Ở Châu Âu thì muộn hơn Năm 1823, giáo sư Johannes E.Purkinje đề cập đến phân loại vân tay Đến năm 1901, khoa giám định vân tay mới thực sự hình thành và được áp dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia, trở thành phương pháp chính trong hình pháp học Các chuyên gia về dấu vân tay cho rằng, xác suất xuất hiện hai người có cùng những nét vân tay giống nhau nhỏ hơn một phần tỷ Dấu vân tay có từ lúc bào thai mới 5-6 tháng tuổi, lớn dần theo năm tháng

và đến khi chết vẫn không thay đổi

Do mỗi người có một dấu vân tay duy nhất, vì vậy công nghệ nhận dạng vân tay đã được lựa chọn trong rất nhiều sản phẩn yêu cầu có mức độ bảo mật cao như khóa cửa điện tử, thiết bị kiểm soát ra vào, máy chấm công

1.1.1 Tổng quan về xử lý nhận dạng vân tay

Xử lý nhận dạng vân tay bao gồm hai quy trình thiết yếu: Sự đăng ký (Enrollment ) và sự nhận dạng (Authentication) Xem các bước thủ tục theo sơ đồ bên dưới, hệ thống nhận dạng vân tay so sánh giữa hình ảnh vân tay đầu vào và dữ liệu đã đăng ký trước để xác định vân tay đúng Tất cả các bước được mô tả ở trên

là chỉ ra tính hoàn thiện của hệ thống toàn vẹn, nhưng gánh nặng của máy điện toán của các bước sau đây có thể được cắt giảm một phạm vi lớn bằng việc thu được một hình ảnh vân tay chất lượng cao cho bước đầu tiên

Hình 1.1 Sơ đồ nhận dạng vân tay

2

Bước 1 Lấy dấu vân tay

Phương pháp lấy dấu vân tay là sự phân lớp một cách đại khái là thuộc quang học (optical) và không thuộc quang học (non-optical) Phương pháp thuộc về quang học là dựa vào hiện tượng phản xạ tuyệt đối trên bề mặt kiến hoặc tăng cường thêm một lớp chất dẽo ở nơi mà ngón tay tiếp xúc Mắt đọc thông thường bao gồm một lăng kính và một khối CCD(Charged Coupled Device) hoặc là mắt đọc hình ảnh CMOS Trong sự tương phản, mắt đọc bán dẫn, ví dụ tiêu biểu như những mắt đọc không thuộc quang học, khai thác những đặc tính thuộc về điện của ngón tay chẳn hạn như là điện dung Sóng siêu âm, nhiệt, và áp suất cũng được sử dụng để đạt được hình ảnh đối với mắt đọc vân tay không thuộc quang học Những mắt đọc không thuộc quang học được nói rằng thích hợp một cách tương đối hơn đối với sự sản xuất qui mô lớn và hạn chế về kích thước chẳn hạng như tích hợp với thiết bị di động

Bảng 1.1 Đặc điểm cách lấy dấu vân tay

Thuộc về quang học Không thuộc về quang học Phương

tay giả

Dễ bị hư bề mặt điện và gặp khó khăn với nhiệt độ và ngón tay khô

Ứng dụng

Hệ thống chấm công và điều khiển ra vào, điều khiển dịch vụ ngân hàng và bảo mật máy vi tính

Bảo mật máy vi tính, nhận dạng tài chính điện tử, thiết

bị cầm tay và thẻ thông

minh

Bước 2 Tính toán đặc điểm riêng của dấu vân tay

3

Có hai cách chính để so sánh hình ảnh đầu vào và dữ liệu đã đăng ký Một là

so sánh một hình ảnh này với hình ảnh khác một cách trực tiếp Cách khác là so sánh đặc tính đoạn trích từ mỗi hình ảnh vân tay Sau cùng là được gọi là việc kết nối so sánh đặc tính cơ bản (feature-based)/ minutia-based Mỗi ngón tay có duy nhất một hình thể riêng theo các đường nổi thành dòng gọi là “ridges” và những vùng lổ giữa chúng gọi là “valleys” Như thể hiện ở hình bên dưới, ridges được đại diện là những đường màu đen, trong đó valleys là trắng

Hình 1.2 Đặc điểm của dấu vân tay

Bước 3 Phân loại và nhận dạng vân tay

Bước nhận dạng được phân lớp thành matching 1:1 và matching 1:N theo như mục đích của nó và/hoặc số mẫu tham khảo Macthing 1:1 cũng được gọi là sự kiểm tra và sự nhận dạng riêng biệt Nó là một thủ tục đòi hỏi người dùng khai báo rõ anh

ta hay cô ta, có nghĩa là chỉ rõ ID với vân tay Sự so sánh xảy ra chỉ một lần giữa hình ảnh vân tay đầu vào và một cái được chọn từ dữ liệu theo sự khai báo của người dùng

Trái lại, matching 1:N biểu thị lại một thủ tục nơi mà hệ thống xác định rõ của người dùng bằng việc so sánh vân tay đầu vào với thông tin trong dữ liệu mà không cần đòi hỏi sự khai báo của người dùng Một ví dụ hoàn hảo của việc này là AFIS (Automated Fingerprint Indentification System) được sử dụng thường xuyên trong việc điều tra tội phạm

Kết quả đầu ra của bước Matching là có hay không có vân tay đầu vào đúng với một cái được so sánh trong dữ liệu Vậy, làm thế nào có thể xác định chính xác của thủ tục matching được đại diện bằng con số? Sự đo lường đơn giản nhất là FRR (False Reject Rate) and FAR (False Accept Rate) Đầu tiên là tỉ lệ từ chối người dùng đích thực và sau cùng là tỉ lệ chấp nhận kẻ mạo danh

4

1.1.2 Ứng dụng của công nghệ nhận dạng vân tay trong máy chấm công

Máy chấm công vân tay là một trong những lựa chọn tốt nhất để quản lý thời gian làm việc của nhân viên Trên thị trường hiện nay rất ưa chuộng sản phẩm này

vì hiệu quả và độ bền của nó rất cao Với thiết bị này bạn chỉ cần đăng ký dấu vân tay lên máy kết hợp kèm theo thông tin cá nhân của đối tượng đó, và máy sẽ tự động lưu tất cả các thông tin đó vào máy Máy chấm công vân tay còn cung cấp một phương pháp duy nhất trong việc xác định và đo lường cơ sở dữ liệu của một cá nhân Nó còn duy trì các tiêu chuẩn chất lượng và được công nhận quốc tế các thông số và được thiết kế với công nghệ tiên tiến, đảm bảo mang lại sự hài lòng cho khách hàng Là một nhà quản lý bận rộn không thường xuyên có mặt tại cơ quan nhưng bạn vẫn có thể quản lý được thời gian ra vào, làm thêm giờ của nhân viên qua mạng internet

