O slideshow foi denunciado.
Utilizamos seu perfil e dados de atividades no LinkedIn para personalizar e exibir anúncios mais relevantes. Altere suas preferências de anúncios quando desejar.

Điều khiển thiết bị qua Internet

10.439 visualizações

Publicada em

Module Ethernet, PIC18F4550 và các ứng dụng trong đo lường, điều khiển

Publicada em: Carreiras

Điều khiển thiết bị qua Internet

  1. 1. 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNGĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐề tài:MODULE ETHERNET TRÊN VI ĐIỀU KHIỂNPIC18F4550 VÀ ỨNG DỤNG TRONGĐO LƯỜNG – ĐIỀU KHIỂNSinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN CHIỀNLớp ĐT1Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN TIẾN DŨNGHà Nội, 5 - 2013
  2. 2. 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNGĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐề tài:MODULE ETHERNET TRÊN VI ĐIỀU KHIỂNPIC18F4550 VÀ ỨNG DỤNG TRONGĐO LƯỜNG – ĐIỀU KHIỂNSinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN CHIỀNLớp ĐT1Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN TIẾN DŨNGCán bộ phản biện:Hà Nội, 4 - 2013
  3. 3. 3BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠIHỌC BÁCHKHOA HÀ NỘI--------------------------------------------------Độc lập - Tự do - Hạnh phúc---------------------------------NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ và tên sinh viên: .…………….………….…….. Số hiệu sinh viên: ………………Khoá:……………………. Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ……………….........1. Đầu đề đồ án:………………………………………………..……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………...2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:……………………………………..……………………………………………..……..…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…..………………………..…………………………………………………………………………………….3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:………………………………………………………………………………………………………………..….……………………………………………………………………………………………………………………………………..….………………………………………………………………………………………………………………………………………..….……………………………………………………………………………………………4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):………………………………………………………………………………………………………………………..….…………………………………………………………………………………………………………………………..……….………………………………………………………………………………………………………….5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ………………………………………………………..……………………6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….……………7. Ngày hoàn thành đồ án: ………………………………………………………………………..………Ngày tháng năm 2013Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫnSinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2013Cán bộ phản biện
  4. 4. 4BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI---------------------------------------------------BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ và tên sinh viên: ....................................................................... Số hiệu sinh viên: ...........................Ngành: .................................................................................................. Khoá: ....................................................Giảng viên hướng dẫn:..............................................................................................................................................Cán bộ phản biện: .......................................................................................................................................1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................2. Nhận xét của cán bộ phản biện:..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................Ngày tháng năm 2013Cán bộ phản biện( Ký, ghi rõ họ và tên )
  5. 5. 5LỜI NÓI ĐẦUEthernet là kiểu mạng cục bộ (LAN) được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, ứngdụng của nó có mặt ở rất nhiều lĩnh vực của đời sống và trong công nghiệp. Thực tậptốt nghiệp với đề tài “Module Ethernet trên vi điều khiển PIC18F4550 và ứng dụngtrong đo lường, điều khiển)” đã sử dụng phần mềm CSS và thư viện TCP/IP Stackcủa hãng Microchip để lập trình điều khiển LED thông qua mạng truyền thôngEthernet, truyền tải nội dung từ Web qua LCD, đo nhiệt độ môi trường.Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể giáo viên viện ĐIỆN TỬ - VIỄNTHÔNG trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI, đặc biệt là sự hướng dẫn và giúpđỡ nhiệt tình của thầy NGUYỄN TIẾN DŨNG đã giúp em trong quá trình thực hiện đềtài tốt nghiệp này…Chúng em cũng chân thành cảm ơn quý thầy cô các Khoa trong trường ĐẠIHỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI đã tạo nền móng kiến thức cho chúng em…Xin gửi lời chúc sức khỏe và lòng tri ân chân thành đến quý thầy cô!Xin Cảm Ơn!
  6. 6. 6MỤC LỤCNHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................3BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP...................................................................4LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................5MỤC LỤC ......................................................................................................................6MỞ ĐẦU.........................................................................................................................9CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ETHERNET .........................................................111.1. Cấu trúc khung tin Ethernet ...............................................................................121.2. Cấu trúc địa chỉ Ethernet....................................................................................121.3. Các loại khung Ethernet.....................................................................................131.3.1. Các khung unicast.......................................................................................131.3.2. Các khung broadcast ..................................................................................131.3.3. Các khung multicast ..................................................................................141.4. Truy nhập bus.....................................................................................................141.5. Các loại mạng Ethernet ......................................................................................161.5.1. Các hệ thống Ethernet 10Mb/s ...................................................................161.5.2. Các hệ thống Ethernet 100 Mb/s – Ethernet cao tốc ( Fast Ethernet )......161.5.3. Các hệ thống Giga Ethernet ......................................................................161.6. Chuẩn IEEE 802.................................................................................................17CHƯƠNG 2. HỌ GIAO THỨC TCP/IP..................................................................182.1. Họ giao thức TCP/IP..........................................................................................182.1.1. Tầng Ứng Dụng (Application Layer) ........................................................182.1.2. Tầng Giao Vận (Transport Layer).............................................................192.1.3. Tầng Internet (Internet Layer)....................................................................192.1.4. Lớp giao tiếp mạng.....................................................................................202.2. Cấu trúc gói tin IP,TCP,UDP.............................................................................20
  7. 7. 72.2.1. Cấu trúc địa chỉ IP......................................................................................202.2.2. Cấu trúc gói tin IP ......................................................................................212.2.3. Cấu trúc gói tin TCP...................................................................................232.2.4. Cấu trúc gói tin UDP.................................................................................24CHƯƠNG 3. PHẦN CỨNG .......................................................................................253.1. Vi điều khiển PIC...............................................................................................253.1.1. Giới thiệu về vi điều khiển PIC...................................................................253.1.2. Một số ưu điểm của Microchip PIC ...........................................................273.1.3. Vi điều khiển PIC18F4550 .........................................................................273.2. Cảm biến nhiệt độ LM35 ...................................................................................323.3. Module Ethenert.................................................................................................333.3.1. Giới thiệu về chuẩn Ethernet và ENC28J60...............................................333.3.2. Sơ đồ chân...................................................................................................343.3.3. Sơ đồ ghép nối vi điều khiển với ENC28J60 ..............................................343.3.4. Module Ethernet .........................................................................................343.4. Text LCD ...........................................................................................................353.4.1. Cấu trúc Text LCD......................................................................................353.4.2. Sơ đồ chân...................................................................................................363.4.3. Điều khiển hiển thị......................................................................................383.5. Mạch nguyên lý..................................................................................................403.5.1. Khối mạch nguồn........................................................................................403.5.2. Khối mạch RJ45..........................................................................................403.5.3. Khối mạch LCD ..........................................................................................423.5.4. Khối mạch vi điều khiển PIC18F4550........................................................433.6. Mạch thực tế.......................................................................................................43CHƯƠNG 4. TRÌNH BIÊN DỊCH CCS VÀ WEB SERVER.................................444.1. CCS ....................................................................................................................44
  8. 8. 84.1.1. Vì sao ta sử dụng CCS................................................................................444.1.2. Giới thiệu về CCS .......................................................................................444.2. Web động ...........................................................................................................454.3. CSS.....................................................................................................................464.3.1. Ưu điểm của CSS ........................................................................................474.3.2. Các đặc tính cơ bản của CSS......................................................................474.3.3. CSS có tính kế thừa và tính kết hợp............................................................49CHƯƠNG 5. TCP/IP STACK....................................................................................505.1. Cấu trúc của TCP/IP Stack.................................................................................515.2. Hoạt động của TCP/IP Stack..............................................................................525.2.1. Các file cần thiết.........................................................................................525.2.2. Cấu trúc APP_CONFIG.............................................................................525.2.3. Main file......................................................................................................535.3. Các module của Stack và APIs ..........................................................................545.3.1. Announce ....................................................................................................545.3.2. HTTP2 server..............................................................................................545.4. Cấu hình cho Stack.............................................................................................565.4.1. Cấu hình cho phần cứng.............................................................................565.4.2. Địa chỉ.........................................................................................................575.5. Demo Module.....................................................................................................585.5.1. Điều khiển led sáng tắt ...............................................................................595.5.2. Viết ra LCD.................................................................................................625.5.3. Đo nhiệt độ..................................................................................................63KẾT LUẬN ..................................................................................................................64
  9. 9. 9Danh sách hình vẽHình 1: Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.3/ Ethernet. ..................................12Hình 2: Mô hình truyền thông unicast..................................................................13Hình 3: Minh họa phương pháp CSMA/CD. ........................................................14Hình 4: Cấu trúc họ giao thức TCP/IP. ...............................................................18Hình 5. Tổ chức địa chỉ IP....................................................................................21Hình 6. PIC18F4550.............................................................................................28Hình 7. Sơ đồ chân của PIC18F4550...................................................................29Hình 8. LM35........................................................................................................33Hình 9. Sơ đồ chân ENC28J60.............................................................................34Hình 10. Sơ đồ ghép nối VĐK với ENC28J60......................................................34Hình 11. Module Ethernet ....................................................................................35Hình 12. Text LCD 16x2.......................................................................................36Hình 13. Sơ đồ chân..............................................................................................37Hình 14. Kết nối Text LCD...................................................................................38Hình 15. Hoạt động của chân RS. ........................................................................39Hình 16. Khối mạch nguồn...................................................................................40Hình 17. Khối mạch RJ45.....................................................................................41Hình 18. Sơ đồ khối của HR911105A...................................................................42Hình 19. Khối mạch LCD. ....................................................................................42Hình 20. Mạch lọc, mạch reset, chân nạp cho vi điều khiển................................43Hình 21. Bản mạch chính .....................................................................................43Hình 22. Trình biên dịch CCS ..............................................................................45Hình 23. Cấu trúc của Stack.................................................................................51Hình 24. So sánh cấu trúc TCP/IP tham khảo và cấu trúc Stack của Microchip........................................................................................................................................51Hình 25. Điều khiển LED và viết lên LCD. ..........................................................60Hình 26. Code trong file forms.htm......................................................................60MỞ ĐẦUNgày nay, khoa học công nghệ đạt được một trình độ phát triển rất nhanh vàmạnh mẽ, cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật nói chung và công nghệ điện
  10. 10. 10tử nói riêng. Những thành tựu đạt được cũng như các ứng dụng của công nghệ kỹ thuậtđiện tử ngày càng được sử dụng nhiều trong cuộc sống hàng ngày của con người vàtrong các ngành công nghiệp sản xuất và chế biến. Đặc biệt trong lĩnh vực Vi Xử Lý,những ứng dụng của nó đã mang lại hiệu quả rất thiết thực cho cuộc sống như quangbáo điện tử, đo và hiển thị nhiệt độ, đồng hồ số, điều khiển tốc độ động cơ, điều khiểnthiết bị điện, hệ thống đếm sản phẩm…Nắm được tầm quan trọng đó, tôi đã thực hiện đề tài “MODULEETHERNET TRÊN VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F4550 VÀ ỨNG DỤNG TRONGĐO LƯỜNG – ĐIỀU KHIỂN”. Có thể nói đề tài này có rất nhiều ứng dụng trongthực tiễn, dùng đễ điều khiển và giám sát các thiết bị trong gia đình. Nếu mở rộng đềtài ta có thể ứng dụng đề tài để điều khiển hệ thống điện trong công nghiệp.Bằng các kiến thức đã học tại trường và quá trình nghiên cứu, tìm hiểu thực tế,cùng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã thực hiện thành công đồ án này.Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian có hạn chế, đồ án không tránh khỏinhững thiếu sót.Đồ án bao gồm những nội dung chính cơ bản như sau:Chương 1. Tổng quan về Ethernet trình bày về lý thuyết Ethernet gồm các vấnđề về cấu trúc khung tin Ethernet, phương pháp truy nhập bus (CSMA/CD), các loạimạng Ethernet và chuẩn Ethernet IEEE 802.3.Chương 2. Họ giao thức TCP/IP trình bày kiến thức về họ giao thức TCP/IP baogồm 5 tầng: tầng ứng dụng (Application Layer), tầng giao vận (Transport Layer), tầngliên mạng (Internet Layer), tầng giao tiếp mạng (Network Interface Layer). Trình bàycác kiến thức về gói tin IP, TCP, UDP.Chương 3. Phần cứng trình bày các kiến thức về vi điều khiển PIC18F4550 baogồm các đặc trưng của PIC18F4550, bộ biến đổi A/D. Module Ethernet, các kiến thứcvề sensor đo nhiệt độ LM35 cũng được trình bày trong chương này. Giới thiệu về LCD16x2. Tiếp theo là phần nguyên lý của mạch thực nghiệm.
