MỤC LỤC

PHẦN NỘI DUNG.. 5

CHƯƠNG DẪN NHẬP. 6

1.1      ĐẶT VẤN ĐỀ.. 6

1.2      TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI. 6

1.3      NỘI DUNG ĐỀ TÀI. 7

1.4      MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI. 7

1.5      ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.. 7

1.6      LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU.. 7

CHƯƠNG 2     TỔNG QUAN VỀ MẠNG INTERNET. 8

2.1      Giới thiệu: 8

2.2      Hoạt động của mạng internet 8

2.3      Kết Nối Internet. 10

2.4      Giao Thức TCP/IP: 10

2.5      Công  Nghệ Ethernet: 13

CHƯƠNG 3  KHẢO SÁT LINH KIỆN.. 15

3.1      Vi điều khiển 18F4680. 15

3.2      ENC28J60. 28

Chương 4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ.. 33

4.1      KHỐI NGUỒN.. 33

4.2      KHỐI VI XỬ LÝ VÀ ETHERNET. 34

4.3      KHỐI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ. 35

4.4      NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.. 35

4.5      MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG INTERNET. 36

4.6      LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT. 40

TỔNG KẾT. 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 33

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG DẪN NHẬP

 

1.1ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, các thiết bị điện tử và tự động hóa có mặt ở khắp nơi, chúng ta dễ dàng bắt gặp trong tất cả các lĩnh vực, từ những ứng dụng đặc biệt trong công nghiệp cho đến những sản phẩm dân dụng. Ban đầu, việc giám sát từ xa thông qua một hệ thống gồm các phần tử nối với nhau bằng dây dẫn với các chuẩn truyền thông phổ biến như RS-232, RS-485 và các chuẩn công nghiệp như ProfiBus. Tuy nhiên, việc mở rộng phạm vi điều khiển (tức số lượng các phần tử) của mô hình này khá khó khăn, và đặc biệt là khoảng cách điều khiển thì rất hạn chế.

Sự ra đời của công nghệ truyền thông với giao thức TCP/IP đã làm thay đổi

hoàn toàn suy nghĩ cũng như phạm vi ứng dụng của thiết bị giám sát từ xa. Mô hình

mạng phổ biến đó là mạng nội bộ LAN (Local Area Network) và mạng diện rộng WAN (Wide Area Network), gọi chung là mạng Ethernet đã cho phép mở rộng dễ dàng phạm vi giám sát và quy mô của hệ thống. Không những thế, trong mạng Ethernet, có thể gắn nhiều thiết bị đầu cuối khác nhau có cùng giao tiếp thông qua cổng truyền thông ethernet như máy tính, máy in, camera, .. do đó, việc vận hành và giám sát trở nên cực kỳ dễ dàng.

Với đề tài “Điều khiển thiết bị từ xa qua mạng ineternet”  tôi mong xây dựng các hệ thống điều khiển, giám sát và điều khiển  với khoảng cách không giới hạn.

1.2TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay, kỹ thuật điện-điện tử phát triển khá mạnh mẽ, cùng với sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin và công nghệ viễn thông, đã thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế toàn cầu làm tiền đề cho các lĩnh vực phát triển. Đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa hay điều khiển thiết bị từ xa.

            Hiện nay có rất nhiều phương thức điều khiển từ xa, chẳng hạn như: điều khiển bằng tia hồng ngoại hay sóng vô tuyến…nhưng các phương pháp này phụ thuộc khoảng cách, chỉ có tác dụng trong một phạm vi hẹp.

Vì vậy, đề tài này không những là một thực tại khách quan mà nó còn đóng vai trò đăc biệt quan trọng thực sự ở hiện tại cũng như trong tương lai sau này.

            Do đó, việc điều khiển thiết bị qua mạng internet là một nhu cầu hết sức cần thiết và đây chính là lý do mà nhóm nghiên cứu quyết định chon đề tài này.

 

1.3NỘI DUNG ĐỀ TÀI

     Với khoảng thời gian thực hiện đề tài 4 tuần, chọn nội dung của đề tài như sau:

- Tìm hiểu cấu trúc mạng Internet.

- Thi công bảng mạch.

- Tìm hiểu giao diện web.

1.4 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài này nhằm giúp người học:

-  Tăng khả năng tự nghiên cứu cũng như tự học.

-  Bước đầu tiếp xúc với thực tế.

- Vận dụng những kiến thức đã có đồng thời tìm tòi những kiến thức mới để hiểu sâu sắc hơn trong lĩnh vực này.

Để thiết kế được một hệ thống như đã nêu ở trên thì người nghiên cứu phải nắm vững kiến thức chuyên ngành điện tử, tìm hiểu, nghiên cứu qua sách vở, tài liệu nước ngoài và dạng mạch thực tế để thi công phần cứng.

 

1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

     - Tìm hiểu vi điều khiển PIC 18F4680.

     - Tìm hiểu phương pháp lập trình nhúng trang web vào vi xử lý 18F4680.

     - Tìm hiểu IC giao tiếp Ethetnet ENC28J60.

- Nghiên cứu phương thức điều khiển cũng như giao tiếp giữa pic và ENC28J60.

