KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ
–—

Đề tài:

HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM GIA ĐÌNH
BẰNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI DÙNG
VI ĐIỀU KHIỂN MSP430G2553

GVHD : PHẠM XUÂN TRUNG
SVTH : LÊ THỊ HỒNG CÁC
NGUYỄN THỊ TRƯỜNG
Lớp
: 10CVL
Khoá : 2010 - 2014
Ngành : VẬT LÝ HỌC

Đà Nẵng, 05/2014

1


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt 4 năm học (2010 - 2014) tại Trường Đại học Sư Phạm - Đại Học Đà
Nẵng, với sự giúp đỡ của qúy thầy cô và giáo viên hướng dẫn về mọi mặt từ nhiều

phía và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã được hoàn thành đúng
thời gian qui định.
Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong khoa Vật lý,
trường Đại học Sư Phạm - Đại Học Đà Nẵng đã quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện cho
chúng em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp này.
Chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phạm Xuân Trung - khoa Điện Tử
Viễn Thông - Đại Học Bách Khoa đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn,
quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong q trình thực
hiện luận văn. Nhờ đó chúng em đã tiếp thu được ý kiến đóng góp và nhận xét quý
báu của thầy.
Trên hết chúng em xin bày tỏ lịng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia
đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để chúng em có thể hồn thành tốt mọi cơng việc
trong q trình thực hiện luận văn. Chúng em xin chân thành cảm ơn q Thầy Cơ
trong khoa đã tận tình giảng dạy, trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu
trong những năm học vừa qua. Bên cạnh đó, chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn của
mình tới bạn bè và các anh trong Công ty TNHH Thiết kế & Giải pháp Điện tử
Vnelektronics đã giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Mặc dù chúng em đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng
cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn.
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện.

2


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
LỜI MỞ ĐẦU
TĨM TẮT
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN MSP430G2553 ..................13
1.1 Tổng quan về MSP430........................................................................................13
1.2 Vi điều khiển MSP430G2553 .............................................................................15
1.2.1 Sơ đồ chân:.....................................................................................................15
1.2.2 Cấu trúc xuất nhập ...........................................................................................21
1.2.3 Hoạt động xuất nhập ........................................................................................22
1.2.4 Mô tả các khối chức năng ................................................................................22
1.2.5 Khối xử lý trung tâm (CPU).............................................................................22
1.2.6 Tổ chức bộ nhớ.................................................................................................24
1.2.7 Các thanh ghi....................................................................................................25
1.2.7.1 Thanh ghi Input PxIN....................................................................................25
1.2.7.2 Thanh ghi đầu ra PxOUT ..............................................................................25
1.2.7.3 Thanh ghi định hướng PxDIR.......................................................................26
1.2.7.4 Thanh ghi lựa chọn chức năng PxSEL và PxSEL2 ......................................26
1.2.7.5 Các ngắt P1 và P2 .........................................................................................26
1.2.8 Bộ định thời......................................................................................................27
1.2.8.1 Các đặc tính chính của Timer_A bao gồm:...................................................27
1.2.8.2 Các chức năng cụ thể của Timer A như sau..................................................28
1.2.9 Ngắt và tái khởi động .......................................................................................30
1.2.9.1 Ngắt (Interrupts)............................................................................................30
1.2.9.2 Tái khởi động (Resets) ..................................................................................30

3



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI...........................32
2.1. Giới thiệu về tia hồng ngoại...............................................................................32
2.1.1. Khái niệm ........................................................................................................32
2.1.2. Tính chất..........................................................................................................32
2.1.3 Nguồn phát sóng hồng ngoại và phổ của hồng ngoại ......................................33
2.2 Giới thiệu về tia nhiệt..........................................................................................34
2.3 Linh kiện thu sóng hồng ngoại............................................................................34
2.4 Cảm biến thu phát hồng ngoại ............................................................................35
2.4.1 Giới thiệu..........................................................................................................35
2.4.2 Led phát hồng ngoại.........................................................................................35
2.4.2.1 Cấu tạo và ký hiệu.........................................................................................35
2.4.2.2 Nguyên lý làm việc .......................................................................................36
2.4.3 Led thu hồng ngoại (Photodiode).....................................................................37
2.4.3.1 Khái quát .......................................................................................................37
2.4.3.2 Nguyên lý hoạt động .....................................................................................38
2.5 Cảm biến hồng ngoại PIR ...................................................................................40
2.5.1 Giới thiệu..........................................................................................................40
2.5.2 Cấu tạo của cảm biến PIR ...............................................................................41
2.5.3 Thiết bị hội tụ tia nhiệt cho module cảm biến PIR ..........................................42
2.5.4 Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR...........................................................43
2.5.4.1 Môi trường hoạt động của cảm biến PIR ......................................................43
2.5.4.2 Nguyên tắc hoạt động của module cảm biến PIR .........................................43
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH CHỐNG TRỘM ............................................47
3.1 Thiết kế mạch ......................................................................................................47
3.2 Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................47
3.3 Một số linh kiện điện tử sử dụng trong mạch .....................................................48
3.3.1 LED ..................................................................................................................48
3.3.2 LCD..................................................................................................................50