  11. 11. 11Chương 4. Trình biên dịch CCS và web server giới thiệu về trình biên dịch CCSvà các nội dung liên quan đến việc thiết kế web giao diện như là HTML, Javascript,CSS.Chương 5. TCP/IP Stack chương này trình bày về nhiệm vụ chính của khóa luậnđó là sử dụng thư viện TCP/IP Stack của Microchip trên phần mềm CCS để lập trìnhcho mạch demo thực hiện đo lường và điều khiển thông qua mạng truyền thôngEthernet.Kết luận. Trình bày các kết quả đã đạt được của khóa luận và đánh giá các kếtquả đó. Đồng thời, định hướng một số hướng phát triển của đề tài.CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ETHERNETEthernet là kiểu mạng cục bộ (LAN) được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Hiệnthời công nghệ Ethernet thường được sử dụng nhất là công nghệ sử dụng cáp đôi xoắn10Mbps.Ethernet đã được phát minh ra tại trung tâm nghiên cứu Xerox Palo Alto vàonhững năm 1970 bởi tiến sĩ Robert M. Metcalfe . Nó đã được thiết kế với mục đíchphục vụ nghiên cứu trong “ hệ thống công sở trong tương lai”, bao gồm trạm cá nhânđầu tiên trên thế giới, trạm Xerox Alto. Trạm Ethernet đầu tiên chạy với tốc độ xấp xỉ3Mbps. Chuẩn Ethernet 10Mbps đầu tiên được xuất bản năm 1980 bởi sự phối hợpphát triển của 3 hãng : DEC, Intel và Xerox. Chuẩn này có tên DIX Ethernet ( lấy têntheo 3 chữ cái đầu của tên các hãng).Uỷ ban 802.3 của IEEE đã lấy DIX Ethernet làm nền tảng để phát triển. Năm1985, chuẩn 802.3 đầu tiên đã ra đời với tên IEEE 802.3 Carrier Sense MultipleAccess with Collition Detection (CSMA/CD). Mặc dù không sử dụng tên Ethernetnhưng hầu hết mọi người đều hiểu đó là chuẩn của công nghệ Ethernet. Ngày naychuẩn IEEE 802.3 là chuẩn chính thức của Ethernet. IEEE đã phát triển chuẩn Ethernettrên nhiều công nghệ truyền dẫn khác nhau vì thế có nhiều loại mạng Ethernet. Đặcbiệt, với phiên bản 100 Mbit/s (Fast Ethernet, IEEE 802.3u), Ethernet ngày càng đóngmột vai trò quan trọng trong các hệ thống công nghiệp. Bên cạnh việc sử dụng cáp
  12. 12. 12đồng trục, đôi dây xoắn và cáp quang, gần đây Ethernet không dây (Wireless LAN,IEEE 802.11) cũng đang thu hút được sự quan tâm lớn.1.1. Cấu trúc khung tin EthernetCác chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data Link trong mô hình 7 lớp OSI vìthế đơn vị dữ liệu mà các trạm trao đổi với nhau là các khung (frame). Cấu trúc khungEthernet như sau:Hình 1: Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.3/ Ethernet.Mở đầu555…5HSFD(D5H)Địa chỉđíchĐịa chỉnguồnĐộ dàikiểu góiDữ liệu PAD FCS7 byte 1 byte 2/6 byte 2/6 byte 2 byte 46-1500 byte 4 byte- Preamble (mở đầu): trường này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luônmang giá trị 10101010. Từ nhóm bit này, phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10Mhz.- SFD (start frame delimiter): trường này mới thực sự xác định sự bắt đầu của 1khung. Nó luôn mang giá trị 10101011.- Các trường Destination và Source: mang địa chỉ vật lý của các trạm nhận và gửikhung, 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 trườngnày trước khi truyền khung. Phía nhận tính toán lại CRC này theo cách tương tự. Nếuhai kết quả trùng nhau, khung được xem là nhận đúng, ngược lại khung coi như là lỗivà bị loại bỏ.1.2. Cấu trúc địa chỉ EthernetMỗi giao tiếp mạng Ethernet được định danh duy nhất bởi 48 bit địa chỉ (6 octet).Đây là địa chỉ được ấn định khi sản xuất thiết bị, gọi là địa chỉ MAC (MediaAccess Control Address ). Địa chỉ MAC được biểu diễn bởi các chữ số hexa ( hệ cơsố 16 ). Ví dụ:00:60:97:8F:4F:86 hoặc 00-60-97-8F-4F-86. Khuôn dạng địa chỉ MACđược chia làm 2 phần:- 3 octet đầu xác định hãng sản xuất, chịu sự quản lý của tổ chức IEEE.
  13. 13. 13- 3 octet sau do nhà sản xuất ấn định.Kết hợp ta lẽ có một địa chỉ MAC duy nhất cho một giao tiếp mạng Ethernet. Địachỉ MAC được sử dụng làm địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong khung Ethernet.1.3. Các loại khung Ethernet1.3.1. Các khung unicastGiả sử trạm 1 cần truyền khung tới trạm 2.Khung Ethernet do trạm 1 tạo ra có địa chỉ:- MAC nguồn: 00-60-08-93-DB-C1- MAC đích: 00-60-08-93-AB-12Hình 2: Mô hình truyền thông unicast.Đây là khung unicast. Khung này được truyền tới một trạm xác định. Tất cả cáctrạm trong phân đoạn mạng trên sẽ đều nhận được khung này nhưng:- Chỉ có trạm 2 thấy địa chỉ MAC đích của khung trùng với địa chỉ MAC củagiao tiếp mạng của mình nên tiếp tục xử lý các thông tin khác trong khung.- Các trạm khác sau khi so sánh địa chỉ sẽ bỏ qua không tiếp tục xử lý khungnữa.1.3.2. Các khung broadcast
  14. 14. 14Các khung broadcast có địa chỉ MAC đích là FF-FF-FF-FF-FF-FF. Khi nhậnđược các khung này, mặc dù không trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng củamình nhưng các trạm đều phải nhận khung và tiếp tục xử lý.Giao thức ARP sử dụng các khung broadcast này để tìm địa chỉ MAC tương ứngvới một địa chỉ IP cho trước. Một số giao thức định tuyến cũng sử dụng các khungbroadcast để các router trao đổi bảng định tuyến.1.3.3. Các khung multicastTrạm nguồn gửi khung tới một số trạm nhất định chứ không phải là tất cả. Địachỉ MAC đích của khung là địa chỉ đặc biệt mà chỉ các trạm trong cùng nhóm mớichấp nhận các khung gửi tới địa chỉ này.1.4. Truy nhập busMột vấn đề lớn thường gây lo ngại trong việc sử dụng Ethernet ở cấp trường làphương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Avoidance ) và sự ảnh hưởng tới hiệu suất cũng như tính năng thời gianthực của hệ thống. Ở đây, một trong những yếu tố quyết định tới hiệu suất của hệthống là thuật toán tính thời gian truy nhập lại cho các trạm trong trường hợp xảy raxung đột.Hình 3: Minh họa phương pháp CSMA/CD.
