Nghiên cứu giao tiếp với công tơ đo đếm điện năng qua internet

Hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa

 Các loại công tơ áp dụng

 Các loại công tơ điện tử một pha và ba pha có hỗ trợ cổng giao tiếp RS232 hoặc RS485

Mô hình hệ thống dùng cho công tơ 3 pha, khách hàng lớn, trạm phân phối

Hình 1.1: Hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa

Giải pháp sử dụng modem GSM/3G kết hợp với đường truyền internet để thu thập dữ liệu từ các công tơ mang lại nhiều lợi ích Mỗi công tơ được trang bị một modem GSM/3G, kết nối trực tiếp tới server của công ty điện lực qua địa chỉ IP tĩnh thông qua giao thức TCP/IP, thay vì sử dụng kết nối quay số Phương pháp này giúp giảm chi phí cước đường truyền và tiết kiệm tài nguyên mạng viễn thông GSM/3G Dữ liệu từ công tơ được truyền tải một cách ổn định, tin cậy và đảm bảo tính bảo mật cao Hệ thống này có ba đặc điểm nổi bật so với các công nghệ khác.

 Sử dụng modem GSM/3G gắn trực tiếp vào công tơ mà không cần module

 Sử dụng giao thức TCP/IP để truyền dữ liệu nhằm giảm giá thành cước viễn thông và tăng độ tin cậy, bảo mật

Để đáp ứng nhu cầu quản lý tự động trong việc thu thập chỉ số công tơ và giám sát chế độ sử dụng điện của khách hàng, hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đã áp dụng phần mềm quản lý và giám sát trực tuyến chuyên nghiệp Phương pháp truyền dữ liệu phổ biến bao gồm truyền qua sóng vô tuyến (không dây) và truyền trên đường dây, giúp nâng cao hiệu quả trong việc theo dõi và quản lý tiêu thụ điện năng.

Việc truyền dữ liệu qua sóng vô tuyến gặp phải một số hạn chế, đặc biệt là khi sử dụng nguồn phát công suất nhỏ, dẫn đến khoảng cách từ công tơ đến bộ tập trung bị giới hạn Ngoài ra, việc xin phép cơ quan quản lý tần số hoặc thuê dịch vụ viễn thông sẽ tốn kém, vì mỗi công tơ cần lắp đặt một thuê bao vô tuyến riêng.

Việc truyền dữ liệu trên đường dây có hai loại:

Xây dựng một đường dây truyền dữ liệu riêng biệt song song với mạng lưới điện hạ áp đòi hỏi chi phí đầu tư và quản lý vận hành rất lớn, điều này khiến cho phương án này trở nên không khả thi.

Sử dụng hệ thống lưới điện hạ áp hiện có để truyền dữ liệu giúp tiết kiệm chi phí đầu tư và quản lý vận hành Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả, cần đầu tư hoàn chỉnh vào hệ thống lưới điện hạ thế nhằm ngăn chặn nhiễu tín hiệu trên đường truyền.

 Giới thiệu Công nghệ PLC (Power Line Communication)

Công nghệ đo đếm từ xa (AMR) sử dụng công tơ kỹ thuật số, mang lại một bước đột phá trong lĩnh vực truyền thông qua đường dây điện Hệ thống này không chỉ nâng cao hiệu quả trong việc thu thập dữ liệu mà còn cải thiện độ chính xác và tính linh hoạt trong quản lý năng lượng.

Hệ thống PLC sử dụng dây điện có sẵn để truyền dữ liệu theo thời gian thực giữa khách hàng và thiết bị thu thập, xử lý dữ liệu trung tâm Đây là một giải pháp Module linh hoạt, yêu cầu đầu tư ban đầu thấp và có quy trình lắp đặt dễ dàng, nhanh chóng.

 Cấu trúc cơ bản của Công nghệ PLC

 CONCENTRATOR: Là thiết bị tập trung lắp đặt trên lưới điện hạ thế ứng với một trạm

Thiết bị này có khả năng thu thập và xử lý dữ liệu cho 1250 công tơ, với dữ liệu từ các thiết bị đầu cuối được tập trung tại bộ tập trung và truyền về máy tính trung tâm qua nhiều phương thức khác nhau Ngoài ra, thiết bị tập trung còn có thể gửi lệnh quản lý và các chỉ thị khác đến các thiết bị đầu cuối hai chiều.

HHU là thiết bị thu thập dữ liệu cầm tay, đóng vai trò cầu nối giữa thiết bị tập trung và máy tính trung tâm, giúp nhận dữ liệu từ bộ tập trung và truyền tải về máy tính trung tâm.

HHU còn đƣợc dùng để lập trình cho các thiết bị tập trung và đọc các số liệu từ các thiết bị này để đƣa vào máy tính

Công tơ điện tử, bao gồm cả loại một pha và ba pha, là thiết bị kỹ thuật số dùng để thu thập chỉ số và truyền tải dữ liệu qua đường dây điện.

Hình 1.2: Công tơ điện xoay chiều 1 pha kiểu điện tử công nghệ PLC

Module PLC thực hiện điều chế sóng mang và giải điều chế tín hiệu, cho phép truyền nhận dữ liệu hai chiều Khi nhận lệnh đọc dữ liệu từ bộ tập trung, Module PLC sẽ đọc dữ liệu công tơ và gửi lại thông tin đó về bộ tập trung Nó hoạt động như cả Master và Slave trong quá trình truyền nhận dữ liệu.

 BỘ SERVER: Chứa các phần mềm cần thiết cho quá trình vận hành hệ thống

Nó thu nhận dữ liệu từ các bộ tập trung để sử dụng cho các mục đích của ngành điện

Hình 1.3: Sơ đồ hoạt động

Công nghệ này được coi là giải pháp tối ưu cho lưới hạ thế dưới 600V, chuyên dùng cho việc thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển tải tại các khu vực nông thôn và nông nghiệp với mật độ khách hàng thấp Nó tận dụng cơ sở hạ tầng lưới điện hiện có, không cần lắp đặt hệ thống đường dây riêng, giúp tiếp cận 100% khách hàng sử dụng điện Thiết bị có chi phí hợp lý và dễ dàng lắp đặt.

 Khuyết điểm của công nghệ

Vấn đề nhiễu và suy giảm tín hiệu trong lưới điện ảnh hưởng đến hiệu quả truyền dữ liệu giữa các công tơ và DCU, chủ yếu do phụ tải năng và các nguồn nhiễu từ phụ tải dân dụng Để cải thiện chất lượng truyền dữ liệu, công nghệ mới sử dụng bộ lọc và bộ lặp tín hiệu, cho phép truyền xa lên đến 600m, đảm bảo hiệu quả trong phạm vi cấp điện dưới 1000m của trạm biến áp phân phối Nếu ứng dụng PLC chỉ dừng lại ở việc đọc công tơ từ xa (AMR) và điều khiển tải (LC), thì tác động sẽ không quá lớn Công tơ gần còn có khả năng tích hợp bộ nhớ và trao đổi thông tin với nhau, nâng cao hiệu suất truyền dẫn.