Hình 1.3 Sơ đồ kết nối máy chấm công Máy chấm công vân tay dựa trên hệ thống chấm công đi kèm với phần mềm dấu vân tay và phần mềm tại thời điểm đó làm cho nó dễ dàng để ghi danh những người sử dụng và tạo các báo cáo khác nhau trên bảng xếp hạng Hệ thống chấm công được trang bị với một máy quét dấu vân tay để nhận dạng một trong những người cần ghi danh.Với sự kết hợp của đồng hồ thời gian, nó kiểm soát truy cập dấu vân tay và phần mềm tại dấu vân tay đến máy.Với mức độ bảo mật rất cao của công nghệ nhận dạng vân tay, các tổ chức doanh nghiệp đang tin dùng các sản phẩm máy chấm công vân tay vì sự an toàn, tiện dụng và mang lại hình ảnh chuyên nghiệp trong con mắt của doanh nghiệp đối tác

5

1.2 Công nghệ nhận diện khuôn mặt

Theo thời gian, công nghệ bảo mật đã phát triển theo hướng sinh trắc học, đó là bảo mật bằng phương pháp nhận dạng khuôn mặt Loại bảo mật này có gì đặc biệt? Nhận dạng khuôn mặt là một khái niệm còn khá mới mẻ, nó mới chỉ được phát triển vào những năm 60 của thế kỷ trước Khi đó, người ta phải dùng tới những phương pháp tính toán thủ công để xác định vị trí, khoảng cách và các bộ phận trên khuôn mặt Về sau, vào cuối thập niên 80, kỹ thuật nhận diện khuôn mặt dần được cải thiện khi M Kirby và L Sirovich phát triển phương pháp tìm mặt riêng (eigenface) sử dụng phương pháp phân tích thành phần chính (PCA), một cột mốc mới trong ngành công nghệ nhận diện khuôn mặt Ngày nay, có thể dễ dàng nhận ra ứng dụng công nghệ nhận diện khuôn mặt trong việc điều tra tội phạm, kiểm tra hành khách ở sân bay, và xác thực truy cập vào hệ thống

1.2.1 Nhận diện khuôn mặt bằng cách nào?

Thuật toán nhận diện khuôn mặt hiện chia làm hai loại là hình học (geometric)

và trắc quang (photometric) Hình học nhận diện khuôn mặt dựa trên các đặc trưng trên khuôn mặt như mắt, mũi, miệng, gò má; trong khi trắc quang là phương pháp biến hình ảnh thành các giá trị và so sánh với giá trị mẫu để nhận diện Các nhà nghiên cứu ngày nay đã phát triển những kỹ thuật nhận diện khuôn mặt riêng, nhưng phổ biến nhất hiện có ba loại chính là phân tích thành phần chính (PCA), phân tích phân lớp tuyến tính (LDA) và phương pháp đồ thị đàn hồi (EBGM) Cách nhận diện khuôn mặt sử dụng phương pháp PCA phụ thuộc rất nhiều vào cơ

sở dữ liệu ban đầu chứa các ảnh mẫu và góc quay camera cũng như ánh sáng Sử dụng các thuật toán đại số để tìm giá trị mặt riêng và vector riêng rồi so sánh với giá trị mẫu, ta thu được khuôn mặt cần nhận diện Đặc điểm của phương pháp này là giảm thiểu được dữ liệu cần sử dụng làm mẫu Trong khi đó, phương pháp LDA lại phân loại các lớp chưa biết thành các lớp đã biết, mà ở đó các khuôn mặt tạo thành một lớp và sự khác biệt giữa các khuôn mặt trong một lớp là rất nhỏ Cả PCA và LDA đều chọn cách thống kê lấy mẫu, chọn lọc để nhận diện khuôn mặt Phương pháp còn lại EBGM chia mặt thành mạng lưới gồm các nút với mỗi khuôn mặt có khoảng 80 điểm nút Vị trí của các nút giúp xác định khoảng cách giữa hai mắt, độ dài của sống mũi, độ sâu của hốc mắt, hình dạng của gò má… Điểm khó

6

của phương pháp này là cần tính toán chính xác khoảng cách giữa các điểm nút, và

do đó đôi khi nó phải dùng kết hợp với các phương pháp như PCA hay LDA Với những hạn chế khi sử dụng công nghệ nhận diện khuôn mặt truyền thống, phương pháp nhận diện 3D đã trở thành hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ nhận diện khuôn mặt Phương pháp này lưu lại hình ảnh 3D của khuôn mặt với các điểm đặc trưng như độ cong của cằm, mũi, hốc mắt… Ưu điểm của nó là có thể nhận diện khuôn mặt ở nhiều góc độ khác nhau, không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng.Cũng như những phương pháp truyền thống, phương pháp nhận diện khuôn mặt 3D cũng dựa trên các thuật toán Nó tính toán các đường cong, những điểm đặc trưng trên khuôn mặt để tạo thành những dòng lệnh duy nhất và so sánh với cơ sở

dữ liệu Chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp quá trình so sánh này trong các bộ phim hành động của Mỹ, khi hình ảnh của một người được camera ghi lại và ngay lập tức

nó được so sánh liên tục với hàng triệu khuôn mặt trong cơ sở dữ liệu của cảnh sát Ngày nay, các công ty của Mỹ đã cải tiến phương pháp nhận diện 3D bằng việc bổ sung thêm nhận diện mẫu da, được gọi là phương pháp phân tích vân bề mặt Phương pháp này cũng sử dụng các thuật toán chia nhỏ vùng da thành các không gian có thể đo đếm được, giúp xác định danh tính của cả những cặp sinh đôi Nhận diện khuôn mặt 3D vẫn chưa hoàn hảo, nó vẫn bị hạn chế đáng kể bởi các yếu

tố bên ngoài như khuôn mặt bị tóc che phủ, đeo kính, hình ảnh quá mờ Các công ty của Mỹ hiện vẫn đang liên tục tìm cách cải tiến để tăng độ chính xác cho công nghệ nhận diện khuôn mặt mà không gây khó chịu cho người bị nhận diện

1.2.2 Ứng dụng nhận diện khuôn mặt

Ngày nay, hệ thống nhận diện khuôn mặt được triển khai khá rộng rãi ở Mỹ, vốn trước kia chỉ dành cho các cơ quan thực thi pháp luật của nước này Chính phủ

Mỹ hiện đang ứng dụng công nghệ này để đảm bảo an ninh quốc gia thông qua việc nhận diện khuôn mặt kẻ tội phạm ngay khi chúng xuống sân bay và loại bỏ những lá phiếu gian lận thông qua việc xác định khuôn mặt người đi bầu cử Một ứng dụng khác rất tiềm năng là việc xác thực rút tiền từ máy rút tiền tự động ATM, một giải pháp bảo mật hứa hẹn sẽ trở nên phổ biến trong tương lai gần Trên lĩnh vực điện thoại di động, ứng dụng nhận diện khuôn mặt để mở máy đã có trong hệ điều hành Android 4.x, thành quả thu được của Google sau thắng lợi trong cuộc chiến bằng

