Đề tài Thiết kế và chế tạo bộ thí nghiệm mã hóa và giải mã dữ liệu

LỜI CẢM ƠN Nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Điện-Điện tử trường ĐHSPKT Hưng Yên, đã tận tình truyền đạt cho chúng em những kiến thức, những thành tựu khoa học của xã hội và của ngành tự động hóa công nghiệp để chúng em có thể thực hiện đề tài này. Đặc biệt chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Thành Long và cô Bùi Thị Kim Thoa- người đã hướng dẫn và tận tình giúp đỡ chúng em thực hiện đề tài này. Cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn cho việc thực hiện đề tài này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên ngày…tháng…năm 2009 Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Dũng Nguyễn Thị Tâm Bùi Quyết Thắng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Hưng Yên ngày…tháng…năm 2009 Chữ kí của giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. Hưng Yên ngày…tháng…năm 2009 Chữ kí của giáo viên phản biện LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật truyền số liệu là mảng kiến thức không thể thiếu đối với các sinh viên chuyên ngành điện tử, viễn thông và công nghệ thông tin. Có thể nói đây là nền tảng ứng dụng và nguồn đối tượng cho nghiên cứu chuyên sâu trong các chuyên ngành này. Mặc dù mang đậm giải pháp cho dịch vụ số liệu nhưng kỹ thuật truyền số liệu ngày nay lại là xuất phát điểm cho đa dịch vụ, một xu thế tất yếu trong mạng viễn thông hiện tại. Tiếp cận và lĩnh hội kỹ thuật truyền số liệu bằng cách nào cho hiệu quả đã và đang là mối quan tâm của nhiều người, đặc biệt là các sinh viên chuyên ngành liên quan. Để đáp ứng nhu cầu tìm hiểu các hệ thống viễn thông một cách thực tế, được sự chỉ dẫn của thầy Nguyễn Thành Long và cô Bùi Thị Kim Thoa, chúng em đã được giao đề tài “Thiết kế và chế tạo bộ thí nghiệm mã hóa và giải mã dữ liệu”. Nội dung bản thuyết minh gồm 3 phần: Phần I: Lý luận chung Phần II: Thiết kế và thi công phần cứng Phần III: Kết luận và hướng phát triển của đề tài Được sự chỉ dẫn tận tình của thầy Nguyễn Thành Long và cô Bùi Thị Kim Thoa cùng các thầy cô trong bộ môn Điện- Điện tử, chúng em đã hoàn thành đồ án được giao. Trong khi thực hiện, mặc dù rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, rất mong nhận được các ý kiến xây dựng tích cực của các thầy cô giáo và các bạn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ BẲNG BIỂU Hình 1.2.1: a. Tín hiệu analog ; b. Tín hiệu digital Hình 1.2.2: Dạng tín hiệu Hình 1.2.3: Phổ tín hiệu Hình 1.2.4: Băng thông của kênh truyền Hình 1.2.5: Băng tần Hình 1.2.6: Phổ của thoại Hình 1.2.7: Tốc độ bit Hình 1.2.8: Sự suy giảm và biến dạng tín hiệu Hình 1.2.9: Chế độ truyền bất đồng bộ Hình 1.2.10: Quá trình phát hiện lỗi Hình 1.2.11: Sơ đồ tạo CRC theo phương pháp mạch logic Hình 1.2.12: Mạch tạo CRC Hình1.2.13: Dạng frame HDLC Hình 1.3.1: Kiến trúc PIC Hình 1.3.2: Mạch nạp PIC (ICSP) Hình 1.3.3: Sơ đồ chân PIC Hình 1.3.4: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC Hình 1.3.5: Bộ nhớ chương trình Hình 1.3.6: Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A Hình 1.3.7: Các cách lưu kết quả chuyển đổi AD. Hình 1.3.8: Sơ đồ khối bộ chuyển đổi ADC. Hình 1.3.9: Sơ đồ khối MSSP (I2C slave mode) Hình 1.3.10: Sơ đồ khối DAC0808 Hình 1.3.11: Sơ đồ chân DAC0808 Hình 1.3.12: Cấu tạo bàn phím 3x4 Hình 1.3.13: Hình dáng LCD Hình 1.3.14: Số thứ tự chân LCD Bảng 1: Chức năng các chân của LCD 16x2 Hình 1.3.15: Sơ đồ chân và kiểu vỏ LF351 Hình 2.1.1: Sơ đồ khối tổng quát Hình 2.2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch pre_amplifier Hình 2.2.3: Sơ đồ nguyên lý bên phát Hình 2.2.4: Sơ đồ nguyên lý bên thu Hình 2.2.5: Sơ đồ nguyên lý khối DAC Hình 2.2.6: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 2.3.1: Lưu đồ thuật toán của master Hình 2.3.2: Lưu đồ thuật toán của slave Hình 2.3.3: Lưu đồ thuật toán của keypad Hình 2.3.4: Lưu đồ thuật toán chương trình con gửi gói dữ liệu Hình 2.4.1: Mô hình mặt hiển thị của mạch mã hóa và tạo mã CRC Hình 2.4.2: Mô hình mặt hiển thị của mạch giải mã và phát hiện lỗi CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT STP Shield Twisted Pair UTP UnShield Twisted Pair FCS Sequence Frame Check dB Decibel Bps Bits per second DTE Data Terminal Equipment DCE Data Circuit Terminating Equipment PIC Programable Intelligent Computer CRC Call Supervision Message CISC Complex Instruction Set Computer RISC Reduced Instruction Set Computer RAM Random Access Memory EEPROM Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory ICSP In Circuit Serial Programming SSP Synchronous Serial Port PSP Parallel Slave Port ADC Analog to Digital Converter DAC Digital to Analog Converter LSB Least Significant Bit LAN Local Area Network CPU Cyclic Redundancy Check BER Bit Error Rate 7 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ BẲNG BIỂU DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT MỤC LỤC ....................................................................................................................... 7 PHẦN I: LÝ LUẬN CHUNG ..................................................................................... 14 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU ............................................................................................... 14 1.1 Yêu cầu của đề tài ................................................................................................... 14 1.2 Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 14 1.3 Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 14 1.4 Chọn phương án thiết kế ......................................................................................... 14 1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn .................................................................... 14 CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ............................................................... 16 2.1 Môi trường truyền dữ liệu ....................................................................................... 16 2.1.1 Các khái niệm cơ bản .................................................................................. 16 2.1.2 Sự suy giảm và biến dạng tín hiệu .............................................................. 16 2.1.3 Môi trường truyền dẫn hữu tuyến ............................................................... 17 2.2 Các chế độ thông tin ................................................................................................ 24 2.3 Chế độ truyền .......................................................................................................... 24 8 2.3.1 Chế độ truyền bất đồng bộ .......................................................................... 25 2.3.2 Chế độ truyền đồng bộ ................................................................................ 26 2.4 Xử lý số liệu truyền ................................................................................................. 27 2.4.1 Phương pháp kiểm tra bit chẵn lẻ ................................................................ 28 2.4.2 Phương pháp kiểm tra tổng BSC ................................................................. 29 2.4.3 Phương pháp kiểm tra CRC ........................................................................ 34 2.5 Điều khiển luồng ..................................................................................................... 31 2.6 Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu thiên hướng bit ............................................ 32 CHƯƠNG III: LINH KIỆN ỨNG DỤNG ................................................................ 37 3.1 Bộ vi điều khiển 8 bits PIC16F877A ...................................................................... 37 3.1.1 Giới thiệu bộ vi điều khiển 8 bits ................................................................ 37 3.1.2 Kiến trúc PIC ................................................................................................ 38 3.1.3 RISC và CISC ............................................................................................. 38 3.1.4 Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC ..................................... 38 3.1.5 Ngôn ngữ lập trình cho PIC ........................................................................ 39 3.1.6 Mạch nạp PIC .............................................................................................. 39 3.1.7 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC ....................................................................... 40 3.1.8 Một vài thông số vi điều khiển PIC 16f877A ............................................. 41 3.1.9 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC ...................................................................... 42 3.1.10 Tổ chức bộ nhớ .......................................................................................... 43 3.1.11 Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC ....................................................... 44 9 3.1.12 Giao tiếp nối tiếp I2C ................................................................................ 46 3.2 IC chuyển đổi số sang tương tự DAC0808 ............................................................. 47 3.2.1 Cấu tạo ......................................................................................................... 47 3.2.2 Sơ đồ khối và sơ đồ kết nối .......................................................................... 47 3.2.3 Đặc điểm ...................................................................................................... 49 3.2.4 Nguyên tắc chuyển đổi và các tham số ....................................................... 49 3.3 Keypad 3x4 ............................................................................................................. 51 3.4 Màn hình tinh thể lỏng LCD ................................................................................... 54 3.5. IC khuếch đại thuật toán LF351 ............................................................................. 57 PHẦN II: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ....................................................................... 59 CHƯƠNG I: SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT .............................................................. 59 1.1 Sơ đồ khối tổng quát ............................................................................................... 59 1.2 Hoạt động của các khối ........................................................................................... 60 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ CHI TIẾT ....................................................................... 61 2.1 Khối Pre_Amplifier ................................................................................................. 61 2.2 Khối xử lý bên phát ................................................................................................. 