  15. 15. 15Nguyên tắc làm việc phương pháp CSMA/CD:Theo phương pháp CSMA/CD, mỗi trạm đều có quyền truy nhập bus mà khôngcần một sự kiểm soát nào. Phương pháp được tiến hành như sau:- Mỗi trạm đều phải tự nghe đường dẫn (carrier sense), nếu đường dẫn rỗi (khôngcó tín hiệu ) thì mới được phát.- Do việc lan truyền tín hiệu cần một thời gian nào đó, nên vẫn có khả năng haitrạm cùng phát tín hiệu lên đường dẫn. Chính vì vậy, trong khi phát thì mỗi trạm vẫnphải nghe đường dẫn để so sánh tín hiệu phát đi với tín hiệu nhận được xem có xảy raxung đột hay không (collision detection).- Trong trường hợp xảy ra xung đột, mỗi trạm đều phải hủy bỏ bức điện củamình, chờ một thời gian ngẫu nhiên và thử gửi lại.Một tình huống xảy ra xung đột tiêu biểu và cách khắc phục được minh họa trênhình... Trạm A và C cùng nghe đường dẫn. Đường dẫn rỗi nên A có thể gửi trước.Trong khi tín hiệu từ trạm A gửi đi chưa kịp tới nên trạm C không hay biết và cũnggửi, gây ra xung đột tại một điểm gần C. A và C sẽ lần lượt nhận được tín hiệu phảnhồi, so sánh với tín hiệu gửi đi và phát hiện xung đột. Cả hai trạm sẽ cùng phải hủy bỏbức điện đã gửi đi bằng cách không phát tiếp, các trạm muốn nhận sẽ không nhậnđược cờ hiệu kết thúc bức điện và sẽ coi như bức điện không hợp lệ. A và C cũng cóthể gửi đi một tín hiệu “ jam” đặc biệt để báo cho các trạm cần nhận biết. Sau đó mỗitrạm sẽ chờ một thời gian chờ ngẫu nhiên, trước khi thử phát lại. Thời gian chờ ngẫunhiên ở đây tuy nhiên phải được tính theo một thuật toán nào đó để sao cho thời gianchờ ngắn một cách hợp lí và không giống nhau giữa các trạm cùng chờ. Thông thườngthời gian chờ này là bội số của hai lần thời gian lan truyền tín hiệu Ts.Ưu điểm của CSMA/CD là tính chất đơn giản, linh hoạt. Khác với các phươngpháp tiền định, việc ghép thêm hay bỏ đi một trạm trong mạng không ảnh hưởng gì tớihoạt động của hệ thống. Chính vì vậy, phương pháp này được áp dụng rộng rãi trongmạng Ethernet.Nhược điểm của CSMA/CD là tính chất bất định của thời gian phản ứng. Cáctrạm đều bình đẳng như nhau nên quá trình chờ ở một trạm có thể lặp đi lặp lại, khôngxác định được tương đối chính xác thời gian. Hiệu suất sử dụng đường truyền vì thếcũng thấp. Rõ ràng, nếu như không kết hợp thêm với các kỹ thuật khác thì phương
  16. 16. 16pháp này không thích hợp với các cấp thấp, đòi hỏi trao đổi dữ liệu định kỳ, thời gianthực.1.5. Các loại mạng EthernetIEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công nghệ truyền dẫn khác nhau vìthế có nhiều loại mạng Ethernet. Mỗi loại mạng được mô tả dựa theo ba yếu tố: tốc độ,phương thức tín hiệu sử dụng và đặc tính đường truyền vật lý.1.5.1. Các hệ thống Ethernet 10Mb/s- 10Base5. Đây là tiêu chuẩn Ethernet đầu tiên, dựa trên cáp đồng trục loại dày.Tốc độ đạt được 10 Mb/s, sử dụng băng tần cơ sở, chiều dài cáp tối đa cho 1 phânđoạn mạng là 500m.- 10Base2. Có tên khác là “thin Ethernet” , dựa trên hệ thống cáp đồng trục mỏngvới tốc độ 10 Mb/s, chiều dài cáp tối đa của phân đoạn là 185 m (IEEE làm trònthành 200m).- 10BaseT. Chữ T là viết tắt của “twisted”: cáp xoắn cặp. 10BaseT hoạt động tốcđộ 10 Mb/s dựa trên hệ thống cáp xoắn cặp Cat 3 trở lên.- 10BaseF. F là viết tắt của Fiber Optic ( sợi quang). Đây là chuẩn Ethernet dùngcho sợi quang hoạt động ở tốc độ 10 Mb/s , ra đời năm 1993.1.5.2. Các hệ thống Ethernet 100 Mb/s – Ethernet cao tốc ( Fast Ethernet )- 100BaseT. Chuẩn Ethernet hoạt động với tốc độ 100 Mb/s trên cả cắp xoắncặp lẫn cáp sợi quang.- 100BaseX. Chữ X nói lên đặc tính mã hóa đường truyền của hệ thống này (sửdụng phương pháp mã hoá 4B/5B của chuẩn FDDI). Bao gồm 2 chuẩn 100BaseFX và100BaseTX: 100BaseFX. Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cáp sợi quang đa mode. 100BaseTX. Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cắp xoắn cặp. 100BaseT2 và 100BaseT4. Các chuẩn này sử dụng 2 cặp và 4 cặp cápxoắn cặp Cat 3 trở lên tuy nhiên hiện nay hai chuẩn này ít được sử dụng.1.5.3. Các hệ thống Giga Ethernet
  17. 17. 17- 1000BaseX. Chữ X nói lên đặc tính mã hoá đường truyền ( chuẩn này dựa trênkiểu mã hoá 8B/10B dùng trong hệ thống kết nối tốc độ cao Fibre Channel được pháttriển bởi ANSI). Chuẩn 1000BaseX gồm 3 loại: 1000Base-SX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng ngắn. 1000Base-LX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng dài. 1000Base-CX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng cáp đồng.- 1000BaseT. Hoạt động ở tốc độ Giga bit, băng tần cơ sở trên cáp xoắn cặp Cat5 trở lên. Sử dụng kiểu mã hoá đường truyền riêng để đạt được tốc độ cao trên loại cápnày.1.6. Chuẩn IEEE 802IEEE 802 là họ các chuẩn IEEE dành cho các mạng LAN và mạng MAN(metropolitan area network). Cụ thể hơn, các chuẩn IEEE 802 được giới hạn cho cácmạng mang các gói tin có kích thước đa dạng. (Khác với các mạng này, dữ liệu trongcác mạng cell-based được truyền theo các đơn vị nhỏ có cùng kích thước được gọi làcell. Các mạng Isochronous, nơi dữ liệu được truyền theo một dòng liên tục các octet,hoặc nhóm các octet, tại các khoảng thời gian đều đặn, cũng nằm ngoài phạm vi củachuẩn này).Các dịch vụ và giao thức được đặc tả trong IEEE 802 ánh xạ tới hai tầng thấp(tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý của mô hình 7 tầng OSI. Thực tế, IEEE 802 chiatầng liên kết dữ liệu OSI thành hai tầng con LLC (điều khiển liên kết lôgic) và MAC(điều khiển truy nhập môi trường truyền), do đó các tầng này có thể được liệt kê nhưsau:- Tầng liên kết dữ liệu- Tầng con LLC- Tầng con MAC- Tầng vật lýHọ chuẩn IEEE 802 được bảo trì bởi Ban Tiêu chuẩn LAN/MAN IEEE 802(IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee (LMSC)). Các chuẩn được dùng rộng rãinhất là dành cho họ Ethernet, Token Ring, mạng LAN không dây, các mạng LANdùng bridge và bridge ảo (Bridging and Virtual Bridged LANs). Chuẩn dành cho họEthernet là chuẩn IEEE 802.3.
  18. 18. 18CHƯƠNG 2. HỌ GIAO THỨC TCP/IP2.1. Họ giao thức TCP/IPTCP/IP là viết tắt của Transmission Control Protocol / Internet Protocol (Giaothức Điều Khiển Truyền Thông /Giao thức Internet). TCP/IP không chỉ gồm 2 giaothức mà thực tế nó là tập hợp của nhiều giao thức. TCP/IP sử dụng mô hình truyềnthông 4 tầng hay còn gọi là mô hình DoD (Mô hình của Bộ Quốc Phòng Mỹ). Cáctầng trong mô hình này là:- Tầng Ứng Dụng (Application Layer).- Tầng Giao Vận (Transport Layer).- Tầng Liên Mạng (Internet Layer).- Tầng Giao Tiếp Mạng (Network Interface Layer).Hình 4: Cấu trúc họ giao thức TCP/IP.2.1.1. Tầng Ứng Dụng (Application Layer)Gồm nhiều giao thức cung cấp cho các ứng dụng người dùng. Được sử dụng đểđịnh dạng và trao đổi thông tin người dùng. 1 số giao thức thông dụng trong tầng nàylà:- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao thức cấu hình trạm động.- DNS (Domain Name System): Hệ thống tên miền.
  19. 19. 19- SNMP (Simple Network Management Protocol): Giao thức quản lý mạng đơngiản.- FTP (File Transfer Protocol): Giao thức truyền tập tin.- TFTP (Trivial File Transfer Protocol): Giao truyền tập tin bình thường.- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Giao thức gửi thư đơn giản.- TELNET: là chương trình mô phỏng thiết bị đầu cuối cho phép người dùnglogin vào một máy chủ từ một máy tính nào đó trên mạng.Tầng ứng dụng trao đổi dữ liệu với lớp dưới (lớp vận chuyển) qua cổng. Việcdùng cổng bằng số cho phép giao thức của lớp vận chuyển biết loại nội dung nào chứabên trong gói dữ liệu. Những cổng được đánh bằng số và những ứng dụng chuẩnthường dùng cùng cổng. Ví dụ: giao thức FTP dùng cổng 20 cho dữ liệu và cổng 21cho điều khiển, giao thức SMTP dùng cổng 25…2.1.2. Tầng Giao Vận (Transport Layer)Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tính và quy định cáchtruyền dữ liệu. 2 giao thức chính trong tầng này gồm:- UDP (User Datagram Protocol): Còn gọi là Giao Thức Gói Người Dùng. UDPcung cấp các kênh truyền thông phi kết nối nên nó không đảm bảo truyền dữ liệu 1cách tin cậy. 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.- TCP (Transmission Control Protocol): Ngược lại với UDP, TCP cung cấp cáckênh truyền thông hướng kết nối và đảm bảo truyền dữ liệu 1 cách tin cậy. TCPthường truyền các gói tin có kích thước lớn và yêu cầu phía nhận xác nhận về các góitin đã nhận.2.1.3. Tầng Internet (Internet Layer)Nằm bên trên tầng truy nhập mạng. Tầng này có chức năng gán địa chỉ, đóng góivà định tuyến (Route) dữ liệu. 4 giao thức quan trọng nhất trong tầng này gồm:- IP (Internet Protocol): Có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khi truyềnvà định tuyến chúng tới đích.- ARP (Address Resolution Protocol): Có chức năng biên dịch địa chỉ IP củamáy đích thành địa chỉ MAC.
  20. 20. 20- ICMP (Internet Control Message Protocol): Có chức năng thông báo lỗi trongtrường hợp truyền dữ liệu bị hỏng.- IGMP (Internet Group Management Protocol): Có chức năng điều khiển truyềnđa hướng (Multicast) .2.1.4. Lớp giao tiếp mạngTầng giao tiếp mạng liên quan tới việc trao đổi dữ liệu giữa hai trạm thiết bịtrong cùng một mạng. Các chức năng bao gồm việc kiểm soát truy nhập môi trườngtruyền dẫn, kiểm soát lỗi và lưu thông dữ liệu. Datagram được tạo từ lớp Internet sẽđược gửi xuống tới lớp truy nhập mạng nếu truyền dữ liệu, hoặc tầng giao tiếp mạngsẽ lấy dữ liệu từ mạng và gửi nó tới lớp Internet nếu chúng ta nhận dữ liệu. Như đã đềcập ở phần trên, Ethernet là giao thức cấp dưới có ba lớp LLC ( Logic Link Control ),MAC ( Media Access Control ) và lớp vật lí Physical.2.2. Cấu trúc gói tin IP,TCP,UDP2.2.1. Cấu trúc địa chỉ IPMạng Internet dùng hệ thống địa chỉ IP (32 bit) để "định vị" các máy tính liênkết với nó. Có hai cách đánh địa chỉ phụ thuộc vào cách liên kết của từng máy tính cụthể.Nếu các máy tính được kết nối trực tiếp với mạng Internet thì NIC (NetworkInformation Centre) sẽ cấp cho các máy tính đó một địa chỉ IP (IP Address).Nếu các máy tính không kết nối trực tiếp với mạng Internet mà thông qua mộtmạng cục bộ thì người quản trị mạng sẽ cấp cho các máy tính đó một địa chỉ IP (tuynhiên cũng dưới sự cho phép của NIC).Hệ thống địa chỉ này được thiết kế mềm dẻo qua một sự phân lớp, có 5 lớp địachỉ IP là : A, B, C, D, E. Sự khác nhau cơ bản giữa các lớp địa chỉ này là ở khả năng tổchức các cấu trúc con của nó.