7

sáng chế trước các đối thủ cạnh tranh Cùng thời điểm đó, Apple cũng đã tiết lộ bằng sáng chế khóa và mở khóa các dòng sản phẩm của hãng ứng dụng công nghệ nhận diện khuôn mặt, tuy nhiên, đến khi iOS 6 ra đời, tính năng này vẫn mất hút Tuy nhiên, người dùng iOS vẫn có thể tải về ứng dụng bên thứ ba có tính năng tương tự mang tên FaceVault.Hồi tháng 6/2012, việc mạng xã hội Facebook mua lại công ty nhận diện khuôn mặt Face.com với mức giá không được tiết lộ đã tạo ra những hy vọng nhất định cho các công ty hoạt động trong lĩnh vực này Trước đó, Google và Sony cũng đã ứng dụng công nghệ nhận diện khuôn mặt trong các phần mềm của họ, tương ứng là Picasa và Picture Motion Browser Tất nhiên, tất cả mới chỉ dừng lại ở việc tạo sự thuận tiện cho người sử dụng

Ứng dụng nhận diện khuôn mặt trong điều tra tội phạm là một bước tiến đáng hoan nghênh Tuy nhiên, trong nhiều lĩnh vực khác, nhận diện khuôn mặt đang vướng phải những vấn đề liên quan đến pháp lý, đặc biệt là ở Mỹ và các nước phát triển ở Châu Âu Việc Facebook phải tắt hoàn toàn tính năng nhận diện khuôn mặt ở Châu Âu vào tháng 10 năm ngoái do vi phạm quyền tự do cá nhân chỉ mới là sự khởi đầu Đấy là chưa kể đến vấn đề bằng sáng chế vốn làm đau đầu các công ty muốn triển khai công nghệ này Rõ ràng, công nghệ nhận diện khuôn mặt vẫn chưa thể được ứng dụng một cách rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống

1.3 Công nghệ thẻ từ

1.3.1 Thẻ từ - Magnetic stripe card

Hình 1.4 Thẻ từ - Magnetic stripe card Thẻ từ là một thẻ nhựa có gắn một dải băng từ ở mặt sau của thẻ Dải băng từ này có từ tính và các thiết bị đọc ghi thẻ có thể thay đổi nội dung dữ liệu trên thẻ

8

Dải băng từ này dùng để lưu trữ thông tin của chủ thẻ Thẻ từ hiện nay chiếm phần lớn trong tổng số lượng thẻ đang sử dụng trên thị trường hiện nay

1.3.1.1 Ứng dụng của thẻ từ

- Dùng để in thẻ VIP, thẻ khách hàng, thẻ hội viên,

- Thẻ chấm công, thẻ kiểm soát vào/ra,

1.3.1.2 Cấu trúc của thẻ từ

- Dải băng từ ở mặt sau của thẻ có kích thước là 8.5 x 1.2 cm

- Dữ liệu được mã hóa và ghi lại trên 3 rãnh (track) của băng từ ở mặt sau của thẻ

- Dữ liệu này được tuân thủ theo chuẩn ISO 7811-2

- Dải băng từ có ba rãnh (track) chứa thông tin

- Mỗi rãnh có độ rộng 1/10 inch

Màu sắc: màu trắng hoặc những màu khác theo yêu cầu

1.3.2.Thẻ không tiếp xúc - Thẻ cảm ứng - Thẻ RFID (Proximity card)

Hình 1.5 Thẻ không tiếp xúc - Thẻ cảm ứng - Thẻ RFID

Là thẻ nhựa có sử dụng ăngten tích hợp và sử dụng sóng radio để giao tiếp với đầu đọc thẻ Thẻ cảm ứng là thẻ chỉ đọc 125 KHz (read-only), không có khả năng ghi lại hoặc xóa thông tin trên thẻ Dữ liệu lưu trữ trên thẻ thông thường là 4 đến 14 số Thẻ cảm ứng thường được sử dụng như thẻ chấm công, thẻ ID, thẻ

- Môi trường nhiệt độ: 20 – 85 độ C

- Kích thước thông thường gồm 02 lại: Dài 85.7, Rộng 54, Dày 0.8 hoặc 1.8 mm

- Tương thích với các loại đầu đọc: Pegasus, Hundure, Promag, Soyal, IDteck, ZKSoftware,

1.3.3.Thẻ mifare

Là loại thẻ thông minh không tiếp xúc, có khả năng lưu trữ dữ liệu 10 năm

và cho phép đọc, ghi tới 100,000 lần Mỗi chip của thẻ Mifare đều được ghi mã số

và không thể thay đổi được, mã số này là duy nhất cho mỗi thẻ Thẻ Mifare được

sử dụng như thẻ chấm công, thẻ thanh toán, vé thu phí phương tiện cầu đường Tiêu chuẩn kỹ thuật:

- Tần số: 13.56 MHz (theo chuẩn ISO/IEC 14443A)

- Dung lượng nhớ: 512 bit (Mifare Ultraligh), 1K (Mifare S50), 4 K

(Mifare S70)

- Khoảng cách thẻ với đầu đọc thẻ: 2.5 – 10 cm

- Thời gian đọc/ghi: 1-2 ms

10

một đối tượng để được theo dõi "RFID" là viết tắt của Radio Frequency Idenfication

Hình 1.6 vi mạch kết hợp với một ăng-ten Ăng-ten của thẻ nhận tín hiệu từ một đầu đọc RFID hoặc máy quét và sau đó trả về tín hiệu, thường là với một số dữ liệu bổ sung (như một số duy nhất nối tiếp hoặc thông tin tùy chỉnh khác)

Thẻ RFID có thể là rất nhỏ - kích thước của một hạt gạo lớn Tuy nhiên tùy từng ứng dụng mà nó có thể có kích thước lớn hơn, ví vụ như 50x25, 35x25mm hoặc thậm chí là bằng bìa một cuốn sách

1.4.1.Các loại thẻ RFID

Thẻ RFID, nhãn dán RFID gồm có 2 phần: Chip lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ và ăng-ten được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến bộ đọc, một ăng-ten càng lớn thì khoảng cách đọc càng xa

Các loại thẻ RFID, nhãn dán RFID được chia làm 3 loại cơ bản và thông dụng là:

+ Thẻ RFID thụ động (Passive): Nguồn hoạt động từ nguồn bức xạ của reader + Thẻ RFID bán thụ động (Semi-passive): Nguồn hoạt động cung cấp bởi pin, một số trường hợp thẻ hết pin nhưng vẫn hoạt động được với khoảng cách ngắn + Thẻ RFID chủ động (Active): Nguồn hoạt động bộ thu phát cung cấp bởi pin