 - Thi công một mạch đơn giản điều khiển thiết bị

1.6LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU

     Để thực hiện đề tài này nhóm sinh viên đã kết hợp sử dụng nhiều phương pháp và phương tiện hỗ trợ gồm có:

     - Tham khảo tài liệu: kỹ thuật xung, kỹ thuật số, điện tử căn bản, vi điều khiển….   

- Thực nghiệm.

- Tổng kết kinh nghiệm.

- Phương tiện:  máy vi tính, Internet, thư viện…

 

Kế hoạch nghiên cứu

- Tuần 1: Nhận đề tài và lập đề cương tổng quát.

                      Thu thập tài liệu và lập đề cương chi tiết.

• Tuần 2, 3, 4: Thiết kế thi công và viết báo cáo.

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG INTERNET

2.1Giới thiệu:

Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau. Hệ thống này truyền thông tin theo kiểu nối chuyển gói dữ liệu (packet switching) dựa trên một giao thức liên mạng đã được chuẩn hóa (giao thức IP). Hệ thống này bao gồm hàng ngàn mạng máy tính nhỏ hơn của các doanh nghiệp, của các viện nghiên cứu và các trường đại học, của người dùng cá nhân, và các chính phủ trên toàn cầu. Chúng cung cấp một khối lượng thông tin và dịch vụ khổng lồ trên internet.

Mạng Internet mang lại rất nhiều tiện ích hữu dụng cho người sử dụng, một trong các tiện ích phổ thông của Internet là hệ thống thư điện tử (email), trò chuyện trực tuyến (chat), máy truy tìm dữ liệu (search engine), các dịch vụ thương mãi và chuyển ngân, và các dịch vụ về y tế giáo dục như là chữa bệnh từ xa hoặc tổ chức các lớp học ảo.

Nguồn thông tin khổng lồ kèm theo các dịch vụ tương ứng chính là hệ thống các trang Web liên kết với nhau và các tài liệu khác trong WWW (World Wide Web). Trái với một số cách sử dụng thường ngày, Internet và WWW không đồng nghĩa. Internet là một tập hợp các mạng máy tính kết nối với nhau bằng dây đồng, cáp quang, v.v..; còn WWW, hay Web, là một tập hợp các tài liệu liên kết với nhau bằng các siêu liên kết (hyperlink) và các địa chỉ URL, và nó có thể được truy nhập bằng cách sử dụng Internet.

2.2Hoạt động của mạng internet

1. Các Giao Thức ( Protocols).

Các giao thức là tập các luật mà các máy tính phải tuân theo khi giao tiếp trên  Internet.

• Tranmission Control Protocol (TCP): thiết lập kết nối giữa hai máy tính  để truyền tải dữ liệu, chia dữ liệu thành những gói nhỏ và đảm bảo việc truyền  nhận dữ liệu. TCP là giao thức hướng kết nối (connection-oriented protocol).
• User Datagram Protocol (UDP): thiết lập kết nối nhanh nhưng không chắc chắn giữa các máy tính để truyền tải dữ liệu, cung cấp ít dịch vụ đểkhắc phục lỗi.
• Internet Protocol (IP):  điều chỉnh  đường  đi của những gói dữ liệu  đường  truyền nhận trên Internet. TCP là giao thức phi kết nối (connectionless  protocol).
• HTTP: cho phép trao đổi thông tin trên Internet.
• FTP: cho phép truyền nhận file trên Internet.
• SMTP: cho phép gửi thư điện tử trên Internet.
• POP3: cho phép nhận thư điện tử trên Internet.

TCP/IP được dùng làm giao thức chuẩn khi giao tiếp trên Internet vì nó    độc lập với nền của hệ thống (platform independent) và không có tổ chức nào có quyền sở hữu giao thức này.

1. Địa Chỉ IP ( IP Adress).

Internet là một mạng kết nối rộng lớn giữa các máy tính. Để xác định một máy tính  trên mạng này, người ta dùng một con số gọi là địa chỉ IP. Địa chỉ IP gồm một tập 4  số nhỏ hơn 255 và được ngăn cách bởi các dấu ‘.’. Ví dụ: 41.212.196.197.

1. Mô Hình Khách – Chủ ( Client – Server Model).

Internet dựa trên mô hình khách – chủ (client – server), trong đó dữ liệu được trao đổi thông qua các trang web. Trong mô hình client – server, mỗi máy tính được xác định bởi một địa chỉ Internet protocol (IP) và cả máy tính client, server cùng chấp nhận một giao thức chung để để giao tiếp với nhau.

Trong mô hình khách - chủ, máy khách (client computer) yêu cầu thông tin từ một máy chủ (server). Máy chủ chấp nhận yêu cầu và gửi thông tin về cho máy khách. Việc trao đổi thông tin này được diễn ra thông qua những trang web.

1. Hệ Thống Tên Miền ( DNS- Domain Name System).

Mỗi máy tính trên mạng Internet được xác định bằng địa chỉ IP, nhưng con số này rất  khó nhớ. Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng hệ thống tên miền để đặt tên  cho máy tính. Ví dụ: tên miền www.yahoo.com ứng với địa chỉ IP 216.109.127.28.  request  web page Miền (domain)  ứng với một tập các máy tính trên Internet. Phần mở rộng của tên miền (domain name extension) được dùng để xác định quốc gia hay tổ chức.