  21. 21. 21Hình 5. Tổ chức địa chỉ IP.- Địa chỉ lớp A: Lớp A sử dụng byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉ mạng.Như hình trên, nó được nhận ra bởi bit đầu tiên trong byte đầu tiên của địa chỉ có giátrị 0. 3 bytes còn lại được sử dụng để đánh địa chỉ máy trong mạng. Có 126 địa chỉ lớpA (được đánh địa chỉ trong byte thứ nhất) với số máy tính trong mạng là 2563 - 2 =16.777.214 máy cho mỗi một địa chỉ lớp A (sử dụng 3 bytes để đánh địa chỉ máy).- Địa chỉ lớp B: Một địa chỉ lớp B được nhận ra bởi 2 bit đầu tiên của byte thứnhất mang giá trị 10. Lớp B sử dụng 2 byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉ mạngvà 2 byte cuối đánh địa chỉ máy trong mạng. Có 64*256 - 2 = 16.128 địa chỉ mạng lớpB với 65.534 máy cho mỗi một địa chỉ lớp B.- Địa chỉ lớp C: Một địa chỉ lớp C được nhận ra với 3 bit đầu mang giá trị 110.Mạng lớp C sử dụng 3 byte đầu để đánh địa chỉ mạng và 1 byte cuối đánh địa chỉ máytính có trong mạng. Có 2.097.152 -2 địa chỉ lớp C, mỗi địa chỉ lớp C có 254 máy.- Địa chỉ lớp D: Dùng để gửi các IP datagram tới một nhóm các host trên mộtmạng.- Địa chỉ lớp E: Dùng để dự phòng và dùng trong tương lai.2.2.2. Cấu trúc gói tin IP- Ver-4 bít: chỉ version hiện hành của ip đang được dùng, nếu trường này khácvới phiên bản IP của thiết bị nhận, thiết bị nhận sẽ loại bỏ các gói tin này.- IHL(IP Header Length)-4bít: chỉ độ dài phần header của gói tin, tính theo từ 32bít.0 1 2 3 4 8 16 24Class A 0 Netid HostidClass B 1 0 Netid HostidClass C 1 1 0 Netid HostidClass D 1 1 1 0 Multicast addressClass E 1 1 1 1 0 Reverved for future use
  22. 22. 22- TOS(Type of Service)-1byte: cho biết dịch vụ nào mà gói tin muốn sử dụngchẳng hạn như độ ưu tiên, thời hạn chậm trễ, năng suất truyền và độ tin cậy. Cụ thểnhư sau: 3 bít đầu (Precedence) chỉ quyền ưu tiên gửi gói tin, từ gói tin bình thườnglà 0 đến gói tin kiểm soát mạng là 7. 1 bít tiếp theo (Delay) chỉ độ trễ yêu cầu, 0 ứng với gói tin có độ trễ bìnhthường, 1 ứng với gói tin có độ trễ thấp. 1 bít tiếp theo (Throughput) chỉ thông lượng yêu cầu sử dụng để truyềngói tin với lựa chọn truyền trên đường thông suất thấp hay trên đườngthông suất cao, 0 ứng với thông lượng bình thường, 1 ứng với thông lượngcao. 1 bít tiếp theo (Reliability) chỉ độ tin cậy yêu cầu, 0 ứng với độ tin cậybình thường, 1 ứng với độ tin cậy cao.- Total Length-2byte:chỉ độ dài toàn bộ gói tin tính cả phần header, tính theo đơnvị byte.- Indentification-16 bít: cùng với các tham số khác như Source Address,Destination Address dùng để định danh duy nhất một gói tin trong thời gian nó tồn tạitrên mạng.- Flags: Các gói tin khi truyền trên đường đi có thể bị phân thành nhiều gói tinnhỏ. Trường Flags dùng để điều khiển phân đoạn và lắp ghép gói tin. Cụ thể như sau: Bít 0: chưa sử dụng, luôn lấy giá trị 0 Bít 1: 0 ứng với gói tin bị phân mảnh, 1 ứng với gói tin không bị phânmảnh. Bít 2: 0 ứng với gói tin thuộc phân đoạn cuối cùng của gói tin gốc, 1 ứngvới gói tin không phải là phân đoạn cuối cùng của gói tin gốc.- Fragment Offset-13bít: chỉ vị trí của phân đoạn trong gói tin gốc, tính theo đơnvị 8 byte.- Time To Live-1byte: quy định thời gian tồn tại tính bằng giây của gói tin trongmạng. Thời gian này được đặt bởi trạm gửi và giảm đi (thường quy ước là 1) khi góitin đi qua mỗi router của liên mạng. Một giá trị tối thiểu phải đủ lớn để mạng hoạtđộng tốt.
  23. 23. 23- Protocol: Chỉ tầng giao thức kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích. TCP cóứng với giá trị 6, UDP ứng với giá trị 17, 1 ứng với ICMP.- Header Checksum-2byte: Dùng để phát hiện lỗi header của gói tin xảy ra trongquá trình truyền của nó.- Source IP Address-4byte: Địa chỉ IP của nơi truyền gói tin.- Destination IP Address-4byte: Địa chỉ IP của nơi nhận gói tin.- IP Option-độ dài thay đổi: Khai báo các lựa chọn do người sử dụng yêu cầu, vídụ như: mức độ bảo mật, đường mà gói tin được gửi đi, timestamp ở mỗi router.- Padding-độ dài thay đổi: Dùng để đảm bảo phần header luôn kết thúc ở mộtmốc 32 bít.- Data: chứa thông tin lớp trên ,chiều dài thay đổi đến 64Kb.2.2.3. Cấu trúc gói tin TCPĐơn vị dữ liệu trong TCP được gọi là Segment với cấu trúc như sau:- Source Port-2 byte: số hiệu cổng TCP của trạm nguồn.- Destination Port-2byte: số hiệu cổng TCP của trạm đích.- Sequence number: số hiệu của byte đầu tiên của segment, nếu cờ SYN bật thìnó là số thứ tự gói ban đầu và byte đầu tiên được gửi có số thứ tự này cộng thêm 1.Nếu không có cờ SYN thì đây là số thứ tự của byte đầu tiên.- Acknowledgment Number-2byte: nếu cờ ACK bật thì giá trị của trường chínhlà số thứ tự gói tin tiếp theo mà bên nhận cần. Báo là nhận tốt các segment mà trạmđích đã gửi cho trạm nguồn.- Data offset-4bit: độ dài của phần header tính theo đơn vị từ 32 bit. Tham số nàychỉ ra vị trí bắt đầu của nguồn dữ liệu.- Reserved-6 bít.- Flags: các bít điều khiển URG: Vùng con trỏ khẩn (Urgent pointer) có hiệu lực ACK: Vùng báo nhận ACK number có hiệu lực PSH: Chức năng PUSH RST: khởi động lại liên kết
  24. 24. 24 SYN: đồng bộ hoá số hiệu tuần tự FIND: không còn dữ liệu từ trạm nguồn- Window-2byte: số byte dữ liệu bắt đầu từ byte được chỉ ra trong ACK numbermà trạm nguồn đã sẵn sàng để nhận.- Checksum: checksum cho cả phần header lẫn dữ liệu.- Urgent Pointer-2byte: nếu cờ URG bật thì giá trị trường này chính là số từ 16bit mà số thứ tự gói tin (sequence number) cần dịch trái.- Option-2byte: vùng tuỳ chọn, khai báo các option của TCP trong đó có độ dàitối đa của vùng TCP data trong một segment.- Padding: phần chèn thêm vào header để đảm bảo phần header luôn kết thúc ởmột mốc 32 bít- TCP data: chứa dữ liệu của tầng trên có độ dài tối đa ngầm định là 536byte. Giátrị này có thể khai báo trong trường Option.2.2.4. Cấu trúc gói tin UDPVùng header của UDP có 64 bít với 4 trường :- Source Port-2byte: xác định cổng của người gửi thông tin và có ý nghĩa nếumuốn nhận thông tin phản hồi từ người nhận. Nếu không thì đặt nó bằng 0.- Destination Port-2byte: xác định cổng nhận thông tin và trường này là cần thiết.- Length-2byte: là chiều dài của toàn bộ gói tin(phần header và phần dữ liệu).Chiều dài tối thiểu là 8 byte khi gói tin không có dữ liệu, chỉ có header.- Checksum-2byte: dùng cho việc kiểm tra lỗi của phần header và phần dữ liệu.
  25. 25. 25CHƯƠNG 3. PHẦN CỨNG3.1. Vi điều khiển PIC3.1.1. Giới thiệu về vi điều khiển PICPIC là một họ vi điều khiển theo kiến trúc Havard được sản xuất bởi công tyMicrochip Technology.3.1.1.1. Lịch sử phát triểnNăm 1965 hãng Genneral Instrument thành lập ban vi điện tử nhằm tập trungnghiên cứu công nghệ chế tạo bộ nhớ kiểu EPROM và EEPROM, đó là các linh kiệnthu hút nhiều đầu tư của các phòng thí nghiệm bán dẫn. Đầu những năm 70 GenneralInstrument cũng chế tạo vi xử lý 16 bit PC1600. Bộ xử lý này khá tốt nhưng có nhượcđiểm là khả năng vào ra không mạnh để thích ứng bộ xử lý PC1600 trong các ứngdụng cần có tính nâng cao. Năm 1975 Genneral Instrument thiết kế vi mạch điều khiểngiao tiếp ngoại vi (Peripheral interface controler) viết tắt là PIC, đó là linh kiện hỗ trợcác tính năng vào ra cho vi xử lý PIC không cần nhiều chức năng vì chỉ xử lý các côngviệc vào ra do đó bộ mã lệnh của nó khó nhỏ gọn. Những vi điều khiển PIC đầu tiêncó điểm yếu là chế tạo theo công nghệ n-MOS nên tiêu thụ nhiều năng lượng, bộ nhớchương trình là loại ROM mặt nạ chỉ nạp được một lần, do đó chương trình điều khiểnđược nạp ngay khi chế tạo vi mạch nên chỉ thích hợp với các khách hang đặt mua vớisố lượng lớn, để lắp ráp trong sản xuất những sản phẩm cụ thể.Những năm đầu thập ki 80 Genneral Instrument gặp khó khăn trong thương mạivà tổ chức lại. Hãng tập trung vào chế tạo linh kiện bán dẫn công suát lớn là thế mạnhcho tới hiện nay của hãng. Genneral Instrument đã chuyển nhượng Ban vi điện tử vànhà máy tại Chandle, bang Anizona cho các nhà đầu tư. Họ lập ra một công ty mới, đặttên là Arizona Microchip technology hiện nay là Microchip technology Inc.Chiến lược của các nhà đầu tư là tập trung vào vi điều khiển và các bộ nhớ bándẫn. Các vi mạch PIC n-MOS được cải tiến, chế tạo dựa trên nền tảng công nghệ mớiCMOS. Các sản phẩm đầu tiên của Microchip được biết tới và bán ra với số lượng lớnlà các vi điều khiển PIC thuộc họ PIC16C5x. Họ này có hai biến thể với bộ nhớchương trình là OTP và UV EPROM. Loại OTP có thể nạp trình một lần dùng cho sảnxuất loại lớn. Loại UV EPROM có thể xóa được bằng tia cực tím (tia UV) dùng khiphát triển, thử nghiệm phần mềm.