1.4.1.1 Thẻ thụ động (passive tag):

Thẻ thụ động hay nhãn dán thụ động là thẻ không có nguồn năng lượng Ngay khi mà dòng điện được gây ra bởi những tín hiệu sóng radio đi vào trong anten cung cấp đủ năng lượng cho mạch tích hợp CMOS (IC) trong thẻ, mạch bắt đầu hoạt

11

động và thẻ truyền tín hiệu phản hồi trả lại Điều này có nghĩa là khi thẻ thụ động đi qua máy đọc, năng lượng của sóng radio phát từ máy đọc sẽ cung cấp năng lượng cho chip và “đánh thức” nó để thu nhận thông tin mà nó lưu giữ Điều này có nghĩa

là anten phải thiết kế để thu được năng lượng từ cả hai tín hiệu đến và tín hiệu phản lại truyền ra Chính vì nó không có nguồn nuôi bên trong thẻ nên những thẻ thụ động và nhãn dán thụ động có kích thước khá nhỏ và vì thế nó cũng không thể có khoảng cách đọc quá xa

Hình 1.7 Thẻ RFID

1.4.1.2 Thẻ bán chủ động (semi-active tag):

Thẻ bán chủ động RFID là tương đối giống với thẻ thụ động trừ phần thêm một pin nhỏ Pin này cho phép IC của thẻ được cấp nguồn liên tục, giảm bớt sự cần thiết trong thiết kế anten thu năng lượng từ tín hiệu quay lại Các thẻ bán thụ động không chủ động truyền tín hiệu vô tuyến về đầu đọc, mà nó nằm im bảo tồn năng lương cho tới khi nó nhận được tín hiệu vô tuyến từ đầu đọc nó sẽ kích hoạt hệ thống hoạt động Thẻ bán chủ động RFID nhanh hơn trong sự phản hồi lại và vì vậy khỏe hơn trong việc đọc số truyền so với thẻ thụ động Do đó khoảng cách đọc của

12

có vùng hoạt động rộng hơn, có thể lên tới vài chục met, trong khi bộ nhớ của nó cũng lớn hơn cho phép nhận và truyền nhiều dữ liệu hơn và thời gian hoạt động của nó thưởng khoảng 3 đến 5 năm.Các loại thẻ RFID, nhãn dán RFID được thiết kế đa dạng về kích thước và hình dạng phù hợp với từng yêu cầu thực tế,

vì vậy với mỗi yêu cầu sử dụng và đặc thù ngành nghề khác nhau sẽ sản xuất các lại thẻ RFID phù hợp

1.4.2.Ưu và nhược điểm công nghệ RFID

1.4.2.1 Ưu điểm công nghệ RFID

Không phải sắp xếp: Lưu dấu, kiểm soát các đối tượng mà không cần phải sắp xếp Điều này tiết kiệm thời gian xử lý dữ liệu hệ thống RFID rất nhiều Kiểm kê với tốc độ cao mà không cần tiếp xúc: Nhiều đối tượng có thể được quét tại cùng một thời điểm, có thể lên đến 40 thẻ trong 1 giây Kết quả là, thời gian để đếm các đối tượng đã giảm thực sự Khả năng đọc ghi dữ liệu nhiều lần: Một số loại thẻ cho phép ghi và ghi lại nhiều lần Trong trường hợp tái sử dụng thẻ RFID đây là

cơ hội để tiết kiệm chi phí

Thẻ RFID hoạt động đáng tốt trong môi trường không thuận lợi (ví dụ nóng,

ẩm, bụi, bẩn, môi trường ăn mòn hay có sự va chạm…) Triển khai hệ thống RFID

sẽ tăng năng suất lao động, tự động hóa nhiều quá trình sản xuất, tăng sự thỏa mãn khách hàng và tăng lợi nhuận

1.4.2.2 Nhược điểm của công nghệ RFID

Chi phí triển khai cao

Khả năng kiểm soát thiết bị còn hạn chế

Thẻ dễ bị nhiễu sóng trong môi trường nước và kim loại

Các đầu đọc có thể đọc chồng lấn lên nhau.Mặc dù RFID có nhiều ưu điểm

và lợi thế phát triển, tuy nhiên vẫn còn một số nhược điểm cần khắc phục trong tương lai mà điều quan trọng nhất là làm chủ công nghệ này để giảm giá thành sản phẩm và đưa công nghệ RFID đến gần hơn với cuộc sống

1.4.3.Ứng dụng RFID trong cuộc sống

Các ứng dụng thương mại cho đầu tư và cung cấp việc quản lý dây chuyền đang khiến cho sự phát triển và gia tăng công nghệ RFID Wal-Mart®, trung tâm bán lẻ lớn nhất thế giới và khu quân sự Mỹ (DoD)

13

Ngày nay với việc chúng ta chủ động được phần mềm RFID trung gian (Middleware) và giá thiết bị phần cứng đã giảm đáng kể đã giúp công nghệ RFID ngày càng trở nên phổ biến với các doanh nghiệp trong ứng dụng quản lý kho, quản

lý tài sản, quản lý ra vào

RFID, Radio Frequency Identification là một công nghệ trong đó bao gồm thu thập dữ liệu không dây và xử lý giao tiếp sóng vô tuyến Gần và vùng lân cận là hai lĩnh vực ứng dụng chính mà công nghệ RFID được sử dụng

Theo dõi và ứng dụng RFID trong quản lý tầm xa hoặc các ứng dụng tầm gần Công nghệ RFID cung cấp thêm tính năng và lợi ích để xác thực sản phẩm RFID Minh Đức tập trung vào việc cung cấp sáng tạo các giải pháp RFID có giá trị cao trong hỗ trợ theo dõi tài sản, hàng hóa của công ty, con người và các tài liệu RFID Minh Đức cung cấp giải pháp RFID mạnh mẽ và hoàn thiện trong các lĩnh vực quản lý kho, kiểm soát ra vào, an ninh con người

1.4.3.1.Ứng dụng RFID theo dõi tài sản:

Ứng dụng RFID để theo dõi vị trí hoặc chuyển động tài sản, định vị vị trí Ví

dụ như máy tính xách tay trong một công ty, bàn ghế, máy in máy fax tất cả dữ liệu về tài sản trong công ty đều đưa về máy chủ quản lý tình trạng Người sử dụng ngay lập tức có thể xác định vị trí chung của các tài sản gắn thẻ bất

cứ nơi nào trong cơ sở với sự trợ giúp của công nghệ RFID Khi phát hiện điểm kiểm soát tại các khu vực kiểm soát cho phép người dùng xác định vùng hợp lý và theo dõi các khu vực khả nghi có sản phẩm cao Tài sản gắn thẻ di chuyển qua các điểm kiểm soát cung cấp dữ liệu vị trí ngay lập tức

1.4.3.2.Ứng dụng RFID theo dõi con người và đảm bảo an ninh cho người:

