ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN tử PID LCD

CHƯƠNG V : LCD

(Liquid Crystal Display)

 

5.1 Giới Thiệu Chung Về LCD

Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình 1 là

hai loại LCD thông dụng.hân cấp nguồn cho LCD.

Chân này dùng để điều chỉnh độ tương phản của

LCD

Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân

RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC)

để chọn thanh ghi.

    + Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh

ghi lệnh IR của LCD (ở chế         độ “ghi”-write)

hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ

“đọc” - read).

   + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh

khi phát hiện một xung (high-to-low transition)

của tín hiệu chân E.

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra

DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (lowto-high

transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến

khi nào chân E xuống mức thấp.

 

Tám  đường của bus dữ liệu dùng      để trao  đổi

thông tin với MPU. 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 bit DB7.

+ Chế   độ 4 bit : Dữ liệu      được truyền trên 4

đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7Bảng 1 : Chức năng các chân của LCD

 

* Ghi chú : Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân

DBx.Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông

qua các chân DBx.

5.1.1  Các thanh ghi :

khối của HD44780:

Hình 3 : Sơ đồ khối của HD44780

Chíp HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng : Thanh ghi lệnh IR (Instructor

Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register)

- Thanh ghi IR : Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám

đường bus DB0-DB7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD              đánh địa chỉ rõ ràng. Người

dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa là, khi ta nạp

vào thanh ghi IR một chuỗi 8 bit, chíp HD44780 sẽ tra bảng mã lệnh tại địa chỉ mà IR

cung cấp và thực hiện lệnh đó.

VD : Lệnh “hiển thị màn hình” có địa chỉ lệnh là 00001100 (DB7…DB0)

Lệnh “hiển thị màn hình và con trỏ” có mã lệnh là 00001110

- Thanh ghi DR : Thanh ghi DR dùng để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng RAM

DDRAM hoặc CGRAM (ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu từ 2 vùng RAM này

gởi ra cho MPU (ở chế độ đọc). Nghĩa là,  khi MPU ghi thông tin vào DR, mạch nội bên

trong chíp sẽ tự động ghi thông tin này vào DDRAM hoặc CGRAM. Hoặc khi thông ti

 

SVTH : Đào văn hoan & Tô ngọc quang                                                                         Trang  78

                                 GVHD: Nguyễn thị hồng ánh

về địa chỉ được ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội sẽ được chuyển ra

DR để truyền cho MPU.

- Bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữ 2 thanh

ghi này khi giao tiếp với MPU. Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập đối với hai chân RS

và R/W theo mục đích giao tiếp.

Bảng 2 : Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng

5.1.2  Cờ báo bận BF: (Busy Flag)

Khi thực hiện các hoạt động bên trong chíp, mạch nội bên trong cần một khoảng

thời gian để hoàn tất. Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chip như thế, LCD bỏ

qua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF (thông qua chân DB7 khi có thiết lập RS=0,

R/W=1) lên để báo cho MPU biết nó đang “bận”. Dĩ nhiên, khi xong việc, nó sẽ đặt cờ

BF lại mức 0.

5.1.3  Bộ đếm địa chỉ AC : (Address Counter)

Như trong sơ     đồ khối, thanh ghi IR không trực tiếp kết nối với vùng RAM

(DDRAM và CGRAM) mà thông qua bộ đếm địa chỉ AC. Bộ đếm này lại nối với 2 vùng

RAM theo kiểu rẽ nhánh. Khi một     địa chỉ  lệnh được nạp vào thanh ghi IR, thông tin

được nối trực tiếp cho 2 vùng RAM nhưng việc chọn lựa vùng RAM tương tác đã được

bao hàm trong mã lệnh.

Sau khi ghi vào (đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) 1 đơn vị và

nội dung của AC được xuất ra cho MPU thông qua DB0-DB6 khi có thiết lập RS=0 và

R/W=1 (xem bảng tóm tắt RS - R/W).

Lưu ý: Thời gian cập nhật AC không được tính vào thời gian thực thi lệnh mà được cập

nhật sau khi cờ BF lên mức cao (not busy), cho nên khi lập trình hiển thị, bạn phải delay

một khoảng t_ADD khoảng 4uS- 5uS (ngay sau khi BF=1) trước khi nạp dữ liệu mới. Xem

thêm hình bên dưới.