 Ứng dụng Công nghệ PLC vào hệ thống đo ghi từ xa khách hàng sau trạm công cộng ở TCT Điện lực Miền Nam

Hiện tại, EVN SPC quản lý hơn 5 triệu điểm đo đếm điện cho khách hàng, trong đó hơn 4,95 triệu khách hàng mua điện phía sau trạm công cộng Hầu hết các điểm đo này sử dụng công tơ cảm ứng cơ khí, chỉ một số ít điểm của khách hàng sản xuất kinh doanh được lắp đặt công tơ điện tử 3 biểu giá theo quy định.

Hiện nay, trong lĩnh vực kinh doanh điện năng, hàng tháng, các đơn vị cần cử nhân viên hoặc dịch vụ bán lẻ điện đến địa điểm lắp đặt công tơ để đọc và ghi chỉ số điện tiêu thụ của khách hàng Công tác ghi chỉ số và phúc tra chỉ số hiện vẫn được thực hiện bằng phương pháp thủ công.

Hệ thống giám sát điện năng trực tuyến cho các trạm phân phối điện, nhà máy 10

Tính năng cơ bản

Hệ thống đo và hiển thị trực tuyến trên màn hình máy tính các thông tin cơ bản sau:

 Thông tin lưới điện, bao gồm:

 Điện áp, dòng điện tức thời từng pha

 Công suất tác dụng, công suất phản kháng tức thời từng pha

 Hệ số công suất từng pha

 Thông tin điện năng, bao gồm:

 Hiển thị lƣợng điện năng tiêu thụ( tiền điện) của phụ tải theo giờ, ngày

 Điện năng tác dụng ( từng biểu giá, điện năng tổng)

 Điện năng phản kháng ( theo 4 góc phần tƣ)

 Dữ liệu chốt chỉ số

 Thông tin cảnh báo, bao gồm:

 Cảnh báo quá áp, quá dòng

 Hệ số công suất thấp

Mô hình hệ thống

Hình 1.7: Mô hình hệ thống

Chương 2 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG VÀ GIAO TIẾP VỚI INTERNET

2.1 Giới thiệu đồng hồ EPM5500P

 Giới thiệu đồng hồ đo lường đa năng EPM5500P

 Hình dạng và kích thước đồng hồ EPM5500P

Hình 2.1 Hình dạng đồng hồ EPM 5500P

 Ứng dụng và chức năng

 Đồng hồ EPM5500P có thể dùng ở các nơi:

 Phân phối công suất tự động

 Bộ chuyển mạch thông minh

 Ngành công nghiệp tự động

 Các tòa nhà tự động

 Hệ thống quản lí năng lƣợng

 Chức năng chính của EPM 5500P: đo lường: f, U, I, P…

 Chất lƣợng điện: sự đồng đều của điện áp pha và điện áp dây, hệ số mất cân bằng điện áp, hệ số mất cân bằng dòng điện…

 Thống kê: năng lƣợng điện và nhu cầu điện, giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất với thời gian xác định

 Năng lƣợng điện và nhu cầu điện: nhu cầu công suất tác dụng và nhu cầu công suất phản kháng

 Truyền thông: cổng truyền thông RS485, phương thức truyền thông Modbus RTU

 Điều khiển từ xa: 4 ngõ vào tín hiệu số, 2 ngõ ra tín hiệu số, 2 ngõ ra tín hiệu relay

 Đặc điểm nổi bật của đồng hồ EPM5500P: đa chức năng, đo lường độ chính xác cao, kích thước nhỏ, lắp đặt đơn giản…

Đồng hồ EPM5500P cung cấp khả năng đo lường chính xác các giá trị điện như điện áp, dòng điện, công suất phản kháng, công suất tác dụng, hệ số công suất, tần số và nhu cầu điện năng trong một phạm vi rộng.

 Độ chính xác khi đo các giá trị điện áp và dòng điện là 0.2%

 Độ chính xác khi đo các công suất và các giá trị năng lƣợng là 0.5%

 Loại: RS485 2 dây, truyền bán song công, cách ly

 Tốc độ Baud: 1200 đến 38400 bps

RS 485 Digital Inputs Power Supply

A B S NC DI1+ DI1- DI2+ DI2- NC L NC N NC G

Digital Inputs DI Power Relay Outputs

 Nguồn cung cấp cho EPM5500P: 85 đến 264V AC (50/60Hz) hoặc 100 đến 280V DC Công suất tiêu thụ nhỏ hơn 2W

 Điện áp: 85 đến 264V AC, 100 đến 300V DC

 Công suất tiêu thụ: tối đa là 3W ở 230V AC

 Điện áp sơ cấp của PT: tối đa là 500 kV AC

 Điện áp thứ cấp của PT: 230V AC (điện áp pha) hoặc 400V AC (điện áp dây), với vƣợt giới hạn là 20%.Tần số: 45 đến 65 Hz

Quá tải: 2 lần điện áp định mức (liên tục), 2500V AC trong 1s ( không tuần hoàn) Đo lường: đo giá trị hiệu dụng của điện áp AC

Dòng điện sơ cấp của CT: tối đa là 9999A AC

Dòng điện thứ cấp của CT: 5A AC, vƣợt giới hạn là 20%, 20mA của dòng điền đầu tiên nhỏ nhất

Quá tải: 10 A (liên tục), 100 A trong 1s (không tuần hoàn)

Hình 2.2: Ngõ vào số Điện áo cách ly quang: 2500V AC RMS

Loại: Điện trở: 2 K Điện áp ngõ vào: 5 đến 30V DC Đóng điện: > 10V DC

Dòng điện vào lớn nhất: 20mA

Nguồn điện phụ: 15V DC/ 100Ma

Hình 2.4: Ngõ ra số Hình thức đầu ra: Photo-Mos, tiếp điểm thường mở

Cách ly quang: 2500 V AC RMS Điện áp làm việc lớn nhất: 100 V DC

Dòng làm việc lớn nhất: 50 mA

Hình 2.5: Ngõ ra relay Hình thức đầu ra: tiếp điểm cơ khí Điện trở tiếp xúc: 100 m ở 1A

Giá trị tối đa ngắt điện áp: 250V AC, 30V DC

Giá trị tối đa ngắt dòng điện: 3A Độ bền điện áp của tiếp điểm và cuộn dây: 2500 V AC RMS

 Cài đặt cho đồng hồ EPM5500P

 Nhấn phím Harmonic và Volt/Amps để trở về màn hình cài đặt các thông số cho đồng hồ

 Ở chế độ cài đặt, nhấn Harmonic để lựa chọn chữ số muốn điều chỉnh

 Nhấn phím Power để tăng giá trị

 Nhấn phím Energy để giảm giá trị

 Nhấn Volt/Amps để lưu giá trị vừa cài đặt và chuyển sang màn hình cài đặt kế tiếp

 Nhấn phím Harmonic và Volt/Amps để thoát khỏi chế độ cài đặt

Mã đăng nhập là 4 chữ số từ 0000 đến 9999, với mã mặc định là 0000 Để vào chế độ cài đặt, người dùng cần nhập mã đăng nhập chính xác và sau đó nhấn Volt/Amps để truy cập màn hình cài đặt đầu tiên.