3.3.2.1 Giới thiệu.......................................................................................................50
3.3.2.2 Chức năng các chân ......................................................................................51
3.3.2.3 Các chân điều khiển LCD .............................................................................52

4


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
3.3.2.4 Tập lệnh của LCD .........................................................................................53
3.3.2.5 Giao tiếp 4 bit……………………………………………………………...44
3.3.2.6 Vi điều khiển và Text LCD...........................................................................56
3.3.3 LM 358.............................................................................................................58
3.4 Thiết kế mạch nguyên lý .....................................................................................58
3.4.1 Sơ đồ mạch ngun lý......................................................................................58
3.4.2 Ngun lý hoạt động ........................................................................................60
3.4.3 Tính tốn và chọn linh kiện..............................................................................60
3.4.3.1 Led đơn .........................................................................................................60
3.4.3.2 Led 7 màu......................................................................................................61
3.4.3.3 LM 358 và Led thu phát hồng ngoại.............................................................62
3.5 Lưu đồ thuật tốn ................................................................................................64
3.5.1 Chương trình chính ..........................................................................................64
3.5.2 Chương trình giao tiếp MSP430G2553 với LCD ............................................67
3.6 Thi cơng mơ hình ................................................................................................68
3.6.1 Sơ đồ Layout ....................................................................................................68
3.6.2 Sản phẩm hoàn chỉnh .......................................................................................69
3.6.3 Kết quả kiểm tra thực tế ...................................................................................71
3.7 Đánh giá hệ thống ..............................................................................................72
3.7.1 Kết quả đạt được .............................................................................................72
3.7.2 Khuyết điểm và hướng khắc phục....................................................................72
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..............................................73

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................75
PHỤ LỤC

5


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Chức năng của các chân vi điều khiển MSP430G2553. ..........................16
Bảng 1.2: Chức năng của các port xuất nhập hoặc chức năng đặc biệt. ...................26
Bảng 3.1: Bảng sắp xếp các chân Text LCD ............................................................39
Bảng 3.2: Tóm tắt các lệnh có thể ghi vào LCD......................................................41

6


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Vi điều khiển MSP430G2553 ...................................................................13
Hình 1.2: Cấu trúc chung của MSP430.....................................................................13
Hình 1.3: Một số phiên bản họ vi điều khiển MSP430.............................................15
Hình 1.4: Sơ đồ chân của MSP430G2553 ................................................................15
Hình 1.5: Sơ đồ khối vi điều khiển MSP430G2553 .................................................22
Hình 1.6: CPU Block Diagram .................................................................................23
Hình 1.7: Tổ chức bộ nhớ .........................................................................................25
Hình 1.8: Sơ đồ khối của TimerA .............................................................................27
Hình 1.9: Up Mode. ..................................................................................................28
Hình 1.10: Continous Mode......................................................................................28
Hình 1.11: Up/Down Mode.......................................................................................29
Hình 1.12: Output Example – Timer in up mode .....................................................30

Hình 2.1: Quang phổ của các nguồn sáng.................................................................33
Hình 2.2: Tia nhiệt ....................................................................................................34
Hình 2.3: Led phát hồng ngoại..................................................................................35
Hình 2.4: Ký hiệu led phát hồng ngoại .....................................................................36
Hình 2.5: Led thu hồng ngoại ...................................................................................37
Hình 2.6: Photodiode làm việc với điện thế ngược...................................................38
Hình 2.7: Chuyển tiếp P – N và hàng rào thế của nó................................................39
Hình 2.8: Hiệu ứng quang điện trong vùng nghèo của chuyển tiếp P – N ...............40
Hình 2.9: Cảm biến PIR. ...........................................................................................41
Hình 2.10: Vật liệu pyroelectric trong cảm biến dị tia nhiệt....................................41
Hình 2.11: Cấu tạo cảm biến PIR. ............................................................................42
Hình 2.12: Dùng kính Fresnel để chụp lên cảm biến PIR. .......................................42