Bệnh viện và nhà tù là nơi cần theo dõi vị trí và thông tin nhiều nhất Bệnh viện sử dụng các thẻ RFID để theo dõi bệnh nhân đặc biệt của họ Việc trang thiết bị RFID có thể dễ dàng theo dõi thông tin bệnh án, lịch khám chữa bệnh Ứng dụng RFID trong bệnh viện giúp các bác sĩ và y tá truy vấn thông tin bệnh nhân một cách nhanh chóng và kiểm soát chặt chẽ tình trạng bệnh của bệnh nhân Bệnh viện cũng sử dụng các thẻ RFID để định vị và theo dõi tất cả các hoạt động của các em

bé mới sinh.Trong nhà tù thì thẻ RFID giúp theo dõi vị trí và quá trình cải tạo của các phạm nhân.Ứng dụng RFID trong cuộc sống thể hiện trong nhiều ngành khác

14

nhau Trong vận chuyển và phân phối và lưu thông, trong công nghiệp, kinh doanh bán lẻ, quản lý nhân sự và chấm công, trong y tế, giáo dục, vui chơi giải trí …

1.4.4 Phương thức làm việc của hệ thống RFID

Hầu hết các hệ thống RFID gồm nhiều tag và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm Máy chủ xử lý dữ liệu mà các reader thu thập

từ các tag RFID

1.4.4.1.Phương thức làm việc của RFID

Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: tag, đầu đọc và một máy chủ

Tag RFID: gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong một số hình

thức đóng gói Vài tag RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để bỏ vào hộp và đóng gói Một số khác được dán vào các vách của các thùng chứa làm bằng plastic Còn một số khác được xây dựng thành dạng đeo giống như vòng đeo

cổ tay Mỗi tag được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn tag đó Bởi vì các chip được sử dụng trong tag RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin như chuỗi số, thời dấu, hướng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổ sách y học và lịch trình

Cũng như phát sóng tivi hay radio, hệ thống RFID cũng sử dụng bốn băng thông tần số chính: tần sốthấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) hoặc sóng cực ngắn (viba) Các hệ thống RFID ngày nay hoạt động ở băng thông UHF, trong khi các hệ thống RFID cũ sử dụng băng thông LF và HF Băng thông viba đang được để dành cho các ứng dụng trong tương lai Các tag có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong tag (các tag tích cực) hoặc bởi reader phát ra năng lượng truyền tới tag để yêu cầu trả lời khi tag đang trong phạm vi (tag thụ động) Kích thước tag, giá cả, dải đọc, độ chính xác đọc/ghi, tốc độ dữ liệu và chức năng hệ thống thay đổi theo đặc điểm nêu ra trong thiết kế và dải tần hệ thống FRID sử dụng

Reader: gồm một anten liên lạc với tag và một đơn vị đo điện tử học đã được

nối mạng với máy chủ Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy chủ và tất cả các tag trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc đồng thời với hàng trăm tag

1.4.5 Lợi ích của công nghệ RFID

Lợi ích của việc sử dụng công nghệ RFID trong quản lý kho, quản lý tài sản nhờ vào khả năng nhận dạng tín hiệu từ xa, thời gian tuyền và nhận tín hiệu nhanh chóng Lợi ích của công nghệ RFID dễ nhận thấy nhất so với hệ thống mã vạch là khả năng đọc dữ liệu từ xa, bộ nhớ chứa nhiều thông tin hơn, thông tin sản phẩm có thể sửa đổi và cập nhật một cách nhanh chóng, được lưu lại đảm bảo tính chính xác Trong khi các mã vạch và trao đổi dữ liệu điện tử EDI (Electronic Data Interchange) giữa các máy tính luôn gặp phải một số hạn chế: các mã vạch thông thường được đầu đọc quét qua nó và phải được đọc liên tục, các mã vạch không thể thay đổi một khi đã được in ra và dễ bị dính bụi và dễ bị trầy xước

Lợi ích của việc sử dụng công nghệ RFID là không cần nhìn thấy đối tượng cũng có thể định danh được đối tượng, có độ bền cao, chịu được hoạt động trong các môi trường khắc nghiệt, việc truy cập không cần tiếp xúc (có thể đọc được thẻ

từ khoảng cách xa tới vài mét)

Công nghệ RFID không hoặc giảm tối đa khả năng bị hỏng do tiếp xúc cơ học,

có khả năng phân biệt nhiều thẻ hiện diện cùng một lúc Tăng độ chính xác do hệ thống RFID cho phép thông tin được lưu lại một cách tức thời và bất cứ đâu thuận tiện nhất.Cập nhật thông tin trạng thái bởi việc kết hợp các bộ cảm biển trên chíp đã cho phép chúng có khả năng thu thập các dữ liệu về các trạng thái mà chúng đã trải qua

Lợi ích của công nghệ RFID là khá rõ ràng và nó đang nhân rộng mô hình cũng như tính hiệu quả của công nghệ này so với các công nghệ trước trong việc quản lý thiết bị

16

Chương 2

VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52

Em thực hiện đề tài chọn 89S52 bởi vì dung lượng bộ nhớ lớn (8Kbyte) và giá thành tương đương với 89C51 Về cơ bản họ vi xử lý MCS-52 gần giống với MCS-

51 nên ta sẽ tìm hiểu MCS-51 để mở rộng lên MCS-52

Nhiệm vụ của khối vi xử lý :

 Đọc mã phím từ bàn phím để kiểm tra xem phím nào đã được ấn và thực hiện chức năng của phím đó

 Lấy ID number từ RFID Reader để đưa vào xử lý và thực hiện chức năng nào đó

 Lưu ID của thẻ từ để điều khiển khóa

 Lưu giá trị của các mã số để điều khiển khóa

 Lưu các chương trình xử lý phím ấn: mở cửa, thêm password, thêm ID

 Lưu chương trình điều khiển LCD

2.1 Sơ lược vi điều khiển AT89S52

Vi điều khiển 8051 là một trong những vi điều khiển 8 bit thông dụng nhất

hiện nay Bắt đầu xuất hiện vào năm 1980, trải qua gần 30 năm, hiện đã có tới hàng trăm biến thể được sản xuất bởi hơn 20 hãng khác nhau, trong đó phải kể đến các đại gia trong làng bán dẫn như ATMEL, Texas Instrument, Philips, Analog Devices Tại Việt Nam, các biến thể của hãng ATMEL là AT89C51, AT89C52, AT89S51, AT89S52 đã có thời gian xuất hiện trên thị trường khá lâu

và có thể nói là được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại vi điều khiển 8 bit Chương này sẽ tập trung mô tả tương đối chi tiết cấu trúc bên trong của vi xử lý

AT89C52 của hãng ATMEL

Các vi điều khiển họ MCS-51 có các đặc điểm chung như sau:

 Có 4 Kb bộ nhớ FLASH ROM bên trong dùng để lưu chương trình điều khiển

 Có 128 Byte RAM nội

 4 Port xuất/nhập (Input/Output) 8 bit

 Có khả năng giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp

 Có thể giao tiếp với 64Kb bộ nhớ bên ngoài để lưu chương trình điều khiển

17

 Có thể giao tiếp với 64 Kb bộ nhớ bên ngoài dùng để lưu dữ liệu

 Có 210 bit có thể truy xuất từng bit Có các lệnh xử lý bit

Tất cả các vi điều khiển cùng họ MCS-51 hoặc MCS-52 đều có các đặc tính

cơ bản giống nhau như phần mềm, còn phần cứng thì khác nhau, các vi điều khiển sau này sẽ có nhiều tính năng hay hơn các vi điều khiển thế hệ trước Ví dụ vi điều khiển 89C51 sẽ tiện cho việc sử dụng hơn vi điều khiển 80C51 hay 87C51 Vi điều khiển 89S51 sẽ hay hơn 89C51 vì có nhiều thanh ghi hơn, có thêm chế độ nạp nối tiếp rất tiện lợi Những thế hệ đi sau sẽ kế thừa tất cả những gì của thế hệ đi trước Trong phần này chỉ đề cập đến vi điều khiển 89C51

52 về cơ bản khác 51 ở chỗ 52 có 3 timer, nhiều hơn

MCS-51 1 timer và có dung lượng bộ nhớ gấp đôi 8 Kbyte

2.2 Khảo sát sơ đồ chân AT89S52

2.2.1 Sơ Đồ Chân

Vi điều khiển 89C52 có tất cả 40 chân Trong đó có 29 chân có tác dụng kép (có nghĩa là 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập điều khiển I/O (Input/Output) hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ để tải địa chỉ và dữ liệu khi giao tiếp với bộ nhớ ngoài

Hình 2.1 Sơ đồ chân của AT89C52

2.2.2 Chức Năng Các Chân

Chức năng các Port :

 Port 0:

Port 0 là port có 2 chức năng với số thứ tự chân 32÷39

Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong không dùng

18

bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì Port 0 được dùng làm các đường điều khiển I/O (Input - Output)

Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì Port

0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu AD7 ÷ AD0 (Address: địa chỉ, Data: dữ liệu)

 Port 1:

Port 1 với số thứ tự chân 1÷8 Port 1 chỉ có 1 chức năng dùng làm các đường điều khiển xuất nhập IO, Port 1 không có chức năng khác

 Port 2:

Port 2 là Port có 2 chức năng với số thứ tự chân 21÷28

Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong không dùng

bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì Port 2 được dùng làm các đường điều khiển I/O Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì Port 2 có chức năng là bus địa chỉ cao A8÷A15

 Port 3:

Port 3 là port có 2 chức năng với số thứ tự chân 10÷17

Các chân của Port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên

hệ với các đặc tính đặc biệt của 89S52 như ở bảng:

Bảng 2.1 Chức năng các chân của Port 3

Bít Tên Chức Năng Chuyển Đổi

P3.0 RxD Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp

P3.1 TxD Ngõ ra xuất dữ liệu nối tiếp

P3.2 INT 0 Ngõ vào ngắt cứng thứ 0

P3.3 INT 1 Ngõ vào ngắt cứng thứ 1

P3.4 T0 Ngõ vào của timer/counter thứ 0

P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter thứ 1

P3.6 WR Tín hiệu điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

P3.7 RD Tín hiệu điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài

Các tín hiệu điều khiển:

 Tín hiệu PSEN (Program Store Enable):

19

PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng hường nối đến chân OE (Output Enable hoặc RD) của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh

Khi có giao tiếp với bộ nhớ chương trình bên ngoài thì mới dùng đến PSEN, nếu không có giao tiếp thì chân PSEN bỏ trống

PSEN ở mức thấp trong thời gian vi điều khiển 89S52 lấy lệnh Các mã lệnh của chương trình đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 89S52 để giải mã lệnh Khi 89S52 thi hành chương trình trong EPROM nội thì PSEN ở mức logic 1

 Tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable) :

Khi vi điều khiển 89S52 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, Port 0 có chức năng là bus tải địa chỉ và bus dữ liệu [AD7 ÷ AD0] do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt

Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian Port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên việc chốt địa chỉ được thực hiện 1 cách hoàn toàn tự động Các xung tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số dao động thạch anh gắn vào

vi điều khiển và có thể dùng tín hiệu xung ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho các phần khác của hệ thống

Trong chế độ lập trình cho bộ nhớ nội của vi điều khiển thì chân ALE được dùng làm ngõ vào nhận xung lập trình từ bên ngoài để lập trình cho bộ nhớ Flash Rom trong 89S52

 Tín hiệu EA (External Access):

Tín hiệu vào EA ở chân 31 thường nối lên mức 1 hoặc mức 0

Nếu nối EA lên mức logic 1 (+5v) thì vi điều khiển sẽ thi hành chương trình từ

20

Hình 2.2 Sơ đồ kết nối mạch reset cho vi điều khiển 8051 Khi cấp điện cho hệ thống (hình b - tự reset khi cấp điện) hoặc khi nhấn nút reset (hình a) thì mạch sẽ reset vi điều khiển Khi reset thì tín hiệu reset phải ở mức cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, khi đó các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống

Thanh ghi quan trọng nhất là thanh ghi bộ đếm chương trình PC = 0000H Sau khi reset, vi điều khiển luôn bắt đầu thực hiện chương trình tại địa chỉ 0000H của bộ nhớ chương trình nên các chương trình viết cho vi điều khiển luôn bắt đầu viết tại địa chỉ 0000H

Nội dung của RAM trong vi điều khiển không bị thay đổi bởi tác động của ngõ vào reset (có nghĩa là vi điều khiển đang sử dụng các thanh ghi để lưu trữ dữ liệu nhưng nếu vi điều khiển bị reset thì dữ liệu trong các thanh ghi vẫn không đổi) Trạng thái của tất cả các thanh ghi sau khi reset hệ thống được tóm tắt như bảng: Bảng 2.2 Trạng thái các thanh ghi sau khi reset vi điều khiển

Bộ đếm chương trình PC 0000H

Thanh ghi tích lũy A 00H

Thanh Ghi trạng thái PSW 00H

Thanh ghi con trỏ SP 07H

Port 0 đến Port 3 FFH ( 1111 1111)

 Các ngõ vào bộ dao động XTAL1, XTAL2:

Bộ dao động được tích hợp bên trong 89S52, khi sử dụng 89S52 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm tụ thạch anh và các tụ như trong hình dưới

