Đồ án Thiết bị hỗ trợ liên lạc khẩn cấp (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết bị hỗ trợ liên lạc khẩn cấp (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ HỖ TRỢ LIÊN LẠC KHẨN CẤP GVHD : THS. NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH : NGUYỄN THÀNH MỘNG MSSV : 13141600 SVTH : NGUYỄN TRƢƠNG ĐỨC TRỌNG MSSV : 13141564 LỚP : 13141CLDT1 - 13141CLDT2 KHÓA : 2013 HỆ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY S K L 0 0 4 9 6 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
2. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên SV: NGUYỄN THÀNH MỘNG Mã số sinh viên: 13141600 NGUYỄN TRƢƠNG ĐỨC TRỌNG Mã số sinh viên: 13141564 Lớp: 13141CLDT1 - 13141CLDT2 Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tên đề tài: THIẾT BỊ HỖ TRỢ LIÊN LẠC KHẨN CẤP. Giáo viên hƣớng dẫn: THS.NGUYỄN ĐÌNH PHÚ Nhiệm vu ̣nghiên cƣ́ u: + Nghiên cứu về vi điều khiển ATmega 2560-16AU. + Giao tiếp với màn hình OLED, Pulse Sensor. + Đọc thời gian thực từ IC DS1307. + Thiết kế và lập trình thu thập dữ liệu từ mudule GPS. + Thiết kế và lập trình giao tiếp module Sim900A. + Thi công mô hình thiết bị và cân chỉnh. i
3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN THÀNH MỘNG MSSV: 13141600 NGUYỄN TRƢƠNG ĐỨC TRỌNG MSSV: 13141564 Ngành: CÔNG NGHỆ - KỸ THUẬT - ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tên đề tài: THIẾT BỊ HỖ TRỢ LIÊN LẠC KHẨN CẤP Giáo viên hƣớng dẫn: THS. NGUYỄN ĐÌNH PHÚ NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii
4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN THÀNH MỘNG MSSV: 13141600 NGUYỄN TRƢƠNG ĐỨC TRỌNG MSSV: 13141564 Ngành: CÔNG NGHỆ - KỸ THUẬT - ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tên đề tài: THIẾT BỊ HỖ TRỢ LIÊN LẠC KHẨN CẤP Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii
5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Xin chân thành gửi lời cảm ơn chân thành đến với quý thầy cô khoa đào tạo Chất lƣợng cao đã giảng dạy chúng em trong suốt thời gian học tại trƣờng và tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em thực hiện đề tài. Cảm ơn gia đình, cha mẹ đã là nguồn động viên to lớn về vật tinh thần cũng nhƣ vật chất trong suốt thời gian học hành, để chúng em có đƣợc sự an tâm theo đuổi ƣớc mơ và sự nghiệp. Đặc biệt cảm ơn thầy Nguyễn Đình Phú đã tạo điều kiện và hƣớng dẫn chúng em cách học tập cũng nhƣ nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng xin chúc gia đình, bạn bè và quý thầy, cô nhiều sức khỏe và thành công trong công việc. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài iv
6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÓM TẮT Hiện nay, nhu cầu theo dõi tình trạng nguy hiểm cũng nhƣ liên lạc khi cấp thiết khi bị tai nạn hoặc các vấn đề đột xuất về sức khỏe đối với ngƣời thân mà đặc biệt là đối tƣợng ngƣời cao tuổi và trẻ em rất lớn. Ngoài ra, vấn đề liên lạc từ xa đối với ngƣời cao tuổi cũng gặp nhiều khó khăn. Các thiết bị liên lạc thông dụng nhƣ điện thoại di động lại quá phức tạp khi sử dụng đối với ngƣời cao tuổi đặc biệt trong các trƣờng hợp cần liên lạc khẩn cấp. Chính vì lý do đó, nhóm đã quyết định tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện một thiết bị đáp ứng các yêu cầu trên. Cùng với sự phát triển vƣợt bậc của khoa học kỹ thuật, việc chế tạo các thiết bị cảnh báo và liên lạc dần trở nên dễ dàng hơn từ phần cứng cho tới phần mền. Và sau 4 tháng nghiên cứu chế tạo và phát triển, nhóm đã thực hiện thành công đề tài - thiết bị đúng với lịch trình đề ra. Thiết bị đƣợc tạo ra với mục đích giúp hỗ trợ liên lạc, các chức năng cơ bản nhƣ xem giờ, báo thức và có thêm chức năng đo nhịp tim khá hữu ích đối với ngƣời lớn tuổi. Ngoài ra, thiết bị còn có thể lập trình, giúp mở rộng thêm các chức năng cũng nhƣ để phát triển các thiết bị tốt hơn trong tƣơng lai. v