Hình 4 : Giản đồ xung cập nhật AC

5.1.4  Vùng RAM hiển thị DDRAM : (Display Data RAM)

Đây là vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa là ứng với một địa chỉ của RAM là một ô

kí tự trên màn hình và khi bạn ghi vào vùng RAM này một mã 8 bit, LCD sẽ hiển thị tại

vị trí tương ứng trên màn hình một kí tự có mã 8 bit mà bạn đã cung cấp. Hình sau đây sẽ

trình bày rõ hơn mối liên hệ này.

                                 GVHD: Nguyễn thị hồng ánh

Hình 4 : Mối liên hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD

Vùng RAM này có 80x8 bit nhớ, nghĩa là chứa được 80 kí tự mã 8 bit. Những vùng

RAM còn lại không dùng cho hiển thị có thể dùng như vùng RAM đa mục đích.

Lưu ý là để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa chỉ cho AC theo mã HEX

5.1.5  Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM

Vùng ROM này dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/kí tự, và

định địa chỉ bằng 8 bit. Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu kí tự 5x8 và 32 mẫu kí tự kiểu

5x10 (tổng cộng là 240 thay vì 28 = 256 mẫu kí tự). Người dùng không thể thay đổi vùng

ROM này.Hình 5 : Mối liên hệ giữa địa chỉ của ROM và dữ liệu tạo mẫu kí tự.

Như vậy, để có thể ghi vào vị trí thứ x trên màn hình một kí tự y nào đó, người

dùng phải ghi vào vùng DDRAM tại địa chỉ x (xem bảng mối liên hệ giữa DDRAM và vị

trí hiển thị) một chuỗi mã kí tự 8 bit trên CGROM. Chú ý là trong bảng mã kí tự trong

CGROM ở hình bên dưới có mã ROM A00.

Bảng 3 : Bảng mã kí tự (ROM code A00)

5.1.6 Vùng RAM chứa kí tự đồ họa CGRAM : (Character Generator RAM)

Như trên bảng mã kí tự, nhà sản xuất dành vùng có địa chỉ byte cao là 0000                     để

người dùng có thể tạo các mẫu kí tự đồ họa riêng. Tuy nhiên dung lượng vùng này rất

hạn chế: Ta chỉ có thể tạo 8 kí tự loại 5x8 điểm ảnh, hoặc 4 kí tự loại 5x10 điểm ảnh. Để

ghi vào CGRAM, hãy xem hình 6 bên dưới.

Hình 6 : Mối liên hệ giữa địa chỉ của CGRAM, dữ liệu của CGRAM, và mã kí tự.

4> Tập lệnh của LCD :

Trước khi tìm hiểu tập lệnh của LCD, sau đây là một vài chú ý khi giao tiếp với

LCD :

* Tuy trong sơ đồ khối của LCD có nhiều khối khác nhau, nhưng khi lập trình điều

khiển LCD ta chỉ có thể tác động trực tiếp được vào 2 thanh ghi DR và IR thông qua các

chân DBx, và ta phải thiết lập chân RS, R/W phù hợp để chuyển qua lại giữ 2 thanh ghi

này. (xem bảng 2)

* Với mỗi lệnh, LCD cần một khoảng thời gian để hoàn tất, thời gian này có thể khá

lâu đối với tốc độ của MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF hoặc đợi (delay) cho LCD thực

thi xong lệnh hiện hành mới có thể ra lệnh tiếp theo.

* Địa chỉ của RAM (AC) sẽ tự động tăng (giảm) 1 đơn vị, mỗi khi có lệnh ghi vào

RAM. (Điều này giúp chương trình gọn hơn)

* Các lệnh của LCD có thể chia thành 4 nhóm như sau :

• Các lệnh về kiểu hiển thị. VD : Kiểu hiển thị (1 hàng / 2 hàng), chiều dài dữ liệu (8 bit /

4 bit), …

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = 0 0 0 0 0 0 0 1

Lệnh Clear Display (xóa hiển thị) sẽ ghi một khoảng trống-

blank (mã hiển kí tự 20H) vào tất cả ô nhớ trong DDRAM,

sau đó trả bộ đếm AC=0, trả lại kiểu hiện thị gốc nếu nó bị

thay đổi. Nghĩa là : Tắt hiển thị, con trỏ dời về góc trái (hàng

đầu tiên), chế độ tăng AC

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = 0 0 0 0 0 0 1 *

Lệnh Return home trả bộ đếm địa chỉ AC về 0, trả lại kiểu

hiển thị  gốc nếu nó bị thay       đổi. Nội dung của DDRAM

không thay đổi

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = 0 0 0 0 0 1 [I/D] [S]

I/D : Tăng (I/D=1) hoặc giảm (I/D=0) bộ đếm địa chỉ hiển

thị AC 1   đơn vị  mỗi khi có hành   động ghi hoặc đọc vùng

DDRAM. Vị trí con trỏ  cũng di chuyển theo sự  tăng giảm

này.