7


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Hình 2.13: Kính Fresnel hội tụ các tia nhiệt vào vị trí của cảm biến PIR ................43
Hình 2.14: Khi chưa có vật di chuyển vào vùng phát hiện tín hiệu..........................44
Hình 2.15: Vật thể di chuyển vào vùng ảnh hưởng 1 tín hiệu bắt đầu xuất hiện......45
Hình 2.16: Vật thể đi vào vùng ảnh hưởng thứ 2......................................................45
Hình 2.17: Vật thể đi qua khỏi vùng ảnh hưởng 2....................................................46
Hình 2.18: Trạng thái thường trực ............................................................................46
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................48
Hình 3.2: Các mẫu đèn Led thường gặp ...................................................................48
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý led đơn ...........................................................................49
Hình 3.4: Hình LCD 16x2.........................................................................................50
Hình 3.5: sơ đồ chân LCD ........................................................................................51
Hình 3.6: Hoạt động của chân RS.............................................................................52
Hình 3.7: Trình tự giao tiếp với LCD .......................................................................57

Hình 3.8: LM358.......................................................................................................58
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................59
Hình 3.10: Khối Led đơn ..........................................................................................60
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý Led báo nguồn .............................................................61
Hình 3.12: Sơ đồ chân LM 358.................................................................................62
Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý khối thu phát hồng ngoại .............................................62
Hình 3.14: Lưu đồ thuật tốn chương trình chính.....................................................64
Hình 3.15: Lưu đồ thuật tốn chương trình Ngắt ngoại vi PORT 2 .........................65
Hình 3.16: Lưu đồ thuật tốn chương trình ngắt TimerA0.......................................66
Hình 3.17: Lưu đồ thuật tốn chương trình giao tiếp MSP430G2553 với LCD ......67
Hình 3.18: Sơ đồ layout mặt trước............................................................................68
Hình 3.19: Sơ đồ layout mặt sau ...............................................................................68
Hình 3.20: Mặt trước.................................................................................................69
8


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Hình 3.21: Mặt sau ....................................................................................................69
Hình 3.22: Mạch hồn chỉnh.....................................................................................70
Hình 3.23: Mơ hình hồn chỉnh……………………………………………………59

9


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

VĐK

: Vi điều khiển


LED

: Light Emitting Diode

PIR

: Passive InfraRed

IR

: Tia hồng ngoại

IrDA

: Infrared Data Associatio

CPU

: Khối xử lý trung tâm

PC

: Program counter (Thanh ghi đếm chương trình)

SP

: Stack pointer (Con trỏ ngăn xếp)

SR


: Status register (Thanh ghi trạng thái)

RAM

: Random access memory

TACLK

: Timer A clock

ACLK

: Auxiliary clock

SMCLK

: Submaster clock

TAR

: Timer A register

TACCR0

: Timer A Capture/Compare register 0

CCIFG

: Capture/Compare interrupt flag


PT

: phototransistor

PVDF

: Polyviny-Lidendifluorid

IR Led

: Infra Red Led

GaAs

: Arsenic-Galium

LCD

: Liquid Crystal Display

RS

: Reset

10


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, ở nhiều khu vực kẻ trộm đột nhập vào nhà dân diễn ra rất phổ
biến. Vì thế các thiết bị chống trộm được sử dụng ngày càng rộng rãi.
Thông thường khi chúng ta xảy ra chuyện mới quan tâm đến việc bảo vệ an
tồn cho gia đình mình điều đó là q trễ. Vì vậy việc bảo vệ tài sản và tính mạng
của bản thân và gia đình của mình phải là ưu tiên hàng đầu và thường xuyên của
mỗi gia đình chúng ta. Ngoài việc thường xuyên phải nêu cao cảnh giác thì việc
trang bị cho gia đình những thiết bị chống trộm cũng là một giải phát tốt.
Xuất phát từ ý tưởng và tình hình thực tế như trên, chúng em chọn đề tài
“Hệ thống chống trộm gia đình bằng cảm biến hồng ngoại dùng vi điều khiển
MSP430G2553” cho luận văn tốt nghiệp của mình.
Với đề tài “ Hệ thống chống trộm gia đình bằng cảm biến hồng ngoại
dùng vi điều khiển MSP430G2553 ” gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về vi điều khiển MSP430G2553.
Chương 2: Tổng quan về cảm biến hồng ngoại.
Chương 3: Thiết kế mạch chống trộm.
Mong rằng hệ thống chống trộm bằng hồng ngoại dùng vi điều khiển mà
chúng em thực hiện sẽ được hoàn chỉnh hơn, ứng dụng rộng rãi trong thực tế để
ngày càng cải thiện đời sống của con người. Góp phần vào sự phát triển chung của
xã hội và đất nước.
Trong thời gian ngắn thực hiện đề tài với kiến thức còn nhiều hạn chế, nên
trong khóa luận này khơng tránh khỏi thiếu sót, em rất mong được sự đóng góp ý
kiến của thầy cô và các bạn.

