Đặt vấn đề Ngày nay, khi xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về truyền bá thông tin cũng ngày càng tăng. Sản xuất phát triển kéo theo việc cần nhanh chóng thông tin sản phẩm tới người tiêu dùng nhiều hơn, các cơ quan nhà nước cũng cần thông báo nhiều thông tin tới người dân hơn. Chính vì các lý do này mà nhu cầu quảng cáo và truyền bá thông tin ngày càng tăng cao. Hiện nay, có rất nhiều hình thức để có thể truyền bá thông tin, quảng cáo sản phẩm như phát tờ rơi, treo băng rôn, khẩu hiệu, dán áp phích,… Tuy nhiên, do nhu cầu quảng cáo ngày càng tăng và để đáp ứng nhu cầu đó thì các hình thức quảng cáo truyền thống như tờ rơi, áp phích, băng rôn, … hiện không còn đáp ứng tốt được nữa, vì thế quang báo điện tử ra đời.
Lý do chọn đề tài Với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, các sản phẩm tiên tiến ngày càng xuất hiện nhiều, sản xuất phát triển mạnh kéo theo việc mọi thứ thay đổi rất nhanh chóng vì thế thông tin phải được cập nhật và thông báo tức thời là việc hết sức quan trọng trong tất cả mọi lĩnh vực. Để đáp ứng nhu cầu đó, các thiết bị sẽ được điều khiển từ xa qua thiết bị di động hoặc được điều khiển trực tiếp bằng máy tính. Việc sử dụng vi điều khiển trong quang báo điện tử có rất nhiều ưu điểm mà các phương pháp quảng cáo truyền thống không thể so sánh được như việc thay đổi thông tin một cách nhanh chóng, chính xác, thông tin hiển thị có thể chuyển động, màu sắc phong phú,…. Với nhu cầu thực tiễn nhưu vậy nên nhóm thực hiện quyết định chọn đề tài : “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO SỬ DỤNG PIC18 ĐIỀU KHIỂN BẰNG TIN NHẮN ĐIỆN THOẠI VÀ MÁY TÍNH”.
Nội dung nghiên cứu Mục tiêu của đề tài này là tìm hiểu và nghiên cứu về hoạt động của module SIM900, nguyên lý hoạt động của module led ma trận 16x32, cách lập trình PIC18F4620 và cách truyền nhận dữ liệu qua máy tính thông qua chuẩn giao tiếp UART, RS232 để thi công mạch quang báo có thể điều khiển bằng tin nhắn điện thoại và bằng máy tính. Như vậy, với các nội dung đã đề ra thì đề tài sẽ bao gồm các nội dung sau: - Tìm hiểu về PIC18F4620. - Nghiên cứu về phương án điều khiển led ma trận P10 (16x32). - Tìm hiểu về module SIM900.
- Tìm hiểu các phương thức giao tiếp RS232, UART,… - Nghiên cứu lập trình cho PIC bằng trình biên dịch CCS. 1 do an - Nghiên cứu lập trình visual basic và giao tiếp máy tính. - Xây dựng sơ đồ các khối kết nối. - Thiết kế và mô phỏng mạch.
- Xây dựng lưu đồ giải thuật. - Viết chương trình mà chạy mô phỏng để sửa lỗi. - Thi công mạch. - Nạp chương trình, chạy thử và kiểm tra lỗi.
- Báo cáo đề tài tốt nghiệp. Giới hạn Trong khuôn khổ của để tài chúng em xin được giới hạn như sau: - Font chữ hiển thị trên quang báo là font chữ không dấu. - Chỉ có một hiệu ứng chữ chạy từ phải sang trái. - Sử dụng 4 bảng Led P10 ( 16x32).
Bố cục đề tài Như vậy, với các yêu cầu và mục tiêu, giớ hạn đã đề ra, đồ án sẽ được xây dựng bao gồm các chương sau: Chƣơng 1: Tổng quan – chương này trình bày khái quát về lĩnh vực nghiên cứu, đề ra mục đích của đề tài, đưa ra các nhiệm vụ, giới hạn của đề tài và trình bày các phương pháp nghiên cứu đươc sử dụng. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết – chương này trình bày tóm lượt về cơ sở lý thuyết sẽ sử dụng trong đồ án và phương pháp để ứng dụng lý thuyết đó vào thực tiễn. Chƣơng 3: Thiết kế phần cứng – chương này sẽ trình bày về quá trình thiết kế, xây dựng phần cứng của đồ án như : sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, mạch in, … Chƣơng 4: Thiết kế phần mềm – chương này sẽ trình bày quá trình thiết và xây dựng phần mềm của đồ án như : lưu đồ, giải thuật của chương trình, giao diện Visual Basic để điều khiển trên máy tính. Chƣơng 5: Kết luận – chương này sẽ trình bày các kết quả đạt được, so sánh với mục tiêu đặt ra, rút kinh nghiệm, đề ra hướng phát triển của đề tài.
2 do an Chƣơng 2. Giới thiệu Khối xử lý trung tâm là khối có vai trò chính. Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ tiếp nhận, xử lý các dữ liệu đến và đi một cách tự động. Đề tài sử dụng PIC18F4620 để làm khối xử lý vì nó có những tín năng, ưu điểm vượt trội hơn các vi điều khiển khác.
