Bc Vxl Nhom7 uart

Kỹ thuật Vi Xữ Lý Trường Đại học Cần Thơ

1

ỨNG DỤNG MODULE EZ430-RF2500 ĐIỀU KHIỂN

THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA

Lê Văn Đạo1, Hà Ngọc Sơn

2, Trần Hữu Danh

3

ABSTRACT

The remote control is a high application topic in real. Recently, department selected

MSP430 microcontroller to apply to teach electronic students so we decide to choose the

topic: " The EZ430-RF2500 module application control remote devices".Main purpose of

the project is bringing knowedge about the MSP430 microcontroller. In addtion, we can

create a small application on the EZ430-RF2500 kit which is a new microcontroller in

Vietnamese market.

Keyword: MSP430F2274, EZ430-RF2500

Title: The EZ430-RF2500 module application control remote devices

TÓM TẮT

Điều khiển từ xa là một trong những đề tài có tình ứng dụng cao trong thực tế, cùng với

việc gần đây bộ môn chọn dòng vi điều khiển MSP430 áp dụng vào trong giảng dạy cho

sinh viên ngành điện tử vì thế chúng em quyết định chọn đề tài : “ Ứng dụng module

EZ430-RF2500 điều khiển thiết bị điện từ xa”. Mục tiêu của đề tài ngoài việc chúng em

có thể tạo ra một ứng dụng nho nhỏ trên kit EZ430-RF2500 thì quan trọng hơn là sự hiểu

biết của chúng em về dòng vi điều khiển MSP430,một dòng vi điều khiển còn khá mới

trên thị trường Viêt Nam.

Từ khóa :MSP430, EZ430-RF2500,….

1 GIỚI THIỆU

MSP430 là dòng vi điều khiển được sản xuất bởi công ty Texas Instruments mang

trên mình nhiều đặc tính ưu việc của một CPU hiện đại như: kiến trúc CPU RISC

16-bit, siêu tiết kiệm năng lượng, sử dụng nguồn điện áp thấp từ 1.8 -3.6 volt. Khi

so sánh với các họ vi điều khiển trên thi trường thì rõ ràng MSP430 có những đặc

tính ưu việc hơn song ở Việt Nam thì MSP430 vẫn còn chưa được ứng dụng nhiều

trong thực tế.

Như đã trinh bày nội dung chủ yếu của đồ án này là tập chung tìm hiểu và tạo ra

một ứng dụng thực tế trên kit EZ430-RF2500. Đây là một sản phẩm ứng dụng do

TI (Texas Instruments) sản xuất tích hợp sẵn một chip MSP430, một chip truyền

nhận không dây hoạt động ở tần số 2.4 GHz và một bộ cảm biến nhiệt độ.

Phạm vi của đề tài:

Tìm hiểu bộ kit eZ430-RF25000

1 Sinh viên lớp:Điện tử viễn thông2 k35, Mã số SV: 1091014

2 Sinh viên lớp:Điện tử viễn thông2 k35, Mã số SV: 1091064

3 Bộ môn Điện tử viễn thông, Khoa Công Nghệ, ĐH Cần Thơ


2

Xây dựng lưu đồ giải thuật phần mềm

Thiết kế phần cứng để điều khiển thiết bị điện

Phương pháp thực hiện:

Thu thập tìm hiểu tài liệu liên quan: các tài liệu do Thầy và các bạn khóa trước

đã từng thực hiện chỉ dẫn và tài liệu tìm được trên mạng internet (chủ yếu ở

trang wep của TI và tại : http://cnx.org/content/col10684/1.10/ ).

Sử dụng trình biên dịch Embedded Workbench 6.0 Kickstart MSP4304 để thực

hiện việc viết chương trình, biên dịch, gỡ lỗi và nạp

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Đặc điểm của kit eZ430- RF2500

Hình 1 mô tả tổng quan về kit eZ430-RF2500

Hình 1: Board eZ430-RF2500 USB

5

eZ430-RF2500 là một thẻ giao tiếp USB và truyền nhận dữ liệu không dây.

eZ430-RF2500 được phát triển dựa trên MSP430F2274 kết hợp với chip CC2500

truyền nhận tín hiệu ở vùng tần số 2.4 GHz, tích hợp sẵn cảm biến nhiệt độ. Do

đặc điểm dòng MSP430 có những ưu thế về năng lượng nên đáp ứng được những

nhu cầu trong thiết bị di động.