Màn hình cài đặt Địa chỉ của đồng hồ:

Màn hình cài đặt đầu tiên hiển thị thông tin về địa chỉ của đồng hồ, với giá trị có thể từ 1 đến 247 và giá trị mặc định là 17.

Thay đổi địa chỉ của đồng hồ:

Nhấn Harmonics đề lựa chọn chữ số muốn thay đổi

Nhấn Power đề tăng giá trị

Nhấn Energy để giảm giá trị

Hình 2.7: Cài đặt địa chỉ đồng hồ Tốc độ Baud

Nhấn Volt/Amps để hiển thị màn hình cài đặt thứ 2 Màn hình này để cài đặt tốc độ Baud

Thông tin cài đặt mặc định là dữ liệu 8 bit, không có parity, 1 bit star và 1 bit stop Tốc độ Baud có thể lựa chọn là 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400 bps

Hình 2.8: Cài đặt tốc độ Baud

Cách đấu dây cho ngõ vào điện áp:

Nhấn Volt/Amps để hiển thị màn hình cài đặt thứ 3 Màn hình này để cài đặt cách đấu dây cho ngõ vào điện áp

Ngõ vào điện áp có thể lựa chọn 1 trong 3 chế độ: 3LN,2LN và 2LL

Nhấn Power và Energy để chọn cách đấu dây đã lắp đặt

Hình 2.9: Cài đặt cách đấu dây ngõ vào điện áp Cách đấu dây cho ngõ vào dòng điện :

Nhấn Volt/Amps để hiển thị màn hình cài đặt thứ 4 Màn hình thứ 4 dùng để cài đặt cách đấu dây cho ngõ vào dòng điện

Ngõ vào điện áp có thể lựa chọn 1 trong 3 chế độ: 3CT, 2CT và 1CT

Nhấn Power và Energy để chọn cách đấu dây đã lắp đặt

Hình 2.10: Cài đặt cách đấu dây ngõ vào dòng điện Lựa chọn điện áp sơ cấp cho PT

Nhấn Volt/Amps để hiển thị màn hình cài đặt thứ 5 Màn hình thứ 5 dùng để lựa chọn điện áp sơ cấp cho PT

Giá trị của PT1 là số nguyên có giá trị từ 100 đến 500000V

Hình 2.11: Cài đặt giá trị PT1 Lựa chọn điện áp thứ cấp cho PT:

Nhấn Volt/Amps để hiển thị màn hình cài đặt thứ 6 Màn hình thứ 6 dùng để lựa chọn điện áp thứ cấp cho PT

Giá trị của PT2 là số nguyên có giá trị từ 100 đến 400V

Hình 2.12: Cài đặt giá trị PT2

Lựa chọn dòng điện thứ cấp cho CT

Nhấn Volt/Amps để hiển thị màn hình cài đặt thứ 7 Màn hình thứ 7 dùng để lựa chọn dòng điện thứ cấp cho CT

Giá trị của CT1 là số nguyên có giá trị từ 5 đến 10000V

Hình 2.13: Cài đặt giá trị CT1 Thoát khỏi chế độ cài đặt:

Nhấn đồng thời phím Harmonics và phím Volt/Amps để thoát khỏi quá trình cài đặt

Đồng hồ đo lường EPM 5500P cung cấp thông tin về điện áp, dòng điện và công suất một cách chính xác Người dùng chỉ cần nhấn các nút harmonics, power, energy, và volt/amps để dễ dàng đọc dữ liệu đo lường.

Giao tiếp EPM5500P với máy tính:

Sơ đồ khối giao tiếp và hiển thị của đồng hồ đo lường đa năng với máy tính:

Biến dòng, biến áp đo lường

Truyền tín hiệu về đồng hồ

Xử lý dữ liệu và tính toán các giá trị P, Q, S

Hình 2.14: Sơ đồ khối giao tiếp và hiển thị đồng hồ đo lường đa năng với máy tính

Giao tiếp truyền thông Modbus và giao tiếp với máy tính

Giao thức Modbus RTU được sử dụng cho truyền thông trong EPM 5500P, với các định dạng dữ liệu và phương pháp kiểm tra lỗi được quy định rõ ràng Giao thức này áp dụng truy vấn half-duplex và đáp ứng các chế độ đã được thiết lập trong Modbus Trong mạng truyền thông, chỉ có một thiết bị chủ, trong khi tất cả các thiết bị phụ đều chờ đợi truy vấn từ thiết bị chủ.

Các chế độ truyền dẫn xác định cấu trúc dữ liệu trong một khung và quy tắc truyền dữ liệu Dưới đây là định nghĩa về chế độ truyền.

Hệ thống mã: 8-bit binary

Kiểm tra lỗi: Kiểm tra CRC Định dạng khung dữ liệu Định dạng khung dữ liệu trình bày như bên dưới: Địa chỉ: 8 bits

Vùng địa chỉ của khung thông báo chứa 8 bit, cho phép địa chỉ thiết bị phụ có giá trị từ 0 đến 247 Địa chỉ chủ được xác định bằng cách đặt địa chỉ phụ vào vùng địa chỉ thông báo Khi thiết bị phụ gửi phản hồi, nó sẽ ghi địa chỉ riêng của mình vào vùng địa chỉ này để thông báo cho thiết bị chủ rằng nó đang đáp ứng.

Hiển thị trực tiếp trên đồng hồ Truyền tín hiệu về máy tính thông qua giao tiếp truyền thông, RS485, RS232 và hiển thị dữ liệu

Vùng chức năng: Các vùng mã chức năng của một khung thông báo có chứa 8 bit

Mã số hợp lệ nằm trong khoảng từ 1 đến 255 Khi thiết bị chủ gửi thông báo đến thiết bị phụ, mã chức năng sẽ thông báo cho các thiết bị phụ thực hiện nhiệm vụ Đồng hồ EPM 5500P hỗ trợ các mã chức năng sau đây:

Mã chức năng 01: Tìm hiểu tình trạng đầu ra rơle Chức năng này chứa tình trạng hiện tại của đầu ra rơle

Mã chức năng 02: Đọc tình trạng ngõ vào số Chức năng này chứa tình trạng hiện tại của các đầu vào số

Mã chức năng 03: Đọc dữ liệu Chức năng này chứa giá trị nhị phân hiện tại trong một hoặc nhiều thanh ghi

Sơ đồ bộ nhớ Modbus

Bảng 2.1: Bảng Địa chỉ dữ liệu bộ nhớ Modbus: Đo lường tín hiệu tương tự cơ bản

0131 Điện áp pha V1 0 đến 65535 word R F1

0134 Điện áp pha trung bình Vlnavg 0 đến 65535 word R F1

0135 Điện áp dây V12 0 đến 65535 word R F1

0138 Điện áp dây trung bình Vllavg 0 đến 65535 word R F1

013C Dòng điện trung bình Iavg 0 đến 65535 word R F2

013D Dòng điện dây trung tính In 0 đến 65535 integer R F2

013E Công suất pha P1 -32768 đến integer R F3 Định dạng mã

Các định dạng được mô tả trong sơ đồ bộ nhớ được chỉ ra dưới đây Phần Rx chỉ ra giá trị số trong thanh ghi EPM 5500P