Các vi điều khiển họ PIC có ưu điểm vượt trội hơn nhiều so với họ 8051 với nhiều module được tích hợp sẵn trong nó như : module ADC 10bit, PWM 10bit, Opam, EEPROM,… do đó chúng ta sẽ thuận lợi hơn rất nhiều trong việc thiết kế mạch mà không cần phải thiết kế thêm các module bổ trợ như trên họ vi điều khiển 8051, do đó, mạch điện khi thi công sẽ rất gọn, tiết kiệm linh kiện, hạn chế được sai xót từ các module bổ trợ. Bên cạnh các ưu điểm về phần cứng, PIC còn được hỗ trợ rất nhiều để có thể lập trình phần mềm dễ dàng hơn. Hiện nay, ngoài ngôn ngữ Assembly phức tạp, PIC còn có thể được lập trình dễ dàng hơn trên nền tảng ngôn ngữ C dễ hiểu, gần gũi với người dùng. Việc lập trình PIC được hỗ trợ rất nhiều từ các trình biên dịch sử dụng ngôn ngữ C, điển hình là trình biên dịch CCS và MIKROC.
Ngoài ra, PIC là một dòng vi điều khiển được ra đời từ rất lâu, nên có rất nhiều tài liệu cũng như diễn đàn điện tử nói về họ vi điều khiển này, vì thế nguồn tài liệu chúng ta có thể tìm được để hỗ trợ cho việc nghiên cứu là vô cùng phong phú. PIC18F4620 được sử dụng trong đề tài là một vi điều khiển phổ thông với các tính năng cơ bản dễ sử dụng: Tập lệnh để lập trình chỉ có 35 lệnh rất dễ nhớ và dễ học, có độ dài 16bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong 1 chu kỳ xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 64MHz.
4 Port điều khiển vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập, với dòng ra cao có thề kích trực tiếp các transitor mà không cần qua bộ buffer. 4 bộ định thời Timer0, Timer1, Timer2, Timer3. 1 bộ định thời Timer0 8bit có thể lập trình được. 3 bộ định thời Timer1, Timer2 và Timer3 16bit có thể hoạt động trong chế độ sleep với nguồn xung clock ngoài.
2 bộ module CCP ( bao gồm Capture bắt giữ, Compare so sánh, PWM điều chế xung 10bit) và 1 bộ module ECCP. 1 bộ ADC với 13 kênh ADC 10bit. 2 bộ so sánh tương tự hoạt động độc lập. 3 do an Bộ giám sát định thời Watchdog timer.
Cổng giao tiếp song song 8bit với các tín hiệu điều khiển. Chuẩn giao tiếp nối tiếp MSSP (SPI/I2C). Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART (AUSART/EUSART) với 9bit địa chỉ. Hỗ trợ giao tiếp I2C.
Chế độ sleep tiết kiệm năng lượng. Chức năng bảo mật chương trình. Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP (In Cicuit Serial Programming) thông qua 2 chân. Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.
Tần số hoạt động tối đa là 64Mhz. Bộ nhớ Flash với khả năng ghi xóa được 100. Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1. Dữ liệu EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.
Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm. Tổng quan về vi điều khiển PIC18F4620 2. Sơ đồ khối củaPIC18F4620 Hình 2. sơ đồ khối vi điều khiển PIC18F4620 2.
Sơ đồ chân và bộ nhớ 5 do an Hình 2. - Tổ chức bộ nhớ: Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC18F4620 bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory). - Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ chương trình của Vi điều khiển PIC18F4620 là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ 64 Kword (1 word = 16 bit) Để mã hóa được địa chỉ của 64k word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình có 21bit (PC<20:0>). Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vertor).
Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0008h (Interrupt vertor). Bộ nhớ chương trình bao gồm bộ nhớ Stack và được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình. - Bộ nhớ dữ liệu: Bộ nhớ dữ liệu của PIC18F4620 là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank. Đối với PIC18F4620 bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 16 bank.
Các cổngI/O của PIC18F6420 6 do an Cổng xuất nhập (I/O Port) chính là các phương tiện mà vi điều khiển giao tiếp với bên ngoài. Sự giao tiếp, tương tác này rất đa dạng, tùy theo mục đích sử dụng của lập trình viên mà chức năng của mỗi I/O pin được thể hiện rõ ràng hơn. Một cổng xuất nhập (I/O Port ) bao gồm nhiều chân (I/O Pin). Tùy theo chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng, số lượng chân trong mỗi cổng có thể các nhau.
Do số lượng I/O Pin có hạn nhưng việc vi điều khiển được tích hợp nhiều module khác nhau trong đó nên ngoài chức năng xuất nhập thông thường, một số I/O Pins còn được tích hợp thêm nhiều chức năng khác được xác lập và điều khiển thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến I/O Pin đó. Vi điều khiển 18F4620 có 5 cổng xuất nhập là : PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và PORTE. Truyền thông nối tiếp EUART EUSART (Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) là một bộ truyền thông nối tiếp. Nó có tất cả các bộ phát xung clock, đăng ký thay đổi và bộ đệm dữ liệu cần thiết để thực hiện một đầu vào hay đầu ra dữ liệu nối tiếp chuyển giao độc lập của thiết bị thực hiện chương trình.
EUSART còn được gọi là giao diện giao tiếp nối tiếp nối tiếp SCI (Serial Communication Interface).