S  : Khi S=1 toàn bộ  nội dung hiển thị  bị  dịch sang phải

(I/D=0) hoặc sang trái (I/D=1) mỗi khi có hành        động ghi

vùng DDRAM. Khi S=0: không dịch nội dung hiển thị.

Nội dung hiển thị không dịch khi đọc DDRAM hoặc đọc/ghi

vùng CGRAM. 

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = 0 0 0 0 1 [D] [C] [B]

D: Hiển thị màn hình khi D=1 và ngược lại. Khi tắt hiển thị,

nội dung DDRAM không thay đổi.

C: Hiển thị con trỏ khi C=1 và ngược lại. Vị trí và hình dạng

con trỏ, xem hình 8

B: Nhấp nháy kí tự tại vị trí con trỏ khi B=1 và ngược lại.

Xem thêm hình 8 về kiểu nhấp nháy. Chu kì nhấp nháy

khoảng 409,6ms khi mạch dao động nội LCD là 250kHz.

Hình 8: Kiểu con trỏ, kiểu kí tự và nhấp nháy kí tự

 

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = 0 0 0 1 [S/C] [R/L] * *

Lệnh Cursor or display shift dịch chuyển con trỏ hay dữ liệu

hiển thị sang trái mà không cần hành động ghi/đọc dữ liệu.

Khi hiển thị kiểu 2 dòng, con trỏ sẽ nhảy xuống dòng dưới

khi dịch qua vị trí thứ 40 của hàng đầu tiên. Dữ liệu hàng đầu

và hàng 2 dịch cùng một lúc. Chi tiết sử dụng xem bảng bên

dưới:

   S/C R/L Hoạt động  :

Bảng 5: Hoạt động lệnh Cursor or display shift

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = 0 0 1 [DL] [N] [F] * *

DL: Khi DL=1, LCD giao tiếp với MPU bằng giao thức 8 bit

(từ bit DB7 đến DB0).

Ngược lại, giao thức giao tiếp là 4 bit (từ bit DB7         đến bit

DB0). Khi chọn giao thức 4 bit, dữ liệu được truyền/nhận 2

lần liên tiếp. với 4 bit cao gởi/nhận trước, 4 bit thấp gởi/nhận

sau.

N  : Thiết lập số hàng hiển thị. Khi N=0 : hiển thị 1 hàng,

N=1: hiển thị 2 hàng.

F : Thiết lập kiểu kí tự. Khi F=0: kiểu kí tự 5x8 điểm ảnh,

F=1: kiểu kí tự 5x10 điểm ảnh. 

* Chú ý:

• Chỉ thực hiện thay đổi Function set ở đầu chương trình.

 

Và sau khi được thực thi 1 lần, lệnh thay đổi Function set

không   được LCD chấp nhận nữa ngoại trừ thiết lập

chuyển đổi giao thức giao tiếp.

• Không thể hiển thị kiểu kí tự 5x10 điểm ảnh ở kiểu hiển

thị 2 hàng

 

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = 0 1 [ACG][ACG][ACG][ACG][ACG][ACG]

Lệnh này ghi vào AC địa chỉ của CGRAM. Kí hiệu [ACG]

chỉ 1 bit của chuỗi dữ liệu 6 bit. Ngay sau lệnh này là lệnh

đọc/ghi dữ liệu từ CGRAM tại địa chỉ đã được chỉ định.

 

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = 1 [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] [AD]

Lệnh này ghi vào AC địa chỉ  của DDRAM, dùng khi cần

thiết lập tọa độ hiển thị mong muốn. Ngay sau lệnh này là

lệnh đọc/ghi dữ liệu từ DDRAM tại địa chỉ đã được chỉ định.

Khi ở chế độ hiển thị 1 hàng, địa chỉ có thể từ 00H đến 4FH.

Khi  ở chế độ hiển thị 2 hàng, địa chỉ  từ 00h đến 27H cho

hàng thứ nhất, và từ 40h đến 67h cho hàng thứ 2.