2.3Kết Nối Internet.

Để kết nối với Internet cần có một số yêu cầu về phần cứng và phần mềm sau:

• Phần cứng: máy tính, kết nối thông qua đường dây điện thoại hoặc kết nối cáp, modem.
• Phần mềm: kết nối internet, hệ điều hành, giao thức TCP/IP, trình duyệt web.

Các yêu cầu thiết yếu khi kết nối với Internet: kết nối với Internet thông qua một nhà cung cấp Internet (Internet Service Provider), modem, trình duyệt và địa chỉ URL.

2.4Giao Thức TCP/IP:

TCP/IP  là bộ giao  thức cho phép kết nối các hệ  thống mạng không đồng nhất với

nhau. TCP/IP  là  viết  tắt  của Transmission Control Protocol  (Giao  thức Điều Khiển Truyền thông)/Internet Protocol (Giao thức Internet), ngày nay TCP/IP

được sử dụng rộng rãi trong c ác mạng cục bộ cũng như trên mạng Internet toàn cầu. TCP/IP không chỉ gồm 2 giao  thức mà  thực  tế nó  là  tập hợp của nhiều giao  thức. Chúng ta gọi đó là 1 hệ giao thức hay bộ giao thức (Suite Of Protocols).

TCP/IP được xem là giản lược của mô hình tham chiếu OSI với bốn tầng, trong mô hình này là (theo thứ tự từ trên xuống):

+ Tầng ứng dụng (Application Layer)

+ Tầng giao vận (Transport Layer)

+Tầng mạng (Internet Layer)

+ Tầng liên mạng (Network Interface Layer)

Hình 2.1 Kiến trúc TCP/IP

Tần liên mạng (Network Interface Layer): Tầng Liên Mạng có trách nhiệm đưa

dữ liệu tới và nhận dữ liệu từ phương tiện truyền dẫn. Tầng này bao gồm các thiết bị

giao tiếp mạng(Card Mạng và Cáp Mạng) và chương trình cung cấp các thông tin cần

thiết để có thể hoạt động, truy nhập đường truyền vật lý qua thiết bị giao tiếp mạng đó.

Tầng mạng (Internet Layer): Nằm trên tầng liên mạng. Tầng này có chức năng gán

địa chỉ, đóng gói và định  tuyến  (Route) dữ  liệu. Bốn giao  thức quan  trọng nhất  trongtầng này gồm:

IP (Internet Protocol): Có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khi truyền và định tuyến chúng tới đích.

ARP (Address Resolution Protocol): Có chức năng biên dịch địa chỉ IP của máy đích thành địa chỉ MAC (Media Access Control).

ICMP  (Internet Control Message Protocol): Có chức năng  thông báo  lỗi  trong trường hợp truyền dữ liệu bị hỏng.

IGMP (Internet Group Management Protocol): Có chức năng điều khiển truyền đa hướng (Multicast).

Tầng giao vận (Transport Layer): Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa

các máy tính và quy định cách truyền dữ liệu 2 giao thức chính trong tầng này gồm có

hai  giao  thức  chính:  TCP  (Transmission Control  Protocol)  và UDP  (User Datagram Protocol). TCP cung cấp các kênh truyền thông hướng kết nối và đảm bảo truyền dữ liệu một cách tin cậy, nó cung cấp một luồng dữ liệu tin cậy giữa hai trạm, nó sử dụng các cơ chế như chia nhỏ các gói tin của tầng trên thành các gói tin có kích thước thích hợp cho tầng mạng bên dưới, báo nhận gói tin, đặt hạn chế thời gian time-out để đảm bảo bên nhận biết được các gói tin đã gửi đi. TCP thường truyền các gói tin có kích thước lớn và yêu cầu phía nhận xác nhận về các gói tin đã nhận. Do tầng này đảm bảo tính tin cậy, tầng trên sẽ không cần quan tâm đến nữa.

UDP  cung  cấp một dịch  vụ  đơn  giản hơn  cho  tầng ứng dụng. UDP  cung  cấp

kênh truyền thông phi kết nối, nó chỉ gửi các gói dữ liệu từ trạm này tới trạm kia mà

không  đảm  bảo  các  gói  tin  đến  được  tới  đích. Các  ứng  dụng  dùng UDP  thường  chỉ

truyền những gói có kích thước nhỏ, độ tin cậy dữ liệu phụ thuộc vào từng ứng dụng.

Các cơ chế đảm bảo độ tin cậy cần được thực hiện bởi tầng trên.

Tầng ứng dụng (Application Layer): Tầng ứng dụng là tầng trên cùng của mô hình

TCP/IP bao gồm các  tiến  trình và các ứng dụng cung cấp cho người sử dụng để  truy

cập mạng. Một số giao thức thông dụng trong tầng này là:

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao thức cấu hình trạm động.

DNS (Domain Name System): Hệ thống tên miền

SNMP  (Simpe Network Management Protocol): Giao  thức  quản  lý mạng  đơn giản.