7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SUMMARY Currently, the need to track the status of emergency as well as emergency communication at an accident or unexpected health issues of people, especially the elderly and children. In addition, the problem of communication for the elderly is many difficulties. Popular communication devices such as mobile phones are too complex to use for the elderly, especially in cases of urgent contact. For that reason, the team decided to explore, research and implement a device that solve the problem above. With the rapid development of science and technology, the creation of warning and communication devices has gradually become easier from hardware to software. And after 4 months of research and development, the team has successfully implemented the device - SOOS watches. The device was created for the purpose of facilitating communication, and basic functions such as time, alarm and heart rate measurance. In addition, the device can be programmed to extend functionality as well as to develop better devices in the future. vi
8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ii PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v SUMMARY vi Chƣơng 1 1 TỔNG QUAN 1 1.1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU. 2 1.2. MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI. 2 1.2.1. Mục đích của đề tài 2 1.2.2. Giới hạn đề tài 3 1.3. NỘI DUNG THỰC HIỆN. 3 Chƣơng 2 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1. VI ĐIỀU KHIỂN 5 2.1.1. Vi điều khiển họ AVR. 5 2.1.2. Vi điều khiển Atemage 2560-16AU. 13 2.2. MODULE SIM900A 29 2.3. MODULE GPS NEO-6MV2 35 Chƣơng 3 40 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 40 3.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG. 41 vii
9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống. 41 3.2.1 Khối xử lí trung tâm 42 3.2.2 Khối hiển thị 44 3.2.3 Khối thời gian thực. 46 3.2.4 Khối cảm biến. 51 3.2.5 Khối tạo tín hiệu điều khiển 52 3.2.6 Khối thực thi. 54 3.2.7 Khối nguồn cung cấp. 56 3.3 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT CHƢƠNG TRÌNH 64 3.3.1 Lƣu đồ giải thuật trên mạch điều khiển. 64 Chƣơng 4 72 KẾT QUẢ 72 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC PHẦN LÝ THUYẾT. 73 4.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC PHẦN THỰC HÀNH. 73 4.2.1 Thiết kế mạch in. 73 4.2.2 Thi công mạch thực tế. 74 4.3 THIẾT KẾ VỎ BỌC 76 4.4 HOÀN THIỆN SẢN PHẨM VÀ HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG. 78 4.4.1 Hoàn thiện sản phẩm 78 4.5 HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG 80 4.5.1 Các nút chức năng, nút điều hƣớng và cảm biến 80 4.5.2 Các chức năng của thiết bị và cách sử dụng. 81 Chƣơng 5 86 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86 5.1 KẾT LUẬN 87 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 87 viii
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC 89 ix
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƢƠNG 2 Hình 2-1. Cấu trúc bên trông AVR. 6 Hình 2-2 . Tổ chức bộ nhớ của AVR. 8 Hình 2-3. Thanh ghi 8 bit. 8 Hình 2-4. Register file. 10 Hình 2-5. Stack. 11 Hình 2-6. Thanh ghi trạng thái. 12 Hình 2-7. Sơ đồ chân ATemega2560-16AU. 15 Hình 2-8. Cấu trúc hệ thống. 16 Hình 2-9. Cấu trúc bộ nhớ chƣơng trình Flash. 17 Hình 2-10. Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu. 18 Hình 2-11. Sơ đồ vòng truy cập bộ nhớ dữ liệu SRAM. 18 Hình 2-12. Sơ đồ bộ nhớ ngoại với Wait-state (SRWn1=0 and SRWn0=0). 19 Hình 2-13. Sơ đồ chu kì bộ nhớ ngoại SRW n1 = 0 và SRW n0 = 1. 20 Hình 2-14. Sơ đồ chu kì bộ nhớ ngoại SRWn1 = 1 và SRWn0 = 0. 21 Hình 2-15. Sơ đồ chu kì bộ nhớ ngoại SRW n1 = 1 và SRW n0 = 1. 21 Hình 2-16. Địa chỉ với bộ phát tín hiệu logic. 22 Hình 2-17. Mức logic Reset AVR. 23 Hình 2-18. Giản đồ xung Reset theo mức điện áp. 24 Hình 2-19. Watchdog Timer. 25 Hình 2-20. Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp SPI. 26 Hình 2-21. Kết nối chủ-tớ theo chuẩn SPI. 27 Hình 2-22. Sơ đồ nguyên lý kết nối chuẩn USART. 28 x
