Luận văn Thạc sĩ: Đo lường và điều khiển từ xa bằng SIM900, ATmega8

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu cấu trúc và tính chất điện, huỳnh quang của vật liệu nano cho chiếu sáng mới, góp phần phát triển công nghệ.

• Tác giả: Nguyễn Vinh Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Quang Vinh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ điện tử - Viễn thông
• Đề tài: Đo Lường Điều Khiển Từ Xa Qua Mạng Điện Thoại Di Động Bằng Module SIM900 Kết Nối Vi Điều Khiển ATmega8
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Cấu trúc nhân AVR
• 1.2.1. Thanh ghi trạng thái
• 1.2.2. Các thanh ghi chức năng chung
• 1.2.3. Con trỏ ngăn xếp (SP)
• 1.2.4. Cấu trúc bộ nhớ
• 1.3. Các cổng vào ra (I/O)
• 1.3.1. Thanh ghi DDRx
• 1.3.2. Thanh ghi PORTx
• 1.3.3. Thanh ghi PINx
• 1.4. Bộ định thời
• 1.5. USART
• 1.5.1. Tạo xung clock
• 1.5.2. Định dạng khung truyền
• 1.5.3. Khởi tạo USART
• 1.5.4. Truyền thông dữ liệu-bộ truyền USART
• 1.5.5. Nhận dữ liệu-bộ nhận USART
• 1.6. Bộ biến đổi A/D
• 2. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU MODULE SIM 900
• 2.1. Tổng quan về Module SIM900
• 2.2. Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân
• 2.3. Các chế độ hoạt động của sim900
• 2.3.1. Chế độ Hoạt động
• 2.3.2. Chế độ tắt nguồn
• 2.4. Tập lệnh AT
• 2.4.1. Cú pháp tổng quát của các lệnh AT mở rộng
• 2.4.2. Mã kết quả của lệnh AT
• 2.4.3. Các lỗi +CMS và ý nghĩa của các lỗi
• 3. CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
• 3.1. Kiến trúc phần cứng
• 3.2. Tích hợp mạch phần cứng
• 3.3. Công cụ lập trình
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu vật liệu lai nano

Luận văn thạc sĩ tại VNU UET tập trung vào việc nghiên cứu cấu trúc và tính chất điện của vật liệu lai nano. Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các đặc tính của vật liệu mà còn mở ra hướng đi mới cho công nghệ chiếu sáng hiện đại. Vật liệu lai nano được xem là giải pháp tiềm năng cho các ứng dụng trong chiếu sáng mới, nhờ vào khả năng tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

1.1. Định nghĩa và ứng dụng của vật liệu lai nano

Vật liệu lai nano là sự kết hợp giữa các thành phần khác nhau để tạo ra những tính chất mới. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện tử, quang học và chiếu sáng. Việc nghiên cứu cấu trúc của chúng giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng ứng dụng trong thực tiễn.

1.2. Tính chất điện của vật liệu lai nano

Tính chất điện của vật liệu lai nano rất đa dạng và phụ thuộc vào cấu trúc của chúng. Nghiên cứu cho thấy rằng các vật liệu này có thể cải thiện khả năng dẫn điện và tính chất quang học, từ đó nâng cao hiệu suất trong các ứng dụng chiếu sáng.

II. Thách thức trong nghiên cứu cấu trúc vật liệu lai nano

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng nghiên cứu về cấu trúc vật liệu lai nano cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ ổn định, khả năng sản xuất và chi phí vẫn là những rào cản lớn. Việc tìm ra giải pháp cho những thách thức này là rất cần thiết để phát triển công nghệ chiếu sáng mới.

2.1. Độ ổn định của vật liệu lai nano

Độ ổn định của vật liệu lai nano là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của sản phẩm. Nghiên cứu cần tập trung vào việc cải thiện độ bền và khả năng chống lại các tác động môi trường.

2.2. Chi phí sản xuất vật liệu lai nano

Chi phí sản xuất là một trong những yếu tố quyết định đến khả năng thương mại hóa vật liệu lai nano. Việc tìm kiếm các phương pháp sản xuất hiệu quả và tiết kiệm chi phí là rất cần thiết để đưa công nghệ này vào ứng dụng thực tế.

III. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu lai nano

Để nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu lai nano, các phương pháp hiện đại như quang phổ, kính hiển vi điện tử và phân tích hóa học được áp dụng. Những phương pháp này giúp xác định chính xác cấu trúc và tính chất điện của vật liệu, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu.

3.1. Phương pháp quang phổ trong nghiên cứu vật liệu

Quang phổ là một trong những phương pháp quan trọng giúp phân tích cấu trúc và tính chất quang học của vật liệu lai nano. Phương pháp này cho phép xác định các đặc tính quang học như độ hấp thụ và phát xạ ánh sáng.

3.2. Kính hiển vi điện tử trong phân tích cấu trúc

Kính hiển vi điện tử cung cấp hình ảnh chi tiết về cấu trúc của vật liệu lai nano. Phương pháp này giúp nghiên cứu các đặc tính bề mặt và cấu trúc vi mô, từ đó hiểu rõ hơn về tính chất điện của vật liệu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu lai nano trong chiếu sáng mới

Nghiên cứu về vật liệu lai nano không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong chiếu sáng mới. Các sản phẩm chiếu sáng sử dụng vật liệu này có khả năng tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất chiếu sáng.

4.1. Chiếu sáng LED sử dụng vật liệu lai nano

Các sản phẩm LED sử dụng vật liệu lai nano đã cho thấy hiệu suất chiếu sáng vượt trội. Chúng không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn có tuổi thọ cao hơn so với các sản phẩm truyền thống.

4.2. Ứng dụng trong công nghệ chiếu sáng thông minh

Vật liệu lai nano có thể được tích hợp vào các hệ thống chiếu sáng thông minh, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Công nghệ này đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu vật liệu lai nano

Nghiên cứu về vật liệu lai nano mở ra nhiều cơ hội mới cho công nghệ chiếu sáng. Với những tiến bộ trong phương pháp nghiên cứu và sản xuất, tương lai của vật liệu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho ngành công nghiệp chiếu sáng.

5.1. Tương lai của vật liệu lai nano trong chiếu sáng

Vật liệu lai nano có tiềm năng lớn trong việc phát triển các sản phẩm chiếu sáng mới. Nghiên cứu và phát triển sẽ tiếp tục được đẩy mạnh để tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

5.2. Hướng đi mới cho nghiên cứu vật liệu

Các nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải thiện tính chất điện và quang học của vật liệu lai nano. Điều này sẽ giúp mở rộng ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê từ ngành viễn thông, mạng thông tin di động toàn cầu và tại Việt Nam hiện đã phủ sóng tới hơn 95% diện tích khu dân cư, tạo nền tảng vững chắc cho sự bùng nổ của các giải pháp truyền thông máy-tới-máy (M2M) và điều khiển từ xa. Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất và đời sống, các hệ thống giám sát trạm nguồn, thiết bị công nghiệp và nhà ở phần lớn vẫn phụ thuộc vào thiết bị ngoại nhập nguyên chiếc với chi phí đầu tư cao, khả năng tùy biến thấp và chịu nhiều rào cản khi hạ tầng internet có dây không sẵn sàng.

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, luận văn tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh hệ thống nhúng đo lường điện áp một chiều và điều khiển thiết bị điện xoay chiều từ xa thông qua mạng điện thoại di động GSM/GPRS. Đề tài tích hợp vi điều khiển ATmega8 với module viễn thông SIM900, đồng thời xây dựng phần mềm điều khiển trực quan trên hệ điều hành Android.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm toàn diện tại Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội trong giai đoạn 2013–2014. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa thực tiễn lớn khi cung cấp một giải pháp phần cứng nội địa hóa có khả năng đo lường điện áp với độ phân giải 10-bit trên dải 0–5V (quy đổi chuẩn ắc quy 12V), thời gian phản hồi tin nhắn SMS dưới 5 giây và giúp tiết kiệm hơn 60% chi phí sản xuất so với các thiết bị ngoại nhập có tính năng tương đương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng kiến trúc vi điều khiển RISC Harvard 8-bit của dòng chip Atmel ATmega8. Cấu trúc này phân tách độc lập không gian bus bộ nhớ chương trình Flash 8KB và bộ nhớ dữ liệu SRAM 1KB, cho phép thực thi hầu hết trong số 130 lệnh chỉ trong một chu kỳ xung nhịp 16MHz để đạt tốc độ xử lý 16 MIPS. Đồng thời, đề tài áp dụng mô hình truyền thông vô tuyến M2M qua mạng GSM/GPRS và tập lệnh AT Command chuẩn Hayes trên nền tảng module SIM900 tích hợp vi xử lý ARM926EJ-S.