FTP (File Transfer Protocol): Giao thức truyền tập tin

TFTP (Trivial File Transfer Protocol): Giao thức truyền tập tin bình thường

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Giao thức truyền thư đơn giản.

2.5Công  Nghệ Ethernet:

Hơn 20 năm trước, Ethernet ra đời mang lại một mạng truyền dữ liệu nối tiếp tốc độ cao; tới nay, nó đã trở thành một chuẩn được chấp nhận khắp thế giới, và là giao thức thống trị các mạng LAN. Hơn 85% kết nối mạng được cài đặt trên thế giới là Ethernet. Tốc độ  truyền dữ  liệu phổ biến nhất của Ethernet  là 10  triệu bit/s (10 Mbps), mặc dù vậy, hầu hết các mạng hiện nay đang được nhanh chóng nâng cấp lên Fast Ethernet với tốc độ 100 Mbps. Ethernet  thường  gắn  với hệ điều  khiển  công nghiệp qua một điều khiển độc lập kết nối với PC hay mạng bằng cáp Ethernet.

Ngày 22  tháng 5 năm 1973, Robert Metcalfe  thuộc Trung  tâm Nghiên  cứu Palto Alto  của  hãng Xerox  –  PARC,  bang California,  đã  đưa  ra  ý  tưởng  hệ  thống  kết  nối mạng máy  tính cho phép các máy  tính có  thể  truyền dữ  liệu với nhau và với máy  in lazer. Lúc này, các hệ thống tính toán lớn đều được thiết kế dựa trên các máy tính trung tâm đắt tiền (mainframe). Điểm khác biệt lớn mà Ethernet mang lại là các máy tính có thể  trao đổi  thông  tin  trực  tiếp  với nhau mà  không  cần qua máy  tính  trung  tâm. Mô hình mới này làm thay đổi thế giới công nghệ truyền thông.

Chuẩn Ethernet  10Mbps  đầu  tiên  được  xuất bản  năm  1980  bởi  sự  phối  hợp  phát triển của 3 hãng : DEC, Intel và Xerox. Chuẩn này có tên DIX Ethernet (lấy tên theo 3 chữ cái đầu của  tên các hãng). Uỷ ban 802.3 của  IEEE đã  lấy DIX Ethernet  làm nền tảng  để  phát  triển. Năm  1985,  chuẩn  802.3  đầu  tiên  đã  ra  đời  với  tên  IEEE  802.3 Carrier  Sense  Multiple  Access  with  Collition  Detection  (CSMA/CD)  Access Method  vesus  Physical  Layer  Specification. Mặc  dù  không  sử  dụng  tên  Ethernet nhưng  hầu  hết mọi  người  đều  hiểu  đó  là  chuẩn  của  công  nghệ  Ethernet. Ngày  nay chuẩn IEEE 802.3 là chuẩn chính thức của Ethernet. IEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công nghệ truyền dẫn khác nhau vì thế có nhiều loại mạng Ethernet. Các chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data Link trong mô hình 7 lớp OSI vì thế đơn vị dữ  liệu mà  các  trạm  trao đổi  với nhau  là  các  khung  (frame). Cấu  trúc  khung Ethernet như sau:

 

Hình 2.2. Cấu trúc khung tin Ethernet

Các trường quan trọng trong phần mào đầu sẽ được mô tả dưới đây:

• preamble: trường này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó  luôn mang giá trị 10101010. Từ nhóm bit này, phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10 Mhz.

• SFD (start frame delimiter): trường này mới thực sự xác định sự bắt đầu của một khung. Nó luôn mang giá trị 10101011.

• Các trường Destination và Source: mang địa chỉ vật lý của các trạm nhận và gửi khung, xác định khung được gửi từ đâu và sẽ được gửi tới đâu.

• LEN: giá trị của trường nói lên độ lớn của phần dữ liệu mà khung mang theo. 

• FCS mang CRC (cyclic redundancy checksum): phía gửi sẽ tính toán trường này trước khi truyền khung. Phía nhận tính toán lại CRC này theo cách tương tự. Nếu hai kết quả trùng nhau, khung được xem là nhận đúng, ngược lại khung coi như là lỗi và bị loại bỏ.

CHƯƠNG 3  KHẢO SÁT LINH KIỆN

3.1Vi điều khiển 18F4680.

1. Sơ lược về Vi điều khiển PIC 18F4680:

• 48 K Flash ROM.
• 3328 Bytes RAM.
• 1024 Bytes EEPROM.
• 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập.
• 2 bộ định thời 8 bits  (Timer 0 và  Timer 2).
• 2 bộ định thời 16 bits (Timer 1 và Timer 3) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài.
• 2 bộ CCP( Capture / Compare/ PWM).
• 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 10 ngõ vào.
• 2 bộ so sánh tương tự (Compartor).
• 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer).
• Một cổng song song 16 bits với các tín hiệu điều khiển.
• Một cổng nối tiếp.
• 15 nguồn ngắt.
• Có chế độ tiết kiệm năng lượng.
• Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP.
• 35 tập lệnh có độ dài 16 bits.
• Tần số hoạt động tối đa 40MHz.