  26. 26. 26Năm 1983 Microchip là hãng đầu tiên đã tích hợp được bộ nhớ chương trìnhflash EEPROM vào những vi điều khiển mới, trong đó được biết đến nhiều nhất làPIC16C84 và PIC16F84. Bộ nhớ chương trình flash đã loại bỏ vai trò của vi điềukhiển có bộ nhớ xoá bằng tia cực tím, có vỏ bằng gốm đắt tiền và các đèn chiếu tia cựctím.3.1.1.2. Phân loạiHiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng cácchức năng chính có thể điểm qua một vài nét như sau: 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi khác với kiến trúcVon Neumann của AVR. Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte Các cổng Xuất/Nhập (I/O ports) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng vớilogic 0 và logic 1) 8/16 Bit Timer Công nghệ Nanowatt (dòng PIC 18Fxxxx) Các chuẩn Giao Tiếp Ngoại Vi Nối Tiếp Đồng bộ/Không đồng bộ USART,AUSART, EUSARTs Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters, 10/12 bit Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators) Các module Capture/Compare/PWM LCD MSSP Peripheral dùng cho các giao tiếp I²C, SPI, và I²S Bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/xoá lên tới 1 triệu lần Module Điều khiển động cơ, đọc encoder Hỗ trợ giao tiếp USB Hỗ trợ điều khiển Ethernet Hỗ trợ giao tiếp CAN Hỗ trợ giao tiếp LIN Hỗ trợ giao tiếp IrDA Một số dòng có tích hợp bộ RF (PIC16F639, và rfPIC) KEELOQ Mã hoá và giải mã DSP những tính năng xử lý tín hiệu số (dsPIC)Tiêu chuẩn để phân nhóm dựa trên sự khác nhau về kiến trúc bộ xử lý bên trongvi điều khiển:- Số các thanh ghi có thể truy nhập được.
  27. 27. 27- Có hay không có ngắt, số lượng ngắt.- Số lượng các phần cứng có chức năng đặc biệt.- Độ dài từ lệnh.- Chia làm 4 họ:o Họ cấp thấp (low - end): 12C5xx, 16C5x, 16C505, 16HV540.o Họ cấp chung (Mid - range): 12C6xx, 14C000, 16C55x, 16C6x, 16C62x,16F62x, 16C67x, 16C8x, 16F87x và 16C9xx.o Họ cấp cao (High-end) 17Cxxx.o Họ cấp cao (High- performance): 18Cxxx và 18Fxx2.3.1.2. Một số ưu điểm của Microchip PICBộ nạp trình cho PIC có thể tự lắp ráp một các dễ dàng với chi phí thấp do PICchủ yếu nạp trình theo chuẩn ICSP (In-Circuit Siral Programming) là phương thức nạptrình nối tiếp: các dữ liệu được nạp vào bộ nhớ chương trình thông qua 2 chân vào/rađược gán là cổng truy nhập đến bộ nhớ chương trình trong quá trình nạp trình. Do đónhờ có bộ nhớ flash và nạp trình theo chuẩn ICSP mà những người nghiên cứư và sửdụng PICđã tiết kiệm được đáng kể chi phí mua các công cụ nạp. Với bộ nhớ flash thìthời gian nạp trình cũng được cải thiện đáng kể ( chỉ khoảng vài chục giây) so với UVEPROM (cỡ hơn chục phút).Microchip cung cấp rất đầy đủ và chi tiết các tài liệu kỹ thuật về tất cả các loại viđiều khiển PIC. Ngoài ra còn có rất nhiều sách viết về PIC và các trang web nói về viđiều khiển này. Tài liệu hỗ trợ cho vi điều khiển PIC chỉ dùng sau máy tính cá nhânPC và về doanh số bán ra thi trường hiện nay. Microchip đã đứng đầu về doanh số bánPIC 8 bit, vượt lên trên cả các vi điều khiển của motorola.3.1.3. Vi điều khiển PIC18F45503.1.3.1. PIC18F4550PIC18F4550 là một vi xử lý cơ bản đa chức năng và rẻ. Nó là sản phẩm của họ vixử lý PIC thông dụng của công ty Microchip của Mỹ có trụ sở đặt tại Chandler,Arizona (Mỹ).
  28. 28. 28Hình 6. PIC18F4550Với bộ nhớ, có 32kb Flash lưu trữ chương trình, 2kb bộ nhớ SRAM bay hơi và256 byte EEPROM (bộ nhớ không bay hơi) để lưu trữ dài hạn dữ liệu như cấu hình …Các chỉ thị dài 1 byte với một số ngoại lệ dài 2 byte (CALL, MOVFF, GOTOLSFR). Sử dụng cơ chế đường ống để thực thi mã bằng việc khiến các chỉ thị liên tiếphoạt động trong 4 xung (độ dài xung) và có 4 lần nhảy xung được thêm vào.Các đặc tính đáng chú ý khác là có đồng hồ, ngắt (đồng hồ gắn trong và gắnngoài) với hai mức ưu tiên và dùng cả hai mức như bộ so sánh tương tự kèm theo vớibộ phát điện thế chuẩn có 16 mức (hữu ích khi dùng trigger ở mức phần cứng).Cuối cùng, CIP cũng có một bộ chuyển đổi tương tự 10 bit nhưng dao động kýkhông đủ yêu cầu về tốc độ cao cần thiết. Vì vậy, máy phát dao động có tốc độ 48MHzgiữa thời gian trễ do truyền tải và các ngắt khác (vòng lặp …). Không thể đạt được tốcđộ lớn hơn 200 kHz.
  29. 29. 293.1.3.2. Sơ đồ chânHình 7. Sơ đồ chân của PIC18F45503.1.3.3. Chức năng chânPinNo.Name Description Alternate Function1 MCLR/VPP/RE3MasterclearVpp: programming voltageinputRE3: I/O pin of PORTE, PIN 32 RA0/AN0PortA I/OPins 1-6AN0: Analog input 03 RA1/AN1 AN1: Analog input 14 RA2/AN2/VREF-/CVREFAN2: Analog input 2VREF-: A/D reference voltage(low) input.CVREF: Analog comparatorreference output.5 RA3/AN3/VREF+AN3: Analog input3VREF+: A/D referencevoltage (high) input6 RA4/T0CKI/C1OUT/RCVT0CKI: Timer0 external clockinput.C1OUT: Comparator 1 outputRCV:External USBtransceiver RCV input.
  30. 30. 307 RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUTAN4: Analog input 4SS: SPI slave select inputHLDVIN: High/Low-VoltageDetect input.C2OUT: Comparator 2 output.8 RE0/AN5/CK1SPPPortE I/OPins 1-3AN5: Analog input 5CK1SPP: SPP clock 1 output.9 RE1/AN6/CK2SPPAN6: Analog input 6CK2SPP: SPP clock 2 output10 RE2/AN7/OESPPAN6: Analog input 7OESPP : SPP Enabled output11VDDPositive supply12 Vss Ground13 OSC1/CLKIOscillatorpin 1CLKI: External clock sourceinput14 OSC2/CLKO/RA6PortE I/OPin 7CLKO: External clock sourceoutputOSC2: Oscillator pin 215 RC0/T1OSO/T13CKIPortC I/OPins 1-3T1OSO :Timer1 oscillatoroutputT13CKI: Timer1/Timer3external clock input.16 RC1/T1OSI/CCP2/UOET1OSI: Timer1 oscillatoroutputCCP2:Capture 2input/Compare 2output/PWM2 outputUOE: External USBtransceiver OE output17 RC2/CCP1/P1ACCP1: Capture 1input/Compare 1output/PWM1 output.P1A :Enhanced CCP1 PWMoutput, channel A.18 VUSBInternal USB 3.3V voltage regulator output,positive supply for the USB transceiver.19 RD0/SPP0PortD I/OPins 1-4SPP0-SPP4Streaming Parallel Port data20 RD1/SPP121 RD2/SPP222 RD3/SPP323 RC3/D-/VMPortC I/OPins 4-5D-: USB differential minusline (input/output)VM: External USB transceiver
  31. 31. 31VM input.24 RC4/D+/VPD+: USB differential plus line(input/output).VP: External USB transceiverVP input.25 RC6/TX/CKPortC I/OPins 7-8TX: EUSART asynchronoustransmit.CK: EUSART synchronousclock (see RX/DT).26 RC7/RX/DT/SDORX: EUSART asynchronousreceive.DT: EUSART synchronousdata (see TX/CK).SDO: SPI data out.27 RD4/SPP4PortD I/OPins 5-8SPP4:Streaming Parallel Portdata28 RD5/SPP5/P1BSPP5:Streaming Parallel PortdataP1B: Enhanced CCP1 PWMoutput, channel B29 RD6/SPP6/P1CSPP6:Streaming Parallel PortdataP1C: Enhanced CCP1 PWMoutput, channel C30 RD7/SPP7/P1DSPP7:Streaming Parallel PortdataP1D: Enhanced CCP1 PWMoutput, channel D31 Vss Ground32VDDPositive supply33 RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDAPortB I/OPins 1-8AN12: Analog input 12.INT0: External interrupt 0.FLT0: Enhanced PWM Faultinput (ECCP1 module).SDI: SPI data in.SDA: I2C data I/O.34 RB1/AN10/INT1/SCK/SCLAN10: Analog input 10.INT1: External interrupt 1.SCK: Synchronous serial clockinput/output for SPI mode.SCL: Synchronous serial clockinput/output for I2C mode.35 RB2/AN8/INT2/VMOAN8: Analog input 8.INT2: External interrupt 2.
  32. 32. 32VMO: External USBtransceiver VMO output.36 RB3/AN9/CCP2/VPOAN9: Analog input 9.CCP2: Capture 2input/Compare 2output/PWM2 output.VPO: External USBtransceiver VPO output.37 RB4/AN11/KBI0/CSSPPAN11: Analog input 11.KBI0: Interrupt-on-change pin.CSSPP: SPP chip selectcontrol output.38 RB5/KBI1/PGMKBI1: Interrupt-on-change pin.PGM: Low-Voltage ICSPProgramming enable pin.39 RB6/KBI2/PGCKBI2: Interrupt-on-change pin.PGC: Low-VoltageICSP Programming enable pin.40 RB7/KBI3/PGDKBI3: Interrupt-on-change pin.PGD: In-Circuit Debugger andICSP programming data pin.3.2. Cảm biến nhiệt độ LM35IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệuđiện dưới dạng dòng điện hay điện áp. Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn vớinhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Đo tín hiệuđiện ta biết được giá trị của nhiệt độ cần đo. Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tíchtự do và các lỗ trống trong chất bán dẫn. Bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electronthành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo sự xuất hiện các lỗtrống. Làm cho tỷ lệ điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệtđộ.Các đặc trưng của LM35:- Ngõ ra là điện áp.- Đơn vị nhiệt độ: 0C.- Có hiệu năng cao, công suất tiêu thụ là 60uA.
