Giao tiếp giữa vi điều khiển PIC với máy tính qua cổng USB điều khiển khối LED 3D

Đồ án tốt nghiệp GVHD : THS. TRẦN QUANG THUẬN

SVTH : Nguyễn Minh Giàu – MSSV : 0851030024

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo Trường Đại Học Mở TPHCM,

Ngành Điện - Điện tử đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quí

giá trong suốt bốn năm trên giảng đường đại học.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến THS Trần Quang Thuận, Thầy đã tận tình hướng

dẫn, cung cấp tài liệu và nhiều thông tin bổ ích trong suốt thời gian thực hiện đồ án này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp CN08B1, những người đã cùng học tập và chia

sẽ nhiều kiến thức cùng nhau trong suốt thời gian qua.

Cám ơn gia đình đã luôn ở bên và động viên tôi trong suốt thời gian qua.

Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc.

TP.HCM , tháng 1 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Giàu

Đồ án tốt nghiệp GVHD : THS. TRẦN QUANG THUẬN

SVTH : Nguyễn Minh Giàu – MSSV : 0851030024

LỜI MỞ ĐẦU

Có thể nói, hiện nay vi điều khiển đã rất phổ biến ở Việt Nam , đã và đang đươc ứng

dụng rất nhiều .Ngày nay , những tiến bộ trong công nghệ bán dẫn đã thúc đẩy sự phát triển

không ngừng của ngành công nghiệp tự động , các quá trình điều khiển tự động hóa và điều

khiển thời gian thực đã đặt ra yêu cầu rất lớn về việc trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống hay

giữa bộ phận trong cùng hệ thống .

Với đề tài giao tiếp PIC với máy tính qua USB để điều khiển khối LED 3D sẽ giúp ta

có cái nhìn tổng quát về chức năng của vi điều khiển cũng như giúp ta tìm hiểu thêm về phần

giao tiếp máy tính từ đó có những ứng dụng cao hơn trong lĩnh vực điều khiển tự động.

Đồ án tốt nghiệp GVHD : THS. TRẦN QUANG THUẬN

SVTH : Nguyễn Minh Giàu – MSSV : 0851030024

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời mở đầu

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

1.1 Tìm hiểu về PIC18F4550 1

1.1.1 Giới thiệu về PIC18F4550 1

1.1.2 Sơ đồ Khối 1

1.1.3 Module USB trong PIC18F4550 3

1.2 Sơ lược về các linh kiện dùng trong mạch 5

1.2.1 IC ghi dịch 74HC595 5

1.2.2 IC đệm ULN2803 6

1.2.3 MOSFETs IRF 9640 7

CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ GIAO TIẾP USB 9

2.1 Giới thiệu về giao tiếp USB 9

2.2 Cấu trúc truyền dẫn của USB 9

2.3 Các dạng truyền dẫn của USB 11

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 12

3.1 Tổng quát về phần cứng 12

3.2 Khối điều khiển 13

3.3 Khối hiển thị 14

3.3.1 Phần hiển thị lớp 14

3.3.2 Phần hiển thị cột 15

3.4 Khối LED CUBE 12X12X12 17

3.5 Khối nguồn 18

CHƯƠNG IV : LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾ GIAO DIỆN 20

4.1 Giới thiệu các phần mềm dùng trong đồ án 20

4.1.1 PROTUES 20

4.1.2 CCS C COMPILERS 21

4.1.3 WINDRIVER 22

4.1.4 MICROSOFT VISUAL STUDIO 23

4.2 Firmware cho PIC18F4550 24

4.2.1 Firmware PIC18F4550 24

4.2.2 Phân tích Firmware 33

4.3 Giao diện giao tiếp giữa PIC18F4550 và máy tính 36

4.3.1 Phần code của giao diện giao tiếp 36

4.3.2 Phân tích 53

4.4 Lưu đồ giải thuật 55

CHƯƠNG V : THI CÔNG SẢN PHẨM 58

5.1 Sơ đồ mạch 58

5.2 Phần cứng hoàn chỉnh 60

5.3 Giao diện điều khiển hoàn chỉnh 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Đồ án tốt nghiệp GVHD : THS. TRẦN QUANG THUẬN

SVTH : Nguyễn Minh Giàu – MSSV : 0851030024 1

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu sơ lược về PIC18F4550

1.1.1 Giới thiệu về PIC18F4550

Hình 1.1 – PIC18F4550

PIC18F4550 là một vi xử lý cơ bản đa chức năng và có giá thành phù hợp.