Hệ thống vận hành dựa trên ba khái niệm kỹ thuật cốt lõi:

1. Bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC): Tích hợp sẵn 8 kênh đầu vào với độ phân giải 10-bit, sai số tuyến tính 0.5 LSB, độ chính xác ±2 LSB và thời gian chuyển đổi tín hiệu nhanh từ 65 µs đến 260 µs.
2. Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ (USART): Cơ chế truyền thông song công toàn phần (Full-duplex) với tốc độ baud chuẩn xác, khung truyền linh hoạt 8-bit dữ liệu và 1-bit dừng để kết nối thông suốt giữa ATmega8 và SIM900 qua cổng UART/RS232.
3. Xử lý bản tin SMS chuyên dụng: Điều khiển linh hoạt giữa chế độ văn bản Text Mode (lệnh AT+CMGF=1) và chế độ PDU, kết hợp cơ chế ngắt tự động phát hiện tin nhắn đến (+CNMI) cùng hệ thống mã lỗi chuẩn hóa CMS Error.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập trực tiếp từ các chu trình đo điện áp thực tế qua cầu phân áp biến trở và kiểm thử mạch rơ-le công suất điều khiển tải xoay chiều 220V. Cỡ mẫu thực nghiệm được xác lập gồm 100 lần đo kiểm điện áp ngẫu nhiên và 100 chu kỳ gửi nhận tin nhắn SMS điều khiển trong nhiều khung giờ khác nhau.

Nghiên cứu sử dụng phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng theo mật độ lưu lượng sóng di động nhằm kiểm tra tính ổn định của hệ thống trong cả giờ cao điểm lẫn giờ thấp điểm. Phương pháp phân tích định lượng kết hợp kiểm thử hộp đen và phân tích sai số tương đối được lựa chọn vì tính chặt chẽ, giúp đánh giá chính xác độ tin cậy thời gian thực của giao thức USART và sai số đo lường ADC so với thiết bị đo chuẩn. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, chế tạo bo mạch và thử nghiệm phần mềm được tiến hành liên tục trong thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thực nghiệm đo lường và điều khiển trên mô hình phần cứng cho thấy bốn kết quả nổi bật:

• Bộ chuyển đổi ADC 10-bit của ATmega8 khi sử dụng điện áp tham chiếu nội Vref = 2.56V duy trì độ chính xác cao, với sai số tuyệt đối đo điện áp DC luôn dưới 0.05V và sai số tương đối chỉ ở mức 1.2% trên toàn thang đo.
• Tốc độ truyền nhận và xử lý lệnh qua mạng viễn thông đạt tỷ lệ phản hồi thành công 98.5%, độ trễ từ khi gửi tin nhắn SMS từ điện thoại đến khi rơ-le chấp hành chuyển trạng thái chỉ dao động từ 3 đến 6 giây.
• Mạch nguồn xung hạ áp LM2596 đáp ứng dòng tải đỉnh 2A tại mức điện áp ổn định 4.3V, giúp module SIM900 hoạt động liên tục mà không gặp hiện tượng sụt áp hay khởi động lại, giảm tỷ lệ lỗi kết nối mạng xuống dưới 0.5%.
• Ứng dụng Android lập trình bằng Java trên môi trường Eclipse hoạt động mượt mà, giúp người vận hành cắt giảm 80% thời gian thao tác so với việc soạn thảo cú pháp lệnh thủ công.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp hệ thống đạt độ ổn định cao là sự phối hợp nhịp nhàng giữa tầng lọc nhiễu phần cứng (diot bảo vệ, cầu chì 1A, tụ lọc nguồn xung) và thuật toán quản lý ngắt truyền thông trên thanh ghi UCSRB của vi điều khiển. Khi so sánh với các giải pháp điều khiển qua sóng vô tuyến tầm ngắn như RF hay Bluetooth, giải pháp GSM/GPRS chứng minh ưu thế tuyệt đối về cự ly điều khiển không giới hạn và khả năng tương thích với hạ tầng viễn thông sẵn có.