11


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÓM TẮT
Hệ thống chống trộm bằng cảm biến hồng ngoại dùng vi điều khiển là một hệ
thống khá hoàn chỉnh với các chức năng sau:

1. Phát hiện trộm đột nhập
Được thiết kế với 2 cảm biến PIR đặt tại cửa vào ra và cửa sổ, còn 1 cặp thu
phát hồng ngoại đặt tại cổng có các tần số khác nhau.
· Đối với cảm biến PIR :
- Ở trạng thái thường trực khi chưa có tia nhiệt di chuyển vào đầu dị của
cảm biến PIR thì tín hiệu đang ở mức 0 và mạch không hoạt động.
- Khi có sự xuất hiện của một nguồn nhiệt di động ngang qua thì mạch điện
tử sẽ phát ra tín hiệu điều khiển đèn và loa báo hoạt động. Đồng thời LCD hiển thị
vị trí có trộm.
· Đối với cảm biến thu phát hồng ngoại:
- Khi chưa có trộm đột nhập che phần thu phát thì đèn báo dị đúng tần số
phát ở phần thu sẽ sáng và cấp tín hiệu mức 0 và khơng có tín hiệu báo.
- Khi có trộm đột nhập che khuất cặp thu phát thì chân tín hiệu sẽ lên mức 1.
Led báo và loa hoạt động. LCD hiển thị vị trí có trộm.
2. Xử lý xuất tín hiệu báo động và hiển thị vị trí xuất hiện trộm
Khi có các tín hiệu từ phần thu tác động vào, các tín hiệu này sẽ lần lượt
được đưa vào các chân P2.1, P2.4, P2.5 của vi điều khiển báo cho vi điều khiển biết
là có trộm đột nhập. Lúc này vi điều khiển sẽ ra lệnh cho chân P2.0 lên mức 1 để
tác động qua transistor đóng relay báo chuông và đồng thời xuất dữ liệu ra port 0 để
hiển thị vị trí có xuất hiện trộm ra LCD và giữ hiển thị vị trí xuất hiện trộm, đèn và
chuông báo cho đến khi ta tắt hệ thống thì chng và tín hiệu hiển thị sẽ tắt.
Khi có trộm ở cổng thì LCD hiển thị “Có trộm: cổng”, nếu ở cửa ra vào thì LCD
hiển thị “Có trộm: vào ra”, nếu ở cửa sổ thì LCD hiển thị “Có trộm: cửa sổ”. Nếu bị che
ở 2 hoặc 3 vị trí thì LCD lần lượt hiển thị lên màn hình các trị trí bị che. Nếu khơng bị
che thì khơng có tín hiệu tác động vào và vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu mức 0 cấp cho
transistor điều khiển relay tắt và xuất tín hiệu ra LCD: “Alarm home”.
3. Kết quả dự kiến :
- Mơ hình hệ thống thiết bị chống trộm có sử dụng cảm biến hồng ngoại và
vi điều khiển MSP430G2553.
- Hệ thống hoạt động ổn định và đảm bảo các mục tiêu đặt ra.


12


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN MSP430G2553
MSP 430 là họ vi điều khiển cấu trúc RISC 16-bit được sản xuất bởi công ty
Texas Instruments.
MSP là chữ viết tắt của “MIXED SIGNAL PROCESSOR”. Là dòng vi
điều khiển tiết kiệm năng lượng, sử dụng nguồn thấp, khoảng điện áp nguồn cấp từ
1.8V-3.6V.
MSP 430 kết hợp các đặc tính của một CPU hiện đại và tích hợp sẵn các
module ngoại vi. Đặc biệt chíp MSP 430 là giải pháp thích hợp cho những ứng
dụng yêu cầu trộn tín hiệu.
Trong đề tài này chúng em dùng vi điều khiển MSP430G2553 để điều khiển
hoạt động của mạch.

Hình 1.1: Vi điều khiển MSP430G2553
1.1 Tổng quan về MSP430

Hình 1.2: Cấu trúc chung của MSP430
13


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

Những đặc tính của dịng MSP 430 bao gồm:
· Điện áp tiêu thụ thấp: 1.8V to 3.6V
· Có 3 chế độ sử dụng năng lượng (Active, Standby, Off).
- Chế độ hoạt động: 270 μA tại 1MHz, 2.2 V.