F1: Điện áp (không tín hiệu số nguyên 16-bit) Đại diện giá trị của đồng hồ đo điện áp bằng volt, trong đó:

V Rx F2: dòng điện (không tín hiệu số nguyên 16-bit) Đại diện giá trị của đồng hồ đo dòng điện bằng amp, trong đó: 1 / 5

0141 Công suất hệ thống Psum

0142 Công suất phản kháng pha Q1

0145 Công suất phản kháng hệ thống Qsum

0146 Công suất biểu kiến pha S1 0 đến 65535 word R F5

0149 Công suất biểu kiến hệ thống Ssum 0 đến 65535 word R F5

F3: công suất thực(tín hiệu16-bit số nguyên) Đại diện giá trị của công suất thực hoặc nhu cầu công suất thực đƣợc tính bằng watt, trong đó: 1 1

Công suất phản kháng (F4) được biểu diễn bằng tín hiệu 16-bit số nguyên, đại diện cho giá trị công suất phản kháng đo lường được hoặc nhu cầu công suất phản kháng tính bằng var.

F5 là công suất biểu kiến, được thể hiện dưới dạng tín hiệu 16 bit số nguyên Nó đại diện cho giá trị công suất biểu kiến đo lường được hoặc nhu cầu công suất biểu kiến tính bằng VA.

F7: tần số (không tín hiệu 16-bit số nguyên) Đại diện giá trị của tần số đƣợc tính bằng

Giao tiếp với máy tính :

Đồng hồ EPM 5500P có khả năng giao tiếp với máy tính thông qua cổng RS485, đồng thời hỗ trợ bộ chuyển đổi từ RS485 sang RS232 và ngược lại, giúp tối ưu hóa kết nối và truyền dữ liệu.

Phần mềm sử dụng là phần mềm EPM5500P

Thiết bị kết nối đồng hồ EPM5500P với máy tính

EPM 5500P được trang bị cổng giao tiếp RS485 sử dụng giao thức Modbus RTU, với các thiết bị đầu cuối thông tin liên lạc bao gồm A, B và S (thiết bị đầu cuối 11, 12 và 13) Thiết bị đầu cuối "A" dùng để đo sự khác biệt giữa các tín hiệu dương "+", thiết bị đầu cuối "B" đo sự khác biệt tín hiệu âm "-", và thiết bị đầu cuối "S" được sử dụng cho tín hiệu nối đất GND.

Máy tính giao tiếp với EPM5500P thông qua cổng “COM” thế nên ta cần một bộ chuyển đổi từ RS485 sang RS232 và từ RS232 sang COM

Hình 2.16: Bộ chuyển đổi từ RS485 sang RS232 HEXIN

Hình 2.17: Bộ chuyển đổi từ RS232 sang COM Prolific Chuẩn giao tiếp RS232:

RS232 là chuẩn giao tiếp nối tiếp không đồng bộ, cho phép kết nối tối đa 2 thiết bị với chiều dài tối đa từ 50 đến 100 feet (12.7 đến 25.4 m) và tốc độ truyền dữ liệu từ 20kb/s đến 115kb/s Chuẩn RS-232 sử dụng đường truyền không cân bằng, với các tín hiệu dựa trên đường mass chung, dẫn đến việc tốc độ và khoảng cách truyền bị giới hạn.

RS-485 có khả năng truyền tín hiệu xa tới 1200m với tốc độ tối đa 10Mbps, nhờ vào việc giảm thiểu sự chênh lệch điện thế trên dây đất giữa bộ truyền và bộ nhận Hệ thống này cho phép kết nối lên đến 32 bộ truyền trên cùng một bus.

Giới thiệu tổng quan các thiết bị sử dụng trong đề tài nghiên cứu

Chức năng của Atmega162

Atmega162 có cấu trúc RISC với:

 131 lệnh,hầu hết đƣợc thực thi trong 1 chu kì xung nhịp

 32x8 thanh ghi đa dụng +Full static operation

 Tốc độ làm việc 16MPIS,với thạch anh 16MHz ĐỒNG HỒ

CÔNG TƠ ĐIỆN MODULE SIM

 Trong chip có 2 chức năng hỗ trợ gỡ rối va lập trình soạn chương trình

 16 KB ISP Flash với khả năng 10.000 lần ghi/xóa

 512Byte EEROM +1KB SRAM ngoại

 Khả năng quét toàn diện theo chuẩn JTAG

 Hỗ trợ lập trình Flash, EEROM,fuse

 Lock bit qua giao tiếp JTAG

 2 timer/counter 8 bit với các mode :so sánh và chia tần số

 1 timer/counter 16 bit với các mode:so sánh,chia tần số

 1 timer thời gian thực(Real time clock) với bộ dao động riêng biệt

 Bộ giao giao tiếp nối tiếp lập trình đƣợc USART +Giao tiếp SPI

 Lập trình đếm thời gianvới bộ dao động trên chip riêng biệt

 So sánh Analog trên chip

Những thuộc tính đặc biệt:

 Reset nguồn và dò dòng điện ra

 Chế độ hiệu chính bộ sai số cho bộ dao động RC trên chip

 Các chế độ ngắt ngòai và trong đa dạng

 5chế nghỉ: rỗi, tiết kiệm điện lƣợng, giảm bớt điện năng, chế độ chờ, chế độ chờ mở rộng

Cấu trúc của ATmega162

Hình 3.2: Sơ đồ chân của ATmega162

Hình 3.3: Cấu trúc của ATmega162

Atmega162 là một vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC, cho phép thực hiện mỗi lệnh trong vòng một chu kỳ xung clock Với khả năng đạt tốc độ 1MIPS trên mỗi MHz, Atmega162 xử lý lệnh nhanh chóng và tiêu thụ năng lượng thấp, mang lại hiệu suất cao cho các ứng dụng.

 Port A (PA0-PA7): gồm các chân từ 32 ÷ 29

Cổng A là một cổng hai chiều S-bit với điện trở kéo lên bên trong cho mỗi bit Bộ đệm đầu ra của nó có chế độ sink và nguồn đối xứng Khi các chân Port A được sử dụng làm đầu vào với mức tích cực thấp, chúng sẽ cấp dòng khi điện trở kéo lên được kích hoạt Trong trạng thái reset, các chân tín hiệu của Port A có ba trạng thái khác nhau, ngay khi bộ phát xung clock không hoạt động.

 Port B (PB0-PB7): gồm các chân từ 1 ÷ 8

Cổng B là cổng vào/ra hai chiều 8 bit với điện trở kéo lên bên trong cho mỗi bit Bộ đệm đầu ra của cổng này có chế độ sink và nguồn đối xứng Khi các chân Port B được sử dụng làm đầu vào với mức tích cực thấp, chúng sẽ cung cấp dòng điện khi điện trở kéo lên được kích hoạt Tín hiệu của Port B có ba trạng thái khi trạng thái reset được kích hoạt và bộ phát xung clock không hoạt động.