58 2.3 Khối xử lý bên thu ................................................................................................... 60 2.4 Khối DAC ............................................................................................................... 61 2.5 Khối nguồn .............................................................................................................. 66 CHƯƠNG III: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ................................................................. 67 3.1 Master ....................................................................................................................... 67 3.2 Slave ........................................................................................................................ 68 3.3 Keypad .................................................................................................................... 69 3.4 Send packet ............................................................................................................. 70 10 CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH SẢN PHẨM VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ................ 69 4.1.MODUL mã hóa dữ liệu và tạo CRC...................................................................... 69 4.1.1Mô hình ........................................................................................................ 69 4.1.2. Hướng dẫn sử dụng .................................................................................... 69 4.2.MODUL giải mã dữ liệu và phát hiện lỗi ............................................................... 70 4.2.1.Mô hình ....................................................................................................... 70 4.2.2.Hướng dẫn sử dụng ..................................................................................... 71 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ..................... 74 3.1 Kết luận ................................................................................................................... 74 3.1.1 Ưu nhược điểm ............................................................................................ 74 3.1.2 Mở rộng ....................................................................................................... 75 3.2 Các đề xuất và kiến nghị ........................................................................................ 75 PHỤ LỤC CÁC BÀI THÍ NGHIỆM ......................................................................... 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO: ......................................................................................... 83 11 PHẦN I: LÝ LUẬN CHUNG CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Yêu cầu của đề tài - Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm mã hóa, giải mã dữ liệu, tạo mã CRC. - Nêu được các vấn đề liên quan. - Các bài thí nghiệm minh họa. 1.2 Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: bộ thí nghiệm được thiết kế nhằm phục vụ cho việc thực hành các bài thí nghiệm của các sinh viên ngành Điện tử- Viễn thông và Tin học. Trong tương lai không xa mong muốn đề tài được mở rộng nhằm phục vụ cho các môn học khác như: Điện tử căn bản, Lý thuyết mạch, Vi xử lý… 1.3 Lý do chọn đề tài Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển khoa Điện tử- Viễn thông trong trường mà các thiết bị phục vụ cho việc thí nghiệm còn hạn chế do vậy được sự chỉ dẫn của thầy Nguyễn Thành Long và cô Bùi Thị Kim Thoa, chúng em đã thực hiện đề tài này “Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm mã hóa, giải mã dữ liệu”. 1.4 Chọn phương án thiết kế Có nhiều phương án thiết kế cho đề tài này như sử dụng DSP kết hợp chip vi điều khiển, sử dụng mạch tương tự kết hợp với chip. Sử dụng DSP kết hợp với vi xử lý sẽ cho kết quả tốt nhưng do ở thị trường Việt Nam chưa có nhiều diễn đàn nghiên cứu về IC này cũng như các phần mềm, trình dịch, linh kiện còn ít nên việc nghiên cứu rất hạn chế. 12 1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn Đề tài nghiên cứu những vấn đề cơ bản của chuyên ngành Điện tử- Viễn thông từ đó có thể phát triển tạo tiền đề cho những ý tưởng, sáng kiến mới hơn có thể ứng dụng trong thực tiễn. Ngoài ra đây là một sản phẩm có ý nghĩa rất lớn trong thực tiễn vì nó là một sản phẩm thí nghiệm. Người sử dụng sẽ được kiểm chứng lý thuyết đã được học trong nhà trường qua các bài thí nghiệm với sản phẩm này. 2. 2. Dữ th Ti th qu Tí tru -T đổ -T nh 1 Môi trư 1.1 Các kh liệu: bao ức thích hợ n tức: Ý n ể biểu thị b a nó con n n hiệu: là yền thông ín hiệu tư i liên tục t ín hiệu số ị phân 0 v CHƯ ờng truy ái niệm cơ gồm các p cho việc ghĩa mà co ởi tiếng n gười hiểu tin tức, d . Có 2 loại ơng tự (an heo thời gi (digital): à 1. Hình ƠNG II ền dữ liệu bản sự kiện, k thông tin, n người q ói, hình ản nhau… ữ liệu đã đ tín hiệu: alog): có an. Một tín có dạng só 1.2.1: a. T 1 : LÝ TH hái niệm h thông dịch ui định cho h, các văn ược chuy dạng sóng hiệu tươn ng như hìn ín hiệu an 3 UYẾT L ay các ch hay xử lý dữ liệu th bản, tập hợ ển đổi, xử như hình g tự có thể h (b), là tí alog ; b. T http IÊN QU ỉ thị được bởi con n eo các qui p các con lý cho ph (a), là các số hóa để n hiệu mà ín hiệu dig ://www.eb AN diễn tả dư gười hay m ước cụ thể số, các ký ù hợp với tín hiệu có trở thành biên độ ch ital ook.edu.v ới một hìn áy móc. . Tin tức c hiệu, thôn môi trườn giá trị biế tín hiệu số ỉ có 2 giá t n h ó g g n . rị Tí Ph Bă cá đư nh n hiệu: ổ của tín ng thông Bởi vì m c sóng hìn ơng với v au, chúng hiệu: của kênh ột tín hiệ h sin, nên iệc truyền có thể đến Hì H truyền (B u bất kỳ c ta có thể tải các só nơi với đ 14 nh 1.2.2: D ình 1.2.3: P andwidth): ó thể được xem rằng ng hình sin ộ suy giảm ạng tín hiệ hổ tín hiệ xem như , sự truyề thành ph là khác http u u là một sự n tải một ần. Vì tần nhau, một ://www.eb kết hợp củ tín hiệu b số của ch trong số c ook.edu.v a một chuỗ ất kỳ tươn úng là khá húng có th n i g c ể kh cá có bê th nế bă cà cá Ví th Bă ha dụ ca ông còn n c tín hiệu tần số lớn n nghe là c ông của m Nói mộ u như tần ng thông c ng có nhiề c kênh truy dụ :độ rộ anh có thể ng tần: Được g y 1 tín hiệ ng để thu n nhiễu củ hận ra đượ hình sin có hơn f2 cũ ác tín hiệu ột kênh tru t các khác số của các ủa kênh t u tín hiệu đ ền có băn ng băng th nghe được iới hạn bở u nào cả , phát tín hi a các hệ th c. Nếu ta đ tần số nh ng được x có tần số yền. , với một tí sóng hình ruyền. Chú ược truyề g thông rộn ông của k nằm ở kh Hình 1.2. i tần số Fm nó đơn thu ệu ( việc q ống với nh 1 ịnh nghĩa ỏ hơn f1 đ em là bị m nằm giữa f n hiệu phứ sin thành ng ta cũn n đến nơi. g. ênh truyền oảng tần số 4: Băng th ax và Fmi ần là 1 dải uy định q au). 5 một ngưỡn ược xem n ất. Nhữn 1 và f2. K c tạp bất k phần của g nhận thấ Chính vì th điện thoạ từ 300 Hz ông của kê n nhưng b tần số mà uản lý dải http g còn “ngh hư bị mất. g tín hiện hoản tần số ỳ, tín hiệu nó có tần y rằng, bă ế chúng ta i là 3400 đến 3400 nh truyền ăng tần ko cho phép tần là rất q ://www.eb e” được A Tương tự có thể nhậ này được này sẽ truy số nằm tr ng thông c thường q Hz vì các Hz. gắn với 1 các hệ thố uan trọng ook.edu.v 0, thì tất c các tín hiệ n ra được gọi là băn ền tải đượ ong khoản àng lớn th uan tâm đế tín hiệu âm kênh truyề ng có thể s để tránh s n ả u ở g c g ì n n ử ự Ph Tố ch cầ tố ổ âm của t c độ bit: Trong h ất lượng d n đề cập đ c độ bit củ hoại: ệ thống v ịch vụ cao ến tần số t a tín hiệu , Hì iễn thông n hơn rất nh rung tâm tốc độ số l 1 Hình 1.2.5 nh 1.2.6: P gày nay h iều so với , băng thôn iệu ….. 6 : Băng tần hổ của tho ầu hết đều tín hiệu tư g tín hiệu http ại làm việc ơng tự nên thì ở tín h ://www.eb với tín hiệ ở tín hiệu iệu số cần ook.edu.v u số vì ch tương tự t đề cập đế n o a n hi đi rấ củ Tố kê m và tố tác th và th 40 +) Nếu ệu đó là : R Tốc độ là bao nhi +) Nếu t cao nên đ a tín hiệu đ c độ số liệ Tốc độ nh truyền ax mà nếu ko thể khô +) Tron c độ số liệ động vào +) C= uộc vào m từ đó thì ể là sợi đơn Gbit/s. gọi thời g b = 1/Tb ( bit cho ta êu. kênh truyề ể tăng tốc ó ( việc n u: số liệu C h có thể đáp truyền tín i phục đư g khi tốc u C lại ko kênh … B log2 [ ôi trường t tốc độ dữ mod) có ian tồn tại bit/s ) H biết trong n có độ rộ độ bit của ày được th ay còn gọ ứng mà ko hiệu có tố ợc nên khi độ bit Rb hề thay đổ 1+ S/N ] b ruyền dẫn liệu lớn ha băng tần rộ 1 1 bit của t ình 1.2.7: 1 khoảng t ng băng tầ tín hiệu ta ực hiện bằn i là dung l gây méo c độ lớn h đó Rbmax có thể tăng i và phục it/s ; (Với mà có độ y bé. Hiện ng 20Thz 7 ín hiệu số Tốc độ bit hời gian th n là vô hạ chỉ cần là g các bộ g ượng kênh dạng tín hi ơn Rbmax chính là t hay giảm thuộc vào B là độ r rộng băng nay thì m nên có thể http là Tb thì t ì số bit củ n thì có th m giảm th hép , tách truyền là ệu. Nếu gọ thì tín hiệ ốc độ số liệ nhờ các b : băng thôn ộng băng tần của kê ôi trường truyền dẫ ://www.eb a có tốc đ a tín hiệu ể truyền ti ời gian tồ kênh). tốc độ bit i Rb max u bên thu b u C. ộ ghép tá g kênh tru của kênh nh truyền truyền dẫn n tốc độ dữ ook.edu.v ộ bit của tí được truyề n với tốc đ n tại 1 xun lớn nhất m là tốc độ b ị méo dạn ch kênh th yền ; nhiễ truyền ) tu lớn hay nh quang ( c liệu lên tớ n n n ộ g à it g ì, u ỳ ỏ ụ i 2 xu bị Sự + bị + Độ Vớ + trê + gi .1.2 Sự suy Khi mộ ống được suy giảm v biến dạng Định nghĩa suy giảm. Nguyên nh - Suy y - Méo d - Nhiễu suy giảm i tín hiệu Cách khắc - Cườn - Cườn - Do su n dải tần s Đơn vị đo - Cườn - Độ lợ ản (+/-). - Công giảm và t tín hiệu gọi là sự s à biến dạn tín hiệu: l Hì : khi một ân: ếu và méo o trễ truyề tín hiệu: S analog thì phục: g độ tín hiệ g độ tín hiệ y yếu là m ố và dùng decibel (dB g độ tín hiệ i, độ hao thức độ su biến dạng lan truyền uy giảm tí g dẫn đến à tín hiệu n nh 1.2.8: S tín hiệu lan do suy yếu n. ự suy giảm làm suy gi u nhận ph u nhận ph ột hàm tăn bộ khuếch ): u suy giảm hụt của cá y giảm: 1 tín hiệu dọc dây n hiệu. Tro sai sót, biế hận được ự suy giảm truyền qu trên đườn này phụ t ảm chất tín ải đủ mạnh ải đủ cao s g theo tần đại (khuếc theo hàm c tầng nối 8 dẫn vì lý ng quá trì n tín hiệu khác với t và biến d a môi trườ g truyền. huộc vào m hiệu, với để thiết b o với nhiễu số nên dù h đại ở tần logarit. tiếp có th http do nào đó nh truyền điện 0 thàn ín hiệu truy ạng tín hiệ ng truyền ôi trường tín hiệu số ị nhận nhậ để tín hiệ ng kỹ thuậ số cao nh ể được tín ://www.eb biên độ c dữ liệu, tín h 1 và 1 th ền đi. u dẫn, cường truyền. làm lỗi trê n biết được u không b t cân bằng iều hơn). h bằng ph ook.edu.v ủa nó giảm hiệu rất d ành 0. độ tín hiệ n bit. . ị lỗi. độ suy yế ép toán đơ n ễ u u n 19 Attenuation= 10log10(P1/P2) (dB) P1 : Công suất của tín hiệu nhận (W) P2 : Công suất của tín hiệu phát (W) Decibel là giá trị sai biệt tương đối, công suất giảm ½ thì độ hao hụt là 3dB, công suất tăng gấp đôi thì độ lợi là 3dB Trễ lan truyền tín hiệu: Tốc độ lan truyền của tín hiệu thuần nhất dọc theo một đường truyền thay đổi tùy tần số. Do