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ phân tán biểu diễn tương quan tuyến tính giữa giá trị điện áp thực tế và điện áp đo được qua ADC, kết hợp cùng bảng thống kê thời gian phản hồi SMS theo từng mức cường độ sóng di động từ -113 dBm đến -51 dBm.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện và nhân rộng hệ thống trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng, nghiên cứu đưa ra 4 giải pháp cụ thể:

1. Chuyển đổi giao thức truyền thông sang GPRS/MQTT: Nâng cấp phần mềm nhúng để truyền dữ liệu qua giao thức mạng GPRS hoặc giao thức IoT nhẹ MQTT thay vì SMS thuần túy, nhằm rút ngắn thời gian đáp ứng xuống dưới 1 giây và giảm 90% chi phí cước viễn thông mỗi tháng; mục tiêu hoàn thành trong vòng 6 tháng do đội ngũ kỹ sư phần mềm nhúng thực hiện.
2. Tích hợp mạch cách ly quang chuyên dụng: Bổ sung IC Opto cách ly quang học PC817 giữa các chân điều khiển của ATmega8 và khối rơ-le công suất nhằm triệt tiêu 100% xung nhiễu điện từ cảm ứng ngược từ tải AC 220V vào vi điều khiển; thời gian triển khai 3 tháng do kỹ thuật viên phần cứng phụ trách.
3. Xây dựng hệ thống máy chủ giám sát tập trung: Phát triển nền tảng Cloud Server và Dashboard trên nền Web để lưu trữ hơn 100.000 bản ghi lịch sử đo lường và hỗ trợ giám sát hàng loạt thiết bị đồng thời; lộ trình thực hiện trong 9 tháng do nhóm kỹ sư hệ thống đảm nhiệm.
4. Tối ưu hóa chế độ tiết kiệm năng lượng: Khai thác sâu các chế độ Sleep Mode của vi điều khiển ATmega8 và SIM900 để giảm dòng tiêu thụ tĩnh xuống dưới 1.5mA, kết hợp module pin năng lượng mặt trời nhằm duy trì hoạt động độc lập trên 30 ngày tại các trạm quan trắc xa xôi; dự kiến hoàn thành trong 4 tháng do nhóm nghiên cứu phần cứng thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành Điện tử – Viễn thông, Tự động hóa: Cung cấp phương pháp thiết kế chi tiết từ sơ đồ nguyên lý phần cứng, giao tiếp bus nối tiếp USART, đến thuật toán lập trình C trên CodeVisionAVR cho các đồ án tốt nghiệp.
• Kỹ sư thiết kế phần cứng và lập trình nhúng: Khai thác kinh nghiệm thực tế về thiết kế mạch nguồn xung LM2596 chịu dòng tải 3A, kỹ thuật xử lý lệnh AT Command và cơ chế chống treo vi điều khiển trong môi trường công nghiệp.
• Cán bộ kỹ thuật quản lý trạm viễn thông BTS: Ứng dụng trực tiếp giải pháp để đo lường điện áp dàn ắc quy dự phòng, giám sát nhiệt độ và cảnh báo tự động sự cố mất điện lưới qua tin nhắn SMS 24/7.
• Doanh nghiệp phát triển giải pháp Nhà thông minh và Nông nghiệp thông minh: Tận dụng kiến trúc điều khiển tải công suất và giao diện điều khiển Android để thương mại hóa các thiết bị tưới tiêu tự động hoặc bật tắt thiết bị điện dân dụng từ xa.

Câu hỏi thường gặp

Vi điều khiển ATmega8 có những ưu điểm gì vượt trội để được lựa chọn cho đề tài này? ATmega8 sở hữu cấu trúc RISC tiên tiến với 130 lệnh mạnh mẽ, xung nhịp 16MHz cho tốc độ 16 MIPS, tích hợp sẵn bộ nhớ Flash 8KB, SRAM 1KB và bộ biến đổi ADC 10-bit 8 kênh. Cấu hình này đáp ứng hoàn hảo yêu cầu tính toán đo lường và điều khiển giao tiếp UART mà vẫn tối ưu chi phí linh kiện phần cứng.