Tần số tụ thạch anh thường sử dụng cho 89S52 là 12Mhz ÷ 24Mhz

Hình 2.3 Sơ đồ kết nối mạch dao động dùng thạch anh cho vi điều khiển 8051

Tụ C1 và C2 dùng trong mạch này là các tụ điện không phân cực có giá trị

30pF±10pF

 Chân 40 (VCC) được nối lên nguồn 5V, chân 20 (GND) nối mass

2.3 Tổ chức bộ nhớ

Vi điều khiển 89S52 có bộ nhớ nội bên trong và có thêm khả năng giao tiếp

với bộ nhớ bên ngoài nếu bộ nhớ bên trong không đủ khả năng lưu trữ chương trình

Bộ nhớ nội bên trong gồm có 2 loại bộ nhớ: bộ nhớ dữ liệu và bộ chương trình

Bộ nhớ dữ liệu có 256 byte, bộ nhớ chương trình có dung lượng 8Kb (89C51 có 4Kb)

Bộ nhớ mở rộng bên ngoài cũng được chia ra làm 2 loại bộ nhớ: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình Khả năng giao tiếp là 64Kb cho mỗi loại

22

Bộ nhớ mở rộng bên ngoài và bộ nhớ chương trình bên trong không có gì đặc biệt, chỉ có chức năng lưu trữ dữ liệu và mã chương trình nên không cần phải khảo sát

Bộ nhớ chương trình bên trong của vi điều khiển thuộc loại bộ nhớ Flash Rom cho phép xóa bằng xung điện và lập trình lại

Bộ nhớ ram nội bên trong là một bộ nhớ đặc biệt người sử dụng vi điều

khiển cần phải nắm rõ các tổ chức và các chức năng đặc biệt của bộ nhớ này

Hình 2.4 Các vùng nhớ của 89C51

- Bộ vi xử lý có không gian bộ nhớ chung cho dữ liệu và chương trình

 chương trình và dữ liệu nằm chung trên RAM trước khi đưa vào CPU để thực thi

- Bộ vi điều khiển có không gian bộ nhớ riêng cho dữ liệu và chương trình

 chương trình và dữ liệu nằm trên ROM và RAM trước khi đưa vào CPU để thực thi

23

Hình 2.5 Không gian bộ nhớ của chip 89S52 RAM bên trong 89S52 được phân chia như sau:

 Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH

 RAM truy xuất từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH

 RAM đa dụng từ 30H đến 7FH

 Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH

 Các bank thanh ghi :

Byte thấp của bộ nhớ nội được dành cho 4 bank thanh ghi

Bộ lệnh 89S52 hổ trợ thêm 8 thanh ghi có tên là R0 đến R7 và theo mặc định sau khi reset hệ thống thì các thanh ghi R0 đến R7 được gán cho 8 ô nhớ có địa chỉ

từ 00H đến 07H, khi đó bank 0 có 2 cách truy xuất bằng địa chỉ trực tiếp và bằng thanh ghi R

Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 sẽ có số lượng byte mã lệnh ít hơn và thời gian thực hiện lệnh nhanh hơn so với các lệnh có chức năng tương ứng nếu dùng kiểu địa chỉ trực tiếp

Các dữ liệu dùng thường xuyên nên lưu trữ ở một trong các thanh ghi này

Do có 4 bank thanh ghi nên tại một thời điểm chỉ có một bank thanh ghi được truy xuất bởi các thanh ghi R0 đến R7, để chuyển đổi việc truy xuất các bank thanh ghi ta phải thay đổi các bit chọn bank trong thanh ghi trạng thái Người lập trình dùng vùng nhớ 4 bank thanh ghi để lưu trữ dữ liệu phục vụ cho việc xử lý dữ liệu khi viết chương trình

Chức năng chính của 4 bank thanh ghi này là nếu trong hệ thống có sử dụng nhiều chương trình thì chương trình thứ nhất bạn có thể sử dụng hết các thanh ghi

24

R0 đến R7 của bank0, khi chuyển sang chương trình thứ 2 để xử lý một công việc gì

đó và vẫn sử dụng các thanh ghi R0 đến R7 để lưu trữ cho việc xử lý dữ liệu mà không làm ảnh hưởng đến các dữ liệu R0 đến R7 trước đây và không cần phải thực hiện công việc cất dữ liệu thì cách nhanh nhất là gán nhóm thanh ghi R0 đến R7 cho bank 1 là xong Tương tự có thể mở thêm hai chương trình nữa và gán cho các bank

3 và 4

 RAM có thể truy xuất từng bit:

Vi điều khiển 89S52 có 210 ô nhớ bit có thể truy xuất từng bit, trong đó có

128 bit nằm ở các ô nhớ byte có địa chỉ từ 20H đến 2FH và các bit còn lại chứa trong nhóm thanh ghi có chức năng đặc biệt

Các ô nhớ cho phép truy xuất từng bit và các lệnh xử lý bit là một thế mạnh của vi điều khiển Các bit có thể được đặt, xóa, AND, OR bằng 1 lệnh duy nhất, trong khi đó để xử lý các bit thì vi xử lý vẫn có thể xử lý được nhưng phải sử dụng rất nhiều lệnh để đạt được cùng một kết quả vì vi xử lý thường xử lý byte Các Port cũng có thể truy xuất được từng bit

128 ô nhớ bit cho phép truy xuất từng bit và cũng có thể truy xuất byte phụ thuộc vào lệnh được dùng là lệnh xử lý bit hay lệnh xử lý byte Chú ý địa chỉ của ô nhớ byte và bit trùng nhau

Người lập trình dùng vùng nhớ này để lưu trữ dữ liệu phục vụ cho việc xử lý

dữ liệu byte hoặc bit Các dữ liệu xử lý bit nên lưu vào vùng nhớ này

Chú ý: các ô nhớ nào mà chia ra làm 8 và có các con số bên trong là các ô nhớ

vừa cho truy xuất byte và cả truy xuất bit Những ô nhớ còn lại thì không thể truy xuất bit Các số nằm bên trong từng ô bit là địa chỉ của từng bit

 RAM đa dụng :

Vùng nhớ ram đa dụng gồm có 80 byte có địa chỉ từ 30H đến 7FH - vùng nhớ này không có gì đặc biệt so với 2 vùng nhớ trên Vùng nhớ bank thanh ghi 32 byte

từ 00H đến 1FH cũng có thể dùng làm vùng nhớ ram đa dụng mặc dù các ô nhớ này

có chức năng như đã trình bày

Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểu định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

Bộ nhớ ngăn xếp của vi điều khiển dùng Ram nội nên dung lượng bộ nhớ

26

Chip 89S52 có 8 KB ROM trong, địa chỉ truy xuất: 000H – FFFH

- Bộ nhớ dữ liệu (RAM)

Dùng để lưu trữ các dữ liệu và tham số

Chip 89S52 có 256 byte RAM trong, địa chỉ truy xuất: 00H – 7FH

b Bộ nhớ ngoài

Chip 89S52 cho ta khả năng mở rộng:

- Không gian bộ nhớ chương trình lên đến 64 KB

- Không gian bộ nhớ dữ liệu lên đến 64 KB

Khi sử dụng bộ nhớ ngoài:

- Port 0 bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0 – AD7)

- Port 2 bus địa chỉ byte cao (A8 – A15)

- Port 3 các tín hiệu điều khiển (WR\, RD\)