đó khi truyền một tín hiệu số, các thành phần tần số khác nhau tạo nên nó sẽ đến máy thu với độ trễ pha khác nhau, dẫn đến biến dạng do trễ của tín hiệu tại máy thu. Sự biến dạng sẽ gia tăng khi tốc độ bit tăng. Biến dạng trễ làm thay đổi các thời khắc của tín hiệu gây khó khăn trong việc lấy mẫu tín hiệu. Trễ lan truyền tín hiệu có đặc điểm: - Chỉ sảy ra trong môi trường truyền dẫn hữu tuyến. - Vận tốc lan truyền thay đổi theo tần số. Nhiễu: - Tín hiệu thêm vào giữa thiết bị phát và thiết bị thu - Các loại nhiễu: nhiễu nhiệt, nhiễu điều chế, nhiễu xuyên kênh, nhiễu xung. • Nhiễu điều chế: tín hiệu nhiễu có tần số là tổng hoặc hiệu tần số của các tín hiệu dùng chung môi trường truyền. Do tính phi tuyến của thiết bị thu/phát. • Nhiễu nhiệt: do dao động nhiệt của các điện tử trong chất dẫn (hàm của nhiệt độ). Nhiễu nhiệt phân tán đồng nhất trên phổ tần số, loại nhiễu này thường sinh ra nhiễu trắng là loại nhiễu tồn tại trong một dải tần cực kỳ rộng từ 0Hz đến hàng tỷ THz nên không thể loại bỏ dẫn đến giới hạn hiệu suất của hệ thống. • Nhiễu xuyên kênh: tín hiệu từ đường truyền này ảnh hưởng sang các đường truyền khác. Nhiễu xuyên kênh có cùng độ lớn hoặc nhỏ hơn nhiễu nhiệt. • Nhiễu xung: có đặc điểm xung bất thường, thời khoảng ngắn, cường độ cao, ảnh hưởng nhiều đến quá trình trao đổi dữ liệu số Tỉ số tín hiệu/tạp âm: 20 Để đánh giá chất lượng của tín hiệu và cũng là chất lượng của hệ thống truyền tín hiệu đó người ta dùng tỷ số tín hiệu nhiễu SNR. Đây là tỷ số công suất tín hiệu có ích trên công suất tín hiệu nhiễu, thường tính bằng dB ( hoặc dBm) Công thức: SNR= 20log S/N (dB) S: Công suất tín hiệu nhận N: công suất nhiễu 2.1.3 Môi trường truyền dẫn hữu tuyến 2.1.3.1 Cáp đôi dây xoắn (Twisted pair cable) Cáp đôi dây xoắn là cáp gồm hai dây đồng xoắn để tránh gây nhiễu cho các đôi dây khác, có thể kéo dài tới vài km mà không cần khuyếch đại. Giải tần trên cáp dây xoắn đạt khoảng 300–4000Hz, tốc độ truyền đạt vài kbps đến vài Mbps. Cáp xoắn có hai loại: - Loại có bọc kim loại để tăng cường chống nhiễu gọi là STP ( Shield Twisted Pair). Loại này trong vỏ bọc kim có thể có nhiều đôi dây. Về lý thuyết thì tốc độ truyền có thể đạt 500 Mb/s nhưng thực tế thấp hơn rất nhiều (chỉ đạt 155 Mbps với cáp dài 100 m) - Loại không bọc kim gọi là UTP (UnShield Twisted Pair), chất lượng kém hơn STP nhưng rất rẻ. Cap UTP được chia làm 5 hạng tuỳ theo tốc độ truyền. Cáp loại 3 dùng cho điện thoại. Cáp loại 5 có thể truyền với tốc độ 100Mb/s rất hay dùng trong các mạng cục bộ vì vừa rẻ vừa tiện sử dụng. Cáp này có 4 đôi dây xoắn nằm trong cùng một vỏ bọc. 2.1.3.2 Cáp đồng trục a. Cáp đồng trục (Coaxial cable) băng tần cơ sở Là cáp mà hai dây của nó có lõi lồng nhau, lõi ngoài là lưới kim loại. , Khả năng chống nhiễu rất tốt nên có thể sử dụng với chiều dài từ vài trăm met đến vài km. Có hai loại được dùng nhiều là loại có trở kháng 50 ohm và loại có trở kháng 75 ohm. Dải thông của cáp này còn phụ thuộc vào chiều dài của cáp. Với khoảng cách 1km có thể đạt tốc độ truyền từ 1– 2 Gbps. Cáp đồng trục băng tần cơ sở thường dùng cho các 21 mạng cục bộ. Có thể nối cáp bằng các đầu nối theo chuẩn BNC có hình chữ T. ở VN người ta hay gọi cáp này là cáp gầy do dịch từ tên trong tiếng Anh là ‘Thin Ethernet”. Một loại cáp khác có tên là “Thick Ethernet” mà ta gọi là cáp béo. Loại này thường có màu vàng. Người ta không nối cáp bằng các đầu nối chữ T như cáp gầy mà nối qua các kẹp bấm vào dây. Cứ 2m5 lại có đánh dấu để nối dây (nếu cần). Từ kẹp đó người ta gắn các tranceiver rồi nối vào máy tính. b. Cáp đồng trục băng rộng (Broadband Coaxial Cable) Đây là loại cáp theo tiêu chuẩn truyền hình (thường dùng trong truyền hình cáp) có dải thông từ 4 – 300 Khz trên chiều dài 100 km. Thuật ngữ “băng rộng” vốn là thuật ngữ của ngành truyền hình còn trong ngành truyền số liệu điều này chỉ có nghĩa là cáp loại này cho phép truyền thông tin tuơng tự (analog) mà thôi. Các hệ thống dựa trên cáp đồng trục băng rộng có thể truyền song song nhiều kênh. Việc khuyếch đại tín hiệu chống suy hao có thể làm theo kiểu khuyếch đại tín hiệu tương tự (analog). Để truyền thông cho máy tính cần chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tương tự. 2.1.3.3 Cáp quang Dùng để truyền các xung ánh sáng trong lòng một sợi thuỷ tinh phản xạ toàn phần. Môi trường cáp quang rất lý tưởng vì: - Xung ánh sáng có thể đi hàng trăm km mà không giảm cuờng độ sáng. - Dải thông rất cao vì tần số ánh sáng dùng đối với cáp quang cỡ khoảng 1014 – 1016 - An toàn và bí mật, không bị nhiễu điện từ Chỉ có hai nhược điểm là khó nối dây và giá thành cao. Cáp quang cũng có hai loại: - Loại đa mode (multimode fiber): khi góc tới thành dây dẫn lớn đến một mức nào đó thì có hiện tượng phản xạ toàn phần. Các cáp đa mode có đường kính khoảng 50 µ. - Loại đơn mode (singlemode fiber): khi đường kính dây dẫn bằng bước sóng thì cáp quang giống như một ống dẫn sóng, không có hiện tượng phản xạ nhưng chỉ cho một tia đi. Loại này có đường kính khoản 8µm và phải dùng diode laser. Cáp quang đa mode có thể cho phép truyền xa tới hàng trăm km mà không cần phải khuyếch đại. 22 2.2 Các chế độ thông tin Khi một người diễn thuyết thì thông tin được truyền đi theo một chiều. Tuy nhiên, trong một cuộc đàm thoại giữa 2 người thì thông điệp được trao đổi theo hai hướng. Các thông điệp này được trao đổi lần lượt nhưng cũng có thể xảy ra đồng thời. Tương tự, khi truyền số liệu giữa hai thiết bị, có thể dùng một trong 3 chế độ sau: - Đơn công: được dùng khi dữ liệu chỉ được truyền theo một hướng - Bán song công: được dùng khi 2 thiết bị kết nối với nhau muốn trao đổi thông tin một cách luân phiên. Ví dụ một thiết bị chỉ gửi dữ liệu đáp lại khi đáp ứng một yêu cầu từ thiết bị kia. Rõ ràng 2 thiết bị phải có thể chuyển đổi qua lại giữa truyền và nhận sau mỗi lần truyền. - Song công hoàn toàn: được dùng khi số liệu được trao đổi giữa hai thiết bị theo cả hai hướng một cách đồng thời. 2.3 Chế độ truyền Để thực hiện sự đồng bộ giữa bên phát và bên thu có 2 phương pháp: truyền bất đồng bộ và truyền đồng bộ. 2.3.1 Chế độ truyền bất đồng bộ Để phát bản tin người ta phát đi từng ký tự một và sự đồng bộ được thực hiện cho từng ký tự này bởi các bit start và stop thêm vào trước và sau mỗi ký tự. Xung đồng hồ được tạo ra một cách riêng biệt ở máy thu và máy phát. Như vậy, sự đồng bộ được thực hiện chính xác khi tần số xung đồng hồ ở máy thu hoàn toàn đúng với tần số xung đồng hồ ở máy phát, nếu không tin tức nhận được sẽ có lỗi. Ưu điểm của phương pháp này là rẻ, đơn giản. Nhược điểm: phí tổn lớn khoảng 20%, thích hợp cho dữ liệu với khoảng trống giữa các ký tự lớn. 2. đồ đồ nà m đồ liệ đư hi 3.2 Chế độ Để phát ng bộ đượ ng hồ san y chỉ được áy thu và m ng hồ tới m u để thực h Ở máy ợc ranh gi ện phương truyền đ một bản t c thực hiệ g máy thu thực hiện áy phát p áy thu th iện sự đồn thu đồng b ới của mỗ thức bất đ Hình 1. ồng bộ in người ta n bằng cá khi dò ra khi hệ thố hải ở gần n ì ở máy th g bộ. ộ, ngoài vi i ký tự để ồng bộ đơn 2 2.9: Chế đ xem nó là ch cho má sẽ dùng để ng thu phá hau. Khi m u phải có m ệc dò tín h việc phục giản, giá 3 ộ truyền b một khối y phát kèm đồng bộ t t khép kín áy phát k ạch tách iệu đồng b hồi bản tin thành thấp http ất đồng bộ và phát đi theo tín ín hiệu ở m về mặt vậ hông thể g bit thời gia ộ ra, máy không bị nhưng hiệ ://www.eb một lần cả hiệu dữ liệ áy thu. T t lý, hay nó ửi riêng tí n từ chính thu phải bi lỗi. Ta thấ u quả khôn ook.edu.v khối đó, s u các xun hực tế, việ i cách khá n hiệu xun tín hiệu d ết phân bi y việc thự g cao. n ự g c c g ữ ệt c bi độ vớ nh đồ 2. tác dễ 2. đồ 2. fra Giả sử t start và 1 đồng bộ l Như vậ i vận tốc ững bản t ng bộ có t 3.2.1 Đồng Có 2 ph + Nhún Là phư h thông ti + Dùng Phương p bị suy giả 3.2.2 Đồng Dùng các Dùng các Ưu điểm ng bộ. 4 Xử lý số Khi dữ - Điều - Điều me sai. Phân loạ để phát mộ bit stop) t à rất thấp k y chế độ t thấp (<12 in dài với hể đạt vận bộ bit ương pháp g xung đồn ơng pháp t n đồng bộ vòng khóa háp này là m trên đườ bộ khung ký tự điều bit dấu: b của phươ liệu truy liệu nhận c khiển lỗi c khiển lỗi h i lỗi: t ký tự mã hì tỉ lệ ha hoảng vài ruyền bất đ 00bps). Và vận tốc c tốc 9600bp đồng bộ b g hồ vào d ích hợp thô dựa vào dữ pha PLL dùng một ng truyền khiển: ST yte cờ hoặ ng pháp tr ền ó lỗi, có 2 huyển tiếp ồi tiếp: Bê 24 ASCII th o là 2/9=0 %. ồng bộ ch chế độ t ao hơn (> s. it: ữ liệu ng tin đồn liệu nhận (Digital Ph đường tín . Thích hợp X, DLE, S c mẫu cờ. uyền đồng cách khắc : Bên nhận n nhận có ì phải dùng ,22=22%. T ỉ thuận lợi ruyền đồn 1200bps). g bộ vào t được ase Lock hiệu đồng cho truyề YN, ETX bộ là phí phục khi p có thể phá thể phát h http mất ít nh rong khi khi phát n g bộ tỏ ra Dùng các rong dữ liệ Loop) hồ riêng n với khoả tổn thấp hát hiện lỗ t hiện và s iện lỗi; yê ://www.eb ất 9 bit ( 7 đó, tỉ lệ nà hững bản ưu việt h Modem â u truyền. Đ biệt. Tín h ng cách ng hơn so vớ i ửa lỗi. u cầu truy ook.edu.v bit ký tự, y trong ch tin ngắn v ơn khi ph m tần, ph ầu nhận s iệu đồng b ắn. i truyền b ền lại ký tự n 1 ế à át át ẽ ộ ất / tín bê có 2. - Lỗi đơ - Chuỗ Quá trình Nguyên t Bên ph h toán để n phát và lỗi sảy ra, Có 3 phư 4.1 Phươn Là phươn Bit dữ liệ Bit kiểm Codewor Phương p + bk+1 ph +Máy thu n bit: do n i các bit liê phát hiện ắc: át phát đi thêm vào so sánh vớ nếu khác ơng pháp k g pháp ki g pháp bổ u: b1 tra: bk+ d : (b háp parity ải là số chẵ kiểm tra x hiễu trắng n tiếp bị lỗ sai: Hình 1. một khung khung dữ i (n-k)bit p nhau thì ch iểm tra lỗ ểm tra bit sung thêm , b2, b3 …,b 1= b1+b2+ 1, b2, b3 … chẵn: n em số bit 2 i: do nhiễu 2.10: Quá k bit dữ liệu. Bên t hát hiện l ứng tỏ đã i: chẵn lẻ parity che k b3+…+bk ,bk, bk+1) 1 có chẵn 5 xung, suy trình phát h liệu, mã p hu tính toá ỗi của bên có lỗi. ck chung v (cộng mod không http giảm. iện lỗi hát hiện lỗ n lại bit p phát. Nếu ào k bit th ule 2) ://www.eb i chứa (n hát hiện lỗ giống nha ông tin ook.edu.v -k)bit đượ i giống nh u thì khôn n c ư g 26 Tất cả các mẫu lỗi chuyển số bit 1 thành lẻ không phát hiện được, tất cả các mẫu chẵn không phát hiện được. Phương pháp parity lẻ: bk+1 phải là số lẻ Ví dụ về parity code đơn: + Information (7 bits): (0, 1, 0, 1, 1, 0, 0) + Parity Bit: b8= 0+1+0+1+1+0+0 =1 +Codeword (8 bits): (0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1) + Nếu lỗi đơn xảy ra ở bit 3: (0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1) - Số bit 1=5, lẻ - Lỗi phát hiện được + Nếu lỗi ở bit 3 và 5: (0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1) - Số bit 1=4, chẵn - Lỗi không phát hiện được Đặc điểm của phương pháp này: - Chỉ dò được lỗi sai một số lẻ bit - Không sửa được lỗi - Hiệu suất truyền thông tin kém 2.4.2 Phương pháp kiểm tra tổng BSC Sử dụng parity hàng và cột - Chỉ sửa được sai khi số bit sai là 1 - Dò tìm được tất cả các lỗi sai một số lẻ bit và hầu hết các lỗi sai một số chẵn bit. - Không dò được lỗi sai một số chẵn bit xảy ra đồng thời trên cả hàng cà cột Phương pháp này là biến thể của parity đơn bit : - Dùng tổng bù 1 thay cho tổng bù module 2 - Các ký tự trong block được truyền được coi như các số nhị phân không dấu. - Tốt hơn phương pháp module 2. 