 

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = [BF] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] (RS=0,

R/W=1)

Như đã đề cập trước đây, khi cờ BF bật, LCD đang làm việc

và lệnh tiếp theo (nếu có) sẽ  bị  bỏ qua nếu cờ BF chưa về

mức thấp. Cho nên, khi lập trình điều khiển, bạn phải kiểm

tra cờ BF trước khi ghi dữ liệu vào LCD.

Khi  đọc cờ BF, giá trị  của AC cũng       được xuất ra các bit

[AC]. Nó là địa chỉ của CG hay DDRAM là tùy thuộc vào

lệnh trước đó

 

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = [Write data] (RS=1, R/W=0)

Khi thiết lập RS=1, R/W=0, dữ liệu cần ghi       được đưa vào

các chân DBx từ mạch ngoài sẽ được LCD chuyển vào trong

LCD tại địa chỉ   được xác định từ lệnh ghi    địa chỉ trước đó

(lệnh ghi  địa chỉ  cũng xác  định luôn vùng RAM cần ghi).

Sau khi ghi, bộ đếm địa chỉ AC tự động tăng/giảm 1 tùy theo

thiết lập Entry mode.Lưu ý là thời gian cập nhật AC không

tính vào thời gian thực thi lệnh.

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

DBx = [Read data] (RS=1, R/W=1)

Khi thiết lập RS=1, R/W=1,dữ liệu từ CG/DDRAM         được

chuyển ra MPU thông qua các chân DBx (địa chỉ và vùng

RAM đã được xác định bằng lệnh ghi địa chỉ trước đó).

 

SVTH : Đào văn hoan & Tô ngọc quang                                                                           Trang  85

Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2006 – 2009 

                                 GVHD: Nguyễn thị hồng ánh

Sau khi đọc, AC tự động tăng/giảm 1 tùy theo thiết lập Entry

mode, tuy nhiên nội dung hiển thị không bị dịch bất chấp chế

độ Entry mode.

5> Giao tiếp giữa LCD và MPU :

Đặc tính điện của các chân giao tiếp :

LCD sẽ bị hỏng nghiêm trọng, hoặc hoạt động sai lệch nếu bạn vi phạm khoảng đặc

tính điện sau đây:Bảng 6 : Maximun Rating

Đặc tính điện làm việc điển hình: (Đo trong điều kiện hoạt động Vcc = 4.5V đến

5.5V, T = -30 đến +75C)

5.3 Khởi tạo LCD6> Khởi tạo LCD:

Khởi tạo là việc thiết lập các thông số làm việc ban               đầu. Đối với LCD, khởi tạo

giúp ta thiết lập các giao thức làm việc giữa LCD và MPU. Việc khởi tạo chỉ được thực

hiện 1 lần duy nhất ở đầu chương trình điều khiển LCD và bao gồm các thiết lập sau :

• Display clear : Xóa/không xóa toàn bộ nội dung hiển thị trước đó.

•  Function set : Kiểu giao tiếp 8bit/4bit, số hàng hiển thị 1hàng/2hàng, kiểu kí tự

5x8/5x10.

•  Display on/off control: Hiển thị/tắt màn hình, hiển thị/tắt con trỏ, nhấp nháy/không

nhấp nháy.

•  Entry mode set : các thiết lập kiểu nhập kí tự như: Dịch/không dịch, tự  tăng/giảm

(Increment).

5.3.1 Mạch khởi tạo bên trong chíp HD44780:

Mỗi khi được cấp nguồn, mạch khởi tạo bên trong LCD sẽ tự động khởi tạo cho nó.

Và trong thời gian khởi tạo này cờ BF bật lên 1, đến khi việc khởi tạo hoàn tất cờ BF còn

giữ trong khoảng 10ms sau khi Vcc đạt đến 4.5V (vì 2.7V thì LCD đã hoạt động). Mạch

khởi tạo nội sẽ thiết lập các thông số làm việc của LCD như sau:

• Display clear : Xóa toàn bộ nội dung hiển thị trước đó.

• Function set: DL=1 : 8bit; N=0 : 1 hàng; F=0 : 5x8

• Display on/off control: D=0 : Display off; C=0 : Cursor off; B=0 : Blinking off.

• Entry mode set: I/D =1 : Tăng; S=0 : Không dịch.