Bộ eZ430-RF2500T là một sản phẩm có thể làm việc với đầu cắm USB như một

hệ thống độc lập với cảm biến bên ngoài. Hoặc sử dụng thiết kế mở rộng với

những module ngoại vi. Với giao diện gỡ lỗi USB cho phép sản phẩm có thể

truyền và nhận dữ liệu từ xa từ máy tính cá nhân sử dụng truyền nhận nối tiếp

UART.

Đặc tính của eZ430-RF2500:

Giao diện lập trình và gỡ lỗi.

4Download bản Kickstart tại địa chỉ http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/iar-kickstart.html

5 eZ430-RF2500 User’s Guide, SLAU227– Trang 1

http://cnx.org/content/col10684/1.10/


3

Có sẵn 21 chân.

Mật độ tích hợp cao, MSP430 có nguồn cực thấp siêu tiết kiệm năng lượng.

Hai chân xuất/ nhập kết nối với hai led xanh và đỏ cho phép người lập trình mô

phỏng trực quan.

Một nút nhấn dùng để mô phỏng trực quan.

Thành phần của kit eZ430-RF2500:

Hai eZ430-RF2500T target board.

Một eZ430-RF USB debugging interface.

Một AAA battery pack with expansion board (batteries includeed).

Hình 2 là mô hình kết nối giữa eZ430-RF2500T target board và Battery Board.

Hình 2: Kết nối giữa eZ430-RF2500T target board và Battery Board.6

Ngoài ứng dụng truyền nhận tín hiệu từ xa, board còn lấy ra 18 chân cho người lập

trình thực hành và phát triển những ứng dụng riêng của mình.

Bảng 1: Chức năng các chân của Battery Board

PIN Chức năng Mô tả

1 P3.4 / UCA0TXD /

UCA0SIMO

Chân xuất/nhập số, chân truyền dữ liệu

USCI_A0 trong chế độ UART, ngõ vào

chế độ tớ, ngõ ra chế độ chủ trong chế độ

SPI

2 GND Mass

3 RST / SBWTDIO Chân reset tích cực mức thấp.

4 TEST / SBWTCK Lựa chọn chế độ kiểm tra cho chân JTAG

của port 1.

5 VCC 3,6V

6 eZ430-RF2500 User’s Guide, SLAU227- Trang 3


4

6 P3.5 / UCA0RXD /

UCA0SOMI

Chân xuất/nhập số, chân nhận dữ liệu

USCI_A0 trong chế độ UART, ngõ vào

chế độ tớ, ngõ ra chế độ chủ trong chế độ

SPI.

Bảng 2: Chức năng các chân của Board eZ430-RF2500


1 GND Mass

2 VCC Chân nguồn Vcc 1.8V - 3.6V.

3 P2.0 / ACLK / A0 / OA0I0 Chân xuất/nhập số, ngõ ra xung clock

ACLK, ngõ vào tương tự A0 kênh ADC10.

4 P2.1 / TAINCLK / SMCLK

/ A1 /A0O

Chân xuất/nhập số, ngõ vào analog A1

kênhADC10, xung clock INCLK của

Timer_A, xung clock chủ SMCLK.

5 P2.2 / TA0 / A2 / OA0I1 Xuất/nhập, ngõ vào tương tự A2 của

kênh ADC10, ngõ vào CCI0B của

Timer_A chế độ capture, ngõ ra OUT0 chế

độ so sánh.

6 P2.3 / TA1 / A3 / VREF – /

VeREF – OA1I1 / OA1O

Xuất/nhập, ngõ vào tương tự A3 kênh

ADC10, điện áp tham chiếu âm VREF – /

VeREF –, ngõ vào CCI1B của Timer_A,

ngõ ra OUT1 chế độ so sánh.

7 P2.4 / TA2 / A4 / VREF+ /

VeREF+/ OA1I0

Chân xuất/nhập số, ngõ vào tương tự A4

kênh ADC10, ngõ ra OUT2 Timer_A chế

độ so sánh, ngõ vào/ra điện áp tham chiếu.

8 P4.3 / TB0 / A12 / OA0O Chân xuất/nhập số, ngõ vào tương tự A12

kênh ADC10, ngõ vào CCI0B Timer_B

chế độ capture, ngõ ra OUT0 chế độ so

sánh.

9 P4.4 / TB1 / A13 /

OA1O


kênh ADC10, ngõ vào CCI1B Timer_B

chế độ capture, ngõ ra OUT1 chế độ so

sánh.