- Chế độ chờ: 0.7 μA.
- Chế độ tắt (RAM vẫn được duy trì): 0.1 μA.
· 5 chế độ tiết kiệm năng lượng.
· 2 port, 10 chân xuất nhập (I/O pins).
· Vi điều khiển 16-bit với đầy đủ các chức năng (2 bộ Timer 16-bit, 10-bit
ADC, UART, I2C, PWM, ….).
· Hai timer 16 bit ( có khả năng đếm lên và xuống ).
- Timer_A 16 bit với 3 thanh ghi hình, 3 thanh ghi so sánh độ rộng 16 bit.
- Timer_B 16 bit với 3 thanh ghi hình, 3 thanh ghi so sánh độ rộng 16 bit.
· 12 bit hoặc 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref.
· Giao diện truyền thông nối tiếp.
- Hỗ trợ truyền thông nối tiếp nâng cao UART, tự động dị tìm tốc độ Baud.
- Bộ mã hóa và giải mã IrDA (Infrared Data Associatio).
- Chuẩn giao tiếp động bộ SPI.
- Chuẩn giao tiếp I2C.
· Bảo vệ sụt áp.
· Bộ nạp chương trình.
· Module mơ phỏng trên chip.
· MSP430 có một số phiên bản như: MSP430x1xx, MSP430x2xx,
MSP430x3xx, MSP430x4xx, MSP430x5xx.

14


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hình 1.3: Một số phiên bản họ vi điều khiển MSP430
1.2 Vi điều khiển MSP430G2553
1.2.1 Sơ đồ chân:


Hình 1.4: Sơ đồ chân của MSP430G2553
· Dịng MSP430G2553 ta thấy có 2 port : Port 1 và Port 2 . Mỗi port có 8
chân.
Port 1: có 8 chân từ P1.0 đến P1.7 tương ứng với các chân từ 2 - 7 và 14, 15.
Port 2: có 8 chân từ P2.0 đến P2.7 ứng với các chân 8 - 13, 18,19.
· Ngồi chức năng I/O bình thường thì trên mỗi pin của các port đều là
những chân đa chức năng, ta thể thấy rõ trong bảng sau:

15


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Bảng 1.1: Chức năng của các chân vi điều khiển MSP430G2553.
NAME

PW20,
N20

I/O

DESCRIPTION

P1.0/

General-purpose digital I/O pin

TA0CLK/

Timer0_A, clock signal TACLK input


ACLK/

2

I/O

ACLK signal output

A0/

ADC10 analog input A0

CA0

Comparator_A+, CA0 input

P1.1/

General-purpose digital I/O pin

TA0.0/

Timer0_A, capture: CCI0A input, compare:
Out0 output / BSL transmit

UCA0RXD/

3

I/O


USCI_A0 UART mode: receive data input

UCA0SOMI/

USCI_A0 SPI mode: slave data out/master in

A1/

ADC10 analog input A1

CA1

Comparator_A+, CA1 input

P1.2/

General-purpose digital I/O pin

TA0.1/

Timer0_A, capture: CCI1A input, compare:
Out1 output

UCA0TXD/

4

I/O


USCI_A0 UART mode: transmit data output

UCA0SIMO/

USCI_A0 SPI mode: slave data in/master out

A2/

ADC10 analog input A2

CA2

Comparator_A+, CA2 input

P1.3/

General-purpose digital I/O pin

ADC10CLK/

ADC10, conversion clock output(1)

A3/
VREF-/VEREF-/

5

I/O

ADC10 analog input A3(1)

ADC10 negative reference voltage (1)

CA3/

Comparator_A+, CA3 input

CAOUT

Comparator_A+, output

P1.4/

General-purpose digital I/O pin

SMCLK/
UCB0STE/

6

I/O

SMCLK signal output
USCI_B0 slave transmit enable

16


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
UCA0CLK/


USCI_A0 clock input/output

A4/

ADC10 analog input A4(1)

VREF+/VEREF+/

ADC10 positive reference voltage(1)

CA4/

Comparator_A+, CA4 input

TCK

JTAG test clock, input terminal for device
programming and test
General-purpose digital I/O pin

P1.5/

Timer0_A, compare: Out0 output / BSL

TA0.0/

receive

UCB0CLK/


USCI_B0 clock input/output

UCA0STE/

7

I/O

USCI_A0 slave transmit enable

A5/

ADC10 analog input A5(1)