Như vậy sau khi mở nguồn, bạn sẽ thấy màn hình LCD giống như chưa mở nguồn do

toàn bộ hiển thị tắt. Do đó, ta phải khởi tạo LCD bằng lệnh.

5.3.2 Khởi tạo bằng lệnh: (chuỗi lệnh)

Việc khởi tạo bằng lệnh phải tuân theo lưu đồ sau của nhà sản xuất 

SVTH : Đào văn hoan & Tô ngọc quang                                                                          Trang  86

Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2006 – 2009

                                 GVHD: Nguyễn thị hồng ánh

mới bật điện lên). Và khi kết nối mạch theo giao thức 4bit, 4 bit thấp từ DB0-DB3 không

được kết nối   đến LCD, nên lệnh khởi tạo ban      đầu (lệnh chọn giao thức giao tiếp –

function set 0010****) phải giao tiếp theo chế độ 8 bit (chỉ gởi 4 bit cao một lần, bỏ qua

4 bit thấp). Từ lệnh sau trở đi, phải gởi/nhận lệnh theo 2 nibble.

Lưu ý là sau khi thiết lập function set, bạn không thể thay đổi function set ngoại trừ

thay đổi giao thức giao tiếp (4bit/8bit).

5.4  Lưu đồ giải thuật:

CHƯƠNG VIII : GIAO TIẾP I2C

(GIAO TIẾP EEPROM 24C04)

8.1  Giới Thiệu Chung Về I2C:

Ngày nay trong các hệ thống điện tử hiện đại, rất nhiều ICs hay thiết bị ngoại vi cần

phải giao tiếp với các ICs hay thiết bị khác – giao tiếp với thế giới bên ngoài. Với mục

tiêu đạt được hiệu quả cho phần cứng tốt nhất với mạch điện đơn giản, Phillips đã phát

triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây được gọi là I2C. I2C là tên viết tắt của cụm từ

Inter Intergrated Circuit – Bus giao tiếp giữa các IC với nhau.

I2C mặc dù được phát triển bởi Philips, nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC

trên thế giới sử dụng. I2C trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển,

có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài Philips như: Texas Intrument (TI), Maxim-Dallas,

analog Device, National Semiconductor … Bus I2C      được sử  dụng làm bus giao tiếp

ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR,

ARM, chip nhớ như RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự sang số

(ADC), số sang  tương tự(DAC), IC điểu khiển LCD, LED…

8.1.1  Đặc điểm giao tiếp I2C

Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL). SDA

là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ và chỉ theo một

hướng.

Như hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường I2C thì chân SDA của

nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL.

Hình 1.2. Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode)

Mỗi dây SDA hay SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông qua

một điện trở kéo lên (pull-up resistor). Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì chân

giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở (open-drain or open-

collector).

Giá trị  của các  điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp,

thường dao động trong khoảng 1KΩ đến 4.7KΩ.

Trở lại với hình ở mục 8.1, ta thấy có rất nhiều thiết bị (ICs) cùng được kết nối vào

một bus I2C, tuy nhiên sẽ không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết

bị sẽ được nhận ra bởi một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồn tại trong suốt thời

gian kết nối. Mỗi thiết bị có thể hoạt đông như là thiết bị nhận dữ liệu hay có thể vừa

truyền vừa nhận. Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị     đó là chủ

(master) hay tớ (slave).

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để

phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ (master) hay tớ (slave). Tại sao lại có sự

phân biệt này ?   Đó là vì trên một bus I2C thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ

(master). Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết

bị chủ/tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của

thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp. Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị tớ

giữ vai trò bị động trong việc giao tiếp.

Master truyền dữ liệu

Master nhận dữ liệu

Nhìn hình trên ta thấy xung đồng hồ chỉ có một hướng từ chủ đến tớ, còn luồng dữ

liệu có thể đi theo hai hướng, từ chủ đến tớ hay ngược lại tớ đến chủ.

Về dữ liệu truyền trên bus I2C, một bus I2C chuẩn truyền 8bit dữ liệu có hướng

trên đường truyền với tốc độ là 100Kbits/s – Chế độ chuẩn (Standard mode). Tốc độ

truyền có thể lên tới 400Kbits/s – Chế độ nhanh (Fast mode) và cao nhất là 3,4Mbits/s

– Chế độ cao tốc (Highspeed mode).

Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau:

   Một chủ một tớ (one master – one slave).

   Một chủ nhiều tớ (one master – multi slave).