 Port C (PC0-PC7): gồm các chân từ 21 ÷ 28

Cổng C là cổng vào/ra hai chiều 8 bit với điện trở kéo lên bên trong cho mỗi bit Bộ đệm đầu ra có chế độ sink và source, cho phép các chân Port C hoạt động như đầu vào với mức tích cực thấp, cấp dòng khi điện trở kéo lên được kích hoạt Khi trạng thái reset được kích hoạt, chân tín hiệu của Port B có ba trạng thái, và nếu giao diện JTAG được cho phép, các điện trở treo của chân PC4 (TCK), PC5 (TMS), và PC7 (TDI) sẽ hoạt động.

 Port D (PD0-PD7): gồm các chân từ 10 ÷ 17

Cổng D là cổng vào/ra hai chiều 8 bit với điện trở kéo lên bên trong cho mỗi bit, có khả năng hoạt động ở cả chế độ sink và nguồn Khi các chân Port D được sử dụng làm đầu vào, mức tích cực được đặt là thấp, cho phép dòng chảy khi điện trở kéo lên bên trong được kích hoạt Ngoài ra, các chân tín hiệu của Port B có ba trạng thái khi trạng thái reset được kích hoạt, ngay cả khi bộ phát xung clock không hoạt động.

 Port E (PD0-PD2): gồm các chân từ 29 ÷ 31

Cổng E là cổng vào/ra hai chiều 3 bit với điện trở kéo lên bên trong cho mỗi bit Bộ đệm đầu ra có chế độ sink và nguồn đối xứng Các chân Port E hoạt động như đầu vào với mức tích cực là thấp, cung cấp dòng khi điện trở kéo lên được kích hoạt Port B có ba trạng thái tín hiệu khi trạng thái reset được kích hoạt, ngay cả khi bộ phát xung clock không hoạt động.

Để kích hoạt trạng thái reset, cần có một mức tích cực thấp kéo dài hơn chiều dài xung nhọn nhất, ngay cả khi bộ phát xung clock không hoạt động Những xung ngắn hơn không đảm bảo việc kích hoạt trạng thái reset.

Chân XTAL1 (chân 19): là đầu vào cua bộ khuếch đại phát xung ngƣợc và là đầu vào cùa mạch điều khiển bộ phát xung clock bên trong

Chân XTAL2 (chân 18): là đầu ra cùa bộ khuếch đại phát xung ngƣợc.

Một Số modum của ATmegal62

Vi điều khiển Atmega64 có 32 chân vào ra, chia thành bốn nhóm 8 bit, với khả năng định hướng cho từng cổng là vào (input) hoặc ra (output) Tất cả các cổng vào ra của AVR đều hỗ trợ tính năng Đọc-Chỉnh sửa-Ghi (Read-Modify-Write), cho phép thay đổi hướng của một chân mà không ảnh hưởng đến các chân khác Mỗi chân của các cổng đều có điện trở kéo lên (pull-up) riêng, có thể được kích hoạt hoặc không, giúp thiết kế các mạch điện tử logic hiệu quả hơn Điện trở kéo lên được kết nối với nguồn điện áp dương (Vcc hoặc Vdd) và tín hiệu vào/ra.

Điện trở kéo lên đóng vai trò quan trọng trong mạch logic, được lắp đặt tại các lối vào ra để thiết lập mức logic khi không có thiết bị kết nối Ngoài ra, chúng cũng có thể được sử dụng tại các giao diện giữa hai khối mạch logic khác loại, đặc biệt khi chúng được cấp nguồn khác nhau.

Các cổng vào ra số của vi điều khiển, bao gồm Port A, Port B và Port C, có tính chất tương tự nhau, do đó chỉ cần khảo sát một cổng là đủ Mỗi cổng được liên kết với ba thanh ghi: PORTx, DDRx và PINx (với X thay thế cho A, B hoặc C) Ba thanh ghi này phối hợp với nhau để điều khiển hoạt động của cổng, chẳng hạn như thiết lập cổng thành lối vào với điện trở pull-up Dưới đây là vai trò của ba thanh ghi này.

Thanh ghi DDRx là một thanh ghi 8 bit cho phép đọc và ghi, có chức năng điều khiển hướng của cổng PORTx (cổng vào hoặc cổng ra) Khi một bit trong thanh ghi này được thiết lập, bit tương ứng trên PORTx sẽ được xác định là cổng ra.

Ngược lại nếu như bit đó không được set thi bit tương úng trên PORTx được định nghĩa là cổng vào

DDA7 DDA6 DDA5 DDA4 DDA3 DDA2 DDA1 DDA0 DDRA

Thanh ghi PORTx là một thanh ghi 8 bit cho phép đọc và ghi dữ liệu, đóng vai trò là thanh ghi dữ liệu cho cổng Px Khi cổng được định nghĩa là cổng ra, việc ghi một bit vào thanh ghi này sẽ làm cho chân tương ứng trên cổng đó có mức logic tương ứng.

Khi cổng được xác định là cổng vào, thanh ghi sẽ chứa dữ liệu và điện trở kéo lên (pull-up) của chân tương ứng sẽ được kích hoạt Sau khi khởi động Vi điều khiển, thanh ghi này sẽ có giá trị là 0x00.

Thanh ghi PINx là một thanh ghi 8 bit dùng để chứa dữ liệu đầu vào từ PORTx, nhưng chỉ có thể được đọc khi PORTx được cấu hình là cổng vào, không thể ghi dữ liệu vào thanh ghi này.

PINA7 PINA6 PINA5 PINA4 PINA3 PINA2 PINA1 PINA0 PINA

AVR Atmega16 Memories

AVR có 2 không gian bộ nhớ chính là bộ nhớ dữ liệu vào bộ nhớ chương trình

Ngoài ra Atmegal6 còn có thêm bộ nhớ EEPROM để lưu trữ dữ liệu

Bộ nhớ chương trình (bộ nhớ Flash)

Bộ nhớ Flash 16Kb của Atmegal6 dùng để lưu trữ chương trình Do các lệnh của

AVR có độ dài 16 hoặc 32 bit, với bộ nhớ Flash được tổ chức theo kiểu 8Kx16 Bộ nhớ Flash này được chia thành hai phần: một phần dành cho chương trình boot và phần còn lại cho chương trình ứng dụng.

Bộ nhớ dữ liệu SRAM

1120 ô nhớ được sử dụng để định địa chỉ cho file thanh ghi, bộ nhớ I/O và bộ nhớ dữ liệu SRAM nội Trong số đó, 96 ô nhớ đầu tiên được dùng để định địa chỉ cho file thanh ghi và bộ nhớ I/O.

1024 ô nhớ tiếp theo định địa chỉ cho bộ nhớ SRAM nội

Hình 3.4: Bản đồ bộ nhở dữ liệu SRAM

Bộ nhớ dữ liệu EEPROM là loại bộ nhớ có khả năng ghi và xóa dữ liệu trong khi vi điều khiển đang hoạt động, đồng thời không mất dữ liệu khi mất nguồn điện Nó tương tự như ổ cứng máy tính, với vi điều khiển Atmega16 có dung lượng EEPROM 512 byte, cho phép thao tác đọc/ghi từng byte EEPROM được coi là bộ nhớ vào ra với địa chỉ độc lập so với SRAM, yêu cầu sử dụng các lệnh in và out để truy xuất Để điều khiển dữ liệu vào ra với EEPROM, cần sử dụng ba thanh ghi cụ thể.