2.4.3 Phương pháp kiểm tra CRC ( Cyclic Redundance Check) - Là một trong các phương pháp kiểm tra phổ biến và hiệu quả nhất. 27 - Từ một khối có k bits, máy phát tạo ra một chuỗi kiểm tra khung (Frame Check Sequence: FCS) có (n-k) bit. - Frame có độ dài n bits chia hết cho một số nào đó - Máy thu chia frame thu được cho số cho trước + Nếu còn dư là có lỗi + Nếu chia hết, coi như không có lỗi - Có 3 phương pháp tạo mã CRC : Số học module2, đa thức và mạch logic + Phương pháp module-2 : Frame phát : T= 2n-k D+F Trong đó : T : độ dài frame cần truyền, D : khối dữ liệu chiều dài k bit (k bit đầu) F : (n-k)bit cuối của T (n-k bit cuối) P : mẫu (n-k+1) của T, hay số chia. Mong muốn T chia hết cho P, chia 2n-kD cho P P Dkn−2 = Q+ P R Do phép chia modulo-2 nên phần dư R luôn ít hơn số chia ít nhất 1 bit Phần dư này được sử dụng làm FCS tức là: T= 2n-kD +R Chia thử T cho P: P T = P R P Dkn + −2 =Q Do phép chia không dư nên T chia hết cho P, R có thể sử dụng làm FCS Thuật toán tạo FCS bằng modulo-2: - Nhân D với 2n-k chèn thêm (n-k) bit 0 vào bên phải D - Chia 2n-k D cho P - Sử dụng (n-k) bit dư làm FCS - Thay (n-k) bit 0 bằng (n-k) bit FCS được chèn trong 2n-kD 28 Ví dụ: cho mẫu tin D= 1010001101 Mẫu số chia: P= 110101 FCS cần tính: 5 bit Do k=10, n=15 nên (n-k)=5 Nhân bản tin D với 25 tương đương 25D= 101000110100000 Chia 25D/P được R= 01110. Chọn mẫu số chia P: - Mẫu của số chia P được chọn dài hơn FCS 1 bit - Mẫu của P được chọn tùy theo mẫu lỗi xuất hiện - Ít nhất cả 2 bit đầu và cuối của P đều bằng 1 Biểu diễn lỗi: lỗi xảy ra tương đương cộng modul-2 (XOR) với bit phát. Như vậy, mẫu lỗi có thể biểu diễn bởi vector n bit E có giá trị 1 tại các vị trí lỗi Frame thu Tr=T ⊕ E Lỗi xảy ra không phát hiện được chỉ khi E chia hết cho P. Điều này rất hiếm khi xảy ra. + Phương pháp đa thức: Biểu diễn tất cả các giá trị của block dữ liệu D mẫu chia P ở dạng đa thức với một biến bất kỳ X )( )()( )( )( XP XRXQ XP XDX kn += − Ví dụ: D= 1010001101 D(X)= 12379 ++++ xxxx P= 110101 P(X)= 1245 +++ xxx R=01110 R(X)= xxx ++ 23 Xn-k D(X)= x5( 12379 ++++ xxxx ) = 5781214 xxxxx ++++ P(x)= 1245 +++ xxx R(x)= Xn-k D(x)/P(x) R(x)= x3+x2+x Các lỗi phát hiện được: - Lỗi E(X) chỉ không phát hiện khi nó chia hết cho P(X). dà + ph - Các m + Tất + Tất i của từ m + Tất + Tất + Mộ + Mộ Một số v CRC-16 CRC-CC CRC-32 Phương ph Cấu trúc - Thanh g - Có tối đ - Sự xuất ần 1 và Xn ẫu lỗi sau cả các lỗi cả các lỗi ã (frame) n cả các lỗi cả các lỗi t phần lỗi c t phần lỗi c í dụ về P(x = 1516 + xx ITT = 16x = 32 + xx áp mạch l thực hiện m hi dịch ch a (n-k) XO hiện một -k không chi đơn, khi P( kép, nếu P hỏ hơn. lẻ, nếu P(X cụm có độ ụm có độ ụm có độ ): 12 ++ x 512 +++ xx 2326 ++ xx ogic: (hình ạch chia ứa (n-k) bi R gate. gate do tồ 2 a hết cho P X) có hơn (X) là đa t ) có chứa dài của cụ dài n-k+1. dài lớn hơn 1 1622 ++ xx 1.2 .11) CRC tổng t, bằng độ n tại thàn 9 (X), nếu P một phần hức nguyê số hạng (X m nhỏ hơn n-k+1. 11112 ++ xx quát: dài FCS. h phần tro http (X) được c tử khác 0. n thủy có s +1). hoặc bằng 780 ++ xx ng đa thức ://www.eb họn cẩn th ố mũ cực độ dài củ 45 +++ xx chia, ngo ook.edu.v ận đại L, và đ a FCS(n-k 12 ++ xx ại trừ thàn n ộ ). h Ví dụ: Vớ D= 1 P= 11 Theo Hình 1.2 i dữ liệu, 01000110 0101 phương ph A .11: Sơ đồ đa thức sin 1 D(X)= P(X)= áp mạch lo X4 A H B 3 tạo CRC t h như trên 79 ++ xxx 45 ++ xx gic ta có s B C ình 1.2.12 C D 0 heo phươn đó là 123 ++ x 12 +x ơ đồ: (hình X2 : Mạch tạ E http g pháp mạ 1.2.12) D E o CRC Dữ liệu v ://www.eb ch logic 1 ào ook.edu.v n 31 Trong thí dụ trên P=110101= x5+x4+x2+1, nên mạch chứa 3 cổng EX-OR ở các vị trí tương ứng với 1, x2, x4( x5 ứng với thanh ghi dịch cuối cùng FFA). Đường hồi tiếp từ x5, về x4, x2 và 1( x0 ) để thực hiện phép cộng Mod-2 với số P(x) như nói trên. - Trong 5 bước đầu tiên, các bit có trọng số lớn của M(x).2n xuất hiện ở ngã ra các FFD một cách bình thường. - Từ bước thứ 6 các kết quả phải kể đến tác dụng của cổng EX-OR, thí dụ ở bước thú 6 ở ngõ ra E chính là cộng Mod-2 của tín hiệu vào (bit 0) và tín hiệu ngã ra A trước đó (bit 1), tức thực hiện EX-OR hai bit 1 và 0 ta được bit 1. Ngã ra D (bit 0) EX-OR với ngã ra A (bit 1) để được bit 1 ở ngã ra C. Ngã ra B (bit 0) EX-OR với ngã ra A (bit 1) để được bit 1 ở ngã ra A. Trên hình vẽ các bit EX- OR với bit ở ngã ra A được đánh dấu. Tương tự như thế, sau 15 lần dịch (bước 15), dữ liệu ở ngã ra các FFchính là mã CRC (số dư R= 01110). Ngã ra A là MSB. 2.5 Điều khiển luồng Nếu số lượng dữ liệu truyền giữa hai thiết bị là nhỏ, thiết bị phát có thể truyền tất cả dữ liệu ngay tức thời vì máy thu có đủ tài nguyên để tiếp nhận dữ liệu. Tuy nhiên, trong nhiều tình huống truyền tin điều kiện này không thể có. Do đó chúng ta phải dùng một phương pháp điều khiển luồng dữ liệu để đảm bảo máy thu không bỏ qua bất kỳ phần dữ liệu nào do không đủ tài nguyên để lưu trữ. Điều này là quan trọng khi hai thiết bị đang truyền tin thông qua mạng số liệu, khi mà rất nhiều mạng sẽ đệm số liệu trong các bộ đệm có kích thước giới hạn. Nếu hai thiết bị hoạt động với tốc độ khác nhau, chúng ta thường phải điều khiển số liệu ngõ ra của thiết bị tốc độ cao hơn để ngăn chặn trường hợp tắc nghẽn trên mạng. Điều khiển luồng thông tin giữa hai thiết bị truyền thường được gọi vắn tắt là điều khiển luồng. 32 2.6 Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu thiên hướng bit HDLC Tất cả các giao thức liên kết số liệu mới đều là giao thức thiên hướng bit. Lưu ý rằng các giao thức như vậy được sử dụng các mẫu bit đã được định nghĩa thay cho các ký tự điều khiển truyền để đánh dấu mở đầu hay kết thúc một frame. Máy thu duyệt luồng bit thu theo từng bit một để tìm mẫu bit đầu và cuối frame. Ba phương pháp báo hiệu bắt đầu và kết thúc một frame được gọi là phân định ranh giới frame (delimiting) được trình bày trên hình 4.11, gồm có: - Mẫu bit duy nhất không trùng với mẫu nào bắt đầu và kết thúc một frame được gọi là cờ (01111110) , kết hợp với kỹ thuật nhồi các bit 0. - Một mẫu bit duy nhất được đánh dấu frame, được gọi là ranh giới đầu frame (10101011) và một byte chỉ chiều dài (đơn vị là byte) trong phần header của frame. - Mẫu xác định ranh giới đầu và cuối frame duy nhất gồm các bit được tạo ra do cưỡng bức mã hóa. Nhìn chung, phương pháp đầu tiên được dùng với giao thức điều khiển liên kết số liệu mức cao (HDLC), trong khi đó hai phương pháp còn lại được dùng với giao thức LLC. Trong thực tế hầu hết các giao thức thiên hướng bit đều là dẫn xuất từ giao thức HDLC, do đó chúng ta sẽ bàn đến giao thức. - Giới thiệu về giao thức HDLC Giao thức DHLC là một giao thức chuẩn hoá quốc tế đã được định nghĩa bởi ISO để dùng cho cả liên kết điểm - nối - điểm và đa điểm. Nó hỗ trợ hoạt động ở chế độ trong suốt, song công hoàn toàn và ngày nay được dùng một cách rộng dãi trong các mạng đa điểm và trong các mạng máy tính. - Cơ chế hoạt động của giao thức HDLC 1. Chế độ đáp ứng thông thường NRM (nomal response Mode): chế độ này được dùng trong cấu hình không cân bằng. Trong chế độ này trạm thứ cấp chỉ có thể truyền khi nhận được chỉ thị đặc biệt của trạm sơ cấp. Liên kết này có thể là điểm - nối-điểm hay đa điểm trường hợp đa điểm chỉ cho phép một trạm sơ cấp. 33 2. Chế độ đáp ứng bất đồng bộ ARM ( Asynchronous response mode ) chế độ này được dùng trong cấu hình không cân bằng Nó cho phép một trạm thứ cấp xúc tiến một hoạt động truyền mà không cần sự cho phép từ trạm sơ cấp > Chế độ này thường được dùng trong các cấu hình điểm - nối - điểm và các liên kết song công và cho phép thứ cấp truyền các frame một cách bất đồng bộ với sơ cấp . 3. Chế độ cân bằng bất đồng bộ ABM ( Asynchronous Balanced mode ) ; chế độ này được dùng chủ yếu trên các liên kết song công điểm - nối - điểm cho các ứng dụng truyền số liệu máy tính - đến - máy tính và cho các kết nối giữa máy tính và mạng số liệu công cộng( PSD ). Trong chế độ này mỗi trạm có trạng thái như nhau và thực hiện cả hai chức năng sơ cấp và thứ cấp . Nó là chế độ được dùng trong giao thức nổi tiếng X.25. - Khuôn dạng frame Hình1.2.13: Dạng frame HDLC Khuôn dạng frame trên được dùng nhiều cho các liên kết điểm - nối - điểm. Bắt đầu và kết thúc một frame bằng một cờ 8 bits 01111110. Dùng thuật ngữ “thiên hướng bit” vì luồng bit thu được dò theo từng bit. Do đó về nguyên lý nội dung của frame không nhất thiết phải là bội số của 8 bits. Để cho phép máy thu tiếp cận và duy trì cơ cấu đồng bộ bit, máy phát phải gửi một chuỗi các byte idle 01111111 đứng trước cờ bắt đầu frame. Với NRZI mã hóa bit 0 trong byte idle cho phép DPLL tại máy thu tiếp cận và duy trì sự đồng bộ đồng hồ. Khi 34 nhận được cờ khởi đầu frame, nội dung cảu frame được đọc và dịch thao các khoảng 8 bits cho đến khi gặp cờ kết thúc frame. Để đạt được tính trong suốt dữ liệu, cần đảm bảo cờ không được nhận nhầm trong phần nội dung. Vì lý do này người ta dùng kỹ thuật chèn bit 0 hay còn gọi là kỹ thuật nhồi bit. Mạch này chỉ hoạt động trong quá trình truyền nội dung cảu frame. Khi có một tuần tự 5 bits 1 liên tiếp nó sẽ tự động chèn vào một bit 0. Bằng cách này sẽ không bao giờ có cờ trong phần nội dung truyền đi. Một mạch tương tự bên thu thực hiện chức năng gỡ bỏ bit 0 theo hướng ngược lại. CHƯƠNG III: LINH KIỆN ỨNG DỤNG 3.1 Bộ vi điều khiển 8 bits PIC16F877A 3.1.1 Giới thiệu bộ vi điều khiển 8 bits Ngày nay các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hóa và điều khiển từ xa. Giờ đây với nhu cầu chuyên dụng hóa, tối ưu (thời gian, không gian giá thành), bảo mật, tính chủ động trong công việc…ngày càng đòi hỏi khắt khe. Việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo mạch điện tử để đáp ứng những yêu cầu trên là hoàn toàn cấp thiết mang tính thực tế cao. 3.1.2 Kiến trúc PIC Cấu trúc phần cứng của một vi điều khiển được thiết kế theo hai dạng kiến trúc: kiến trúc Tổ chức phần cứng của PIC được thiết kế theo kiến trúc Havard. Điểm khác biệt giữa kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman là cấu trúc bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. Đối với kiến trúc Von-Neuman, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình nằm chung trong một bộ nhớ, do đó ta có thể tổ chức, cân đối một cách linh hoạt bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Tuy nhiên điều này chỉ có ý nghĩa khi tốc độ xử lí của CPU phải rất cao, vì với cấu trúc đó, trong cùng một thời điểm CPU chỉ có thể 35 tương tác với bộ nhớ dữ liệu hoặc bộ nhớ chương trình. Như vậy có thể nói kiến trúc Von-Neuman không thích hợp với cấu trúc của một vi điều khiển. Đối với kiến trúc Havard, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách ra thành hai bộ nhớ riêng biệt. Do đó trong cùng một thời điểm CPU có thể tương tác với cả hai bộ nhớ, như vậy tốc độ xử lí của vi điều khiển được cải thiện đáng kể. Một điểm cần chú ý nữa là tập lệnh trong kiến trúc Havard có thể được tối ưu tùy theo yêu cầu kiến trúc