  33. 33. 33- Sản phẩm không cần phải canh chỉnh nhiệt độ khi sử dụng.- Độ nhạy 10mv/10C.- Sai số cực đại 1,50C khi nhiệt độ lớn hơn 1000C.- Phạm vi sử dụng :00C=>1000C.- Chân +Vs là chân cung cấp điện áp cho LM35DZ hoạt động (4—20V).- Chân Vout là chân điện áp ngõ ra của LM35DZ, được đưa vào chân Analog củacác bộ ADC.- Chân GND là chân nối mass,lưu ý cần nối mass chân này để tránh làm hỏngcảm biến cũng như làm giảm sai số trong quá trình đo.- Cứ10mV tương ứng với 1°C, ở 00C điện áp ra là 0V, tương ứng với giá trị ADClà 0. Với Vref=2.5V, giá trị của ADC từ 0 đến 1023, lấy tròn 1000 mức. Mỗi giá trịADC ứng với 2.5V/1000= 2.5 mV. Vậy 1 giá trị A/D ứng với 0.25 0C. Muốn tăng độphân giải A/D ta giảm Vref.Hình 8. LM353.3. Module Ethenert3.3.1. Giới thiệu về chuẩn Ethernet và ENC28J60Ethernet là 1 công nghệ mạng cục bộ (LAN) nhằm chuyển thông tin giữa cácmáy tính với tốc độ từ 10 đến 100 triệu bít một giây (Mbps). Hiện thời tốc độ truyểntải Ethenet chủ yếu là 10/100 Mbps.Ethernet đã được phát minh ra tại trung tâm nghiên cứu Xerox Palo Alto vàonhững năm 1970 bởi tiến sĩ Robert M. Metcalfe. Nó đã được thiết kế với mục đích
  34. 34. 34phục vụ nghiên cứu trong “ hệ thống công sở trong tương lai”. Sau đó nó được chuẩnhóa và được sử dụng từ năm 1985 tới này theo chuẩn IEEE 802.3.ENC28J60 là IC giao tiếp mạng Ethernet ở lớp vật lý tương ứng trong mô hìnhOSI. Nó hỗ trợ tuyền song công trên kênh truyền có băng thông từ 10-20Mbps. Đồngthời nhằm tránh xung đột trên kênh truyền, ENC28J60 làm việc trên protocolCSMA/CD để phát hiện và tối thiểu hóa xung đột. ENC28J60 được giao tiếp với cácthiết bị khác theo chuẩn SPI.3.3.2. Sơ đồ chânHình 9. Sơ đồ chân ENC28J603.3.3. Sơ đồ ghép nối vi điều khiển với ENC28J60Hình 10. Sơ đồ ghép nối VĐK với ENC28J603.3.4. Module Ethernet
  35. 35. 35Hình 11. Module Ethernet- Sử dụng chip ENC28J60 Ethernet, SOP 28 chân.- Giao diện SPI.- Đầu nối RJ45 HR911105A.- Sử dụng điện áp 3,3V.- Tần số 25Mhz.- Trong mạch này, sử dụng đầu cắm giao tiếp RJ45 là HR911105A củaHANRUN. HR911105A được tích hợp sẵn biến áp và có 2 led để thông báo trạng tháikết nối của mạch.3.4. Text LCD3.4.1. Cấu trúc Text LCDText LCD là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữhoặc số trong bảng mã ASCII. Không giống các loại LCD lớn, Text LCD được chiasẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một ký tự ASCII. Cũng vì lý dochỉ hiện thị được ký tự ASCII nên loại LCD này được gọi là Text LCD (để phân biệt
  36. 36. 36với Graphic LCD có thể hiển thị hình ảnh). Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm”tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cầnhiển thị. Trong các Text LCD, các mẫu ký tự được định nghĩa sẵn. Kích thước củaText LCD được định nghĩa bằng số ký tự có thể hiển thị trên 1 dòng và tổng số dòngmà LCD có. Ví dụ LCD 16x2 là loại có 2 dòng và mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 16ký tự. Một số kích thước Text LCD thông thường gồm 16x1, 16x2, 16x4, 20x2,20x4…Hình 12. Text LCD 16x2Text LCD có 2 cách giao tiếp cơ bản là nối tiếp (như I2C) và song song. Trongphạm vi bài học này tôi chỉ giới thiệu loại giao tiếp song song, cụ thể là LCD 16x2điều khiển bởi chip HD44780U của hãng Hitachi. Đối với các LCD khác bạn cần thamkhảo datasheet riêng của từng loại. Tuy nhiên, HD44780U cũng được coi là chuẩnchung cho các loại Text LCD, vì thế bạn có thể dùng chương trình ví dụ trong bài nàyđể test trên các LCD khác với rất ít hoặc không cần chỉnh sửa.HD44780U là bộ điều khiển cho các Text LCD dạng ma trận điểm (dot-matrix),chip này có thể được dùng cho các LCD có 1 hoặc 2 dòng hiển thị. HD44780U có 2mode giao tiếp là 4 bit và 8 bit. Nó chứa sẵn 208 ký tự mẫu kích thước font 5x8 và 32ký tự mẫu font 5x10 (tổng cộng là 240 ký tự mẫu khác nhau).3.4.2. Sơ đồ chânCác Text LCD theo chuẩn HD44780U thường có 16 chân trong đó 14 chân kếtnối với bộ điều khiển và 2 chân nguồn cho “đèn LED nền”. Thứ tự các chân thườngđược sắp xếp như sau:
  37. 37. 37Hình 13. Sơ đồ chânTrong một số LCD 2 chân LED nền được đánh số 15 và 16 nhưng trong một sốtrường hợp 2 chân này được ghi là A (Anode) và K (Cathode).
  38. 38. 38Hình 14. Kết nối Text LCDChân 1 và chân 2 là các chân nguồn, được nối với GND và nguồn 5V. Chân 3 làchân chỉnh độ tương phản (contrast), chân này cần được nối với 1 biến trở chia áp nhưtrong hình 2.Trong khi hoạt động, chỉnh để thay đổi giá trị biến trở để đạt được độtương phản cần thiết, sau đó giữ mức biến trở này. Các chân điều khiển RS, R/W, ENvà các đường dữ liệu được nối trực tiếp với vi điều khiển. Tùy theo chế độ hoạt động 4bit hay 8 bit mà các chân từ D0 đến D3 có thể bỏ qua hoặc nối với vi điều khiển,chúng ta sẽ khảo sát kỹ càng hơn trong các phần sau.3.4.3. Điều khiển hiển thịCác chân điều khiển việc đọc và ghi LCD bao gồm RS, R/W và EN.RS (chân số 3): Chân lựa chọn thanh ghi (Select Register), chân này cho phép lựachọn 1 trong 2 thanh ghi IR hoặc DR để làm việc. Vì cả 2 thanh ghi này đều được kếtnối với các chân Data của LCD nên cần 1 bit để lựa chọn giữa chúng. Nếu RS=0,thanh ghi IR được chọn và nếu RS=1 thanh ghi DR được chọn. Chúng ta đều biếtthanh ghi IR là thanh ghi chứa mã lệnh cho LCD, vì thế nếu muốn gởi 1 mã lệnh đếnLCD thì chân RS phải được reset về 0. Ngược lại, khi muốn ghi mã ASCII của ký tựcần hiển thị lên LCD thì chúng ta sẽ set RS=1 để chọn thanh ghi DR. Hoạt động củachân RS được mô tả trong hình 15.
  39. 39. 39Hình 15. Hoạt động của chân RS.R/W (chân số 4): Chân lựa chọn giữa việc đọc và ghi. Nếu R/W=0 thì dữliệu sẽ được ghi từ bộ điều khiển ngoài (vi điều khiển AVR chẳng hạn) vào LCD. NếuR/W=1 thì dữ liệu sẽ được đọc từ LCD ra ngoài. Tuy nhiên, chỉ có duy nhất 1 trườnghợp mà dữ liệu có thể đọc từ LCD ra, đó là đọc trạng thái LCD để biết LCD có đangbận hay không (cờ Busy Flag - BF). Do LCD là một thiết bị hoạt động tương đối chậm(so với vi điều khiển), vì thế một cờ BF được dùng để báo LCD đang bận, nếu BF=1thì chúng ta phải chờ cho LCD xử lí xong nhiệm vụ hiện tại, đến khi nào BF=0 mộtthao tác mới sẽ được gán cho LCD. Vì thế, khi làm việc với Text LCD chúng ta nhấtthiết phải có một chương trình con tạm gọi là wait_LCD để chờ cho đến khi LCDrảnh. Có 2 cách để viết chương trình wait_LCD. Cách 1 là đọc bit BF về kiểm tra vàchờ BF=0, cách này đòi hỏi lệnh đọc từ LCD về bộ điều khiển ngoài, do đó chân R/Wcần được nối với bộ điều khiển ngoài. Cách 2 là viết một hàm delay một khoảng thờigian cố định nào đó (tốt nhất là trên 1ms). Ưu điểm của cách 2 là sự đơn giản vì khôngcần đọc LCD, do đó chân R/W không cần sử dụng và luôn được nối với GND. Tuynhiên, nhược điểm của cách 2 là khoảng thời gian delay cố định nếu quá lớn sẽ làmchậm quá trình thao tác LCD, nếu quá nhỏ sẽ gây ra lỗi hiển thị. Trong bài này tôihướng dẫn bạn cách tổng quát là cách 1, để sử dụng cách 2 bạn chỉ cần một thay đổinhỏ trong chương trình wait_LCD (sẽ trình bày chi tiết sau) và kết nối chân R/W củaLCD xuống GND.EN (chân số 5): Chân cho phép LCD hoạt động (Enable), chân này cần được kếtnối với bộ điều khiển để cho phép thao tác LCD. Để đọc và ghi data từ LCD chúng tacần tạo một “xung cạnh xuống” trên chân EN, nói theo cách khác, muốn ghi dữ liệuvào LCD trước hết cần đảm bảo rằng chân EN=0, tiếp đến xuất dữ liệu đến các chânD0:7, sau đó set chân EN lên 1 và cuối cùng là xóa EN về 0 để tạo 1 xung cạnh xuống.
  40. 40. 403.5. Mạch nguyên lý3.5.1. Khối mạch nguồnHình 16. Khối mạch nguồn- Mạch nguồn sử dụng IC ổn áp 7805 để tạo điện áp 5V để nuôi các khối sử dụngđiện áp 5V và đưa tới đầu vào của IC ổn áp LM117. Tại đầu ra của LM117 là điện áp3.3V dùng để cấp nguồn cho vi điều khiển và các khối khác trong mạch sử dụng điệnáp 3.3V.- Tại đầu vào của IC 7805, dòng điện DC được cho qua một diode D3 trước khitới đầu vào của 7805 để bảo đảm cho dòng điện qua 7805 theo 1 chiều cố định. Các tụC15, C17, C13, C16, C19, C18 có tác dụng lọc nhiễu.3.5.2. Khối mạch RJ45
  41. 41. 41Hình 17. Khối mạch RJ45.- Trong mạch này, sử dụng đầu cắm giao tiếp RJ45 là HR911105A củaHANRUN. HR911105A được tích hợp sẵn biến áp và có 2 led để thông báo trạng tháikết nối của mạch.
  42. 42. 42Hình 18. Sơ đồ khối của HR911105A.3.5.3. Khối mạch LCDHình 19. Khối mạch LCD.- Khối mạch LCD sử dụng LCD 16x2 để hiển thị địa chỉ IP hiện tại của mạch vàđể hiện thị các kí tự được truyền xuống từ web giao diện.