Module SIM900 có những đòi hỏi khắt khe nào về nguồn điện cung cấp? SIM900 vận hành trong dải điện áp từ 3.4V đến 4.5V với mức điện áp danh định là 4.0V, đòi hỏi mạch nguồn phải cấp được dòng điện đỉnh tức thời lên tới 2A khi phát sóng. Luận văn đã thiết kế mạch nguồn xung hạ áp dùng IC LM2596 dòng tải 3A tại 4.3V để triệt tiêu hoàn toàn sự cố sụt áp gây tắt module.

Cơ chế truyền thông nối tiếp giữa ATmega8 và SIM900 diễn ra như thế nào? Hai khối phần cứng kết nối trực tiếp thông qua chuẩn nối tiếp USART bất đồng bộ qua hai chân TxD và RxD. ATmega8 đóng vai trò là thiết bị đầu cuối gửi các chuỗi lệnh AT chuẩn như AT+CMGF chọn định dạng văn bản và AT+CMGS để truyền tin nhắn chứa giá trị điện áp đo được tới điện thoại người dùng.

Hệ thống xử lý ra sao khi phát sinh lỗi tin nhắn hoặc mất sóng di động? SIM900 trả về các mã lỗi chuẩn +CMS ERROR từ 300 đến 315 để chỉ định chính xác nguyên nhân như lỗi mạng hay lỗi thẻ SIM. Vi điều khiển ATmega8 sẽ liên tục quét phản hồi UART, tự động phát hiện mã lỗi, kích hoạt chân NRESET để khởi động lại module và khôi phục hoạt động bình thường.

Ứng dụng trên điện thoại di động Android đóng vai trò gì trong toàn bộ hệ thống? Ứng dụng Android được phát triển bằng ngôn ngữ Java trên nền tảng Eclipse, cung cấp giao diện đồ họa thân thiện giúp người dùng chỉ cần nhấn nút để điều khiển bật/tắt thiết bị hoặc đọc giá trị điện áp. Ứng dụng tự động mã hóa lệnh thành cú pháp SMS và giải mã dữ liệu trạng thái trả về từ phần cứng.

Kết luận

• Thiết kế và chế tạo thành công bo mạch phần cứng nhúng tích hợp vi điều khiển ATmega8 và module viễn thông 4 băng tần SIM900 hoạt động ổn định.
• Làm chủ kỹ thuật lấy mẫu và xử lý tín hiệu tương tự với bộ biến đổi ADC 10-bit, đạt sai số tuyến tính chuẩn xác 0.5 LSB trên dải đo thực tế.
• Xây dựng hoàn chỉnh thuật toán giao tiếp USART hai chiều, điều khiển đóng cắt rơ-le công suất an toàn và gửi tin nhắn cảnh báo tự động qua mạng GSM.
• Phát triển giao diện điều khiển trực quan trên hệ điều hành Android bằng ngôn ngữ Java, nâng cao tính tiện ích và trải nghiệm cho người sử dụng.
• Đóng góp một giải pháp công nghệ M2M nội địa hóa có chi phí hợp lý, độ bền cao và khả năng ứng dụng rộng rãi trong giám sát công nghiệp và đời sống.