của vi điều khiển mà không phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu. Ví dụ, đối với vi điều khiển dòng 16F, độ dài lệnh luôn là 14 bit (trong khi dữ liệu được tổ chức thành từng byte), còn đối với kiến trúc Von-Neuman, độ dài lệnh luôn là bội số của 1 byte (do dữ liệu được tổ chức thành từng byte). Đặc điểm này được minh họa cụ thể trong hình dưới đây. Hình 1.3.1: Kiến trúc PIC 3.1.3 RISC và CISC Như đã trình bày ở trên, kiến trúc Havard là khái niệm mới hơn so với kiến trúc Von- Neuman. Khái niệm này được hình thành nhằm cải tiến tốc độ thực thi của một vi điều khiển. Qua việc tách rời bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu, bus chương trình và bus dữ liệu, CPU có thể cùng một lúc truy xuất cả bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu, giúp tăng tốc độ xử lí của vi điều khiển lên gấp đôi. Đồng thời cấu trúc lệnh không còn phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu nữa mà có thể linh động điều chỉnh tùy theo khả năng và tốc độ của từng vi điều khiển. Và để tiếp tục cải tiến tốc độ thực thi lệnh, tập lệnh của họ vi điều khiển PIC được thiết kế sao cho chiều dài mã lệnh luôn 36 cố định (ví dụ đối với họ 16Fxxxx chiều dài mã lệnh luôn là 14 bit) và cho phép thực thi lệnh trong một chu kì của xung clock ( ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt như lệnh nhảy, lệnh gọi chương trình con … cần hai chu kì xung đồng hồ). Điều này có nghĩa tập lệnh của vi điều khiển thuộc cấu trúc Havard sẽ ít lệnh hơn, ngắn hơn, đơn giản hơn để đáp ứng yêu cầu mã hóa lệnh bằng một số lượng bit nhất định. Vi điều khiển được tổ chức theo kiến trúc Havard còn được gọi là vi điều khiển RISC (Reduced Instruction Set Computer) hay vi điều khiển có tập lệnh rút gọn. Vi điều khiển được thiết kế theo kiến trúc Von-Neuman còn được gọi là vi điều khiển CISC (Complex Instruction Set Computer) hay vi điều khiển có tập lệnh phức tạp vì mã lệnh của nó không phải là một số cố định mà luôn là bội số của 8 bit (1 byte). 3.1.4 Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC Các kí hiệu của vi điều khiển PIC: - PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit - PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit - PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit - C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM) - F: PIC có bộ nhớ flash - LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp - LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có thêm chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash). Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC. Ở Việt Nam phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất. Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp: Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng. Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều khiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, … chân. 37 Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình được nhiều lần hơn. Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn trong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong. Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép. Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể được tìm thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp. 3.1.5 Ngôn ngữ lập trình cho PIC Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng. Ngôn ngữ lập trình cấp thấp có MPLAB (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip), các ngôn ngữ lập trình cấp cao hơn bao gồm C, Basic, Pascal, … Ngoài ra còn có một số ngôn ngữ lập trình được phát triển dành riêng cho PIC như PICBasic, MikroBasic,… 3.1.6 Mạch nạp PIC Đây cũng là một dòng sản phẩm rất đa dạng dành cho vi điều khiển PIC. Có thể sử dụng các mạch nạp được cung cấp bởi nhà sản xuất là hãng Microchip như: PICSTART plus, MPLAB ICD 2, MPLAB PM 3, PRO MATE II. Có thể dùng các sản phẩm này để nạp cho vi điều khiển khác thông qua chương trình MPLAB. Dòng sản phẩm chính thống này có ưu thế là nạp được cho tất cả các vi điều khiển PIC, tuy nhiên giá thành rất cao và thường gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình mua sản phẩm. Ngoài ra do tính năng cho phép nhiều chế độ nạp khác nhau, còn có rất nhiều mạch nạp được thiết kế dành cho vi điều khiển PIC. Có thể sơ lược một số mạch nạp cho PIC như sau: JDM programmer: mạch nạp này dùng chương trình nạp Icprog cho phép nạp các vi điều khiển PIC có hỗ trợ tính năng nạp chương trình điện áp thấp ICSP (In Circuit Serial Programming). Hầu hết các mạch nạp đều hỗ trợ tính năng nạp chương trình này. PL ng m cả ch lắp ki m kh nạ 3. 3. M ph dữ PO WARP-1 US do nh hĩa là ta c à không cầ P16PRO4 chương tr Mạch nạ o PIC như Các mạch ráp một c ểm tra và ạng Intern iển được h p thích hợ 1.7 Sơ đồ c 1.8 Một và Đây là vi ỗi lệnh đều ép là 20 M liệu 368x RT I/O là 3A và MC à sản xuất ó thể trực n sử dụng 0: mạch n ình nạp, tu p Univers P16PRO4 nạp kể tr ách dễ dà chương trì et. Tuy nh ỗ trợ, bên p. hân vi điề i thông số điều khiển được thự Hz với m 8 byte RA 5 với 33 p Hình P-USB: h Microchip tiếp dùng một chươn ạp này do y nhiên ta al của Wil 0. ên có ưu đ ng, và mọi nh nạp đều iên các mạ cạnh đó m u khiển P vi điều kh thuộc họ c thi trong ột chu kì lệ M và bộ n in I/O. 3 1.3.2: Mạc ai mạch cung cấp chương tr g trình nạp Nigel thiết cũng có th liem: đây k iểm rất lớ thông tin dễ dàng ch nạp trê ỗi mạch n IC (Hình iển PIC 1 PIC16Fxx một chu k nh là 200n hớ dữ liệu 8 h nạp PIC nạp này g , tương th ình MPLA khác, chẳ kế và cũn ể sử dụng hông phả n là đơn về sơ đồ m tìm được v n có nhượ ạp cần đượ 1.3.3) 6f877A x với tập lệ ì xung clo s. Bộ nhớ EEPROM http (ICSP) iống với m ích với trìn B để nạp ng hạn như g khá nổi t chương trìn i là mạch n giản, rẻ tiề ạch nạp, c à downloa c điểm là c sử dụng nh gồm 35 ck. Tốc độ chương tr với dung ://www.eb ạch nạp h biên dịc cho vi điều Icprog. iếng. Ông h nạp Icpr ạp chuyên n, hoàn to ách thiết k d miễn ph hạn chế v với một c lệnh có đ hoạt độn ình 8Kx14 lượng 256 ook.edu.v PICSTAR h MPLAB khiển PI còn thiết k og. dụng dàn àn có thể t ế, thi công í thông qu ề số vi điề hương trìn ộ dài 14 bi g tối đa ch bit, bộ nh x8 byte. S n T , C ế h ự , a u h t. o ớ ố Các đặc - Time - Time vào x - Time - Hai b - Các c giao - Cổng WR, Các đặc - 8 kên tính ngoại r0: bộ đếm r1: bộ đếm ung clock r2: bộ đếm ộ Capture/ huẩn giao tiếp nối tiế giao tiếp CS ở bên n tính Analo h chuyển đ Hình 1 vi bao gồm 8 bit với b 16 bit vớ ngoại vi n 8 bit với b so sánh/đi tiếp nối ti p USART song song goài. g: ổi ADC 1 3 .3.3. Sơ đồ các khối ộ chia tần i bộ chia t gay khi vi ộ chia tần ều chế độ r ếp SSP (Sy với 9 bit đ PSP (Paral 0 bit. 9 chân VDK chức năng số 8 bit. ần số, có t điều khiển số, bộ pos ông xung. nchronou ịa chỉ. lel Slave P http PIC sau: hể thực hiệ hoạt động tcaler. s Serial Po ort) với cá ://www.eb n chức nă ở chế độ s rt), SPI và c chân điề ook.edu.v ng đếm dự leep. I2C. Chuẩ u khiển RD n a n , 40 - Hai bộ so sánh. - Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như: - Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần. - Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần. - Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. - Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm. - Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân. - Watchdog Timer với bộ dao động trong. - Chức năng bảo mật mã chương trình. - Chế độ Sleep. Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau. 3.1.9 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 3.1.10 Tổ chức bộ nhớ Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory). 3.1.10.1 Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page0 đến page 3) . Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024 = 8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit). Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình có dung lượng 13 bit (PC). Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector). Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector). Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình. Bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau. Hình 1.3.4 4 : Sơ đồ kh 1 ối vi điều http khiển PIC ://www.eb ook.edu.vn 3. ba du Fu (G th ba lện 1.10.2 Bộ n Bộ nhớ nk. Đối ng lượng nction Re eneral Pur ường xuyê nk của bộ h của ch hớ dữ liệu dữ liệu với PIC16 128 byte, gister) nằm pose Regi n được sử nhớ dữ liệ ương trình Hình 1 của PIC F877A bộ bao gồm ở các vùn ster) nằm ở dụng (ví u giúp thu . Sơ đồ 42 .3.5: Bộ n là bộ n nhớ dữ li các thanh g địa chỉ t vùng địa dụ như tha ận tiện tro cụ thể của hớ chương hớ EEPR ệu được c ghi có ch hấp và các chỉ còn lạ nh ghi ST ng quá trìn bộ nhớ http trình OM được hia ra làm ức năng đ thanh ghi i trong ban ATUS) sẽ h truy xu dữ liệu PI ://www.eb chia ra 4 bank. M ặc biệt SF mục đích k. Các tha được đặt ất và làm C16F877A ook.edu.v làm nhiề ỗi bank c G (Speci chung GP nh ghi SF ở tất cà cá giảm bớ như sau: n u ó al R R c t Hình 1.3.6 S 4 ơ đồ bộ nh 3 ớ dữ liệu P http IC16F877 ://www.eb A ook.edu.vn 44 3.1.11 Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC Sơ đồ khối bộ chuyển đổi ADC trong PIC (hình 1.3.8) ADC (Analog to Digital Converter) là bộ chuyển đổi tín hiệu giữa hai dạng tương tự và số. PIC16F877A có 8 ngõ vào analog (RA4:RA0 và RE2:RE0). Hiệu điện thế chuẩn VREF có thể được lựa chọn là VDD, VSS hay hiệu điện thể chuẩn được xác lập trên hai chân RA2 và RA3. Kết quả chuyển đổi từ tín tiệu tương tự sang tín hiệu số là 10 bit số tương ứng và được lưu trong hai thanh ghi ADRESH:ADRESL. Khi không sử dụng bộ chuyển đổi ADC, các thanh ghi này có thể được sử dụng như các thanh ghi thông thường khác. Khi quá trình chuyển đổi hoàn tất, kết quả sẽ được lưu vào hai thanh ghi ADRESH:ADRESL,bit (ADCON0) được xóa về 0 và cờ ngắt ADIF được set. Qui trình chuyển đổi từ tương tự sang số bao gồm các bước sau: 1. Thiết lập các thông số cho bộ chuyển đổi ADC: - Chọn ngõ vào analog, chọn điện áp mẫu (dựa trên các thông số của thanh ghi ADCON1). - Chọnh kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0). - Chọn xung clock cho kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0). - Cho phép bộ chuyển đổi AD hoạt động (thanh ghi ADCON0). 2. Thiết lập các cờ ngắt cho bộ AD Clear bit ADIF. - Set bit ADIE. - Set bit PEIE. - Set bit GIE. 3. Đợi cho tới khi quá trình lấy mẫu hoàn tất. 4. Bắt đầu quá trình chuyển đổi (set bit ). 5. Đợi cho tới khi quá trình chuyển đổi hoàn tất bằng cách: - Kiểm tra bit GO/DONE . Nếu GO/DONE =0, quá trình chuyển đổi đã hoàn tất. - Kiểm tra cờ ngắt. 6. Đọc kết quả chuyển đổi và xóa cờ ngắt, set bit (nếu cần tiếp tục chuyển đổi). 