Tài liệu Báo cáo project 2

Báo cáo project 2 Mục Lục: Mục Lục:.............................................................................................................................................1 A.Lời Nói Đầu.....................................................................................................................................3 B.Nội Dung..........................................................................................................................................4 Phần 1: Mô Tả Đề Tài......................................................................................................................4 1. Các Phần Mềm Và Thiết Bị Mô Phỏng Sử Dụng.............................................................4 2. Yêu Cầu Của Đề Tài..........................................................................................................5 Phần 2: Tìm Hiểu Về Linh Kiện Phần Cứng Sử Dụng.....................................................................5 1. Vi Điều Khiển MSP430G2553...........................................................................................5 2. LCD 16x2..........................................................................................................................12 3. Module thu phát nRF24L01 2.4Ghz...............................................................................15 Phần 3: Code Cho MPS430G2553 Và Thiết Kế Mạch...................................................................18 1. Code Cho MPS430G2553................................................................................................18 2. Thiết Kế Mạch..................................................................................................................21 3. Mạch Thực Tế Hoàn Thành............................................................................................22 C.Kết Luận.........................................................................................................................................23 D.Phụ Lục..........................................................................................................................................24 Nhóm 1 Page 1 Báo cáo project 2 Danh sách Hình Vẽ Hình 1: Kit launchpad msp430............................................................................................................5 Hình 2: MSP430G2553.......................................................................................................................5 Hình 3: Sơ đồ chân MSP430G2553.....................................................................................................7 Hình 4: Mạch RESET cho chip..........................................................................................................10 Hình 5 : Hình dáng của loại LCD thông dụng....................................................................................12 Hình 6 : Sơ đồ chân của LCD............................................................................................................12 Hình 7: Module thu phát nRF24L01..................................................................................................15 Hình 8: Sơ đồ khối của nRF24L01....................................................................................................16 Hình 9: Mạch Layout của nRF24L01................................................................................................17 Hình 10: Mạch Nguyên Lý................................................................................................................21 Hình 11: Lớp Top...............................................................................................................................22 Hình 12: Lớp Bottom.........................................................................................................................22 Hình 13:Mạch