Thanh ghi EEAR (EEARH và EEARL )

EEAR là thanh ghi 16 Bit có chức năng lưu trữ địa chỉ của các ô nhớ trong EEPROM, được cấu thành từ hai thanh ghi 8 bit là EEARH và EEARL.

- - - - EERIE EEMWE EEWE EERE EECR

Thanh ghi điều khiển EEPROM có giá trị khởi đầu là 0 0 0 0 0 0 X 0, trong đó chỉ sử dụng 4 bit đầu tiên và 4 bit cuối được giữ lại cho mục đích dự trữ Dưới đây là chức năng của từng bit trong thanh ghi này.

+ Bit 3- EERIE: EEPROM(Ready Interrup Enable): Đây là bit cho phép

EEPROM ngắt CPU, khi bit này đƣợc set thành 1 và ngắt toàn cục dƣợc cho phép

(bằng cách set bit 1 trong thanh ghi SREG lên 1) thì EEPROM sẽ tạo ra 1 ngắt với

Khi bit EEWE trong CPU được xoá, điều này có nghĩa là các ngắt sẽ được cho phép nếu bit 1 trong thanh ghi SREG và bit EERIE trong thanh ghi EECR được thiết lập thành 1 Sau khi quá trình ghi vào ROM hoàn tất, một ngắt sẽ được tạo ra cho CPU, và chương trình sẽ nhảy đến vectơ ngắt có địa chỉ 002C để thực hiện chương trình phục vụ ngắt (ISR) Ngược lại, khi bit EERIE là 0, ngắt sẽ không được cho phép.

Bit EEMWE (Master Write Enable) trong EEPROM cho phép CPU ghi dữ liệu từ thanh ghi EEDR vào EEPROM khi cả hai bit EEMWE và EEWE đều bằng 1 Địa chỉ ô nhớ cần ghi được lưu trong thanh ghi EEAR Nếu bit EEMWE là 0, việc ghi vào EEPROM sẽ không được phép Bit EEMWE sẽ tự động bị xoá bởi phần cứng sau 4 chu kỳ máy.

Bit EEWE trong EEPROM đóng vai trò như một bit cờ và cũng là bit điều khiển quá trình ghi dữ liệu Khi bit EEMWE được set lên 1, việc thiết lập bit EEWE lên 1 sẽ khởi động quá trình ghi dữ liệu vào EEPROM, và trong suốt quá trình này, bit EEWE sẽ luôn giữ giá trị 1 Sau khi ghi dữ liệu hoàn tất, phần cứng tự động đặt lại bit này về 0 Trước khi ghi dữ liệu, cần kiểm tra bit EEWE để đảm bảo không có quá trình ghi nào khác đang diễn ra Sau khi đọc dữ liệu từ EEPROM, bit EERE cũng sẽ được tự động xóa bởi phần cứng Lưu ý rằng nếu EEPROM đang trong quá trình ghi, dữ liệu không thể được đọc Khi bắt đầu đọc dữ liệu, CPU sẽ tạm dừng 4 chu kỳ máy trước khi thực hiện lệnh tiếp theo.

→ Tóm lại để ghi vào EEPROM ta cần thực hiện các bước sau:

+ Chờ cho bit EEWE về 0

+ Cấm tất cả các ngắt

+ Ghi địa chỉ vào thanh ghi EEAR

+ Ghi dữ liệu mà ta cần ghi vào EEPROM vào thanh ghi EEDR

+ Cho phép các ngắt trở lại

Nếu 1 ngắt xảy ra giữa bước 5 và 6 sẽ làm hỏng quá trình ghi vào EEPROM bởi vì bit EEMWE sau khi set lên 1 chỉ được giữ trong 4 chu kỳ máy, chương trình ngắt sẽ làm hết thời gian (Time out) duy trì bit này ở mức 1

Để đảm bảo tính chính xác khi ghi dữ liệu vào EEPROM, cần phải tắt ngắt trước khi thực hiện các bước 3, 4, 5, 6, vì ngắt có thể làm thay đổi các thanh ghi EEAR và EEDR Ngoài ra, việc ghi dữ liệu cũng có thể gặp rủi ro nếu nguồn điện (Vcc) quá thấp Đối với việc đọc dữ liệu từ EEPROM, quy trình đơn giản hơn ghi dữ liệu, bao gồm các bước: chờ cho bit EEWE về 0, ghi địa chỉ vào thanh ghi EEAR, và đặt bit EERE lên 1.

Bộ Định thời (Timer/ Counter )

Là một modum định thời/đếm 8bit, có đặc điểm sau:

+ Xoá bộ định thời khi trong mode so sánh( tự động nạp)

+ Bộ đếm sự kiẹn ngoài

+ Nguồn ngắt tràn bộ đếm và so sánh

Các thanh ghi TCNTO và OCRO là thanh ghi 8 bit, trong khi các tín hiệu yêu cầu ngắt được lưu trữ trong thanh ghi TIFR Đặc biệt, các ngắt có thể bị che bởi thanh ghi TIMSK.

Bộ định thời có thể sử dụng xung clock nội hoặc xung clock ngoài thông qua chân TO Khối chọn xung clock quyết định nguồn xung nào sẽ được sử dụng để tăng giá trị của bộ định thời/bộ đếm Ngõ ra của khối chọn xung clock được xem là xung clock chính của bộ định thời.

Phần chính của bộ định thời 8 bit là 1 đơn vị song hướng có thể lập trình được

Count: tăng hay giảm TCNT01

Direction: lựa chọn giữa đếm lên và đếm xuống

Clear: xoá thanh ghi TCNTO

Clkto : xung clock của bộ định thời

TOP: báo hiệu bộ định thời đã tăng đến giá trị lớn nhất

BOTTOM : báo hiệu bộ đinh thời đã giảm đến giá trịnhỏ nhất( 0 ) Đơn vị so sánh ngõ ra

Bộ so sánh 8 bit liên tục thực hiện việc so sánh giá trị TCNTO với giá trị trong thanh ghi so sánh ngõ ra (OCRO) Khi giá trị TCNTO trùng với OCRO, bộ so sánh sẽ phát tín hiệu, đặt cờ so sánh ngõ ra (OCFO) thành 1 trong chu kỳ xung clock tiếp theo Nếu cờ OCIEO được kích hoạt (OCIEO=1), cờ OCFO sẽ tạo ra một ngắt được thực thi.

Hình 3.6: Sơ đồ so sánh ngõ ra Thanh ghi điều khiển bộ định thời/bộ đếm TCCRO

FOC0 WGM00 COM01 COM00 WGM01 CS02 CS01 CS00 EECR

+ Bit 7- FOCO: so sánh ngõ ra bắt buộc

Bit WGM00 chỉ định chế độ làm việc không có PWM và chỉ có hiệu lực khi nó được đặt thành 1 Khi bit này được kích hoạt, một tín hiệu so sánh bắt buộc sẽ xuất hiện trong đơn vị tạo dạng sóng.