   Nhiều chủ nhiều tớ (Multi master – multi slave).

Dù ở chế độ nào, một giao tiếp I2C điều dựa vào quan hệ chủ/tớ. Giả thiết một thiết bị A.

muốn gửi dữ liệu đến thiết bị B, quá trình được thực hiện như sau:

   Thiết bị A (Chủ) xác định đúng địa chỉ của thiết bị B (tớ), cùng với việc xác định

địa chỉ, thiết bị A sẽ quyết định việc đọc hay ghi vào thiết bị tớ.

   Thiết bị A gửi dữ liệu tới thiết bị B.

   Thiết bị A kết thúc quá trình truyền dữ liệu.

Khi A muốn nhận dữ liệu từ B, quá trình diễn ra như trên, chỉ khác là A sẽ nhận dữ

liệu từ B. Trong giao tiếp này, A là chủ còn B vẫn là tớ. Chi tiết việc thiết lập một giao

tiếp giữa hai thiết bị sẽ được mô tả chi tiết trong các mục dưới đây.

8.1.2  START and STOP conditions

                                 GVHD: Nguyễn thị hồng ánhSTART và STOP là những điều kiện bắt buộc phải có khi một thiết bị chủ muốn

thiết lập giao tiếp với một thiết bị nào đó trong mạng I2C. START là điều kiện khởi đầu,

báo hiệu bắt đầu của giao tiếp, còn STOP báo hiệu kết thúc một giao tiếp. Hình dưới đây

mô tả điều kiện START và STOP.

Ban đầu khi chưa thực hiện quá trình giao tiếp, cả hai đường SDA và SCL đều ở

mức cao (SDA = SCL = HIGH). Lúc này bus I2C được coi là  rỗi (“bus free”), sẵn sàng

cho một giao tiếp. Hai điều kiện START và STOP là không thể thiếu trong việc giao tiếp

giữa các thiết bị I2C với nhau.

Hình 1.4. Điều kiện START và STOP của bus I2C

Điều kiện START: một sự chuyển đổi trạng thái từ cao xuống thấp trên đường SDA

trong khi đường SCL đang ở mức cao (cao = 1; thấp = 0) báo hiệu một điều kiện START.

Điều kiện STOP: Một sự chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao trên đường SDA

trong khi đường SCL đang ở mức cao.

Cả hai điều kiện START và STOP đều được tạo ra bởi thiết bị chủ. Sau tín hiệu START,

bus I2C coi như đang trong trang thái làm việc (busy). Bus I2C sẽ rỗi, sẵn sàng cho một

giao tiếp mới sau tín hiệu STOP từ phía thiết bị chủ.

Sau khi có một   điều kiện START, trong qua trình giao tiếp, khi có một tín hiệu

START được lặp lại thay vì một tín hiệu STOP thì bus I2C vẫn tiếp tục trong trạng thái

bận. Tín hiệu START và lặp lại START đều có chức năng giống nhau là khởi tạo một

giao tiếp.

8.1.3  Định dạng dữ liệu truyền

Dữ liệu được truyền trên bus I2C theo từng bit, bit dữ liệu được truyền đi tại mỗi

sườn dương của xung đồng hồ trên dây SCL, quá trình thay đổi bit dữ liệu xảy ra khi

SCL đang ở mức thấp.được truyền đi lần lượt. Sau 8 xung clock trên dây SCL, 8 bit dữ liệu đã được truyền đi.

Lúc này thiết bị nhận, sau khi đã nhận đủ 8 bít dữ liệu sẽ kéo SDA xuống mức thấp tạo

một xung ACK ứng với xung clock thứ 9 trên dây SDA để báo hiệu đã nhận đủ 8 bit.

Thiết bị truyền khi nhận được bit ACK sẽ tiếp tục thực hiện quá trình truyền hoặc kết

thúc.

Một byte truyền đi có kèm theo bit ACK là điều kiên bắt buộc, nhằm đảm bảo cho

quá trình truyền nhận được diễn ra chính xác. Khi không nhận được đúng địa chỉ hay khi

muốn kết thúc quá trình giao tiếp, thiết bị nhận sẽ gửi một xung Not-ACK (SDA ở mức

cao) để báo cho thiết bị chủ biết, thiết bị chủ sẽ tạo xung STOP để kết thúc hay lặp lại

một xung START để bắt đầu quá trình mới.