sau khi hoàn thành.....................................................................................................23 Nhóm 1 Page 2 Báo cáo project 2 A.Lời Nói Đầu. Để giúp sinh viên học tập, trau dồi thêm kiến thức về thiết kế phần cứng và tiếp cận sâu hơn với vi điều khiển thì Viện Điện Tử Viễn Thông trường ĐH.Bách Khoa Hà Nội đã tổ chức môn học Project 2. Trong môn học Project 2 này nhóm em đã được phân công dưới sự hướng dẫn của thầy ThS.Nguyễn Tiến Dũng. Nhờ có sự chỉ bảo hướng dẫn cụ thể của thầy lên nhóm em đã hoàn thành được Project 2. Trong quá trình thực hiện Project 2 được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy ThS.Nguyễn Tiến Dũng cùng anh hướng dẫn Nguyễn Quang Tuấn Anh, chúng em đã học tập và trau dồi cho bản thân nhiều kiến thức mới lạ, bổ ích, biết cách tiếp cận một vẫn đề và đưa ra ý tưởng giải quyết vẫn đề. Qua đó rèn luyện cho mình phẩm chất của những kỹ sư trong tương lai. Mặc dù nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo, tận tình từ phía các thầy nhưng do bước đầu làm quen với loại vi điều khiển mới lên chúng em cũng gặp phải một vài khó khăn khi tiếp cận nhưng cũng đã nhanh chóng tìm hiểu và làm chủ được nó. Cuối cùng chúng em xin được gửi lời cảm ơn tới thầy ThS.Nguyễn Tiến Dũng và anh Nguyễn Quang Tuấn Anh đã hướng dẫn chúng em hoàn thành Project 2. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm 1 Page 3 Báo cáo project 2 B.Nội Dung. Phần 1: Mô Tả Đề Tài. 1. Các Phần Mềm Và Thiết Bị Mô Phỏng Sử Dụng.  Phần mềm altium designer 10: vẽ mạch phần cứng.  Phần Mềm CCS4.0: dùng đề viết code cho vi điều khiển MSP430, và giúp lạp xuống kit launchpad msp430.  Kit launchpad msp430: công cụ test mô phỏng phần cứng. Hình 1: Kit launchpad msp430 2. Yêu Cầu Của Đề Tài.      Mạch OBU thu tín hiệu trả phí. Mạch phát tín hiệu trả phí đặt tại cổng thu phí. Hiển thị thông tin tùy chọn. Không phát trùng lặp tín hiệu tới nhiều OBU. Truyền thông ở tốc độ tới 20km/h. Phần 2: Tìm Hiểu Về Linh Kiện Phần Cứng Sử Dụng. 1. Vi Điều Khiển MSP430G2553. Nhóm 1 Page 4 Báo cáo project 2  Hình 2: MSP430G2553 Giới thiệu tổng quát : Các dòng vi điều khiển msp430 này do hãng TI ( Texas Instruments) sản xuất, ngoài ra thì TI còn sản xuất và cung cấp nhiều linh kiện điện tử và các module khác . Vi điều khiển( Micro controller unit – MCU ) là đơn vị xử lý nhỏ, nó được tích hợp toàn bộ các bộ nhớ như ROM , RAM , các port truy xuất , giao tiếp ngoại vi trực tiếp trên 1 con chip hết sức nhỏ gọn. Được thiết kế dựa trên cấu trúc VONNEUMAN , đặc điểm của cấu trúc này là chỉ có duy nhất 1 bus giữa CPU và bộ nhớ (data và chương trình) , do đó mà chúng phải có độ rộng bit tương tự nhau. MSP430 có một số phiênbản như: MSP430x1xx, MSP430x2xx, MSP430x3xx, MSP430x4xx, MSP430x5xx. Dưới đây là những đặc điểm tổng quát của họ vi điều khiển MSP430: + Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ của Pin -Duy trì 0.1µA dòng nuôi RAM. -Chỉ 0.8µA real-time clock. -250 µA/ MIPS. + Bộ tương tự hiệu suất cao cho các phép đo chính xác -12 bit hoặc 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref , -12 bit DAC. -Bộ giám sát điện áp nguồn. + 16 bit RISC CPU cho phép được nhiều ứng dụng, thể hiện một phần ở kích Nhóm 1 Page 5 Báo cáo project 2 thước Code lập trình. -Thanh ghi lớn nên loại trừ được trường hợp tắt nghẽn tập tin khi đang làm việc. -Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện và giảm giá thành. -Tối ưu hóa cho những chương trình ngôn ngữ bậc cao như C, C++ -Có 7 chế độ định địa chỉ. -Khả năng ngắt theo véc tơ lớn. + Trong lập trình cho bộ nhớ Flash cho phép thay đổi Code một cách linh hoạt, phạm vi rộng, bộ nhớ Flash còn có thể lưu lại như nhật ký của dữ liệu.  