Hình 2.7 Sự khác nhau giữa đa hợp và không đa hợp bus địa chỉ và bus dữ liệu

c Kết nối và truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài (Accessing External Code Memory)

- Bộ nhớ chương trình bên ngoài là bộ nhớ ROM được cho phép của tín hiệu PSEN\ Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ EPROM như sau:

Hình 2.8 Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ EPROM

27

Hình 2.9 Giản đồ thời gian của chu kỳ nạp lệnh ở bộ nhớ chương trình ngoài

d Kết nối và truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài (Accessing External Data Memory)

- Bộ nhớ dữ liệu ngoài là một bộ nhớ RAM được đọc hoặc ghi khi được cho

phép của tín hiệu RD\ và WR\ Hai tín hiệu này nằm ở chân P3.7 (RD) và P3.6 (WR) Lệnh MOVX được dùng để truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và dùng một bộ đệm dữ liệu 16 bit (DPTR), R0 hoặc R1 như là một thanh ghi địa chỉ

- Các RAM có thể giao tiếp với 89S52 tương tự cách thức như EPROM ngoại trừ chân RD\ của 89S52 nối với chân OE\ (Output Enable) của RAM và chân WR\ của 98S52 nối với chân WE\ của RAM Sự nối các bus địa chỉ và dữ liệu tương tự như cách nối của EPROM

Hình 2.10 Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ RAM

mã này cũng cần cho hầu hết các bộ vi xử lý

Ví dụ nếu các ROM và RAM có dung lượng 8 KB được sử dụng thì tầm địa chỉ mà chip 89S52 quản lý (0000H – FFFFH) cần phải được giải mã thành từng đoạn 8 KB để chip có thể chọn từng IC nhớ trên các giới hạn 8 KB tương ứng: IC1: 0000H – 1FFFH, IC2: 2000H – 3FFFH,…

IC chuyên dùng cho việc tạo tín hiệu giải mã là 74HC138, các ngõ ra của IC này lần lượt được nối với các ngõ vào chọn chip CS\ tương ứng của các IC nhớ để cho phép các IC nhớ hoạt động (tại một thời điểm chỉ có một IC nhớ được phép hoạt động) Cần lưu ý là do các đường cho phép IC nhớ hoạt động riêng lẽ cho từng loại (PSEN\ cho bộ nhớ chương trình, RD\ và WR\ cho bộ nhớ dữ liệu) nên 89S52

có thể quản lý không gian nhớ lên đến 64 KB cho ROM và cho 64 KB cho RAM

f Các không gian nhớ chương trình và dữ liệu gối nhau

29

Hình 2.12 Không gian nhớ chương trình và dữ liệu gối nhau

RAM 1: đóng vai trò là bộ nhớ dữ liệu

RAM 2: đóng vai trò là bộ nhớ chương trình + bộ nhớ dữ liệu

2.4 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt

Vi điều khiển 89S52 có 21 thanh ghi có chức năng đặc biệt nằm ở vùng trên của RAM nội có địa chỉ từ 80H đến FFH:

 Các ô nhớ có địa chỉ 80H, 90H, A0H, B0H:

Là các Port của 89S52 bao gồm Port 0 có địa chỉ 80H, Port 1 có địa chỉ 90H, Port 2 có địa chỉ A0H và Port 3 có địa chỉ B0H Tất cả các Port này đều có thể truy xuất từng bit nên rất thuận tiện trong điều khiển Địa chỉ của các bit được đặt tên với ô bắt đầu chính là địa chỉ của Port tương ứng ví dụ như bit đầu tiên của Port 0 là 80h cũng chính là địa chỉ bắt đầu của Port 0 Người lập trình không cần nhớ địa chỉ các bit trong các Port vì phần mềm lập trình cho phép truy xuất bằng tên từng bit dễ nhớ như sau: P0.0 chính là bit có địa chỉ 80h của Port 0

Ngoại trừ thanh ghi A có thể được truy xuất ngầm, đa số các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR có thể địa chỉ hóa từng bit hoặc byte

 Ô nhớ có địa chỉ 81H:

Là thanh ghi con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer) có chức năng quản lý địa chỉ của bộ nhớ ngăn xếp Bộ nhớ ngăn xếp dùng để lưu trữ tạm thời các dữ liệu trong

30

quá trình thực hiện chương trình của vi điều khiển

Các lệnh liên quan đến ngăn xếp bao gồm các lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp (lệnh Push) và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp (lệnh Pop)

Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu vào

Sau lệnh lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp sẽ làm giảm SP

Khi Reset 89S52 thì thanh ghi SP sẽ mang giá trị mặc định là 07H và dữ liệu đầu tiên sẽ được cất vào ô nhớ ngăn xếp có địa chỉ 08H

 Ô nhớ có địa chỉ 82H và 83H:

Là 2 thanh ghi DPL (byte thấp) có địa chỉ là 82H và DPH (byte cao) có địa chỉ 83H Hai thanh ghi này có thể sử dụng độc lập để lưu trữ dữ liệu và có thể kết hợp lại tạo thành 1 thanh ghi 16 bit có tên là DPTR và gọi là con trỏ dữ liệu - được dùng

để lưu địa chỉ 16 bit khi truy xuất dữ liệu của bộ nhớ dữ liệu bên ngoài Các vi điều khiển sau này có thêm thanh ghi DPTR 1

 Ô nhớ có địa chỉ 87H:

Là thanh ghi PCON (Power Control) có chức năng điều khiển công xuất khi vi điều khiển làm việc hay ở chế độ chờ Khi vi điều khiển không còn sử lý gì nữa thì người lập trình có thể lập trình cho vi điều khiển chuyển sang chế độ chờ để giảm bớt công suất tiêu thụ nhất là khi nguồn cung cấp cho vi điều khiển là pin

 Các ô nhớ có địa chỉ từ 88H đến 8DH:

Là các thanh ghi phục vụ cho 2 timer/counter T1, T0

Thanh ghi TCON (Timer Control): thanh ghi điều khiển timer/counter

Thanh ghi TMOD (Timer Mode): thanh ghi lựa chọn mode hoạt động cho timer/counter

Thanh ghi TH0 và TL0 kết hợp lại tạo thành 1 thanh ghi 16 bit có chức năng lưu trữ xung đếm cho timer/counter T0 Tương tự cho 2 thanh ghi TH1 và TL1 kết hợp lại để lưu trữ xung đếm cho timer/counter T1 Khả năng lưu trữ số lượng xung đếm được là 65536 xung

 Các ô nhớ có địa chỉ 98H và 99H:

Là 2 thanh ghi SCON và SBUF SCON (Series Control): thanh ghi điều khiển truyền dữ liệu nối tiếp SBUF (Series Buffer ): thanh ghi đệm dữ liệu truyền nối tiếp Dữ liệu muốn truyền đi thì phải lưu vào thanh ghi SBUF và dữ liệu nhận về