+ Bit 6, 3- WGM01, WGM00: chế độ tạo dang song

Các bit này quản lý thứ tự đếm của bộ đếm, cung cấp giá trị lớn nhất (TOP) cho bộ đếm và xác định kiểu tạo dạng sóng sẽ được sử dụng.

+ Bit 5, 4- COMOl, COMOO: chế độ báo hiệu so sánh ngồ ra

Các bit này điều khiển hoạt động của chân oco Nếu 1 hoặc cả 2 bit COMOl và COMOO đƣợc đặt lên 1, ngõ ra oco sẽ hoạt động

+ Bit 2, 0- CS02, csoo: chọn xung đồng hồ

Ba bit này dùng để lựa chọn nguồn xung cho bộ định thời/ bộ đếm

Bảng 3.1: Bảng chức năng của Bit CS0X

Thanh ghi bộ định thời/ bô đếm

Thanh ghi bộ định thời/ bộ đếm cho phép truy cập trực tiếp (cả đọc và ghi) vào bộ đếm 8 bit

Thanh ghi so sánh ngõ ra - OCRO

Thanh ghi này chứa 1 giá trị 8 bit và lien tục đƣợc so sánh với giá trị của bộ đếm

Thanh ghi mặt nạ ngắt

+ Bit 1 - OCIEO: cho phép ngắt báo hiệu so sánh

+ Bit 0- TOIEO:cho phép ngăt tràn bộ đếm

Thanh ghi cờ ngắt bộ định thời

OCF2 TOV2 ICF2 OCF1A OCF1B TOV2 OCF1 TOV0 TIFR

+Bit 1- OCFO: cờ so sánh ngõ ra0

+Bit 0- TOVO: cờ tràn bộ đếm

Bit TOVO được kích hoạt khi bộ đếm bị tràn và sẽ bị xóa bởi phần cứng khi vectơ ngắt tương ứng được thực hiện Ngoài ra, bit này cũng có thể được xóa thông qua phần mềm.

Interrup (Ngắt)

Ngắt là tín hiệu khẩn cấp gửi đến bộ xử lý, yêu cầu tạm ngừng các hoạt động hiện tại để thực hiện nhiệm vụ khẩn cấp gọi là trình phục vụ ngắt (ISR) Sau khi hoàn thành nhiệm vụ trong ISR, bộ đếm chương trình sẽ được khôi phục về giá trị trước đó, cho phép bộ xử lý tiếp tục các nhiệm vụ còn dang dở Ngắt có mức độ ưu tiên xử lý cao nhất và thường được sử dụng để xử lý các sự kiện bất ngờ mà không tốn quá nhiều thời gian Các tín hiệu ngắt có thể phát sinh từ thiết bị bên trong chip, như ngắt báo bộ đếm timer/counter tràn, hoặc từ các tác nhân bên ngoài, như khi có một nút bấm được nhấn hoặc một gói dữ liệu đã được nhận.

Ngắt là một trong hai kỹ thuật cơ bản để “bắt” sự kiện, bên cạnh hỏi vòng (Polling) Khi thiết kế một mạch điều khiển thực hiện nhiều nhiệm vụ như nhận thông tin từ người dùng qua các nút bấm hoặc bàn phím, xử lý thông tin và hiển thị trạng thái trên LCD, việc nhận thông tin người dùng thường xảy ra không thường xuyên nhưng lại rất khẩn cấp Nếu sử dụng Polling, bạn sẽ phải viết một đoạn chương trình để liên tục kiểm tra trạng thái của các nút bấm, dẫn đến việc lãng phí thời gian thực thi Giải pháp hiệu quả hơn là sử dụng ngắt, kết nối các nút bấm với đường ngắt của chip và sử dụng chương trình Input() làm trình phục vụ ngắt (ISR) Nhờ đó, Input() chỉ được gọi khi người dùng nhấn nút, giúp tiết kiệm thời gian và tối ưu hóa hiệu suất chương trình.

Mỗi dòng chip có số lượng ngắt khác nhau, và mỗi ngắt tương ứng với một vector ngắt, là các thanh ghi có địa chỉ cố định trong bộ nhớ chương trình Chẳng hạn, vector ngắt ngoài 0 (external interrupt 0) của chip atmega8 có địa chỉ 0x001 Khi chương trình chính đang chạy, nếu có sự kiện dẫn đến ngắt ở chân INT0, bộ đếm chương trình sẽ nhảy đến địa chỉ 0x001 Tại đây, nếu có lệnh RJMP đến trình phục vụ ngắt (như ISR1), bộ đếm chương trình sẽ tiếp tục đến ISR1 để thực thi Sau khi hoàn thành ISR1, bộ đếm chương trình sẽ quay lại vị trí trước đó trong chương trình chính, kết thúc quá trình ngắt Mặc dù không bắt buộc, việc tổ chức chương trình ngắt theo cách này sẽ giúp tránh lỗi liên quan đến địa chỉ chương trình.

Hình 3.8: Vector ngắt và Reset chip ATmega16

USART

USART là bộ truyền nhận nối tiếp phổ biến, hỗ trợ cả chế độ đồng bộ và bất đồng bộ, được sử dụng để giao tiếp giữa vi điều khiển và các thiết bị khác Trong việc truyền dữ liệu, có hai chế độ chính: chế độ nhận đồng bộ (synchronous) và chế độ nhận bất đồng bộ (asynchronous) Bên cạnh đó, về mặt phần cứng, dữ liệu có thể được truyền nhận theo kiểu nối tiếp và song song.

Truyền đồng bộ là phương thức truyền dữ liệu trong đó bộ truyền và bộ nhận sử dụng chung một xung đồng hồ, cho phép hoạt động truyền và nhận diễn ra đồng thời Xung clock đóng vai trò là tín hiệu đồng bộ cho hệ thống, bao gồm cả khối truyền và khối nhận Ưu điểm của truyền đồng bộ là tốc độ nhanh và tính phù hợp khi truyền dữ liệu khối lớn.

Truyền bất đồng bộ là phương thức truyền dữ liệu trong đó bộ truyền và bộ nhận có bộ xung riêng, với tốc độ xung clock có thể khác nhau nhưng thường không vượt quá 10% Vì không sử dụng chung xung clock, để đồng bộ quá trình truyền và nhận dữ liệu, các bit đồng bộ như Start và Stop được truyền cùng với các bit dữ liệu Bộ truyền và bộ nhận dựa vào các bit này để xác định thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình truyền hoặc nhận dữ liệu, do đó hệ thống này còn được gọi là hệ thống truyền “tự đồng bộ”.