Sơ đồ chân : Chip MSP430 có kích thước nhỏ gọn , chỉ với 20 chân đối với kiểu chân DIP. Bao gồm 2 port I/O (hay GPIO general purprose input/ output : cổng nhập xuất chung). Hình 3: Sơ đồ chân MSP430G2553 Ta thấy rằng mỗi port đều có 8 chân. Port 1 : có 8 chân từ P1.0 đến P1.7 tương ứng với các chân từ 2-7 và 14 , 15. Port 2 : cũng gồm có 8 chân P2.0 – P2.7 ứng với các chân 8 – 13 , 18,19. Ngoài chức năng I/O thì trên mỗi pin của các port đều là những chân đa chức năng, ta thể thấy rõ trong bảng sau : Nhóm 1 Page 6 Báo cáo project 2 Trên bảng là chức năng của từng chân , ngoài ra đối với các MCU có kiểu chân SMD loại 28 chân thì nó có thêm port 3 nữa,nhưng ở đây chỉ xét đối với kiểu DIP 20 chân và kiểu TSSOP 20 chân , kiểu còn lại các bạn có thể tìm hiểu trên trang chủ của nhà sản xuất . Nhóm 1 Page 7 Báo cáo project 2  Giải thích sơ lược các chân : - Chân số 1 là chân cấp nguồn Vcc( ký hiệu trên chip là DVcc ) , ở đây nguồn cho chip chỉ được cấp ở mức 3,3V , nếu cấp nguốn cao quá mức này thì chip có thể hoạt động sai hay cháy chip . Để có được mức nguồn này thì ta phải dùng 1 IC ổn áp riêng có ký hiệu LM1117 hay AD1117 , IC này có kiểu chân SMD nhỏ gọn , cách mắc chip này thì cũng giống như với những IC nguồn như LM78xx , tuy nhiên lưu ý ở đây là thứ tự chân ở đây có hơi khác 1 chút.Các bạn có thể xem datasheet của IC mà mắc cho phù hợp. -Chân 20 là chân nối cực âm (0V) , chân này thì không có gì đặc biệt. -Chân reset : Chính là chân số 16 RST , nếu các bạn đã từng học về PIC thì sẽ thấy chân reset có ký hiệu là MCLR , các bạn để ý thấy dấu gạch ngang trên có nghĩa là chân này tích cực ở mức thấp . Mục đích của việc reset là nhằm cho chương trình chạy lại từ đầu . Nhóm 1 Page 8 Báo cáo project 2 Mạch reset cho chip : Hình 4: Mạch RESET cho chip Chú ý: tụ ở đây là tụ pi và chính xác là tụ 102, nếu thay đổi thì khi kết nỗi Jtag để nạp code cho chip sẽ không được. -Mạch dao động : Cũng giống như những dòng vi điều khiển khác thì Msp430 cũng hỗ trợ người dùng thạch anh ngoài ( external crystal ), nhưng thạch anh ngoại vi cho phép chỉ có thể lên tới 32,768 kHz mà thôi, và tín hiệu này được mắc trên 2 chân 18 và 19. Nhưng msp430 lại hỗ trợ thạch anh nội có thể lên đến 16Mhz, tùy vào cách khai báo trong lập trình. Và mặc định của chip là thạch anh nội. Như vậy thì chúng ta không cần thiết phải sử dụng mạch dao động ngoại cho chip giống như những dòng khác. Nhóm 1 Page 9 Báo cáo project 2 - Port I/O : Port 1 : có 8 chân từ P1.0 đến P1.7 tương ứng với các chân từ 2-7 và 14 , 15. Port 2 : cũng gồm có 8 chân P2.0 – P2.7 ứng với các chân 8 – 13 , 18,19. Trong chế độ nhập (input) thì cả 2 port đều có 1 mạch điều khiển điện trở kéo dương – gọi là PULL UP nhưng giá trị của điện trở này rất lớn khoảng 47K nên gọi là WEAK PULL UP RESISTAN. Việc điều khiển PULL UP sẽ được tiến hành thông qua lập trình tác động lên thanh ghi PxREN sẽ được đề cập ở chương sau . Điều này cũng giống như việc thiết lập input ở port B của vi điều khiển PIC, ở port B cũng có điện trở kéo lên , và người lập trình phải thao tác qua thanh ghi OPTION_REG. Nhóm 1 Page 10 Báo cáo project 2 2. LCD 16x2. Hình dáng và kích thước:  Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình 1 là loại LCD thông dụng. Hình 5 : Hình dáng của loại LCD thông dụng  Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như hình 2 :  Chân Nhóm 1 Hình 6 : Sơ đồ chân của LCD Chức năng Các Chân Ký Hiệu Mô Tả Page 11 Báo cáo project 2 1 2 3 4 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này VDD với GND của mạch điều khiển Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân VEE RS này với VCC=5V của mạch điều khiển Điều chỉnh độ tương phản của LCD. Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi. + Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu 5 R/W DR bên trong LCD. Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối 6 E với logic “1” để LCD ở chế độ đọc Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E. + Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E. + Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức 7-14 thấp. DB0-DB7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này : + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7. + Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ Nhóm 1 Page 12 Báo cáo project 2 15 16 A K DB4 tới DB7, bit MSB là DB7 Nguồn dương cho đèn nền GND cho đèn nền 3. Module thu phát nRF24L01 2.4Ghz.  Giới thiệu Hình 7: Module thu phát nRF24L01  Thông số kỹ thuật Radio: - Hoạt động ở giải tần 2.4 Ghz. - Có 126 kênh. - Truyền và nhận dữ liệu. - Truyền tốc độ cao 1Mbps hoặc 2 Mbps. Nhóm 1 Page 13 Báo cáo project 2 Công suất phát: - Có thể cài đặt được 4 công suất nguồn phát: 0,-6,-12,-18 dBm. Thu: - Có bộ lọc nhiễu tại đầu thu. Khuếch đại bị ảnh hưởng bởi nhiễu thấp (LNA). Nguồn cấp: - Hoạt động từ 1,9 – 3,6V Các chân I/O chạy được cả 3,3 lẫn 5V. Giao tiếp: - 4 pin SPI. Tốc độ tối đa 8Mbps. 3-32 bytes trên 1 khung truyền nhận. Hình 8: Sơ đồ khối của nRF24L01.  Nhóm 1 Phân Tích Page 14 Báo cáo project 2 - Modul nRF24L01 hoạt động ở tần số sóng ngắn 2.4G nên Modul này khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao và truyền nhận dữ liệu trong điều kiện môi - trường có vật cản. Modul nRF24L01 có 126 kênh truyền. Điều này giúp ta có thể truyền nhận - dữ liệu trên nhiều kênh khác nhau. Modul khả năng thay đổi công suất phát bằng chương trình, điều này giúp - nó có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng. Chú ý: Điện áp cung cấp cho là 1.9à3.6V. Điện áp thường cung cấp là 3.3V. Nhưng các chân IO tương thích với chuẩn 5V. Điều này giúp nó giao tiếp rộng dãi với các dòng vi điều khiển. Hình 9: Mạch Layout của nRF24L01. Nhóm 1 Page 15 Báo cáo project 2 Phần 3: Code Cho MPS430G2553 Và Thiết Kế Mạch. 1. Code Cho MPS430G2553.  Code xây dựng giao tiếp UART giữa máy tính và MSP430 phát: #pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR __interrupt void USCI0RX_ISR(void) { unsigned char u8Receive; u8Receive = UCA0RXBUF; if (u8Receive == '\n') { g_u8StartSendFlag = 1; return; } if (g_u8UartBufferPtr < UART_BUFFER_MAX) { g_pUartBuffer[g_u8UartBufferPtr++] = u8Receive; g_pUartBuffer[g_u8UartBufferPtr] = 0; } }  Code để truyền tín hiệu thông qua module RF /* * main.c (Transmitter) */ void main(void) { unsigned long i = 0; unsigned char RxBuf[128]; WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; Nhóm 1 // Stop watchdog timer Page 16 Báo cáo project 2 BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; // Set range DCOCTL = CALDCO_1MHZ; // Set DCO step + modulation */ P1DIR |= BIT0; P1OUT &= ~BIT0; UartInit(); init_NRF24L01(); SetRX_Mode(); while (1) { if (nRF24L01_RxPacket(RxBuf) == 1) { UartSend(RxBuf, strlen(RxBuf)); SetRX_Mode(); } if (g_u8StartSendFlag == 1) { SetTX_Mode(); nRF24L01_TxPacket(g_pUartBuffer); SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS, 0XFF); // Clear Bit Send g_u8StartSendFlag = 0; Nhóm 1 Page 17 Báo cáo project 2 g_u8UartBufferPtr = 0; LED_TOGGLE; SetRX_Mode(); } } } 2. Thiết Kế Mạch.  Mạch nguyên lý module thu tín hiệu: Nhóm 1 Page 18 Báo cáo project 2 Hình 10: Mạch Nguyên Lý.  Mạch in: Hình 11: Lớp Top. Hình 12: Lớp Bottom Nhóm 1 Page 19 Báo cáo project 2 3. Mạch Thực Tế Hoàn Thành. Hình 13:Mạch sau khi hoàn thành. C.Kết Luận. Qua những ngày trải nghiệm thực tế khi tiến hành thực hiện Project 2 này,chúng em đã học tập và làm việc thực sự, nhờ những kiến thức học hỏi được cùng sự chỉ bảo tận tình của các thầy, chúng em đã hiểu và lắm vững được quy trình làm việc để tạo ra một sản phẩm, học được cách làm việc nhóm, cách tổ chức công việc hiệu quả. Đúc rút được những kinh nghiệm thực tế quý báu. Từ những kinh nghiệm cũng như những bài học quý báu chúng em đã học được sẽ giúp ích cho chúng em rất nhiều cho công việc học tập và nghiên cứu tiếp theo của mình. Một lần nữa em xin cảm ơn thầy Ths.Nguyễn Tiến Dũng đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng em có thể hoàn thần tốt Project 2 này. Nhóm 1 Page 20