10 P4.5 / TB2 / A14 / OA0I3 Chân xuất/nhập số, ngõ vào tương tự A14

kênh ADC10, ngõ ra OUT0 của Timer_B

chế độ so

sánh.


5


11 P4.6 / TBOUTH /

A15 / OA1I3


kênh ADC10, chuyển mạch từ TB0 sang

TB3 ngõ ra tổng trở cao.

12 GND Mass

13 P2.6 / XIN (GDO0) Chân xuất/nhập số, kết nối thạch anh.

14 P2.7 / XOUT(GDO2) Chân xuất/nhập số, kết nối thạch anh

15 P3.2 / UCB0SOMI /

UCB0SCL

Chân xuất/nhập số, ngõ ra chế độ tớ, ngõ

vào chế độ chủ USCI_B0 trong chế độ

SPI, nguồn xung clock SCLI2C trong I2C

mode.

16 P3.3 / UCB0CLK /

UCA0STE

Chân xuất/nhập số, ngõ vào xung

clock USCI_B0, ngõ ra cho phép

truyền dữ liệu USCI_A0 trong chế độ

tớ.

17 P3.0 / UCB0STE /

UCA0CLK / A5


kênh ADC10, xung USCI_A0, chân cho

phép truyền

tín hiệu USCI_B0 trong chế độ tớ

18 P3.1 / UCB0SIMO

/UCB0SDA

Chân xuất/ nhập số, , ngõ ra chế độ tớ,

ngõ vào chế độ chủ USCI_B0 trong chế

độ SPI, dữ liệu

SDAI2C trong I2C mode.

2.2 Đặc điểm cơ bản của MSP430F2274 trên kit eZ430-RF2500

Sơ đồ khối bên trong của MSP430F2274 được thể hiên như Hình 3.


6

Hình 3: Sơ đồ khối bên trong của MSP430F22747

Về cơ bản sơ đồ khối bên trong MSP430F2274 bao gồm các khối cơ bản sau: khối

tạo nguồn xung, khối CPU, khối Timer, khối ADC10, ngõ vào ra số, các khối giao

tiếp,..

Đặc tính kỹ thuật

Nguồn điện thế sử dụng trong khoảng từ 1.8V đến 3.6V.

Nguồn tiêu thụ cực thấp.

Chế độ hoạt động: 270 µA tại 1MHz và 2.2V.

Chế độ ngủ :0.7 µA.

Chế độ không hoạt động:0.1 µA.

Thời gian thức dậy từ chế độ ngủ là ít hơn 1µs.

Cấu trúc RISC 16 bit , mỗi chu kỳ lệnh hoạt động mất 62.5ns.

Có hai thanh ghi cho Timer_A, Timer_B 16 bit.

Hỗ trợ các giao diện giao tiếp nối tiếp như: UART, SPI, I2C.

Bộ chuyển đổi ADC10-bit với tốc độ chuyển đổi lên tới 200ksps.

Bộ nhớ bao gồm 32KB + 256B Flash Memory, 1KB RAM.

Hỗ trợ 4 Port vào ra P1, P2, P3, P4 mỗi Port 8 bit.

2.3 Đặc điểm CC2500 trên kit eZ430-RF2500

CC2500 là vi điều khiển thực hiện các công việc như: điều chế, giải điều chế, kiểm

tra lỗi, lặp bit, … .để phục vụ cho việc thu phát không dây.

7 MSP430x22x2, MSP430x22x4 MIXED SIGNAL MICROCONTROLLER- trang 6


7

Hình 4: Sơ đồ khối bên trong của CC2500

8

Đặc điểm của truyền nhận RF

- Độ nhạy cao (-140dBm tại 2.4kBaud, tỉ lệ lỗi gói là 1%).

- Tiêu thụ dòng thấp (13.3 mA trong RX).

- Công suất ngõ ra có thể đạt tới + 1dBm.

- Hỗ trợ tốc độ dữ liệu từ 1.2 đến 500 kBaud.

- Dãy tần: 2400 - 2483.5 Mhz.

Đặc tính tương tự (analog)

- Hỗ trợ điều chế OOK, 2-FSK, GFSK và MSK.

- Tích hợp bộ cảm biến nhiệt độ tương tự.