1. Hình Dạng Và Sơ Đồ Chân.

Hình 3.1 Pic 18F4680

1. Sơ Đồ Khối Của Pic18F4680.

Hình 3.2: sơ đồ khối PIC 18F4680

1. Một số điểm đặc biệt của CPU:
   1. Dao động:

Pic18F4680 có khả năng sử dụng một trong 4 loại oscillator, đó là:

     - LP: (low power crystal).

     - XT: thạch anh bình thường                    

     - HS: (high-speed crystal).

 - RC: (resistor/capacitor)

Trong các chế độ LP,XT và HS chúng

ta sử dụng thạch anh dao động nối vào các chân  OSC1 và OSC2 để tạo dao động. Việc lựa chọn tụ trong dao động thạch anh dựa vào bảng sau:

Lưu ý: Tụ có giá trị lớn sẽ tăng tính ổn định của dao động nhưng cũng làm tăng thời gian khởi động.

Chế độ dao động RC được sử dụng như một giải pháp tiết kiệm trong các ứng dụng không cần sự chính xác về thời gian.

Cách tính chu kì máy:

Ví dụ ta sử dụng thạch anh

10Mhz. Khi đó:

Tần số dao động của thạch anh là Fosc = 10Mhz

=> Chu kỳ dao đông của thạch anh là Tosc = 1/Fosc= 1/10*10⁶ (s)

Chu kỳ máy:

T_instruction = 4*Tosc = 4/10*10⁶(s) = 0.4 µs = 400 ns

Interrupts:

PIC18F4585 có nhiều nguồn ngắt khác nhau. Đây là một số ngắt tiêu biểu:

• Ngắt ngoài xảy ra trên chân INT.
• Ngắt do Timer0.
• Ngắt do Timer1.
• Ngắt do Timer2.
• Ngắt do Timer3.
• Ngắt do thay đổi trạng thái trên các chân PortB.
• Ngắt so sánh điện thế.
• Ngắt do Port song song.
• Ngắt USART.
• Ngắt nhận dữ liệu.
• Ngắt truyền dữ liệu .
• Ngắt chuyển đổi ADC.
• Ngắt màn hình LCD.
• Ngắt hoàn tất ghi EEPROM.
• Ngắt module CCP.
• Ngắt Module SSP.

5. Các thanh ghi chức năng ngắt: INTCON,PIE1,PIR1, PIE2,PIR2 (các thanh ghi này sẽ được nghiên cứu ở các phần sau).

1. Tổ Chức Bộ Nhớ

     Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC18F4680 bao gồm bộ nhớ chương trình (Program Memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory).

 * Bộ nhớ chương trình

 Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC18F4585 là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ 48K byte và được phân thành nhiều trang (từ page0 đến page 3) . Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 48*1024 = 49154 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit). Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector). Khicó 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.   

Hình3.3 :tổ chức bộ nhớ 18f4680

* Bộ nhớ dữ liệu

     Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank. Đối với PIC18F4680 bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm16 bank. Mỗi bank có dung lượng 256 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình. Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC18F4585 như sau:

                      

** THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT SFR:

     Đây là các thanh ghi được sử dụng bởi CPU hoặc được dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng được tích hợp bên trong vi điều khiển. Có thể phân thanh ghi SFR làm hai lọai: thanh ghi SFR liên quan đến các chức năng bên trong (CPU) và thanh ghi SRF dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng bên ngoài (ví dụ như ADC, PWM …).

     Thanh ghi STATUS (03h, 83h, 103h, 183h):thanh ghi chứa kết quả thực hiện phép toán của khối ALU, trạng thái reset và các bit chọn bank cần truy xuất trong bộ nhớ dữ liệu.

     Thanh ghi OPTION_REG (81h, 181h): thanh ghi này cho phép đọc và ghi, cho phép điều khiển chức năng pull-up của các chân trong PORTB, xác lập các tham số về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer0.

     Thanh ghi INTCON (0Bh, 8Bh,10Bh, 18Bh):thanh ghi cho phép đọc và ghi, chứa các bit điều khiển và các bit cờ hiệu khi timer0 bị tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT và ngắt interrputon- change tại các chân của PORTB.

     Thanh ghi PIE1 (8Ch): chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của các khối chức năng ngoại vi.

     Thanh ghi PIR1 (0Ch) chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE1.

     Thanh ghi PIE2 (8Dh): chứa các bit điều khiển các ngắt của các khối chức năng CCP2, SSP bus, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM.

     Thanh ghi PIR2 (0Dh): chứa các cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE2.

     Thanh ghi PCON (8Eh): chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ reset của vi điều khiển.

** THANH GHI MỤC ĐÍCH CHUNG GPR:

     Các thanh ghi này có thể được truy xuất trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua thanh ghi FSG (File Select Register). Đây là các thanh ghi dữ liệu thông thường, người sử dụng có thể tùy theo mục đích chương trình mà có thể dùng các thanh ghi này để chứa các biến số, hằng số, kết quả hoặc các tham số phục vụ cho chương trình.

* Stack

     Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là một vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi.