CA5/

Comparator_A+, CA5 input

TMS

JTAG test mode select, input terminal for
device programming and test
General-purpose digital I/O pin

P1.6/

Timer0_A, compare: Out1 output

TA0.1/


ADC10 analog input A6(1)

A6/
CA6/

14

I/O

UCB0SOMI/

JTAG test data input or test clock input during

TDI/TCLK

programming and test
General-purpose digital I/O pin

P1.7/

ADC10 analog input A7(1)

A7/

Comparator_A+, CA7 input

CA7/
UCB0SIMO/
UCB0SDA/
TDO/TDI


USCI_B0 SPI mode: slave out master in
USCI_B0 I2C mode: SCL I2C clock

UCB0SCL/

CAOUT/

Comparator_A+, CA6 input

15

I/O

Comparator_A+, output
USCI_B0 SPI mode: slave in master out
USCI_B0 I2C mode: SDA I2C data
JTAG test data output terminal or test data
input during programming and test(2)
17


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
General-purpose digital I/O pin

P2.0/

8

TA1.0


I/O

Out0 output
General-purpose digital I/O pin

P2.1/

9

TA1.1

I/O

Timer1_A, capture: CCI1A input, compare:
Out1 output
General-purpose digital I/O pin

P2.2/

10

TA1.1

I/O

Timer1_A, capture: CCI1B input, compare:
Out1 output
General-purpose digital I/O pin


P2.3/

11

TA1.0

I/O

Timer1_A, capture: CCI0B input, compare:
Out0 output
General-purpose digital I/O pin

P2.4/

12

TA1.2

I/O

Timer1_A, capture: CCI2A input, compare:
Out2 output
General-purpose digital I/O pin

P2.5/

13

TA1.2


I/O

Timer1_A, capture: CCI2B input, compare:
Out2 output

XIN/

Input terminal of crystal oscillator

P2.6/

19

I/O

TA 0.1
XOUT/
P2.7

Timer1_A, capture: CCI0A input, compare:

General-purpose digital I/O pin
Timer0_A, compare: Out1 output

18

I/O

Output terminal of crystal oscillator(3)
General-purpose digital I/O pin


· Chân P1.0/TA0CLK/ACLK/A0/CA0 (2):
- Chân xuất / nhập.
- Timer0_A, tín hiệu clock TACLK đầu vào.
- ACLK signal output.
- Ngõ vào xung clock TACLK của Timer A.
- Bộ chuyển đổi xung của ADC10 .
· Chân P1.1/TA0.0/UCA0RXD/UCA0SOMI/A1/CA1(3):
- Chân xuất / nhập.
18


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
- Timer0_A: CCI0A đầu vào, so sánh: OUT0 đầu ra / BSL truyền.
- Chế độ USCI_A0 UART: nhận dữ liệu đầu vào.
- SCI_A0 SPI chế độ: slave data out/master in
- ADC10 đầu vào tương tự A1
- Comparator_A +, CA1 đầu vào
· Chân P1.2/TA0.1/UCA0TXD/UCA0SIMO/A2/CA2
- Chân xuất / nhập số.
- Timer0_A, chụp: CCI1A đầu vào, so sánh: OUT1 đầu ra
- Chế độ USCI_A0 UART: truyền dữ liệu đầu ra
- Chế độ USCI_A0 SPI: slave data in/master out
- ADC10 đầu vào tương tự A2
- Comparator_A+, CA2 input
· Chân P1.3/ADC10CLK/A3/VREF-/VỀ-/CA3/CAOUT (5):
- Mục đích chung kỹ thuật số I / O pin.
- ADC10, chuyển đổi ra xung clock.
- ADC10 đầu vào tương tự A3.
- ADC10 điện áp tham chiếu tiêu cực.

- Comparator_A +, CA3 đầu vào
- Comparator_A +, đầu ra
· Chân P1.4/SMCLK/UCB0STE/UCA0CLK/A4/VREF+/VEREF+/CA4/
TCK (6):
- Chân xuất / nhập.
- Ngõ ra SMCLK (Sub-Main clock) của khối tạo dao động nội.
- USCI_B0 slave truyền cho phép.
- Đầu vào clock USCI_A0 / đầu ra.
- ADC10 đầu vào tương tự A4.
- ADC10 điện áp tham chiếu tích cực.
- Comparator_A +, CA4 đầu vào.
- Clock JTAG kiểm tra, thiết bị đầu cuối, đầu vào cho chương trình thiết bị
và thử nghiệm.