PIC18F4550 là sản phẩm của họ vi xử lý PIC thông dụng của công ty Microchip của Mỹ có

trụ sở đặt tại Chandler, Arizona (Mỹ) .Về tính năng thì PIC18F4550 phù hợp với các ứng dụng

từ đơn giản đến phức tạp. Cũng như các dòng PIC khác ngoài ngôn ngữ lập trình assembler ,

người dùng có thể lập trình PIC trên ngôn ngữ C quen thuộc thông qua các phần mềm hỗ trợ

(PIC18C , CCS , MIKROC …). Ưu điểm của vi xử lý PIC18F4550 là nó là một trong những

PIC hỗ trợ kết nối USB, nghĩa là có mạch USB gắn bên trong và có sẵn các chân đầu ra để nối

trực tiếp với máy tính mà không cần mạch kéo hay bất cứ mạch gắn ngoài nào khác.

PIC18F4550 có bộ nhớ chương trình 32KB , bộ nhớ RAM 2KB , EEPROM 256 Byte

để lưu trữ dữ liệu , 5 ports điều khiển , 2 bộ định thời 8 bit ( Timer0 và Timer2 ) , 2 bộ định

thời 16 bit ( Timer1 và Timer 3) , bộ biến đổi ADC 10 bit có 13ngõ vào (AN0 à AN12) , sử

dụng thạch anh tối đa là 48Mhz…

Năng lượng tiêu thụ :

MIN (mA) MAX (mA)

PIC18F4550 200 300

1.1.2 Sơ đồ chân

Đồ án tốt nghiệp GVHD : THS. TRẦN QUANG THUẬN

SVTH : Nguyễn Minh Giàu – MSSV : 0851030024 2

Hình 1.2 – Các kiểu chân PIC18F4550 thông dụng

Đồ án tốt nghiệp GVHD : THS. TRẦN QUANG THUẬN

SVTH : Nguyễn Minh Giàu – MSSV : 0851030024 3

Bảng 1.1 - chức năng từng chân của PIC18F4550

Chân PIC Ký hiệu Chức năng

2 à 7 , 14 RA0 à RA5 , RA6 PORT A

33 à 40 RB0 à RB7 PORT B

15 à 17, 23 à 26 RC0 à RC2 , RC4 à RC7 PORT C

19 à 22 , 27 à 30 RD0 à RD3 , RD4 à RD7 PORT D

8 à 10 , 1 RE0 à RE2 , RE3 PORT E

14 ,13 CLKO,CLKI lấy xung clock ngoài ( thạch anh )

23 ,24 D- , D+ Dùng kết nối USB

1 MCLR Chân RESET

AN0 à AN12 Dùng lấy tín hiệu ADC

11,32 VCC/VDD Chân nguồn

12,31 GND MASS

33,34,35 INT0,INT1,INT2 Các ngắt ngoài

33 SDA Vào ra Data nối tiếp đồng bộ của I2C

34 SCL Vào ra Clock nối tiếp của I2C

1.1.3 Module USB trong PIC18F4550

Module USB trong vi điều khiển PIC18F4550 được trang bị một SIE (Serial Interface

Engine ) 2.0 hỗ trợ tốc độ full speed và low speed cho phép giao tiếp với các host USB.

Bên cạnh đó còn có một số thành phần hỗ trợ cho SIE như USB RAM , bộ truyền nhận

Transceiver , khối tạo nguồn cho module USB , các khối giao tiếp với bộ truyền nhận

Transceiver USB bên ngoài, cho phép định nghĩa các endpoint linh động trong USB RAM …

Sơ đồ khối của module USB trong PIC18F4550 :

Đồ án tốt nghiệp GVHD : THS. TRẦN QUANG THUẬN

SVTH : Nguyễn Minh Giàu – MSSV : 0851030024 4

Hình 1.3 – Module USB trong PIC 18F4550

Để điều khiển module USB , Microchip đã cung cấp cho người sử dụng các thanh ghi điều

khiển.Một số thanh ghi liên quan đến module USB như sau :

· USB Control register (UCON) : thanh ghi chứa các bit điều khiển module USB.

· USB Configuration register (UCFG) : thanh ghi chứa các bit điều khiển cấu hình

module USB.

· USB Transfer Status register (USTAT) : thanh ghi chứa các bit trạng thái của

module USB.

· USB Device Address register (UADDR) : thanh ghi chứa địa chỉ của module USB

được cung cấp bởi host.

· Frame Number registers (UFRMH:UFRML) : thanh ghi chứa số thứ tự của khung dữ

liệu nhận được.

· Endpoint Enable registers (UEPn) : thanh ghi chứa các bit điều khiển endpoint.Có tất

cả 16 thanh ghi UEPn điều khiển 16 endpoint của module USB.

Ngoài ra còn có một số thanh ghi chứa các bit cho phép ngắt của module USB.Để có thể

hiểu rõ chức năng cụ thể của các thanh ghi có thể tham khảo thêm datasheet của PIC18F4550.