7. Tiếp tục thực hiện các bước 1 và 2 cho quá trình chuyển đổi tiếp theo. đi Cần chú ều khiển b Các thanh - INTC PEIE ý là có hai ởi bit ADF Hìn H ghi liên q ON (địa ). cách lưu M và được h 1.3.7 Cá ình 1.3.8 uan đến bộ chỉ 0Bh, 8 4 kết quả ch minh họa c cách lưu Sơ đồ khối chuyển đ Bh, 10Bh 5 uyển đổi A cụ thể tron kết quả ch bộ chuyển ổi ADC ba , 18Bh): c http D, việc lự g hình 3.7 uyển đổi A đổi ADC o gồm: ho phép c ://www.eb a chọn cá sau: D. . ác ngắt (c ook.edu.v ch lưu đượ ác bit GIE n c , 3. M liệ - PIR1 - PIE1 - ADR chuy - ADC số ch - POR analo - POR vào 1.12 Giao Đây là m aster, Slav u: RC3/SCK RC4/SDI (địa chỉ 0C (địa chỉ 8C ESH (địa ển đổi AD ON0 (địa o bộ chuy TA (địa c g ở PORT TE (địa c analog ở P tiếp nối ột dạng e và cũng /SCL:châ /SDA: châ Hìn h): chứa c h): chứa b chỉ 1Eh) v . chỉ 1Fh) ển đổi AD hỉ 05h) và A. hỉ 09h) v ORTE. tiếp I2C khác của được kết n n truyền dẫ n truyền h 1.3.9: Sơ 4 ờ ngắt AD it điều khi à ADRESL và ADC . TRISA ( à TRISE MSSP. Ch ối với ngắ n xung clo dẫn dữ liệ đồ khối M 6 (bit ADIF ển AD (A (địa chỉ 9 ON1 (địa địa chỉ 85 (địa chỉ uẩn giao t. I2C sẽ s ck. u. SSP (I2C http ). DIE). Eh): các t chỉ 9Fh) h): liên q 89h): liên tiếp I2C ử dụng 2 slave mod ://www.eb hanh ghi c : xác lập uan đến c quan đế cũng có pin để truy e) ook.edu.v hứa kết qu các thôn ác ngõ và n các ng hai chế đ ền nhận d n ả g o õ ộ ữ 47 Các khối cơ bản trong sơ đồ khối của I2C không có nhiều khác biệt so với SPI. Tuy nhiên I2C còn có thêm khối phát hiện bit Start và bit Stop của dữ liệu (Start and Stop bit detect) và khối xác định địa chỉ (Match detect). Các thanh ghi liên quan đến I2C bao gồm: - Thanh ghi SSPCON và SSPCON2: điều khiển MSSP. - Thanh ghi SSPSTAT: thanh ghi chứa các trạng thái hoạt động của MSSP. - Thanh ghi SSPBUF: buffer truyền nhận nối tiếp. - Thanh ghi SSPSR: thanh ghi dịch dùng để truyền nhận dữ liệu. Thanh ghi SSPADD: thanh ghi chứa địa chỉ của giao diện MSSP. - Các thanh ghi SSPCON, SSPCON2 cho phép đọc và ghi. - Thanh ghi SSPSTAT chỉ cho phép đọc và ghi ở 2 bit đầu, 6 bit còn lại chỉ cho phép đọc. - Thanh ghi SSPBUF chứa dữ liệu sẽ được truyền đi hoặc nhận được và đóng vai trò như một thanh ghi đệm cho thanh ghi dịch dữ liệu SSPSR. - Thanh ghi SSPADD chứa địa chỉ của thiết bị ngoại vi cần truy xuất dữ liệu của I2C khi hoạt động ở Slave mode. Khi hoạt động ở Master mode, thanh ghi SSPADD chứa giá trị tạo ra tốc độ baud cho xung clock dùng để truyền nhận dữ liệu. Trong quá trình nhận dữ liệu, sau khi nhận được 1 byte dữ liệu hoàn chỉnh, thanh ghi SSPSR sẽ chuyển dữ liệu vào thanh ghi SSPBUF. Thanh ghi SSPSR không đọc và ghi được, quá trình truy xuất thanh ghi này phải thông qua thanh ghi SSPBUF. Trong quá trình truyền dữ liệu, dữ liệu cần truyền khi được đưa vào thanh ghi SSPBUF cũng sẽ đồng thời đưa vào thanh ghi SSPSR. I2C có nhiều chế độ hoạt động và được điều khiển bởi các bit SSPCON, bao gồm: - I2C Master mode, xung clock = fosc/4*(SSPADD+1). - I2C Slave mode, 7 bit địa chỉ. - I2C Slave mode, 10 bit địa chỉ. - I2C Slvae mode, 7 bit địa chỉ, cho phép ngắt khi phát hiện bit Start và bit Stop. ha th ng TR 3. 3. gi là tất củ và th 3. - S - I2C S - I2C F Địa chỉ t y ghi dữ li Khi lựa c ái cực thu h oài vi điề ISC 2 IC chuy 2.1 Cấu tạ DAC080 an đúng bằ 33mW kh cả các ứn a DAC080 o mức điện DAC080 ế cho MC1 2.2 Sơ đồ k ơ đồ khối lave mode irmware C ruyền đi sẽ ệu) với đố họn giao d ở. Do đó u khiển, (bit điều k ển đổi số o 8 là một b ng kích th i điện áp c g dụng, từ 8 độc lập áp vào. 8 giao tiếp 580/MC14 hối và sơ , 10 bit địa ontrol Ma bao gồm i tượng cần iện I2C v trong trườn bên cạnh hiển xuất sang tươ ộ chuyển ước của tí ung cấp là đó đầu ra h với “bit co trực tiếp 08. đồ kết nố Hình 1. 4 chỉ, cho p ster mode. các bit địa truy xuất à khi set b g hợp cần đó cần ấ nhập các c ng tự DA đổi 8bits n n hiệu vào ±5V. Khô iện tại là ± de” và đư với TTL, D i 3.10 : Sơ đ 8 hép ngắt k chỉ và m dữ liệu. it SSPEN, thiết ta ph n định cá hân SCL v C0808 ối tiếp số trong kho ng cần ph 1LSB của a ra đặc tí TL hay C ồ khối DA http hi phát hiệ ột bit để các pin SC ải sử dụng c giá trị à SDA). sang tươn ảng 150ns ải điều chỉ 255 (IREF/ nh nổi bật MOS ở m C0808 ://www.eb n bit Start xác định th L và SDA điện trở k phù hợp g tự, có đ với công s nh dòng đ 256). Ngu của thiết b ức logic v ook.edu.v và bit Stop ao tác (đọ sẽ ở trạn éo lên ở bê cho các b ặc tính thờ uất tiêu th iện IREF ch ồn cung cấ ị phụ thuộ à dùng tha n . c g n it i ụ o p c y 49 - Sơ đồ chân Hình 1.3.11 : Sơ đồ chân DAC0808 3.2.3 Đặc điểm - Nguồn cung cấp: Vcc=+18V ; VEE= -18V - Đầu vào số: V5-V12: -10VDC đến +18VDC - Đầu ra khuếch đại: V0: -11VDC đến +18VDC - Dòng hiệu chỉnh: I14: 5mA - Đầu vào khuếch đại hiệu chỉnh: V14 V15: VCC, VEE - Năng lượng tiêu thụ: 1000mW - Độ cảm ứng ESD: TBD - Dải nhiệt độ chịu đựng: -650C đến +1500C - Dải hoạt động: Dải nhiệt độ : TMIN ≤ TA≤ TMAX DAC0808 00C ≤ TA≤ +750C 50 - Đặc trưng điện: VCC=5V, VEE=-15VDC, VREF/R14=2mA 3.2.4 Nguyên tắc chuyển đổi và các tham số 3.2.4.1. Hoạt động của bộ chuyển đổi DAC Mục đích của bộ chuyển đổi số- tương tự là biến đổi tín hiệu nhị phân n bits thành dòng hay áp tương ứng. Về nguyên tắc bộ chuyển đổi DAC trực tiếp nhận một mã số n bit song song hoặc nối tiếp ở lối vào và biến đổi ra dòng điện hoặc điện áp tương ứng ở lối ra. Dòng điện hay điện áp ở lối ra là hàm biến thiên phù hợp theo mã số ở lối vào. Một bộ DAC hoàn chỉnh bao gồm 3 phần tử cơ bản: - Điện áp quy chiếu ổn định bên ngoài (Vref) - DAC cơ sở - Khuếch đại thuật toán Điện áp đầu ra bộ DAC V0 sẽ phụ thuộc vào mã nhị phân đầu vào theo công thức: V0=Vref (B020 + B121 +…+Bn2n) Trong đó B0 là bit có trọng số thấp nhất và Bn là bit có trọng số cao nhất của mã nhị phân đầu vào, Vref là điện áp quy chiếu. DAC cơ sở cấu tạo bằng những chuyển mạch tương tự được điều khiển bởi mã số đầu vào và các điện trở chính xác. Các chuyển mạch tương tự điều chỉnh dòng điện hay điện áp trích ra từ điện áp quy chiếu và tạo nên dòng điện hay điện áp ở đầu ra tương ứng với mã số đầu vào. Mạch khuếch đại thuật toán dùng để chuyển đổi dòng thành áp đồng thời có chức năng tầng đệm. Bộ biến đổi DAC có đặc điểm là đại lượng ra tương tự không liên tục, độ rời rạc của đầu ra phụ thuộc vào số bit của bộ biến đổi, những DAC có số bit đầu vào lớn thì tổng số nấc điện áp ra càng lớn và khoảng cách giữa các nấc càng nhỏ. 3.2.4.2. Các tham số của bộ chuyển đổi DAC - Ðộ phân giải (Solution): Liên quan đến số bít của một DAC. Nếu số bít là n thì số trạng thái của tín hiệu nhị phân là 2n nghĩa là sẽ có 2n mức điện thế (hoặc dòng 51 điện) khác nhau, do đó có độ phân giải là 1/2n. Ðộ phân giải càng bé thì điện thế (hoặc dòng điện đầu ra) càng có dạng liên tục, càng gần với thực tế và ngược lại. - Ðộ chính xác (Accuracy): Có thể đánh giá chất lượng của một DAC bằng sai số của nó. Ðại lượng biểu diễn sai số là độ lệch tối đa giữa đại lượng ra và một đường thẳng nối điểm 0 với điểm FS (Full Scale) trên đặc tuyến chuyển đổi DA. - Ðộ tuyến tính (Linearity): Ðộ tuyến tính của DAC cho biết độ lệch điện áp so với một đường thẳng đi qua những điểm nút của đặc tuyến chuyển đổi. Ðó là đặc tính thường gặp nhất với DAC. Ðường cong đặc tuyến là đơn điệu nếu sự thay đổi độ lệch trên là không đổi dấu. Ðể có một DAC đơn điệu, độ lệch này phải lớn hơn 0 cho mỗi nấc thang. Ngoài ra mức độ tuyến tính của DAC phải nhỏ hơn hoặc bằng 1/2 LSB để nó trở nên đơn điệu. Như vậy 1/2 LSB là đặc trưng về giới hạn đơn điệu của một DAC. - Phi tuyến vi sai: là đại lượng cho biết độ lệch giữa giá trị thực tế và lý tưởng cho một nấc điện áp ra ứng với mỗi thay đổi của mã số vào. Ðại lượng này cho biết về độ nhẵn của đường cong đặc tuyến đối với DAC. - Thời gian thiết lập: đối với một DAC là thời gian cần thiết để điện áp ra đạt tới giá trị tới hạn sai số xung quanh giá trị ổn định. Giới hạn này thường là 1/2 LSB hoặc biểu diễn bằng giá trị % FS. Thời gian thiết lập trước hết phụ thuộc vào kiểu chuyển mạch, kiểu điện trở và kiểu khuếch đại dùng để xây dựng bộ DAC. Thông thường nó được định nghĩa bằng thời gian từ khi điện áp bắt đầu thay đổi cho tới khi đạt tới vùng giới hạn sai số cho trước. Nó không bao gồm thời gian trễ tính từ khi có sự thay đổi mã số ở đầu vào cho tới khi điện áp ra bắt đầu đáp ứng. 3.3 Keypad 3x4 a. Cấu tạo của ma trận phím 3x4 Ma trận phím này được cấu tạo bởi : 3 hàng và 4 cột. các hàng và cột được nối với các chân cổng vào ra của vi điều khiển. Khi một phím được bấm, nó sẽ nối một hàng và một cột tương ứng. Khi nút 0 được nhấn thì nó nối giữa cột 1 hàng 1. Còn nút 1 được nhấn thì cột 2 và hàng 1 được nối hay nút 2 được nhấn thì nối giữa cột 3 và hàng 1… cứ như vậy đến nút thứ 12. nh bằ b. lại th bấ và Sa 3. nh kh dà ng lo Đối với iễu có thể ng phần m Nguyên lý Thuật t ) Khi tìm ấp. Sau đó m gây ra n o, hàng vừ u khi xác đ 4 Màn hì Ngày n iều ứng dụ ác: nó có k ng đưa và uyên hệ th Có rất n ại LCD thô kết cấu c thêm con ền. quét oán quét p hàng, các kiểm tra c ối với cột a tìm được ịnh được nh tinh th ay, thiết b ng của vi hả năng h o mạch ứn ống và giá hiều loại ng dụng. Hình ủa ma trận tụ khoảng hím được hàng sẽ đư ác hàng x hay không làm đầu r hàng và cộ ể lỏng LC ị hiển thị L điều khiển iển thị các g dụng th thành rẻ… LCD với n 52 1.3.12: Cấ này chưa 104 vào sử dụng là ợc đặt làm em có hàn )? Sau khi a mức thấp t sẽ suy ra D CD( Liqu . LCD có kí tự đa dạ eo nhiều g hiều hình u tạo bàn được chốn các nút n lần lượt t đầu vào,c g nào ở m xác định đ . Việc kiể phím được id Crystal rất nhiều ư ng, trực q iao thức g dáng và kí http phím 3x4 g nhiễu ph ếu không m ìm hàng v ác cột đượ ức thấp ha ược hàng m tra được bấm. Display) đ u điểm so uan (chữ, s iao tiếp kh ch thước k ://www.eb ím. Nếu m uốn thì c à tìm cột ( c đặt làm y không (c sẽ đặt các tiến hành ược sử dụ với các d ố, và kí tự ác nhau, t hác nhau, ook.edu.v uỗn chốn hống nhiễ hoặc ngượ đầu ra mứ ó phím nà cột làm đầ với các cộ ng trong r ạng hiển th đồ họa), d ốn rất ít t trên hình n g u c c o u t. ất ị ễ ài là 53 Chức năng các chân của Modul LCD 16x2: Chân số Tên Chức năng 1 VSS Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển. 2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển 3 Vee Chân này dùng điều chỉnh độ tương phản của LCD 4 RS Chân chọn thanh ghi. Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” để chọn thanh ghi. + Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lênh IR của LCD (chế độ ghi) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (chế độ đọc). + Logic “1”: Bus DB0- DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD. 5 R/W 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 với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. 6 E Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7 các lênh chỉ được chấp nhận khi có 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 ( từ thấp lên cao ) của tín hiệu chân E. + Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (từ thấp lên cao) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp. 7 DB0-DB7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MCU. 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 DB7. + Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 đến DB7, bit MSB là DB7. Bảng 1: Chức năng các chân của LCD 16x2 C lớ tên 3. ấu tạo Khi sản p vỏ và ch như hình 5. IC khuế xuất LCD ỉ đưa các c 1. 