8.1.4  Định dạng địa chỉ thiết bị

Mỗi thiết bị ngoại vi tham gia vào bus I2C đều có một địa chỉ duy nhất, nhằm phân

biệt giữa các thiết bị với nhau. Độ dài địa chỉ là 7 – bit, điều đó có nghĩa là trên một bus

I2C ta có thể phân biệt tối đa 128 thiết bị. Khi thiết bị chủ muốn giao tiếp với ngoại vi

nào trên bus I2C, nó sẽ gửi 7 bit địa chỉ của thiết bị đó ra bus ngay sau xung START.

Byte đầu tiên được gửi sẽ bao gồm 7 bit địa chỉ và một bít thứ 8 điều khiển hướng truyền.

Hình 1.8. Cấu trúc byte dữ liệu đầu tiên

Mỗi một thiết bị ngoại vi sẽ có một địa chỉ riêng do nhà sản xuất ra nó quy định.

Địa chỉ đó có thể là cố định hay thay đổi. Riêng bit điều khiển hướng sẽ quy định chiều

truyền dữ liệu. Nếu bit này bằng “0” có nghĩa là byte dữ liệu tiếp theo sau sẽ được truyền

từ chủ đến tớ, còn ngược lại nếu bằng “1” thì các byte theo sau byte đầu tiên sẽ là dữ liệu

từ con tớ gửi đến con chủ. Việc thiết lập giá trị cho bit này do con chủ thi hành, con tớ sẽ

tùy theo giá trị đó mà có sự phản hồi tương ứng đến con chủ.

8.1.5  Truyền dữ liệu trên bus I2C, chế độ Master - Slave

Việc truyền dữ liệu diễn ra giữa con chủ và con tớ. Dữ liệu truyền có thể theo 2

hướng, từ chủ đến tớ hay ngược lại. Hướng truyền được quy định bởi bit thứ 8 (R\W)

trong byte đầu tiên được truyền đi.

Truyền dữ liệu từ chủ đến tớ (ghi dữ liệu): Thiết bị chủ khi muốn ghi dữ liệu đến

con tớ, quá trình thực hiện là:

   Thiết bị chủ tạo xung START

   Thiết bị chủ gửi địa chỉ của thiết bị tớ mà nó cần giao tiếp cùng với bit RW = 0 ra

bus và đợi xung ACK phản hồi từ con tớ.

   Khi nhận được xung ACK báo đã nhận diện đúng thiết bị tớ, con chủ bắt đầu gửi

dữ liệu đến con tớ theo từng byte một. Theo sau mỗi byte này đều là một xung

ACK. Số lượng byte truyền là không hạn chế.

   Kết thúc quá trình truyền, con chủ sau khi truyền byte cuối sẽ tạo xung STOP báo

hiệu kết thúc

 Truyền dữ liệu từ tớ đến chủ (đọc dữ liệu): Thiết bị chủ muốn đọc dữ liệu từ thiết

bị tớ, quá trình thực hiện như sau:

   Khi bus rỗi, thiết bị chủ tạo xung START, báo hiệu bắt đầu giao tiếp.

   Thiết bị chủ gửi địa chỉ của thiết bị tớ cần giao tiếp cùng với bit RW = 1 và đợi

xung ACK từ phía thiết bị tớ

   Sau xung ACK dầu tiên, thiết bị tớ sẽ gửi từng byte ra bus, thiết bị chủ sẽ nhận dữ

liệu và trả về xung ACK. Số lượng byte không hạn chế.

   Khi muốn kết thúc quá trình giao tiếp, thiết bị chủ gửi xung Not-ACK và tạo xung

STOP để kết thúc.

 Quá trình kết hợp ghi và đọc dữ liệu: giữa hai xung START và STOP, thiết bị chủ

có thể thực hiện việc đọc hay ghi nhiều lần, với một hay nhiều thiết bị. Để thực hiện việc

đó, sau một quá trình ghi hay đọc, thiết bị chủ lặp lại một xung START và lại gửi lại địa

chỉ của thiết bị tớ và bắt đầu một quá trình mới.

Chế độ giao tiếp Master-Slave là chế độ  cơ  bản trong một bus I2C, toàn bộ bus

được quản lý bởi một master duy nhất. Trong chế độ này sẽ không xảy ra tình trạng xung

đột bus hay mất đồng bộ xung clock vì chỉ có một master duy nhất có thể tạo xung clock.