Đặc tính số (digital)

- Hỗ trợ linh hoạt cho định hướng gói tin của hệ thống: phát hiện từ đồng

bộ, cho phép kiểm tra địa chỉ, linh hoạt trong việc xác định chiều dài gói

tin, có thể tự động kiểm tra CRC…..

- Giao diện SPI rất hiệu quả: tất cả thanh ghi có thể lập trình với một

‘burst’ truyền.

- Ngõ ra RSSI số.

- Hỗ trợ tự động đánh giá kênh truyền rõ ràng (CCA) trước khi truyền (cho

phép lắng nghe trước khi trò chuyện với hệ thống).

8 Datasheet CC2500.pdf- Trang 18


8

- Đặc tính về nguồn thấp (lower – power)

- Dòng tiêu thụ chỉ là 400 nA trong chế độ ngủ.

- Thời gian khởi động nhanh: 240 µs từ chế độ ngủ sang chế độ RX hoặc TX.

- Có bộ đệm dữ liệu 64 bytes cho RX FIFO và TX FIFO.

2.4 Nguyên tắc truyền nhận giữa MSP430F2274 và CC2500 trên kit eZ430-

RF25009

Quá trình truyền nhận thông tin trên kit eZ430-RF2500 được mô tả như Hình 5.

Hình 5: Quá trình truyền nhận thông tin giữa CC2500 và MSP430F2274

Quá trình truyền dữ liệu bắt đầu với dữ liệu cần truyền được nạp vào thanh ghi

đệm truyền UCxTXBUF. Từ đó dữ liệu được chuyển tới thanh ghi dịch truyền.

Quá trình truyền kết thúc khi thanh ghi dịch truyền rỗng.

Quá trình nhận dữ liệu bắt đầu với dữ liệu nhận ở thanh ghi dịch nhận Receive

Shift Register. Dữ liệu từ thanh ghi này chuyển sang thanh ghi UCxRXBUF. Quá

trình nhận kết thúc khi thanh ghi dịch nhận Receive Shift Register rỗng.

3 PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN

3.1 Tổng quan

Để điều khiển được thiết bị điện từ xa thông qua sóng RF khi sử dụng kit eZ430-

RF2500 thì cơ bản điều cần làm được đó là:

- Tìm hiểu và thực hiện được việc thu phát tín hiệu giữa 2 eZ430-RF2500

target board.( một eZ430-RF2500 target board bên phát và một bên nhận)

bên phát kết nối với bàn phím còn bên nhận điều khiển tải công suất

- Bên nhận sau khi nhận được tín hiệu thì điều khiển thiết bị gián tiếp qua

mạch cách ly công suất.

9Nguyễn Quyền Anh, Nguyễn Bé Vụ, Phan Thị Diễm Hương- Điều khiển xe từ xa sử dụng sóng RF

( Đề tài học phần kỹ thuật Vi xử lý (CT141), HK1 năm 2011-2012)


9

Sơ đồ khối hệ thống được biểu diễn như Hình 6:

Hình 6: Sơ đồ khối hệ thống

3.2 Các khối chức năng phần cứng

3.2.1 Đặc điểm truy suất I/O trên module eZ430-RF2500 target board

Như đã trình bày ở trên với mỗi module eZ430-RF2500 target board TI cung cấp

sẵn cho người sử dụng 18 chân trong đó có 13 chân phục vụ cho việc truy suất I/O

( trừ 3 chân nguồn mass và 2 chân kết nối với thạch anh). Tuy nhiên khi sử dụng

trong việc thu phát RF thì trên module này có một số chân phục vụ cho việc giao

tiếp giữa MSP430F2274 và CC2500 ( các chân ở Port3), vậy nên chỉ còn lại một

số chân ở Port2 và Port4. Trong đồ án này chúng em chỉ sử dụng một số chân ở

Port 2

3.2.2 Khối phím điều khiển (bên phát)

Ưu thế của vi điều khiển MSP430 là sử dụng nguồn điện áp thấp vậy nên nguồn

nuôi sử dụng cho bên phát trong đồ án này chúng ta có thể sử dụng 2 viên Pin 1.5

volt ghép lại. Nguyên lý của mạch phát như Hình 7.


10

Hình 7: Phím điều khiển bên phát

3.2.3 Khối nguồn:

Chức năng: cung cấp nguồn 3.3 volt cho eZ430-RF2500 target board (bên nhận),

nguồn 5 volt cho mạch cách ly công suất. Mạch chi tiết như Hình 8.