3.14. ch đại thu H Hình Hình 1 , nhà sản x hân giao ti ật toán L ình 1.3.15 54 1.3.13: H .3.14: Số t uất đã tích ếp cần thiế F351 : Sơ đồ ch ình dáng L hứ tự chân hợp chip t. Các chân Sơ đồ châ ân và kiểu http CD LCD điều khiển này được n và kiểu vỏ LF351 ://www.eb (HD44780 đánh số th vỏ: ook.edu.v bên trong ứ tự và đặ n t 55 IC LF351 dùng cho mạch khuếch đại tại đầu ra của bộ chuyển đổi DAC và đưa ra loa, LF351 có những đặc điểm sau: - Điện áp lệnh cho phép 10mV - Dòng điệncho qua thấp: 50pA - Độ rộng khuếch đại băng thông: 4MHz - Trở kháng đầu vào: 1012Ω LF351 là một bộ khuếch đại thuật toán dạng JFET giá thành thấp, tốc độ cao với một bộ bù điện áp đầu vào và có độ khuếch đại băng thông lớn, tốc độ chuyển đổi nhanh. Thêm vào đó nó còn phù hợp với điện áp cao JFET đầu vào, cung cấp dòng điện đầu vào thấp. Chân LF351 tương thích với chuẩn của LM741. LF351 có thể được sử dụng cho ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao, chuyển đổi D/A nhanh, mạch giữ và lấy mẫu và nhiều mạch khác yêu cầu độ lệch điện áp, dòng điện đầu vào thấp, nội trở cao, tốc độ chuyển đổi và độ rộng băng thông lớn. Linh kiện có nhiễu và độ trôi điện áp thấp nhưng cho các ứng dụng yêu cầu nghiêm ngặt hơn thì LF356 lại được khuyến cáo. Nếu dòng điện cung cấp lớn thì LF351 được lựa chọn. 56 PHẦN II: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CHƯƠNG I: SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT 1.1 Sơ đồ khối tổng quát Hình 2.1.1: Sơ đồ khối tổng quát 1.2 Hoạt động của các khối Board mạch thiết kế được chia thành 8 khối như sau: - Khối đầu vào ADC: gồm có một đầu vào tín hiệu analog được lấy từ micro, tín hiệu này được đưa qua mạch khuếch đại để khuếch đại tín hiệu đầu vào lên đủ lớn rồi đưa qua đầu vào bộ ADC bên trong vi điều khiển PIC, và một đầu vào điện áp được điều chỉnh nhờ biến trở. - Khối giao tiếp bàn phím : dùng trong việc test thí nghiệm việc truyền, nhận, tạo CRC_CCITT 16 bit và tạo lỗi trong quá trình truyền nhận khung dữ liệu. Mỗi phím được bấm sẽ được gửi tới vi điều khiển để thực hiện lệnh đồng thời cũng được hiển thị lên LCD. - Khối xử lý bên phát: xử lý tín hiệu analog nhận được từ đầu vào, đưa qua bộ mã hóa ADC thực hiện định dạng khung dữ liệu gồm có cờ đầu, cờ cuối, dữ liệu truyền và m tru ki đư nh ph tự tín ph 2. ã kiểm soá yền tới kh - Khối ểm tra mã ợc được đ ận hết mộ át biết để t - Khối nhận được hiệu lên đ ổ rồi đưa t - Khối - Khối - Khối 1 Khối Pr - Sơ đồ n t lỗi CRC ối xử lý bê xử lý bên CRC sau ưa qua bộ t khối dữ l iếp tục ho DAC: giải rất bé và ủ lớn và l ới đầu ra l hiển thị bê hiển thị bê nguồn: cun CH e_Ampli guyên lý. Hìn _CCITT 1 n thu. thu: nhận khi tính to giải mã D iệu, bên th ặc dừng tru mã tín hiệ có nhiễu d ọc thông d oa. n phát: hiể n nhận: hiể g cấp ngu ƯƠNG fier h 2.2.2: Sơ 5 6 bit. Khi tín hiệu từ án lại so v AC đồng u có nhiệm yền. u nhận đượ o vậy phải ải nhằm xá n thị khung n thị khun ồn + 5V, ± II: THI đồ nguyê 7 khung dữ khối xử lý ới CRC b thời được vụ gửi m c từ dạng được đưa c định phổ dữ liệu tr g dữ liệu n 15V cho ẾT KẾ C n lý mạch http liệu đã đư bên phát, ên phát tru hiển thị l ột tín hiệ số sang tư qua bộ khu tín hiệu t uyền đi. hận được. mạch hoạt HI TIẾ pre_amplif ://www.eb ợc định dạ phát hiện yền tới. D ên LCD b u để báo h ơng tự. Tín ếch đại để ránh hiện t động. T ier ook.edu.v ng sẽ đượ lỗi dựa và ữ liệu nhậ ên thu. Kh iệu cho bê hiệu tươn khuếch đ ượng chồn n c o n i n g ại g ch cá nê kh đạ củ DC tín ch hi có 2. đư tro bằ - Nguyê Khi nói ắn giữa đư ch khác nó n ta cần uếch đại là Tín hiệu i tín hiệu a vi điều k -offset là hiệu dữ l ỉnh để đạt - Tính toá Tụ C3=1 TL072: tí ệu lên đủ l sơ đồ châ 2 Khối xử - Sơ đồ - Nguyê Tín hiệ ợc tính th ng khoản ng tlấy mẫu= n tắc hoạt vào micro ờng tín hi chỉ truyề 1tầng khuế : G= 1 + R từ electre lên đủ lớn hiển PIC 2.5V (DC iệu digital được dạng n lựa chọn 0uF , C1=1 n hiệu từ m ớn. Mạch n: lý bên p nguyên lý n tắc họat u từ mạch eo định lý g 340- 400 0.125ms. T động: trở kháng ệu input n n xung điệ ch đại. M 4/R5. t microph rồi đưa trự làm việc ở -offset=5V được biểu tín hiệu tạ linh kiện. 0uF, R2=4 icro ra nh khuếch đạ hát (hình 2.2.3 động: micro đư lấy mẫu N 0Hz, do đ ín hiệu sa 5 của mic s ên nó chỉ n chứa gi ạch trên l one được đ c tiếp vào điện áp t .((R3+VR diễn theo i đầu ra gi K7, R1=R ỏ do vậy t i lựa chọn ) a vào bộ A yquist với ó flấy mẫu= u khi lấy m 8 ẽ tăng giảm cho các tín ọng nói qu à mạch kh ưa qua mạ bộ ADC ham chiếu )/(R1+R3 lý thuyết ống với dạ 2= 47K, R a cần mạch có hệ số k DC của P flấy mẫu ≥2 8ks/s. Th ẫu được đ http tạo ra th hiệu xoay a thôi. Tín uếch đại ch tiền kh của vi điề là 5V. Do +VR))). C là 128. B ng tín hiệu 4=22K, R khuếch đ huếch đại IC để lấy ftín hiệu. Tro ời gian lấ óng khun ://www.eb ay đổi, vì chiều đi hiệu này không đảo uếch đại n u khiển PI đó mạch ho nên, kh iến trở VR tại đầu và 5=10K, R6 ại nhằm kh G= 1+ R4 mẫu. Tần ng đó tần y mẫu đượ g với định ook.edu.v con tụ 10u qua hay nó rất nhỏ th với hệ s hằm khuếc C. Bộ AD Op-amp c i không c được điề o. =1K uếch đại tí /R5. TL07 số lấy mẫ số tiếng nó c tính toá dạng khun n F i ế ố h C ó ó u n 2 u i n g HD to đị dữ ph cô LC gồm: án, tạo mã Với trư nh dạng kh liệu, phím ím - Tính toá Linh ki ng suất tiê 1 byte cờ kiểm soát ờng hợp t ung tương điều khiể tạo n lựa chọn ện được sử u thụ thấp mở, n byt lỗi CRC th est tay, dữ tự như tr n nhập (N Hình 2.2 linh kiện dụng gồ , hiệu quả, 5 e data, 2 b eo chuẩn C liệu nhận ên. Phím đ EXT), phím lỗi .3: Sơ đồ n : m có: PIC giá thành 9 yte CRC v RC - CCI được từ ược chia t điều khi khi guyên lý b 16F877A hợp lý. http à 1 byte c TT 16bits. bàn phím hành các p ển truyền k ên phát với tiêu ch ://www.eb ờ đóng. B được đóng hím chức hung dữ l truyền uẩn được ook.edu.v ên phát tín khung vớ năng: phím iệu (SENT (0 lựa chọn n h i ), ). là 60 + Tốc độ hoạt động là: Xung đồng hồ vào là 20MHz, chu kỳ thực hiện trong 200ns. + Bộ nhớ chương trình Flash 8K x 14words + Bộ nhớ RAM 368x8bytes. + Bộ nhớ EFROM 256x8bytes Khả năng của bộ vi xử lý được chọn là: + 40 chân + Khả năng ngắt ( có tới 14 nguồn ngắt trong và ngắt ngoài). + Bộ tạo xung thời gian và bộ tạo dao động. + Dải điện thế hoạt động rộng: 2.0V đến 5.5V. + Công suất tiêu thụ thấp: <0.6mA với 5V, 4MHz, 20uA với nguồn 3V, 32 KHz, 1uA nguồn dự phòng. Các đặc tính nổi bật của thiết bị ngoại vi trên chip: + Bộ chuyển đổi số sang tương tự với 10bits hoặc 8bits. +Cổng truyền thông nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ và I2C (master/ slave) 2.3 Khối xử lý bên thu - Sơ đồ nguyên lý (Hình 2.2.4) - Nguyên tắc hoạt động Khi xảy ra ngắt INT_SSP bên thu nhận đúng địa chỉ SLAVE do bên phát truyền đến sẽ cho phép tiếp tục nhận khung dữ liệu, và tính toán lại CRC. Nếu CRC nhận được khác với CRC bên phát thì có lỗi xảy ra, nếu giống với mã CRC bên phát thì không có lỗi xảy ra khi đó bên thu sẽ tách lấy phần dữ liệu sau khi loại bỏ cờ đầu, cờ cuối và 2 byte CRC và đưa dữ liệu đó ra cổng RB từng byte một tới bộ DAC0808 bên ngoài. Khi nhận hết khung dữ liệu, bên thu sẽ phát tín hiệu báo hiệu cho bên phát phát tiếp hoặc dừng lại. Trong trường hợp test tay giao thức cũng được thực hiện như trên nhưng bên thu sẽ hiển thị dữ liệu lên LCD để người sử dụng có thể nhìn thấy trực quan dòng dữ liệu nhận được từ bên phát. 2. - S - N Bộ đư hi - Tính t Linh ki Thạch a 4 Khối DA ơ đồ nguy guyên tắc chuyển đ ợc từ vi đ ệu đầu ra đ oán lựa ch ện sử dụng nh 20MHz C ên lý (hình hoạt động ổi số- tươn iều khiển ược đưa q ọn linh kiệ là PIC16F . Hình 2.2 2.2.5). : g tự DAC chuyển thà ua mạch lọ 6 n 877A với .4: Sơ đồ 0808 biến nh thành t c thông d 1 các đặc điể nguyên lý đổi tín hiệ ín hiệu tươ ải và một m http m như đã bên thu u nhị phân ng tự dướ ạch khuế ://www.eb được nêu 8bits son i dạng dòn ch đại để c ook.edu.v ở trên. g song nhậ g điện. Tí huyển dòn n n n g th là hợ đư ra 8 ph m ph ph kh ành áp, ở l dòng có gi p này là m ợc chọn v thấp và có chân đầu v ù hợp với ạch lọc thô - Tính Linh kiện ân. Khâu LF Phổ tín h ục tiếng n uếch đại, b ối ra là hàm á trị nhỏ th ột bộ khu ì nó có tốc một dải b ào của DA mã dữ liệ ng dải để t toán lựa c được lựa 351 thứ nh iệu tiếng n ói chúng e ộ lọc thôn biến thiê ông thườn Hình 2.2. ếch đại d độ quay l ăng thông C0808 để u ở đầu v hu được d họn linh ki chọn là D ất: ói nằm tro m đã thiết g cao. 62 n phù hợp g khoảng 5: Sơ đồ n òng nhỏ v ại cao (tác rộng. Dữ l chuyển nó ào. Tín hi ải thông củ ện AC0808, ng khoảng kế 3 khâu theo mã số 2mA. Bộ O guyên lý kh à chuyển d động trở l iệu 8bits từ thành tín ệu tại đầu a tín hiệu bộ chuyển 340÷4000 cho đầu ra http ở lối vào. p-amp tro ối DAC òng thành ại nhanh), vi điều kh hiệu tương ra của DA thoại. đổi số sa Hz do đó analog là ://www.eb Đầu ra củ ng trường mức điện yêu cầu m iển đưa so tự với hàm C0808 đư ng tương t để hạn chế : bộ lọc thô ook.edu.v a DAC080 áp. LF35 ột dòng đầ ng song tớ biến thiê ợc đưa qu ự 8 bits nh nhiễu khô ng thấp, b n 8 1 u i n a ị i ộ th nh hi DA Bộ ph tru 2. ch + Bộ lọc ông cao có ỏ hơn 160 ệu. + Khâu k C0808 th + Bộ lọc lọc thông át ra, có nh Khâu LF Làm nhiệ yền tới. Đ 5 Khối ng - Sơ đồ n - Nguyên Cung cấp Cung cấp o DAC080 - Tính toá thông cao fc=400Hz Hz. Tụ C huếch đại ành điện á thông thấ thấp có ft iệm vụ lọ 351 thứ ha m vụ chu iện áp ra đ uồn guyên lý H tắc hoạt đ điện áp 5V điện áp ± 8. n lựa chọn với tần số thấp hơn 4 còn có n : mạch kh p ở đầu ra p có tần s =3.4KHz c những tầ i: yển đổi dò ược tính th ình 2.2.6 ộng cho khối 15V cho m linh kiện 6 fcc= 1/2πR giới hạn p hiệm vụ l uếch đại s có giá trị V ố cắt fct=1 gần tới ngư n số lớn hơ ng thành eo công th : Sơ đồ ng tiền khuếc ạch khuếc 3 C= 400Hz hổ âm than oại bỏ thà ử dụng LF out=Ỉ.R4. /2πRC=3.4 ỡng giới h n 3.4KHz áp đưa ra ức Vout=Ỉ uyên lý kh h đại, thu, h đại dùng http . Chọn R= h có nhiệm nh phần m 351 chuyể KHz. Chọ ạn của ph . được mức .R20. ối nguồn phát, hiển LF351, c ://www.eb 400Ω, C= vụ lọc n ột chiều l n đổi dòn n R=470Ω ổ âm than điện áp m thị. ung cấp đi ook.edu.v 1µF. Bộ lọ hững tần s ẫn trong tí g điện ra t , C=0.1uF h con ngườ à bên ph ện áp +15V n c ố n ừ . i át 64 Linh kiện chính sử dụng gồm 7805, 7815, 7915 là các IC ổn áp ổn định với các mức điện áp ra lần lượt là +5V, +15V, -15V. Biến áp có điện áp xoay chiều đầu vào 220VACvà điện áp ra ở các mức 0, 24VAC. Các tụ lọc giá trị: C14, C20, C18, C19, C10, C11, C6, C4 là các tụ có nhiệm vụ lọc nguồn, làm cho các điện áp một chiều bằng phẳng hơn. Tụ C18, C19, C4 có nhiệm vụ lọc các điện áp mấp mô. Tụ C6, C10, C11 có nhiệm vụ lọc các điện áp cao tần. 65 CHƯƠNG III: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 3.1 Master Hình 2.3.1: Lưu đồ thuật toán của master Chú thích: 1: điều kiện đúng 0: điều kiện sai 66 3.2 Slave BEGIN Chọn chế độ Hoạt động Nhận dữ liệu từ Master qua chuẩn truyền nối tiếp I2C Hiển thị dữ liệu nhận được lên LCD1602 Tuyền xong 1 khung dữ liệu chưa ?? Kiểm tra mã CRC Kiểm tra lỗi trong quá trình truyền nhận dữ liệu Gửi tín hiệu ACK cho Masster 1: không có lỗi 0:Dữ liệu bị lỗi 1: Test Phím 0 : Chưa xong 1 : Đã xong Nhận dữ liệu từ Master qua chuẩn truyền nối tiếp I2C 0: Test tự động Tuyền xong 1 khung dữ liệu chưa ?? 