     Khi lệnh CALL được thực hiện hay khi một ngắt xảy ra làm chương trình bị rẽ nhánh, giá trị của bộ đếm chương trình PC tự động được vi điều khiển cất vào trong stack. Khi một trong các lệnh RETURN, RETLW hat RETFIE được thực thi, giá trị PC sẽ tự động được lấy ra từ trong stack, vi điều khiển sẽ thực hiện tiếp chương trình theo đúng qui trình định trước.

     Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 18F4680 có khả năng chứa được 8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng. Nghĩa là giá trị cất vào bộ nhớ Stack lần thứ 9 sẽ ghi đè

lên giá trị cất vào Stack lần đầu tiên và giá trị cất vào bộ nhớ Stack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần thứ 2.

     Cần chú ý là không có cờ hiệu nào cho biết trạng thái stack, do đó ta không biết được khi nào stack tràn. Bên cạnh đó tập lệnh của vi điều khiển dòng PIC cũng không có lệnh POP hay PUSH, các thao tác với bộ nhớ stack sẽ hoàn toàn được điều khiển bởi CPU.

 

1. Các Cổng Xuất Nhập Của Pic18F4680

     Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác với thế giới bên ngoài. Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là cổng xuất nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các chức năng khác để thể hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với thế giới bên ngoài.

     Vi điều khiển PIC18F4585 có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và PORTE.

1. PORT A:

     PORTA (RPA) bao gồm 8 I/O pin. Đây là các chân “hai chiều” (bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được. Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h). Muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA. Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT và các thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS (đối với PORTA là TRISA, đối với PORTB là TRISB, đối với PORTC là TRISC, đối với PORTD là TRISD vàđối với PORTE là TRISE). Bên cạnh đó PORTA còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port).

     Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:

     - PORTA (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong PORTA.

     - TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập.

     - CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh.

     - CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp.

     - ADCON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADC.

1. PORT B:

PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB. Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. PORTB còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0. PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình.

     Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm:

     - PORTB (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB

     - TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhập

     - OPTION_REG (địa chỉ 81h,181h) : điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0.

1. PORT C:

PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISC. Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART.

    Các thanh ghi điều khiển liên quan đến PORTC:

    - PORTC (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong PORTC

    - TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập.

1. PORT D:

PORTD (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISD. PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave Port).

 Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:

   - Thanh ghi PORTD : chứa giá trị các pin trong PORTD.

  - Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập.

1. PORT E:

 PORTE (RPE) gồm 4 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE. Các chân của PORTE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.

Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:

- PORTE : chứa giá trị các chân trong PORTE.

- TRISE : điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP.

 - ADCON1 : thanh ghi điều khiển khối ADC

3.1.6.6 Giao Tiếp Nối Tiếp

     USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) là một trong hai chuẩn giao tiếp nối tiếp.USART còn được gọi là giao diện giao tiếp nối tiếp SCI

(Serial Communication Interface). Có thể sử dụng giao diện này cho các giao tiếp với các

thiết bị ngoại vi, với các vi điều khiển khác hay với máy tính. Các dạng của giao diện USART ngoại vi bao gồm:

     - Bất động bộ (Asynchronous).

     - Đồng bộ_ Master mode.

     - Đồng bộ_ Slave mode.

     PIC16F4680 được tích hợp sẵn bộ tạo tốc độ baud BRG (Baud Rate Genetator) 8 bit hoặc 16bit  dùng cho giao diện USART. BRG thực chất là một bộ đếm có thể được sử dụng cho cả hai dạng đồng bộ và bất đồng bộ và được điều khiển bởi thanh ghi PSBRG. Ở dạng bất đồng bộ, BRG còn được điều khiển bởi bit BRGH ( TXSTA<2>). Ở dạng đồng bộ tác động của bit BRGH được bỏ qua. Tốc độ baud do BRG tạo ra được tính theo công thức sau:

     Trong đó X là giá trị của thanh ghi RSBRG ( X là số nguyên và 0<X<255).

     Các thanh ghi liên quan đến BRG bao gồm:

     - TXSTA (địa chỉ 98h): chọn chế độ đòng bộ hay bất đồng bộ ( bit SYNC) và chọn mức tốc độ baud (bit BRGH).

     - RCSTA (địa chỉ 18h): cho phép hoạt động cổng nối tiếp (bit SPEN).

     - RSBRG (địa chỉ 99h): quyết định tốc độ baud.

     * USART bất đồng bộ: Ở chế độ truyền này USART hoạt động theo chuẩn NRZ (None-Return-to-Zero), nghĩa là các bit truyền đi sẽ bao gồm 1 bit Start, 8 hay 9 bit dữ liệu (thông thường là 8 bit) và 1 bit Stop. Bit LSB sẽ được truyền đi trước. Các khối truyền và nhận data độc lập với nhau sẽ dùng chung tần số tương ứng với tốc độ baud cho quá trình dịch dữ liệu (tốc độ baud gấp 16 hay 64 lần tốc độ dịch dữ liệu tùy theo giá trị của bit BRGH), và để đảm bảo tính hiệu quả của dữ liệu thì hai khối truyền và nhận phải dùng chung một định dạng dữ liệu.