8.1.6  Chế độ Multi-Master

Trên bus I2C có thể có nhiều hơn một master điều khiển bus. Khi đó bus I2C sẽ

hoạt động ở chế độ Multi-Master.

8.2  Module I2C Trong Vi Điều Khiển PIC

Với những tiện ích đem lại, khối giao tiếp I2C       đã được tích hợp cứng trong khá

nhiều loại Vi điều khiển khác nhau. Trong các loại Vi điều khiển PIC dòng Mid-range

phổ biến tại Việt Nam, chỉ từ 16F88 mới có hỗ trợ phần cứng I2C, còn các loại 16F84,

16F628 thì không có. Với những loại Vi điều khiển không có hỗ trợ phần cứng giao tiếp

I2C, để sử dụng ta có thể dùng phần mềm lập trình, khi đó ta sẽ viết một chương trinh

điều khiển 2 chân bất kỳ  của Vi     điều khiển  để nó thực hiện giao tiếp I2C (các hàm

START, STOP, WRITE, READ). Trong bài viết này ta đề cập đến việc sử dụng giao tiếp

I2C của các loại PIC có tích hợp khối I2C sẵn trong nó, mà cụ thể là Vi             điều khiển

PIC16F877A.

8.2.1  Đặc điểm phần cứng của  PIC16F877A

Hình dưới đây chỉ ra cấu trúc phần cứng của khối điều khiển giao tiếp nối tiếp đồng

bộ (MSSP) hoạt động ở chế độ I2C. Khối I2C có đầy đủ chức năng, hoạt động ở cả 2 chế

độ là MASTER (chủ) và SLAVE (tớ), có ngắt xảy ra khi có điều kiện START hay STOP

xảy ra, nhằm định rõ đường I2C có rỗi hay không ( chức năng Multi-master ). Chế độ địa

chỉ có thể là 7 bit hay 10 bit.

Khối I2C có 6 thanh ghi điều khiển hoạt động, đó là:

   SSPCON: Thanh ghi điều khiển.

   SSPCON2: Thanh ghi điều khiển thứ 2.

   SSPSTAT: Thanh ghi trạng thái.

SSPBUF: Thanh ghi bộ đệm truyền nhận.

 

SVTH : Đào văn hoan & Tô ngọc quang                                                                         Trang  102

   SSPSR: Thanh ghi dịch.

  SSPADD: Thanh ghi địa chỉ.

                                 GVHD: Nguyễn thị hồng ánh

Các thanh ghi SSPCON, SSPBUF, SSPADD và SSPSON2 có thể truy cập đọc/ghi

được.Thanh ghi SSPSR không thể truy cập trực tiếp, là thanh ghi dich dữ liệu ra hay vào.

Các thanh ghi SSPCON, SSPCON2 và SSPSTAT được định địa chỉ bit, mỗi bit có chức

năng riêng. Ý nghĩa của từng thanh ghi và của mỗi bit trong từng thanh ghi đã được đề

cập kỹ trong tài liệu Datasheet của PIC

Hình2.1. Cấu trúc khối I2C trong PIC

8.2.2  Cách thức sử dụng Module I2C trong CCS

Trong việc lập trình cho PIC sử  dụng giao tiếp I2C của nó trong các ứng dụng,

người lập trình có thể thực hiện một cách dễ dàng với trình dịch CCS. Nói dễ dàng ở đây

là chỉ về mặt cú pháp lệnh, ta không cần sử dụng nhiều câu lệnh khó nhớ như trong lập

trình ASM.

Việc khởi tạo, chọn chế độ hoạt động và thực hiện giao tiếp của I2C đã có các hàm

dựng sẵn của CCS thực hiện. Các hàm liệt kê dưới đây là của phiên bản CCS 3.242, đó

là:

   I2C_isr_state(): Thông báo trạng thái giao tiếp I2C

   I2C_start(): Tạo điều kiện START

   I2C_stop(): Tạo điều kiện STOP

   I2C_read(): Đọc giá trị từ thiết bị I2C, trả về giá trị 8 bit

   I2C_write(): Ghi giá trị 8 bit đến thiết bị I2C

Để sử dụng khối I2C ta sử dụng khai báo sau:

#use i2c(chế_độ, tốc độ, sda = PIN_C4, scl=PIN_C3)

  Chế độ: Master hay Slave

SVTH : Đào văn hoan & Tô ngọc quang                                                                        Trang  103