0 : Chưa xong Kiểm tra CRC Kiểm tra lỗi 1 : Đã xong Gửi ACK cho Master 0 : Có lỗi 0: Có lỗi Đưa dữ liệu ra DAC Khôi phục dữ liệu Gửi tín hiệu ACK cho Master 1: dữ liệu không lỗi 1: Không có lỗi END Hình 2.3.2: Lưu đồ thuật toán của slave Chú thích: 1: điều kiện đúng 0: điều kiện sai 67 3.3 Keypad Hình 2.3.3: Lưu đồ thuật toán của keypad Chú thích: 1: điều kiện đúng 0: điều kiện sai 68 3.4 Send packet Hình 2.3.4: Lưu đồ thuật toán chương trình con gửi gói dữ liệu Chú thích: 1: điều kiện đúng 0: điều kiện sai 69 CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH SẢN PHẨM VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 4.1.MODUL mã hóa dữ liệu và tạo CRC 4.1.1Mô hình Hình 2.4.1: Mô hình mặt hiển thị của mạch mã hóa và tạo mã CRC 4.1.2. Hướng dẫn sử dụng Để bắt đầu thí nghiệm người thí nghiệm cần cấp nguồn ±15V để thực hiện test. Nếu muốn thực hiện test tay hay tự động thì người sử dụng chọn ở công tắc MODE đồng thời chọn mở LCD nếu test tay và tắt LCD nếu Auto. Trong chế độ test Auto công tắc gạt SIGNAL để chọn tín hiệu vào là từ micro hay Voltage. Ở chế độ Auto, chúng ta thực hiện test với tín hiệu đầu vào là Audio. Với tín hiệu này người sử dụng có thể thực hiện thí nghiệm đo điện áp, tần số của tín hiệu phát tại các điểm đo TP, TP1, TP2 bằng máy Ossilocope. Với điểm đo TP là điểm đo tại đầu 70 ra của mạch tiền khuếch đại chúng ta thí nghiệm đo để xác định các thành phần như: điện áp, tần số của tín hiệu. Với điểm đo TP1, TP2 là các điểm đo tại 2 chân SDA và SCL của vi điều khiển chúng ta xác định các yếu tố như: tần số xung Clock phát ra, biên độ của tín hiệu sau mã hóa. Ở chế độ Keypad, người thực hành có thể quan sát phương pháp đóng khung dữ liệu và tạo mã kiểm soát lỗi CRC từ đó có thể so sánh với mã tạo được bằng tính toán theo lý thuyết đã học. 4.2.MODUL GIẢI MÃ DỮ LIỆU VÀ PHÁT HIỆN LỖI (DATA DECODING AND ERROR DETECT) 4.2.1.Mô hình Vout TP TP2 TP1 on/off LCD Audio Out GND -15V -15V GND ACK1 ACK2 SDA SCL DATA DECODING AND ERROR DETECT LCD 1602 RESET Vout Audio Out HY-DECOD-E01 Giải mã và phát hiện lỗi DAC A N A LO G S IG N A L I2C DATA Hình 2.4.2:Mô hình mặt hiển thị của mạch giải mã và phát hiện lỗi 71 4.2.2.Hướng dẫn sử dụng Cấp nguồn ±15V cho mạch hoạt động, kết nối 2 board mạch. Người sử dụng thực hiện thí nghiệm tại các điểm đo TP, TP1, TP2 khi bên mã hóa đã thực hiện mã hóa dữ liệu và bên thu thực hiện giải mã dữ liệu. Với điểm đo TP là điểm đo tại đầu ra của mạch khuếch đại đưa ra loa. Tại đây chúng ta có thể xác định các thành phần của tín hiệu như: biên độ điện áp, chu kỳ, tần số của tín hiệu sau mã hóa, quan sát, so sánh dạng tín hiệu trước và sau khi mã hóa, ảnh hưởng của môi trường và các loại nhiễu. TP1 và TP2 là các điểm đo tại 2 chân SDA và SCL của vi điều khiển. Tại đây chúng ta quan sát dạng sóng, xác định tần số, biên độ điện áp, tốc độ truyền và đánh giá sự đồng bộ của tín hiệu. Công tắc gạt dùng để chọn tín hiệu đầu ra nếu bên phát lấy tín hiệu từ micro thì bên thu sẽ chuyển công tắc gạt về Audio out, còn nếu bên phát lấy tín hiệu từ biến trở thì bên thu cần gạt công tắc về Vout. Người sử dụng khi thực hiện test ở chế độ keypad có thể kiểm tra phương pháp tạo mã kiểm soát lỗi CRC được hiển thị lên LCD để so sánh với thực tế tính toán. 72 PHẦN III KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu và chế tạo, chúng em đã chế tạo được bộ mã hóa và giải mã dữ liệu. Bộ thí nghiệm gồm có hai phần chính để thí nghiệm đó là thực hiện thí nghiệm bằng việc test tay hoặc tự động. Với việc test tay chúng ta có thể hiểu được quá trình đóng khung dữ liệu với định dạng HDLC, việc tạo mã kiểm soát lỗi trong truyền thông CRC-CCITT 16 bits. Với thí nghiệm dùng chế độ tự động chúng ta có thể biết được quá trình mã hóa và giải mã dữ liệu với tín hiệu đầu vào được lấy từ micro. Để xác định tín hiệu trước và sau mã hóa, giải mã ta có thể thực hiện đo dạng tín hiệu để xác định biên độ, tần số tại các điểm đo TP, TP1, TP2 trên cả 2 board mạch. 3.1.1 Ưu nhược điểm - Ưu điểm: Do bộ thí nghiệm được thiết kế cho các sinh viên mới tìm hiểu về chuyên ngành viễn thông và các học sinh cấp dưới nên bộ thí nghiệm dễ sử dụng, thuận tiện và thiết thực, giá thành rẻ, dễ thiết kế và giao tiếp, đạt tính thẩm mỹ cao. - Nhược điểm: do thời gian ngắn, kiến thức còn hạn chế nên quá trình xử lý tín hiệu tại đầu ra bộ khuếch đại để đưa ra loa vẫn còn ảnh hưởng của nhiễu nên quá trình khôi phục âm thanh chưa được chuẩn. 3.1.2 Mở rộng Bộ thí nghiệm có thể kết nối với bộ mã hóa và giải mã đường dây để tín hiệu sau mã hóa có thể truyền với khoảng cách xa hơn và có thể ứng dụng trong thực tế nhiều hơn. Khi kết nối với bộ mã hóa và giải mã đường dây thì sơ đồ khối của hệ thống có thể được mô tả sơ bộ như sau: 73 3.2 Các đề xuất và kiến nghị Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù đã được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa Điện- Điện tử cùng các bạn trong tập thể lớp DDTK3 nhưng do điều kiện còn hạn chế, việc liên lạc để được trợ giúp về kiến thức chuyên ngành, thiết bị đo vẫn còn gặp nhiều khó khăn. Do vậy chúng em mong muốn khi đề tài này được các khóa sau tiếp tục phát triển thì các vấn đề trên sẽ được giải quyết để đạt hiệu quả cao hơn. 3.3 Hướng phát triển của đề tài Từ bộ thí nghiệm này có thể phát triển lên để giao tiếp với máy tính, dùng nhiều chuẩn truyền thông hơn nữa để có thể so sánh tốc độ truyền giữa các chuẩn truyền và chuẩn giao tiếp để cho tốc độ cao hơn nữa, cũng có thể dùng chip vi điều khiển khác để cho tốc độ xử lý cao, chính xác. 74 PHỤ LỤC CÁC BÀI THÍ NGHIỆM HƯỚNG DẪN Các bạn cần làm quen với các thông tin trong hướng dẫn này để đạt được kết quả tốt nhất khi thực hiện các công việc và các bài thực hành trên bảng mạch. Hãy nghiên cứu kỹ các chỉ dẫn trước khi bắt đầu các thí nghiệm của bạn. Nếu gặp khó khăn trong việc thực hiện các bài thực hành, hãy xem lại các quy tắc sau đây: MỤC ĐÍCH Qua các bài thí nghiệm chúng ta có thể hiểu rõ về chức năng của các khối trong mạch, các dạng tín hiệu trong thực tế. CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN YÊU CẦU VỀ THIẾT BỊ: - Bo mạch thí nghiệm DATA ENCODING AND CREAT CRC - Bo mạch thí nghiệm DATA DECODING AND ERROR DETECT - Máy hiện sóng Osillocope 2 tia - Nguồn ±15V - Đồng hồ số CÁC BÀI THỰC HÀNH: BÀI THÍ NGHIỆM 1 MÃ HÓA VÀ GIẢI MÃ VỚI TÍN HIỆU NHẬP VÀO TỪ BÀN PHÍM Giúp cho người thực hành hiểu rõ về cách tạo khung dữ liệu theo chuẩn HDLC, cách tạo mã CRC , cách truyền nhận và giải mã CRC. Người thực hành được quan sát trực tiếp mọi quá trình nhập dữ liệu , truyền nhận dữ liệu trên màn hình hiển thị LCD1602. 75 GIỚI THIỆU: Trên board mạch DATA ENCODING AND CREAT CRC có một bàn phím 3x4 . Bàn phím được dùng để nhập dữ liệu và điều khiển quá trình tạo khung dữ liệu , mã hóa CRC , tạo lỗi , truyền nhận dữ liệu ……… Trên mạch còn có 1 LCD1602 để hiển thị giá trị được nhập vào , hiển thị các giá trị trong quá trình truyền nhận dữ liệu . Dòng 1 của LCD hiển thị dữ liệu dưới dạng số nhị phân BIN , hàng thứ 2 hiển thị dữ liệu dưới dạng thâp phân DEC . Ngoài ra LCD còn hiển thị những thông báo chỉ dẫn cho người thực hành trong quá trình thao tác. Trên board mạch DATA DECODING AND ERROR DETECT có một LCD1602 để thực hiện các chức năng hiển thị dữ liệu và thông tin hướng dẫn . CÁC BƯỚC THỰC HÀNH 1. Kết nối hai board mạch DATA ENCODING AND CREAT CRC và DATA DECODING AND ERROR DETECT. 2. Cấp nguồn cho mạch và chọn chế độ Test tay dùng bàn phím nhập dữ liệu. 3. Nhập dữ liệu cần truyền thông qua bàn phím. 4. Khi nhập xong dữ liệu cần truyền rồi , nhấn phím SEND chương trình sẽ tự động tạo khung và mã hóa CRC. Khi đó trên LCD hiện lên bảng hướng dẫn: Press ENTER: gửi dữ liệu, Press 0: tạo lỗi trong quá trình truyền 5. Khi gửi dữ liệu, quan sát dữ liệu được truyền và hiển thị trên LCD. BÀI TẬP 1. Hãy nêu cấu trúc của một khung dữ liệu dạng HDLC gồm có những thành phần nào ? 2. Vì sao trong khung dữ liệu HDLC cần có cờ mở và cờ đóng ?? (hai cơ này được mặc định là 8 bit 01111110 ) 3. Nêu ưu điểm của phương pháp tạo khung dữ liệu HDLC và mã hóa kiểm soát lỗi CRC 4. Có mấy phương pháp tạo mã kiểm soát lỗi CRC? Nêu ra các phương pháp đó? 5. Hãy tính mã kiểm soát lỗi CRC cho chuỗi dữ liệu sau đây theo các phương pháp trên: 76 Chuỗi dữ liệu: D = 1010001101 Đa thức sinh: P = 110101 BÀI THỰC THÍ NGHIỆM 2 KHẢO SÁT DẠNG TÍN HIỆU TẠI ĐẦU VÀO BỘ ADC MỤC ĐÍCH: Sau khi hoàn thành thí nghiệm này, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về tín hiệu âm tần như : Phổ của tín hiệu âm tần, giải tần số tín hiệu âm tần, dạng sóng … Để thực hành bài thí nghiệm này chúng ta dùng khối mạch trên board DATA ENCODING AND CREAT CRC có mã hiệu HY - ENCOD – 01. GIỚI THIỆU: Tín hiệu mà chúng ta cần khảo sát là tín hiệu âm thanh được phát ra từ Elecchet Microphone . Chúng ta tạo tín hiệu âm thanh bằng cách nói vào Microphone , khi đó đầu ra của Microphone là tín hiệu âm tần nhưng có cường độ và điện áp nhỏ . Vì vậy để đưa tín hiệu này vào bộ chuyển đổi ADC ta cần cho tín hiệu qua bộ tiền khuếch đại . Chúng ta sẽ khảo sát tín hiệu này ở điểm đo TP trên khối board. Để thực hiện bài thực thí nghiệm này , chúng ta dùng một máy hiện sóng (Oscilloscope) để quan sát các đặc điểm của tín hiệu thoại Tín hiệu thoại có dải tần số từ 400Hz đến 3400Hz. CÁC BƯỚC THỰC HÀNH : 1. Xác định vị trí các điểm đo của mạch DATA ENCODING AND CREAT CRC có mã hiệu HY - ENCOD – 01. 2. Nối dây đo CH1 của máy đo tới điểm đo TP trên board . Nối dây Mass của máy hiện sóng tới điểm GND . 3. Điều chỉnh thang đo của máy hiện sóng : 2V/DIV và 0.5ms/DIV 4. Điều chỉnh các thông số khác của máy hiện sóng sao cho có thể quan sát được dạng tín hiệu một cách tốt nhất 77 QUAN SÁT V À TÍNH TOÁN: 1. Dạng tín hiệu tương tự thu được như thế nào ? 2. Chu kỳ của tín hiệu thu được là bao nhiêu TSignal = ? 3. Tần số của tín hiệu thu được là bao nhiêu fSignal = ? 4. So sánh tần số thu được có nằm trong dải từ 400Hz đến 3400Hz ? Giải thích ? 5. Tính biên độ của tín hiệu thu được ASing = ? NHẬN XÉT: Nhận xét dạng tín hiệu thu được và ảnh hưởng của nhiễu? ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... BÀI THÍ NGHIỆM 3 KHẢO SÁT GIẢN ĐỒ XUNG CỦA CHUẨN TRUYỀN I2C MỤC ĐÍCH: Qua bài thí nghiệm, chúng ta hiểu về chuẩn truyền nối tiếp I2C đang được sử dụng rộng rãi . Hiểu được nguyên lý hoạt động và khảo sát được giản đồ của I2C. GIỚI THIỆU : Ngày nay I2C được sử dụng rộng rãi trong việc kết nối các thiết bị ngoại vi tốc độ cao vào các mạch tích hợp. I2C sử dụng 2 đường truyền tín hiệu 2 chiều ( một đường Clock và một đường Data), sử dụng hiệu điện thế 5V và cùng được kéo lên cao bằng điện trở. I2C được hoạt động theo nhiều Mode: Mode chuẩn (Standard Mode) hoạt động ở tốc độ 100kb/s, Mode tốc độ thấp (low-speed Mode) hoạt động ở tốc độ 10kb/s. Tần số clock có thể cho xuống 0. I2C có sử dụng 7 bit để định địa chỉ, do đó trên một Bus có thể có 112 nút (16 địa chỉ được sử dụng vào mục đích riêng). Điểm mạnh của I2C là chỗ, một vi điều khiển có thể