     Các thanh ghi liên quan đến quá trình truyền dữ liệu bằng giao diện USART bất đồng bộ:

     - Thanh ghi INTCON (địa chỉ 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép tất cả các ngắt.

     - Thanh ghi PIR1 (địa chỉ 0Ch): chứa cờ hiệu TXIF.

     - Thanh ghi PIE1 (địa chỉ 8Ch): chứa bit cho phép ngắt truyền TXIE.

     - Thanh ghi RCSTA (địa chỉ 18h): chứa bit cho phép cổng truyền dữ liệu (hai pin

RC6/TX/CK và RC7/RX/DT).

     - Thanh ghi TXREG (địa chỉ 19h): thanh ghi chứa dữ liệu cần truyền.

     - Thanh ghi TXSTA (địa chỉ 98h): xác lập các thông số cho giao diện.

     - Thanh ghi SPBRG (địa chỉ 99h): quyết định tốc độ baud.

     * USART đồng bộ: Giao diện USART đồng bộ được kích hoạt bằng cách set bit SYNC. Cổng giao tiếp nối tiếp vẫn là hai chân RC7/RX/DT, RC6/TX/CK và được cho phép bằng cách set bit SPEN. USART cho phép hai chế độ truyền nhận dữ liệu là Master mode và Slave mode. Master mode được kích hoạt bằng cách set bit CSRC (TXSTA<7>), Slave mode được kích hoạt bằng cách clear bit CSRC. Điểm khác biệt duy nhất giữa hai chế độ này là Master mode sẽ lấy xung clock đồng bộ từ bộ tao xung baud BRG còn Slave mode lấy xung clock đồng bộ từ bên ngoài qua chân RC6/TX/CK. Điều này cho phép Slave mode hoạt động ngay cả khi vi điều khiển đang ở chế độ sleep.

     Các thanh ghi liên quan đến quá trình truyền dữ liệu bằng giao diện USART đồng bộ Master mode:

     - Thanh ghi INTCON (địa chỉ 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép tất cả các ngắt.

     - Thanh ghi PIR1 (địa chỉ 0Ch): chứa cờ hiệu TXIF.

     - Thanh ghi PIE1 (địa chỉ 8Ch): chứa bit cho phép ngắt truyền TXIE.

     - Thanh ghi RCSTA (địa chỉ 18h): chứa bit cho phép cổng truyền dữ liệu (hai pin RC6/TX/CK và RC7/RX/DT).

     - Thanh ghi TXREG (địa chỉ 19h): thanh ghi chứa dữ liệu cần truyền.

     - Thanh ghi TXSTA (địa chỉ 98h): xác lập các thông số cho giao diện.

     - Thanh ghi SPBRG (địa chỉ 99h): quyết định tốc độ baud.

3.2 ENC28J60

1. Sơ đồ chân

Hình 3.4 Sơ đò chân enc28j60

1. Các thông số kỹ thuật.

          Hình 3.5. Sơ đồ vi mạch giao tiếp ethernet ENC28J60

5. Giới thiệu chung:
   • Tương thích chuẩn IEEE 802.3 Ethernet Controller.
   • Tích hợp địa chỉ MAC và 10BASE-T PHY
   • Bộ đệm SRAM 8 Kbyte Transmit/Receive Packet Dual Port Buffer.
   • Chế độ tự động gửi lại khi có xung đột.
   • Chế độ tự động hủy bỏ các gói tin sai.
     5. Bộ Đệm:
        • Kích thước bộ đệm transmit/receive có thể lập trình được.
        • Giám sát quá trình nhận FIFO.

5. PHY:
   • Bộ lộc tín hiệu ra.
   • Có chế độ Loopback
     5. Mac(Media access Control):
        • Hỗ trợ Unicast, Multicast và Broadcast
        • Hỗ trợ nhiều dạng đóng gói tin Magic Packet®, Unicast, Multicast ,Broadcast

1.   Các khối cơ bản bên trong ENC28J60:

Bao gồm 7 khối cơ bản sau:

1. Một giao diện SPI dùng để giao tiếp với vi điều khiển.
2. Khối giám sát và điều khiển ENC28J60.
3. Bộ nhớ đệm Sram cho viêc truyề và nhận gói tin.
4. Khối giám sát việc truy cập vào bộ nhớ đệm.
5. Khối Bus dữ liệu giả mã lệnh thông qua SPI.
6. Module Mac theo chuẩn IEEE802.3.
7. Module PHY mã hóa và giải mã tín hiệu điện.

Hình 3.6. Sơ đồ khối vi mạch giao tiếp ethernet ENC28J60

1. Sơ đồ kết nối với các thiết bị ngoại vi.

       Vi mạch ENC28J60 giao tiếp với các vi xử lý khác thông qua chuẩn truyền dữ liệu nối  tiếp  SPI  (Serial  Peripheral  Interface),  đây  là  chuẩn  giao  tiếp  rất  phổ  biến,  được dùng để nối các vi mạch trong cùng một hệ thống với ưu điểm là chạy nhanh và tốn rất ít dây nối tín hiệu, chỉ cần 3 dây cho cả đường ghi và đọc, đó là:

Hình 3.7. Sơ đồ ghép nối ENC28J60 với vi xử lý

SCK Serial Clock – Xung đồng bộ cho đường nối tiếp.