Trong giai đoạn 6 đến 12 tháng tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ tập trung nâng cấp hệ thống sang phương thức truyền thông dữ liệu GPRS/MQTT và kết nối nền tảng điện toán đám mây. Hãy áp dụng ngay giải pháp điều khiển đo lường từ xa qua mạng di động này để tự động hóa và nâng cao hiệu quả quản lý cho các công trình của bạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 1.1 Giới thiệu chung ATmega 8 có công suất cao, tiêu thụ năng lượng thấp, cấu RISC tiến với 130 lệnh với chu kỳ thực hiện đơn xung lớn nhất, 32 thanh ghi đa mục đích 8bit, 16 MIPA tại tấn số đặt 16MHz, bộ nhân 2 chu kỳ On-chip, Power-on Reset và Brown-out Dectectiion có thể lập trình, bộ dao động RC bên trong có thể lập trình các mức, 5 mode ngủ ( Idle, ADC Noise reduction, Power-save, power-down và Standby), có khả năng Reset khi bật nguồn, khả năng dò lỗi Brown out laapjt rình được, có nguồn ngắt trong và ngoài. Thiết bị được sản xuất áp dụng công nghệ tích hợp bộ nhớ non-volatile cao của Atmel. Bộ nhớ chương trình Flash này có thể lập trình thông qua ghép nối tiếp SPI bằng chương trình lập trình boot có thể sử dụng bất kỳ một ghép nối nào để download chương trình ứng dụng trong bộ nhớ Flash. Mạch gồm có Atmega8, Sim900, port mở rộng, cổng Com kết nối với máy tính, giao tiếp với Sim900.1:Sơ đồ cấu trúc ATmega8 ATmega8 là vi điều khiển 8 bit, 8Kbyte flash, 512byte EEPROM, 1Kbyte SRAM, có hai bộ timer/couter 8 bit và 01 bộ timer/couter 16 bit, có 3 kênh điều khiển xung, 6 kênh lối vào chuyển đổi DC độ phân giải 10 bit dựa trên kiến trúc RISC.

Sử dụng mạch giao động ngoài từ 0-8Mhz với Atmega8L, với atmega8 từ 0-16Mhz. ATmega 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 8 hỗ trợ đầy đủ các chương trình và công cụ phát triển hệ thống như: trình dịch C, macro assemblers, chương trình mô phỏng/sửa lỗi, kit thử nghiêm,.2 Cấu trúc nhân AVR AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình và dữ liệu. Các lệnh được thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock. Bộ nhớ chương trình được lưu trong bộ nhớ Flash.1 ALU ALU làm việc trực tiếp với các thanh ghi chức năng chung.

Các phép toán được thực hiện trong một chu kỳ xung clock. Hoạt động của ALU được chia làm 3 loại: đại số, logic và theo bit.2 Thanh ghi trạng thái Đây là thanh ghi trạng thái có 8 bit lưu trữ trạng thái của ALU sau các phép tính số học và logic.2 : 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 nơi chung 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.) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Các thanh ghi chức năng chung Hình 1.

Thanh ghi chức năng chung 1.4 Con trỏ ngăn xếp (SP) Là một thanh ghi 16 bit nhưng cũng có thể được xem như hai thanh ghi chức năng 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.4: Thanh ghi con trỏ ngăn xếp Khi chương trình phục vu ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưu vào 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 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 xếp trước khi một chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ. Và giá trị ngăn xếp ít nhất cũng phải lơn hơn hoặc bằng 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là vùng các thanh ghi.5 Quản lý ngắt Ngắt là một cơ chế cho phép thiết bị ngoại vi báo cho CPU biết về tình trạng sẵn xàng cho đổi dữ liệu của mình.Ví dụ:Khi bộ truyền nhận UART nhận được một byte nó sẽ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 10 báo cho CPU biết thông qua cờ RXC,hợc khi nó đã truyền được một byte thì cờ TX được thiết lập… Khi có tín hiệu báo ngắtCPU 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 vector phuc 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 hiện chương trình mà trước khi có ngăt nó đang thực hiện. Trong trường hợp mà có nhiều ngắt yêu cầu cùng một lúc thì CPU sẽ lưu các cờ báo ngắt đó lại và thực hiện lần lượt các ngắt theo mức ưu tiên .Trong khi đang thực hiện ngắt mà xuất hiện ngắt mới 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 xếplà vùng bất kì trong SRAM từ địa chỉ 0x60 trở lên. Để truy nhập vào SRAM thông thường thì ta dùng con trỏ X,Y,Z và để truy nhập vào SRAM theo kiểu ngăn xếp thì ta dùng con trỏ SP. Con trỏ này là một thanh ghi 16 bit 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 lưu vào 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 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 xếp trước khi một chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ. Và giá trị ngăn xếp ít nhất cũng phải lớn hơn 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là vùng các thanh ghi.6 Cấu trúc bộ nhớ AVR có 2 không gian bộ nhớ chính là bộ nhớ dữ liệu vào bộ nhớ chương trình.Ngoài ra ATmega8 còn có thêm bộ nhớ EEPROM để lưu trữ dữ liệu.1 Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ Flash) Bộ nhớ Flash 16KB của ATmega16 dùng để lưu trữ chương trình. Do các lệnh của AVR có độ dài 16 hoặc 32 bit nên bộ nhớ Flash được sắp xếp theo kiểu 8KX16.