  43. 43. 433.5.4. Khối mạch vi điều khiển PIC18F4550- Chân VDDCORE/VCAP của vi điều khiển được nối với tụ phân cực C14xuống đất.- Bộ dao động ngoài sử dụng thạch anh 25MHz.Hình 20. Mạch lọc, mạch reset, chân nạp cho vi điều khiển.- Các tụ C2, C3, C4, C5, C6, C7, C9 có tác dụng lọc nhiễu.3.6. Mạch thực tếHình 21. Bản mạch chính
  44. 44. 44CHƯƠNG 4. TRÌNH BIÊN DỊCH CCS VÀ WEB SERVER4.1. CCS4.1.1. Vì sao ta sử dụng CCSSự ra đời của một loại vi điều khiển đi kèm với việc phát triển phần mềm ứngdụng cho việc lập trình con vi điều khiển đó. Vi điều khiển chỉ hiểu và làm việc vớihai con số 0 và 1. Ban đầu việc lập trình cho vi điều khiển là việc làm việc với các consố 0 và 1. Sau này khi kiến trúc vi điều khiển ngày càng phức tạp, số lượng thanh ghilệnh nhiều lên, việc lập trình với các con số 0 và 1 không còn phù hợp nữa, đòi hỏi rađời một ngôn ngữ mới thay thế. Và ngôn ngữ lập trình Assembly. Ở đây ta không nóinhiều đến Assembly. Sau này khi ngôn ngữ C ra đời, nhu cầu dung ngôn ngữ C đểthay thế cho ASM trong việc mô tả các lệnh lập trình cho vi điều khiển một cách ngắngọn và dễ hiểu hơn đã dẫn đến sự ra đời của nhiều chương trình soạn thảo và biên dịchC cho vi điều khiển: Keli C, HT-PIC, MikoC, CCS…Tôi chọn CCS để lập trình cho PIC vì CCS là một công cụ lập trình C mạnh chovi điều khiển PIC.4.1.2. Giới thiệu về CCS- CCS là trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho vi điều khiển PIC của hangMicrochip. Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dịch riêng biệt cho 3 dòng PICkhác nhau đó là:o PCB cho dòng PIC 12-bit opcodeso PCB cho dòng PIC 14-bit opcodeso PCB cho dòng 16 và 18-bit- Tất cả 3 trình biên dịch này được tích hợp lại trong một chương trình baogồm cả trình soạn thảo và biên dịch là CCS. Phiên bản đươc sử dụng trongtài liệu này là PCWH Compiler Ver 4.104.
  45. 45. 45- Giống nhiều trình biên dịch C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụngnắm bắt nhanh được vi điều khiển PIC và sử dụng PIC trong các dự án.Các chương trình điều khiển sẽ được thực hiện nhanh chóng và hiệu quảcao thông qua việc sử dụng ngôn ngữ nạp trình cấp cao – ngôn ngữ C.Hình 22. Trình biên dịch CCS4.2. Web độngWeb động hay DHTML ( Dynamic HTML) có thể được định nghĩa như là mộtphần mềm được sử dụng cho việc mô tả sự kết hợp giữa ngôn ngữ đánh dấu siêu vănbản HTML, các stylesheet và ngôn ngữ script làm cho tài liệu trở nên sinh động.DHTML cho phép người lập trình dễ dàng thêm các hiệu ứng cho các trang web.Ví dụ như làm động các hình ảnh và text trên trang web.
  46. 46. 46Cấu trúc của một DHTML:<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.1//EN""http://www.w3.org/TR/xhtml11/DTD/xhtml11.dtd"><html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"><head><title>DHTML example</title><script type="text/javascript">function init() {myObj = document.getElementById("navigation");// .... more code}window.onload=init;</script></head><body><div id="navigation"></div><pre>Often the code is stored in an external file; this is doneby linking the file that contains the JavaScript.This is helpful when several pages use the same script:</pre><script type="text/javascript" src="myjavascript.js"></script></body></html>4.3. CSS
  47. 47. 47CSS là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh “Cascading Style Sheet”, là kiểu thiếtkế sử dụng nhiều lớp định dạng chồng lên nhau. CSS được tổ chức World Wide Web(W3C) giới thiệu vào năm 1996. Cách đơn giản nhất để hiểu CSS là coi nó như mộtphần mở rộng của HTML để giúp đơn giản hóa và cải tiến việc thiết kế cho các trangweb.Một tiện ích của CSS là định nghĩa các Style (kiểu dáng, định dạng, v.v..) mộtlần và các trình duyệt có thể áp dụng các Style này nhiều lần trong một văn bản.4.3.1. Ưu điểm của CSSCSS có thể tách riêng phần định dạng ra khỏi nội dung một trang web, do đó nósẽ rất thuận tiện khi thay đổi giao diện của một trang web.CSS là một sợi chỉ xuyên suốt trong quá trình thiết kế một website bởi vì nó chophép nhà thiết kế kiểm soát toàn bộ giao diện, kiểu cách và sự sắp đặt của nhiều tranghay nhiều đối tượng trong một lần định nghĩa. Để thay đổi tổng thể hay nhiều đốitượng có cùng style, chỉ cần thay đổi style đó và lập tức tất cả các thành phần áp dụngStyle đó sẽ thay đổi theo. Nó giúp tiết kiệm công sức rất nhiều.Do định nghĩa các style có thể được tách riêng ra khỏi nội dung của trang web,chúng được các trình duyệt tải một lần và sử dụng cho nhiều lần, do đó nó giúp cáctrang web nhẹ hơn và chạy nhanh hơn.4.3.2. Các đặc tính cơ bản của CSSCSS quy định cách hiển thị của các thẻ HTML bằng cách quy định các thuộc tínhcủa các thẻ đó (font chữ, màu sắc). Để cho thuận tiện có thể đặt toàn bộ các thuộc tínhcủa thẻ vào trong một file riêng có phần mở rộng là “.css”, thường người ta hay đặt tênnó là stylesheet.css.CSS phá vỡ giới hạn trong thiết kế Web, bởi chỉ cần một file CSS có thể chophép quản lí định dạng và layout trên nhiều trang khác nhau. Các nhà phát triển Webcó thể định nghĩa sẵn thuộc tính của một số thẻ HTML nào đó và sau đó nó có thểdùng lại trên nhiều trang khác.Có thể khai báo CSS bằng nhiều cách khác nhau. Có thể đặt đoạn CSS phía trongthẻ <Head>…</Head>, hoặc ghi nó ra một file riêng với phần mở rộng “.css”, ngoài rabạn còn có thể đặt chúng trong từng thẻ HTML riêng biệt.
  48. 48. 484.3.2.1. Cú pháp cơ bản của CSS:css_selector_1 {thuộc_tính_1: giá_trị_của_thuộc_tính_1;thuộc_tính_2: giá_trị_của_thuộc_tính_2;...thuộc_tính_n: giá_trị_của_thuộc_tính_n;}css_selector_2 {thuộc_tính_1: giá_trị_của_thuộc_tính_1;thuộc_tính_2: giá_trị_của_thuộc_tính_2;...thuộc_tính_n: giá_trị_của_thuộc_tính_n;}...css_selector_n {thuộc_tính_1: giá_trị_của_thuộc_tính_1;thuộc_tính_2: giá_trị_của_thuộc_tính_2;...thuộc_tính_n: giá_trị_của_thuộc_tính_n;}4.3.2.2. Ví dụ minh họa về mã CSS:body {background: #ffffff;/* trang Web sẽ có nền màu trắng */font-family: Verdana;/* font chữ mặc định là Verdana */color: #ff0000;/* màu chữ mặc địnhlà màu đỏ */}4.3.2.3. Thứ tự xếp lớp:Tùy vào từng cách đặt khác nhau mà mức độ ưu tiên cho các style cũng khácnhau. Mức độ ưu tiên này tuân theo thứ tự sau:
  49. 49. 49- Style nội tuyến – Style đặt trong từng thẻ HTML riêng biệt.- Stylet bên trong – Style đặt bên trong cặp thẻ <Head> … </Head>.- Style bên ngoài – Style đặt trong các file riêng có đuôi “.css”.- Style theo mặc định của trình duyệt.4.3.3. CSS có tính kế thừa và tính kết hợp4.3.3.1. Tính kế thừa:Giả sử rằng ở đầu file styleshet.css khai báo cho Body có các thuộc tính sau:Body{Font:Arial, Verdana;Background:#FF6600;}Nhưng trong trường hợp muốn khai báo cho các đối tượng nhỏ hơn nằm trong đónhư Sidebar:#sidebar{With:300px;Padding:10px;Font:Tahoma,Verdana;}Sau đoạn khai báo này thì Sidebar sẽ có thuộc tính:#sidebar{background:#FF6600;with:300px;padding: 10px;font: Tohoma, Verdana;}Như vậy, Sidebar đã kế thừa thuộc tính background của Body, và trong đó thuộctính font là Tahoma đã đè lên thuộc tính font Arial ở lần khai báo trước.