SI Serial Input – Tín hiệu nối tiếp vào (ghi).

SO Serial Output – Tín hiệu nối tiếp ra (đọc).

Sau đây là bộ lệnh SPI dùng cho vi mạch ENC28J60 và các giản đồ xung thể hiện các quá trình ghi, đọc dữ liệu, lệnh giữa vi xử lý và ENC28J60.

                      Hình 3.8. Quá trình đọc thanh ghi điều khiển Ethernet

                        Hình 3.9. Quá trình đọc thanh ghi điều khiển MAC

                                  Hình 3.10 Quá trình ghi vào thanh ghi lệnh

                                    Hình 3.11. Quá trình ghi vào bộ đệm lệnh

                                    Hình 3.12 Quá trình ghi vào lệnh của hệ thống

Mặc dù đã được  thiết kế  theo  cấu  trúc  “stand alone”  (một chip  làm hết các việc) nhưng việc điều khiển để vi mạch này hoạt động được  là  rất phức  tạp và đòi hỏi có hiểu biết khá toàn diện về vi điều khiển, mạch điện tử và mạng Internet.

      byteToStr(remoteHost[1], dyna + 4) ;

        dyna[7] = '.' ;

        byteToStr(remoteHost[2], dyna + 8) ;

        dyna[11] = '.' ;

        byteToStr(remoteHost[3], dyna + 12) ;

 

        dyna[15] = ':' ;

 

        WordToStr(remotePort, dyna + 16) ;

        dyna[21] = '[' ;

        WordToStr(destPort, dyna + 22) ;

        dyna[27] = ']' ;

        dyna[28] = 0 ;

        len = 28 + reqLength;

        Spi_Ethernet_putBytes(dyna, 28) ;

        while(reqLength--)

                {

                Spi_Ethernet_putByte(toupper(Spi_Ethernet_getByte())) ;

                }

        return(len) ;

        }

void    main()

        {

        PORTB = 0 ;

        TRISB = 0xff ;          // set PORTB as input for button

        PORTD = 0 ;

        TRISD = 0 ;             // set PORTD as output

        Spi_Init();

Spi_Ethernet_Init(&PORTE, 0, &PORTE, 1, myMacAddr, myIpAddr, Spi_Ethernet_FULLDUPLEX) ;

        SPI_Ethernet_confNetwork(ipMask, gwIpAddr, dnsIpAddr) ;

        while(1)

                {

                Spi_Ethernet_doPacket() ;

             

TỔNG KẾT

Sau 4 tuần nghiên cứu và thực hiện với nhiều nỗ lực và cố gắng của nhóm thực  hiện  đề  tài cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Thành Nhân, quyển đồ án này đã hoàn thành với những nội dung như sau:

1. CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ ĐƯỢC GIẢI QUYẾT TRONG ĐỒ ÁN:

1. Các vấn đề đã nghiên cứu:

- Nghiên cứu vi điều khiển Pic 18F4680.

- Nghiên cứu module Ethernet sử dụng chíp ENC28J60 .

- Tìm hiểu giao diện web nhúng.

1. Các vấn đề đã thực hiện:

- Lập trình điều khiển vi điều khiển Pic 18F4680 bằng ngôn ngữ CCS.

- Lập trình điều khiển qua web nhúng.

1.  Thi công mạch

Nhóm đã thi công xong các mạch sau:

- Mạch điều khiển.

- Mạch Giao tiếp Ethernet.

- Mạch nguồn.

2. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA THI CÔNG MẠCH:

1. Ưu điểm:

            Tốc độ di chuyển vừa phải.

Mạch hoạt động ổn định trong thời gian dài.

1. Nhược điểm

Giao diện web chưa được hoàn thiện.

1. Các phương hướng phát triển đề tài

- Tăng kích thước của mạch quang báo cho phù hợp với thực tế sử dụng.

- Sử dụng nhiều font chữ để làm phong phú hơn bảng quang báo.

            - Có thể ứng dụng cho nhiều mục đích khác như cảnh báo, giám sát, điểu khiển thiết bị trong mang nội bô, mạng internet…

KẾT LUẬN:

Đề tài: “ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET”. Đề tài đã  trình  bày được  nguyên tắc hoạt động cơ bản của mạch điều khiển qua internet, giới thiệu về cách sử dụng cũng như sơ đồ chân, sơ đồ nội bộ của các IC số dùng trong mạch.

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn quý thầy cô cùng các bạn sinh viên, đã đóng góp rất nhiều ý kiến, công sức quý báu trong quá trình nhóm thực hiện đề tài này.

 Đặc biệt, chúng em xin cảm ơn thầy Phạm Thành Nhân đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo những kinh nghiệm, kiến thức thực tế để đề tài được hoàn thành đúng thời gian quy định.

Tuy  nhiên, do còn hạn chế về thời gian và trình độ nên đề tài không tránh khỏi nhiều sai sót, nhóm rất mong  nhận được sự đóng góp ý kiến chân tình của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn chỉnh hơn.