Hình 8: Mạch nguồn

3.3 Khối mạch cách ly công suất

Chức năng chính của khối này là cách ly khối điều khiển khỏi khối công suất AC

sơ đồ nguyên lý mạch điện như Hình 9


11

Hình 9: Mạch cách ly công suất dùng Triac10

3.4 Lƣu đồ giải thuật

3.4.1 Giải thuật truyền

Lưu đồ thực hiện như Hình 10

10 Trần Hữu Danh , Trần Nhựt Khải Hoàn -Tài liệu hướng dẫn thực tập vi điều khiển MSC-51, Bài 8-

Trang VIII-4


12

Hình 10: Giải thuật truyền

3.4.2 Giải thuật nhận

Khởi tạo P2 là ngõ vào

sai

đúng

B SW1

được ấn

Transmit ‘a’

(Mở thiết bị 1)

SW2

được ấn

Transmit ‘b’

(Mở thiết bị 2)

A:

sai

đúng

B

đúng đúng

sai SW3

được ấn

Transmit ‘s’

set_all

SW4

được ấn

Transmit ‘c’

Clear

A

BEGIN


13

Hình 11: Giải thuật nhận

BEGIN

Khởi tạo Port2 là ngõ ra

Dữ liệu nhận

Ký tự là

‘a’

Ký tự là

‘b’

XOR với trạng thái hiện tại P2.0

XOR với trạng thái hiện tại P2.1

A

B

Ký tự là

‘s’

Ký tự là

‘c’ B

P2.0 và P2.1 bằng 0 P2.0 và P2.1 bằng 1

A


14

4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ

Về cơ bản nhóm đã đạt được các kết quả sau:

Cơ bản lập trình được với dòng vi điều khiển MSP430 và bộ kit ứng dụng

eZ430-RF2500.

Thiết kế được mạch điện thực tế ứng dụng module eZ430-RF2500 để điều

khiển thiết bị điện. Khoảng cách truyền dẫn tín hiệu khi sử dụng module này so

với các mạch phát hồng ngoại có trên thị trường là lớn hơn. Truyền thẳng

khoảng từ 50 – 60 mét, có chướng ngại vật thì giảm xuống khoảng 30 mét.

Hạn chế:

Nhóm chưa tìm được giải thuật điều khiển công suất thiết bị.

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Đề tài này sử dụng bộ kit eZ430-RF2500 để thực hiện về ưu điểm là sự nhỏ gọn,

độ chính xác cao. Tuy nhiên vì giá thành của nó là tương đối cao nên chưa phù hợp

để áp dụng vào trong thực tế.

CÁM ƠN

Hoàn thành được đồ án này trước hết em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Hữu

Danh người đã cung cấp kiến thức, những gợi ý cũng như các công cụ để nhóm

chúng em có thể thực hiện tốt đề tài. Bên cạnh đó nhóm cũng gửi lời cám ơn đến

bạn bè trong khối ngành điện tử, các bạn đã trực tiếp đóng gớp những ý kiến thực

sự quý báo để chúng tôi có thể thực hiện tốt đề tài này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Lương Văn Sơn và Nguyễn Khắc Nguyên, năm 2003. Kỹ Thuật Xung. NXB Đại học Cần Thơ

Trương Văn Tám, năm 2000. Mạch Điện Tử. NXB Đại học Cần Thơ

Trương Văn Tám, năm 2003. Linh kiện Điện Tử. NXB Đại học Cần Thơ

Nguyễn Trung Lập, năm 2003. Giáo trình Kỹ thuật số. Nhà xuất bản Đại học Cần Thơ

Trần Hữu Danh cùng nhóm tác giả, năm 2012. Tài liệu hướng dẫn thực tập Kỹ Thuật Vi Xữ Lý

Trần Hữu Danh , Trần Nhựt Khải Hoàn -Tài liệu hướng dẫn thực tập vi điều khiển MSC-51

Thomas Watteyne. eZWSN: Experimenting with Wireless Sensor Networks using the eZ430-RF2500.

eZ430-RF2500_User Guide_SLAU227A .

Trương Văn Dượt, Nguyễn Hoàng Thi, năm 2010. Luận văn tốt ngiệp “ Phát Triển Ứng Dụng Trên Kit eZ430-RF2500”

Đỗ Thị Thu, Lê Đức Thành Công, năm 2010. Đồ án tốt nghiệp “Khảo sát họ vi điều khiển MSP430 (F2274)”


15

Documents

Bc Vxl Nhom7 uart