Hình 3.9: Sơ đồ khối bộ USART

Sơ đồ khối bộ ƢSART đƣợc chia làm ba phần chính khối tạo xung

1 Bộ tạo xung clock : có chức năng thiết lập tốc độ Baud Bộ truyền bao gồm 1 thanh ghi đệm và một thanh ghi dịch, việc ghi dữ liệu vào bộ đếm cho phép quá trình truyền liên tục mà không có độ rẽ giữa các khung Bộ nhận có cấu tạo phức tạp, nó bao gồm việc kiểm tra chẵn lẻ, điều khiến logic, thanh ghi dịch, đồng thới nó có 2 cấp độ trong bộ đếm nhận Ngoài việc định dạng khung nhƣ bộ truyền thì bộ nhận có khả năng phát hiện lỗi khung, lỗi chẵn lẻ, lỗi tràn dữ liệu

Đơn vị tạo xung đồng hồ bao gồm các tín hiệu txclk và rxclk, với txclk là xung đồng hồ cho bộ truyền và rxclk cho bộ nhận Tín hiệu xcki từ chân XCK được sử dụng cho truyền đồng bộ Master, trong khi tín hiệu xcko cung cấp xung đồng hồ ra tới chân XCK, phục vụ cho hoạt động truyền đồng bộ của slave.

Fose: tần số tử chân XTAL

2 Định dạng khung: Trong chế độ truyền không đồng bộ, khung dữ liệu truyền đi không có l tín hiệu clock để đồng bộ hoá dữ liệu (vì thế mà gọi là không đồng bộ), quá trình đồng bộ hoá giữa bộ thu và bộ phát đƣợc thực hiện nhờ các bit đồng bộ là start bit và stop bit Một khung nối tiếp bao giờ cũng đƣợc đinh dạng theo thứ tự 1 start bit, các bit giữ liệu (data bit) 1 bit pairty tuỳ chọn phục vụ lỗi kiếm lỗi và kết thúc bằng 1 hoặc 2 stop bit

Hình 3.11: Định dạng khung truyền St: bit start ( mức thấp )

Sp: bit stop (mức cao)

IDLE: không có dữ liệu truyền (mức cao trong suốt thời gianidle)

3 USART chấp nhận các định dạng khung sau:

1 start bit (luôn có mức logic thấp, gọi là space)

Không có, hoặc 1 bit parity chẵn/lẻ

1 hoặc 2 stop bit (luôn có mức lôgic cao, gọi là mark)

Quá trình truyền dữ liệu nối tiếp từ MCU được khởi tạo khi dữ liệu được ghi vào thanh ghi đệm UDR Dữ liệu sau đó được chuyển đến thanh ghi dịch bộ phát, nơi nó sẽ được truyền đi khi sẵn sàng Các bit start và stop được thêm vào khung dữ liệu theo thiết lập từ thanh ghi điều khiển bộ phát, cùng với bit thứ 9 (nếu có) từ TXB8 trong thanh ghi UCSRB Khi thanh ghi dịch hoàn tất việc truyền dữ liệu qua chân TxD, nó sẽ sẵn sàng nhận dữ liệu mới khi ở trạng thái rỗi hoặc ngay sau khi bit stop cuối cùng được truyền Dữ liệu được truyền ra ngoài theo thứ tự LSB trước, rồi đến MSB.

ATmega sử dụng chân RxD (PDO) để nhận dữ liệu nối tiếp từ bên ngoài thông qua thanh ghi dịch Quá trình thu thập dữ liệu bắt đầu khi phát hiện bit Start, và khi bit Stop đầu tiên được nhận, dữ liệu sẽ được chuyển đến thanh ghi UDR (bộ đệm dữ liệu bộ thu) mà không bao gồm các bit Start và Stop, sau đó được đưa vào CPU theo dạng song song.

1 Thanh ghi vào/ra dữ liệu (UDR): Các thanh ghi đệm dữ liệu của bộ thu và bộ phát của USART cùng chia sẻ vùng địa chỉ I/O đƣợc tham chiếu là thanh ghi dữ liệu UDR Khi viết vào UDR thì nó thể hiện nhƣ là một bộ đệm truyền, còn khi đọc dữ liệu từ UDR thì nó lại thế hiện nhƣ một bộ đệm nhận Đối với các bit 5,6 và 7, các bit không dùng sẽ bị bỏ qua bởi bộ đệm truyền và đƣợc đọc là 0 bởi bộ đệm nhận

Bộ đệm truyền chỉ có thể được ghi khi cờ UDRE trong thanh ghi UCSRA được thiết lập Nếu dữ liệu được ghi vào UDR khi cờ UDRE không được set, dữ liệu đó sẽ bị bỏ qua Khi dữ liệu được ghi vào bộ đệm truyền và bộ đệm này được kích hoạt, nó sẽ tải dữ liệu vào thanh ghi dịch truyền nếu thanh ghi này đang rỗng.

Bộ đệm thu bao gồm hai mức FIFO, với hai thanh ghi hoạt động như một bộ đệm vòng FIFO Trạng thái của FIFO sẽ thay đổi khi bộ đệm nhận được truy cập Các cờ lỗi (FE và DOR) cùng với bit dữ liệu thứ 9 (RXB8) được đệm cùng với dữ liệu trong bộ đệm nhận, do đó, các bit trạng thái cần được đọc trước khi thanh ghi UDR được truy cập.

2 Thanh ghi điều khiển và trạng thái A (UCSRA)

Bit 7 - RXC: Cờ RXC (USART Receive Complete) được thiết lập khi có dữ liệu chưa được đọc trong bộ đệm nhận hoặc khi bộ đệm nhận đã đầy Cờ này sẽ được xóa khi bộ đệm nhận trở nên rỗng RXC có thể được sử dụng để phát ra một ngắt thông báo đã nhận dữ liệu hoàn tất.

Bit 6-TXC: Cờ Transmit Complete (TXC) được thiết lập khi quá trình truyền dữ liệu hoàn tất, đánh dấu thời điểm kết thúc một khung gửi đi Cờ TXC có thể được sử dụng để phát ra một ngắt khi quá trình truyền hoàn thành.

Bit 5-UDRE, or USART Data Register Empty, is set when the transmit data register (transmission buffer) is empty and ready to receive new data This flag can also be used to trigger an interrupt.

3 Thanh ghi điều khiển và trạng thái B (UCSRB)

4 Thanh ghi điều khiển và trạng thái c (UCSRC)

+ Bit 7-URSEL: Register Select Bit này chọn việc truy nhập vào UCSRC hoặc UBRRH Nếu URSEL =1 thì sẽ chọn làm việc với UCSRC,URSEL phải đƣợc viết là

1 khi thực hiện viết UCSRC

+ Bit 6 - UMSEL: USART Mode Select Bit này dùng để chọn giữa chế độ hoạt động đồng bộ (UMSEL = 1) hay không đồng bộ (UMSEL= 0)

5 Thanh ghi tốc độ Baud (UBRRL và UBLLH).:

+ Bit 15 - URSEL: Register Select Làm việc với UBRRH.OURSEL = 0

+ Bit 14:12 - Reserved Bits Các bit này dành cho các ứng dụngtương lai

+ Bit 11:0 - UBRR11:0: USART Baud Rate Register Đây là thanh ghi 12 bit chứa tốc độ baud của USART, UBRRH chứa 4 bit cao nhất và UBBRRL chứa 8 bit thấp còn lại

IC MAX232

Thiết kế mạch

Định dạng
Số trang	100
Dung lượng	6,04 MB