Bộ nhớ Flash được chia làm 2 phần, phần dành cho chương trình boot và phần dành cho chương trình ứng dụng. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.5: Bản đồ bộ nhớ chương trình 1.2 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 96 ô nhớ đầu tiên định địa chỉ cho file thanh ghi và bộ nhớ I/O, và 1024 ô nhớ tiếp theo định địa chỉ cho bộ nhớ SRAM nội.6 Bản đồ bộ nhớ dữ liệu SRAM 1.3 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM ATmega8 chứa bộ nhớ dữ liệu EEPROM dung lượng 512 byte, và được sắp xếp theo từng byte, cho phép các thao tác đọc/ghi từng byte một.3 Các cổng vào ra (I/O) Vi điều khiểnATmega8 có 23 đường vào ra chia làm hai nhóm 8bit và một nhóm 7 bít. Các đường vào ra này có rất nhiều tính năng và có thể lập trình được.Ở đây ta sẽ xét LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 12 chúng là các cổng vào ra số.Nếu xét trên mặt này thì các cổng vào ra này là cổng 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 như nhau.Chúng ta có thanh ghi và một địa chỉ cổng đối với mỗi cổng, đó là : thanh ghi dữ liệu cổng (PORTA, PORTB, PORTC, PORTD) Các thanh ghi Port B Các thanh ghi Port C Các thanh ghi Port D 1.1 Thanh ghi DDRx Đây là thanh ghi 8 bit (ta có thể đọc và ghi các bit ở thanh ghi này) và có tác dụng điều khiển hướng cổng PORTx (tức là cổng ra hay cổng vào). Nếu như một bit trong thanh ghi này được set thì bit tương ứng đó trên PORTx được định nghĩa như một cổng ra. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 13 Ngược lại nếu như bit đó không được set thì bit tương ứng trên PORTx được định nghĩa là cổng vào.2 Thanh ghi PORTx Đây cũng là thanh ghi 8 bit (các bit có thể đọc và ghi được) nó là thanh ghi dữ liệu của cổng Px và trong trường hợp nếu cổng được định nghĩa là cổng ra thì khi ta ghi một bit lên thanh ghi này thì chân tương ứng trên port đó cũng có cùng mức logic.Trong trường hợp mà cổng được định nghĩa là cổng vào thì thanh ghi này lại mang dữ liệu điều khiển cổng.Cụ thể nếu bit nào đó của thanh ghi này được set (đưa lên mức 1) thì điện trở kéo lên (pull-up)của chân tương ứng của port đó sẽ được kích hoạt. Ngược lại nó sẽ ở trạng thái hi-Z.Thanh ghi này sau khi khởi động Vi điều khiểnsẽ có giá trị là 0x00.2 Thanh ghi PINx Đây là thanh ghi 8 bit chứa dữ liệu vào của PORTx (trong trường hợp PORTx được thiết lập là cổng vào) và nó chỉ có thể đọc mà không thể ghi vào được.

Tóm lại - Để đọc dữ liệu từ ngoài thì ta phải thực hiện các bước sau: Đưa dữ liệu ra thanh ghi điều khiển DDRxn để đặt cho PORTx (hoặc bit n trong port) đó là đầu vào (xóa thanh ghi DDRx hoặc bit). Sau đó kích hoạt điện trở pull-up bằng cách set thanh ghi PORTx ( bit). Cuối cùng đọc dữ liệu từ địa chỉ PINxn (trong đó x: là cổng và n là bit). - Để đưa dữ liệu từ vi điều khiển ra các cổng cũng có các bước hoàn toàn tương tự.

Ban đầu ta cũng phải định nghĩa đó là cổng ra bằng cách set bit tương ứng của cổng đó….và sau đó là ghi dữ liệu ra bit tương ứng của thanh ghi PORTx.