19


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
· Chân P1.5/TA0.0/UCB0CLK/UCA0STE/A5/CA5/TMS(7):
- Chân xuất / nhập.
- Timer0_A, so sánh: OUT0 đầu ra / BSL nhận.
- Đầu vào đồng hồ USCI_B0 / đầu ra.
- USCI_A0 nô lệ truyền cho phép.
- ADC10 đầu vào tương tự A5.
- Comparator_A+, CA5 input.
- Chế độ kiểm tra JTAG chọn, thiết bị đầu cuối đầu vào cho chương trình
thiết bị và thử nghiệm.
· Chân P1.6/TA0.1/A6/CA6/UCB0SOMI/UCB0SCL/TDI/TCLK (14):
- Chân xuất / nhập.
- Timer0_A, so sánh: OUT1 đầu ra.

- ADC10 đầu vào tương tự A6.
- Chế độ USCI_B0 SPI: slave out master in.
- UCB0SCL / USCI_B0 chế độ I2C: I2C SCL clock.
- TDI: Ngõ vào kiểm tra dữ liệu.
- TCLK: Ngõ vào kiểm tra xung clock.
· Chân P1.7/A7/CA7/CAOUT/UCB0SIMO/UCB0SDA/TDO/TDI(15):
- Chân xuất / nhập.
- ADC10 đầu vào tương tự A7.
- CA7 / Comparator_A +, CA7 đầu vào.
- CAOUT / Comparator_A +, đầu ra.
- Chế độ UCB0SIMO / USCI_B0 SPI: slave in master out.
- Chế độ UCB0SDA / USCI_B0 I2C: I2C SDA dữ liệu.
- TDI: Ngõ vào kiểm tra dữ liệu.
- TDO: Ngõ ra kiểm tra dữ liệu.
· Chân P2.0/TA1.0 (8):
- Chân xuất / nhập.
- Timer1_A, capture: CCI0A đầu vào, so sánh: OUT0 đầu ra.
· Chân P2.1/TA1.1(9):
- Chân xuất / nhập.
20


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
- Timer1_A, capture: CCI1A đầu vào, so sánh: OUT1 đầu ra.
· Chân P2.2/TA1.1(10):
- Chân xuất / nhập.
- Timer1_A, capture: CCI1B đầu vào, so sánh: OUT1 đầu ra.
· Chân P2.3/TA1.0 (11):
- Chân xuất / nhập.
- Timer1_A, capture: CCI0B đầu vào, so sánh: OUT0 đầu ra

· Chân P2.4/TA1.2(12)
- Chân xuất / nhập.
- Timer1_A, capture: CCI2A đầu vào, so sánh: OUT2 đầu ra.
· Chân P2.5/TA1.2(13):
- Chân xuất / nhập.
- Timer1_A, capture: CCI2B đầu vào, so sánh: OUT2 đầu ra.
· Chân XIN/ P2.6/TA0.1 (19):
- Ngõ vào kết nối với dao động thạch anh.
- Chân xuất/ nhập.
- Timer0_A, compare: OUT1 đầu ra
· Chân XOUT/P2.7 (18):
- Ngõ vào kết nối với dao động thạch anh.
- Chân xuất/nhập.
· Chân RST/NMI/SBWTDIO (16):
- Chân Reset tác động ở mức thấp hoặc cấm ngắt.
· Chân TEST/SBWTCK (17)
· Chân DVCC (1): Chân cấp nguồn VCC.
· Chân DVSS (20): Chân cấp mass.
1.2.2 Cấu trúc xuất nhập
Vi điều khiển MSP 430G2553 có 2 port xuất nhập là port 1 và port 2. Port1
có 8 chân và port 2 có 8 chân. Mỗi chân đều có những chức năng đặc biệt có thể
định hướng làm đầu vào hoặc đầu ra, có thể đọc truy suất hoặc điều khiển.
Ports P1 và P2 có khả năng ngắt. Mỗi ngắt được cấu hình riêng theo cạnh lên
hoặc cạnh xuống của sườn xung hoặc theo tín hiệu vào tương ứng với các vector ngắt.
21


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đặc tính xuất nhập bao gồm:
- Chức năng đặc biệt của các chân không phụ thuộc vào việc lập trình.