  50. 50. 504.3.3.2. Tính kết hợp:Có thể định nghĩa nhiều CSS cùng một thuộc tính thay vì phải định nghĩa riêng lẻtừng cái một.Ví dụ:h1, h2,h3,h4{Font-family: Tahoma,arial;Color:#D4D4D4;}Thay cho việc định nghĩa riêng biệt cho từng cái:h1{Font-family: Tahoma,arial;Color: #D4D4D4;}h2{Font-family: Tahoma,arial;Color:#D4D4D4;}……………………………h4{Font-family: Tahoma,arial;Color:#D4D4D4;CHƯƠNG 5. TCP/IP STACK
  51. 51. 515.1. Cấu trúc của TCP/IP StackTCP/IP Stack là ứng dụng của Microchip để tạo một Webserver nhúng, hoặc cácgiao thức giao tiếp Enthernet hiện hành. Bao gồm các giao thức truyền dữ liệu TCP,UDP. Và hỗ trợ các module khác như: IP, ICMP, DHCP, ARP và DNS.TCP/IP cũng có các Module sử dụng cho lớp ứng dụng như: HTTP cho Web,SMTP cho gửi và nhận Email, SNMP cho giao thức trạng thái và điều khiển. Telnetcho điều khiển từ xa, TFTP.Hình 23. Cấu trúc của Stack.Hình 24. So sánh cấu trúc TCP/IP tham khảo và cấu trúc Stack của Microchip.Ngoài những module chính giống như cấu trúc TCP/IP tham khảo thì Microchipđưa thêm vào Stack 2 module mới đó là StackTask và ARPTask. StackTask quản lý sự
  52. 52. 52vận hành và tất cả các module của Stack. Trong khi đó, ARPTask quản lý các dịch vụcủa lớp ARP ( Address Resolution Protocol).5.2. Hoạt động của TCP/IP StackTCP/IP Stack hoạt động gần giống cấu trúc của hệ điều hành thời gian thực, tứclà các nhiệm vụ sẽ được chia thành các tác vụ ( ở đây là TCP, UDP, Ping,…). Tất cảhoạt động của TCP/IP sẽ được một đồng hồ chung quản lí theo Time Split. Tức là cómột Timer hệ thống (Timer1), cứ 1 khoảng thời gian ngắn sẽ ngắt (gọi là 1 TICK), khibị ngắt, hệ thống sẽ treo lại, ngữ cảnh của tất cả các tác vụ được bộ lập lịch lôi ra, xemxét tác vụ nào được chạy theo kiểu chia sẻ thời gian (vì không có mức ưu tiên cho tácvụ). Sau đó cho phép tác vụ đó chiếm quyền thực thi của CPU. Đến TICK tiếp theo, hệthống lại treo lại, và lại lôi ngữ cảnh ra, cứ tiếp tục như vậy mãi.Với cơ chế hoạt động này, vi điều khiển được coi như một lúc có thể vừa thựchiện TCP, vừa thực hiện UDP, Ping,…vừa có thể là Server và Client cùng một lúc.Vì vậy, PIC nếu được thiết lập ở chế độ TCP Server/Client sẽ hoạt động đồngthời cả 2 hoạt động này. Server lắng nghe kết nối từ Client nào đó trên mạng. CònClient thì gửi lệnh mở cổng kết nối tới một Server nào đó cũng ở trên mạng, mà ta cóthể xác lập được.Vì vậy, hoạt động của các tác vụ là độc lập với nhau, không chịu ảnh hưởng lẫnnhau.5.2.1. Các file cần thiết- Main file: Lập trình trên file này.- ARP.c và ARP.h: Các file này được sử dụng bởi Stack để xác định địa chỉMAC kết hợp với địa chỉ IP.- Physical layer files: Những file này dùng để cho phép một lớp vật lý cụ thể.- IP.c và IP.h: Các file này cung cấp các chức năng của lớp IP cho Stack.- Tick.c và Tick.h: Các file này tạo ra một bộ đếm thời gian để thực hiện một sốchức năng thời gian trong Stack.- HardwareProfile.h: Thiết lập cấu hình cho phần cứng.- TCPIPConfig.h: Thiết lập cấu hình cho phần mềm.- MAC.h: Cung cấp các macro và cấu trúc liên quan đến phần cứng của lớpMAC.- TCPIP.h: Là file đính kèm trong Stack. Main file phải đính kèm file này.5.2.2. Cấu trúc APP_CONFIG
  53. 53. 53Hầu hết các biến của ứng dụng liên quan của Stack được lưu trữ trong cấu trúcAPP_CONFIG. Chúng bao gồm địa chỉ, cờ, chuỗi tên NBNS/SSID. Ta sẽ phải khaibáo cho cấu trúc này và khởi tạo những giá trị mặc định của nó được định nghĩa trongfile TCPIPConfig.h.5.2.3. Main file5.2.3.1. Khởi tạoĐầu tiên, cần khởi tạo phần cứng như oscillators, LEDs, LCDs, PPS pins…Sau đó, ta sẽ gọi các hàm khởi tạo từ thư viện. Đầu tiên là hàm TickInt(), nó khởitạo tick timer để quản lý việc định thời của Stack. Sau đó là các hàm khởi tạo đượcthêm vào theo yêu cầu khởi tạo mà phần cứng yêu cầu. ví dụ như MPFSInt() để khởitạo một cổng SPI (Serial Peripheral Interface Bus) để kết nối với thiết bị lưu trữ bộnhớ để lưu trang web.Khi phần cứng được khởi tạo, ta có thể cấu hình cho Stack. Hầu hết các biết củaứng dụng liên quan của Stack được lưu trong cấu trúc AppConfig. Lúc này ta có thểkhởi tạo cấu trúc AppConfig theo những giá trị ta chọn.Kết thúc khởi tạo Stack bằng việc gọi hàm StackInt(). Hàm này sẽ tự động khởitạo các hàm cho firmware của các giao thức nếu chúng được định nghĩa trong fileTCPIPConfig.h (ví dụ: TCPInit() cho TCP protocol, HTTPInt() cho HTTP hoặcHTTP2…).5.2.3.2 Vòng lặp chính (main loop)Khi chương trình được khởi tạo, ta sẽ tạo một vòng lặp vô hạn để thực hiện cácnhiệm vụ của ứng dụng. Trong vòng lặp có hai hàm phải được gọi thường xuyên làStackTask() và StackApplications.Hàm StackTask sẽ được gọi ở bất kỳ thời điểm nào khi Stack yêu cầu và sẽ điềukhiển sự truyền nhận các gói dữ liệu.Hàm StackApplications sẽ gọi những module ứng dụng được gọi. Ví dụ nếu sửdụng HTTP2 server, StackApplications sẽ tự động gọi hàm HTTPServer để thực hiệnbất kỳ nhiệm vụ nào của HTTP đang được đợi.Trong vòng lặp chính, ta có thể hỏi vòng cho bất kỳ sự thay đổi I/O nào và gọibất kỳ một nhiệm vụ đặc biệt của ứng dụng mà bạn thực hiện. Để tránh tràn bộ đệmtrong phần cứng hoặc vi phạm sự định thời của giao thức, ta sẽ thực hiện các nhiệm vụtrong hàm callback với các trigger định thời cơ sở.Ta sẽ phải gọi hàm StackTask mỗi khi gọi hàm StackApplications.
  54. 54. 545.3. Các module của Stack và APIsMicrochip TCP/IP Stack bao gồm rất nhiều module. Để sử dụng được bất kì mộtmodule nào ta phải nắm rõ mục đích của nó và APIs.5.3.1. AnnounceModule này làm cho việc phát hiện ra thiết bị trở nên dễ dàng bằng việc truyềnmột tin nhắn UDP trên cổng 30303 bất kỳ khi nào địa chỉ IP thay đổi. Cổng được sửdụng bởi module Announce có thể được thay đổi được bằng cách sửa ở marco trongfile Announce.c#define ANNOUNCE_PORT 30303Giao thức Announce được thiết kế để sử dụng cho phần mềm Ethernet DeviceDiscoverer và MCHPDetect trên máy tính.Module Announce bao gồm 2 hàm:- AnnounceIP: AnnounceIP mở 1 socket UDP và truyền 1 gói tin đến cổng30303. Nếu máy tính nằm trong cùng 1 subnet và tiện ích đang tìm kiếm 1 gói tin trêncổng UDP thì nó sẽ nhận gói tin này. Module này có nhiệm vụ thông báo việc thay đổiIP của mạch. Tin nhắn được hiển thị bằng phần mềm MCHPDetect.exe.Cú pháp: void AnnounceIP();- DiscoveryTask: Hàm này được sử dụng liên tục để lắng nghe tin nhắn trên cổngAnnoune. Các tin nhắn có thể gửi bằng cách sử dụng công cụ Microchip DeviceDiscoverer.Cú pháp: void DiscoveryTask();Các hàm trên chỉ nên được truy cập bởi chính Stack. Ứng dụng không nên gọicác hàm trên và thay đổi các biến.5.3.2. HTTP2 serverModule HTTP2 web server và file MPFS2 liên quan của nó cho phép mạch hoạtđộng như một webserver. Nó tạo ra một phương pháp đơn giản để hiển thị thông tintrạng thái và điều khiển các ứng dụng bằng cách sử dụng một trình duyệt web thôngthường.Ba thành phần chính phục vụ cho module HTTP2 web server là: web pages,phần mềm MPFS2.exe và hai file nguồn CustomHTTPApp.c và HTTPPrint.h.
  55. 55. 55Web pagesBao gồm tất cả file HTML và ảnh kèm theo, CSS Stylesheets, các file JavaScriptcần thiết để hiển thị một trang web.Module HTTP2 web server bao gồm các tính năng sau:5.3.2.1. HTTP2 Dynamic VariablesMột trong những tính năng cơ bản nhất là cập nhật cái thông tin trạng thái củamạch đến người sử dụng thông qua giao diện web. Các lệnh trong mã HTML sẽ thôngbáo cho server thực hiện các hàm callbacks tại thời điểm đó.5.3.2.2. HTTP2 Form ProcessingNhiều ứng dụng cần lấy dữ liệu từ người sử dụng. Một phương pháp thôngthường sử dụng web forms.htm. web forms sử dụng 2 phương pháp GET và POST vàHTTP2 web server hỗ trợ cả 2 phương pháp này.- Phương pháp GET Phương pháp GET sẽ gán dữ liệu vào cuối URL. Dữ liệu này sẽ đứngsau dấu chấm hỏi (?) ở trên thanh địa chỉ của trình duyệt. (Ví dụ:http://mchpboard/form.htm?led1=0&led2=1&led3=0). Dữ liệu được gửibằng phương pháp GET sẽ tự động được giải mã và được lưu trong biếnmảng curHTTP.data. Vì dữ liệu này được lưu trong bộ nhớ, cho nên nóđược giới hạn bởi kích thước của biến mảng curHTTP.data, mặc định là100 bytes. Hàm callback HTTPExecuteGet sẽ xử lý dữ liệu này và thực hiện một sốnhiệm vụ cần thiết. Hai hàm HTTPGetArg và HTTPGetROMArg giúpdễ dàng lấy dữ liệu cho quá trình xử lý.- Phương pháp POST Phương pháp POST truyền dữ liệu sau khi các header yêu cầu đã đượcgửi. Dữ liệu không được hiển thị trong thanh địa chỉ của trình duyệt nhưphương pháp GET mà chỉ được nhìn thấy bởi một công cụ bắt gói tin.Mặc dù vậy, phương pháp này sử dụng cùng cách mã hóa URL giốngphương pháp GET. HTTP2 server không thực hiện bất kỳ sự phân tích trước các dữ liệu này.Tất cả dữ liệu POST nằm trong bộ đệm TCP, vì vậy các ứng dụng sẽ
  56. 56. 56truy cập trực tiếp vào bộ đệm TCP để lấy và giải mã nó. Các hàmHTTPReadPostName và HTTPReadPostValue sẽ thực hiện công việcnày.5.3.2.3. HTTP2 AuthenticationCác giao thức HTTP cung cấp một phương pháp cho các máy chủ yêu cầu mộttên người dùng và mật khẩu của khách hàng trước khi cấp quyền truy cập đến trangđó.Chức năng xác thực này được hỗ trợ bởi hai hàm callback. Thứ nhất, là hàmHTTPNeedsAuth, xác định xem trang web hiện tại có yêu cầu sự xác thực hay không.Thứ hai, là hàm HTTPVerifyAuth, so sánh tên người dùng và mật khẩu với một danhsách được chấp nhận, nếu đúng sẽ cho phép truy cập, nếu sai sẽ bị từ chối truy cập.- Yêu cầu xác thực Đầu tiên, hàm HTTPNeedsAuth sẽ được gọi để xác định xem trang cóyêu cầu password hay không. Hàm này sẽ trả về giá trị để hướng dẫnHTTP server phải thực hiện như thế nào. Hàm trả về giá trị 0x80 hoặccao hơn để cho phép truy cập vô điều kiện và trả về giá trị 0x79 hoặcthấp hơn để yêu cầu nhập lại tên người sử dụng và password. Giá trị trảlại được lưu trong curHTTP.isAuthorized để nó có thể được truy cập bởicác hàm callback trong lần tiếp theo.- Thông tin xác thực: Hàm HTTPCheckAuth xác định xem tên và password màngười dùng cung cấp có hợp lệ để truy cập hay không. Giá trị trả lại được lưu trongcurHTTP.isAuthorized để nó có thể được truy cập bởi các hàm callback trong lần tiếptheo.5.4. Cấu hình cho Stack5.4.1. Cấu hình cho phần cứngHầu như việc cấu hình phần cứng được thực hiện bằng cách thêm dấu // vàotrước các dòng lệnh để làm mất tác dụng của những dòng lệnh hoặc bỏ // đi để Mplabthực hiện các dòng lệnh đó, định nghĩa một loạt các macro ở phần đầu của fileHardwareProfile.h.Trong hầu hết các trường hợp, các macro dùng để khởi tạo các mạch demo phảigiống như các macro dùng để định nghĩa vi điều khiển sử dụng trong mạch. Trong fileHardwareProfile.h mặc định đã bao gồm các project cho một số mạch có sẵn của

×