- Có thể lựa chọn làm OUTPUT hoặc INPUT.
- P1 và P2 được cấu hình riêng cho tín hiệu ngắt.
- Không phụ thuộc thanh ghi output hay input.
1.2.3 Hoạt động xuất nhập
Hoạt động xuất nhập dữ liệu được lập trình bằng phần mềm.
1.2.4 Mơ tả các khối chức năng

Hình 1.5: Sơ đồ khối vi điều khiển MSP430G2553
· Các khối cơ bản: CPU, Xung nhịp, Flash, RAM, Ports,và Bus.
· Các khối bổ xung:
– Khối nạp chương trình JTAG : 4 dây và 2 dây
– Khối biến đổi tương tự - số ADC.
– Khối bảo vệ sụt áp (Brownout Protection)
– Khối so sánh áp (Compare A+)
– Khối Đồng hồ canh gác (WDT)
– 2 khối định thời loại A (Timer_A0 và Timer_A1)
– 2 khối giao tiếp tuần tự (USCI A0 và USCI B0)
1.2.5 Khối xử lý trung tâm (CPU)
· Chức năng: Khối CPU thực thi các lệnh cất trong bộ nhớ chương trình. Các
lệnh được đọc tuần tự và thực thi nếu không gặp các lệnh rẽ nhánh hoặc xử lý ngắt.
22


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
· Cấu tạo: Gồm một khối tính tốn ALU 16 bít, mạch giải mã lệnh và 16
thanh ghi.
· Tần số tối đa (cũng là tốc độ) do xung nhịp MCLK tạo là 16MHz.

Hình 1.6: CPU Block Diagram
· Các thanh ghi của CPU

- Thanh ghi đếm chương trình (Program counter – PC): Chứa địa chỉ lệnh kế
tiếp cần thực hiện. PC tự động tăng 2 sau mỗi xung nhịp, ngoại trừ có lệnh rẽ nhánh
hoặc gọi hàm.
- Con trỏ ngăn xếp (Stack pointer- SP): Trỏ đến vùng nhớ RAM dùng làm
ngăn xếp. Khi một hàm được gọi, PC và SR được cất vào ngăn xếp và khi thực hiện

23


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
xong hàm, các giá trị này được trả lại PC và SR để tiếp tục công việc đang thực hiện
chưa xong.
- Thanh ghi trạng thái (Status register – SR): Chứa các cờ trang thái. Các bít
trạng thái hay được dùng là C, Z, N, và V. Ngoài ra có một số bít để tắt xung nhịp
như CPUOFF (tắt MCLK).
- Thanh ghi hằng số (Constant generator): Dùng để tạo ra một số hằng số
thường gặp.
- 12 thanh ghi đa năng: là các thanh ghi dùng để lưu thông tin trung gian.
Các thanh ghi có tốc độ truy cập tương đương CPU.
1.2.6 Tổ chức bộ nhớ
Tổ chức bộ nhớ của MSP430G2553 gồm các thành phần sau:
· Thanh ghi chức năng chuyên dụng: Các thanh ghi của các khối có chức
năng xác định trước. Ví dụ các thanh ghi PC, SP, SR, CG của CPU, thanh ghi
P1REN, P1DIR của P1...
· Các thanh ghi đa năng của CPU và các thiết bị ngoại vi, như các thanh
ghi R4-R15 của CPU, P1IN, P1OUT của P1.
- Các thanh ghi 8 bit.
- Các thanh ghi 16 bit.
· Random access memory (RAM): Các thanh ghi đặt trong khối RAM có
địa chỉ từ 0x0200 và chỉ có 256/512 Bytes.

· Bootstrap loader : Là phần bộ nhớ khơng bị xóa chứa chương trình kết nối
máy tính qua cổng COM của TI.
· Bộ nhớ dữ liệu không bay hơi (Information memory): Là 256 Byte
flash, cho phép lưu các thông tin quan trọng và không bị mất khi mất điện.
· Bộ nhớ chương trình (Code memory): Là bộ nhớ chỉ đọc (ROM) và chứa
chương trình được nạp từ máy tính xuống. Sau khi nạp và khởi động, chương trình
này sẽ được đọc vào CPU để thực thi . Chíp hiện nay có từ 2KB-16KB.
· Interrupt and reset vectors: Là phần bộ nhớ chứa các địa chỉ của các hàm
xử lý ngắt và tái khởi động.

24


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hình 1.7: Tổ chức bộ nhớ
1.2.7 Các thanh ghi
1.2.7.1 Thanh ghi Input PxIN
Khi được lựa chọn làm đầu vào. Giá trị mỗi bít của thanh ghi tương ứng với
tín hiệu.
Bit = 0 đầu vào ở mức thấp.
Bit = 1 tín hiệu ở mức cao.
1.2.7.2 Thanh ghi đầu ra PxOUT
Khi không sử dụng điện trở kéo, và được định hướng làm đầu gia. Giá trị các
bít của thanh ghi tương ứng:

25