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2-23. Sơ đồ kết nối chuẩn giao tiếp 2 dây. 29 Hình 2-24. Module Sim900A. 31 Hình 2-25. Sơ đồ chân Module Sim900A. 32 Hình 2-26. Sơ đồ chức năng của sim900A. 33 Hình 2-27. Kết nối DCE-DTE. 34 Hình 2-28. Sơ đồ kết nối Sim Card. 35 Hình 2-29. Module GPS 6MV2. 36 Hình 2-30. Sơ đồ khối Module GPS Neo 6MV2 36 Hình 2-31. Sơ đồ chân của GPS NEO 6MV2. 37 Hình 2-32. Giản đồ thời gian giao tiếp SPI. 39 CHƢƠNG 3 Hình 3-1. Sơ đồ khối hệ thống 41 Hình 3-2. Sơ đồ kết nối vi điều khiển 43 Hình 3-3. Màn hình Oled 1.3 inch. 44 Hình 3-4. Sơ đồ nguyên lý kết nối OLED. 45 Hình 3-5. DS1307 46 Hình 3-6. Sơ đồ khối DS1307 47 Hình 3-7. Sơ đồ chân DS1307. 48 Hình 3-8. 8 Thanh ghi thời gian thực. 49 Hình 3-9. Sơ đồ kết nối DS1307 với vi điều khiển. 50 Hình 3-10. Sơ đồ nguyên lý kết nối DS1307. 50 Hình 3-11. Pulse Sensor. 51 Hình 3-12. Sơ đồ nguyên lý kết nối Pulse Sensor. 52 Hình 3-13. Nút nhấn đƣợc sử dụng. 53 Hình 3-14. Sơ đồ nguyên lý khối tạo tín hiệu điều khiển. 53 xi
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3-15. Mạch nguyên lý kết nối module sim900A với vi điều khiển. 54 Hình 3-16. Sơ đồ mạch nguyên lý kết nối GPS. 55 Hình 3-17. Buzzer 5V. 55 Hình 3-18. Sơ đồ nguyên lý buzzer 56 Hình 3-19. Pin Lipo 3.7V 500mAh. 56 Hình 3-20. Hình dạng và sơ đồ chân IC ổn áp AMS1117 5V. 57 Hình 3-21. IC ổn áp ASM1117 3.3V 58 Hình 3-22. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 59 Hình 3-23. Sơ đồ mạch nguyên lý nạp Bootloader cho Atemega 2560_16AU. 60 Hình 3-24. Chọn code nạp Bootloader 61 Hình 3-25. Chọn board dùng để nạp. 62 Hình 3-26. Chọn board cần nạp Bootloader. 63 Hình 3-27. Sơ đồ nguyên lý mạch nạp. 64 Hình 3-28. Lƣu đồ chƣơng trình chính. 65 Hình 3-29. Lƣu đồ chƣơng trình con hiển thị menu chính. 67 Hình 3-30. Lƣu đồ chƣơng trình con gửi tin nhắn nhanh. 68 Hình 3-31. Lƣu đồ chƣơng trình con đọc thời gian thực. 69 Hình 3-32. Lƣu đồ chƣơng trình con hẹn giờ báo thức. 70 Hình 3-33. Lƣu đồ chƣơng trình con SOS. 71 CHƢƠNG 4 Hình 4-1. Lớp bottom PCB mạch điều khiển. 73 Hình 4-2. Lớp Top PCB mạch điều khiển. 74 Hình 4-3. Mặt trên của mạch sau khi thi công thực tế. 75 Hình 4-4. Mặt dƣới của mạch sau khi thi công thức tế. 75 Hình 4-5. Bản vẽ 3D hộp. 77 xii
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4-6. Bản vẽ 3D nắp. 77 Hình 4-7. Nắp và hộp sau đƣợc in. 78 Hình 4-8. Sắp xếp các module, linh kiện thành 1 khối thiết bị. 79 Hình 4-9. Sản phẩm hoàn thiện. 79 Hình 4-10. Bố trí các nút chức năng, điều hƣớng và cảm biến nhịp tim. 80 Hình 4-11. Màn hình khi thực hiện chức năng khẩn cấp - SOS. 81 Hình 4-12. Chức năng xem thời gian. 82 Hình 4-13. Chức năng đo nhịp tim 83 Hình 4-14. Chức năng hẹn giờ báo thức. 84 Hình 4-15. Chức năng QUICK SENT. 85 xiii
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƢƠNG 2 Bảng 2-1. Các đặc trƣng của Reset AVR. 23 Bảng 2-2. Thuật ngữ chuẩn giao tiếp 2 dây. 29 Bảng 2-3. Mô tả chức năng các chân giao tiếp UART. 33 Bảng 2-4.Mô tả chức năng các chân giao tiếp Sim Card. 35 Bảng 2-5. Chức năng các chân của GPS 6MV2. 37 CHƢƠNG 3 Bảng 3-1. Thông số kỹ thuật màn hình OLED. 45 Bảng 3-2 . Thông số kỹ thuật Pulse sensor. 52 CHƢƠNG 4 Bảng 4-1. Thông số kỹ thuật in 3D 76 xiv
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU. Hiện nay, nhu cầu theo dõi tình trạng nguy hiểm cũng nhƣ liên lạc khi cấp thiết khi bị tai nạn hoặc các vấn đề đột xuất về sức khỏe đối với ngƣời thân mà đặc biệt là đối tƣợng ngƣời cao tuổi và trẻ em rất lớn. Trong cuộc khảo sát tai nạn thƣơng tích do bộ Lao động, thƣơng binh và xã hội phối hợp với các cơ quan chuyên môn khác thực hiện với quy mô toàn quốc vào năm 2010 và đƣợc tiến hành với gần 50.000 hộ gia đình trên 63 tỉnh thành; kết quả cho thấy tỷ lệ tai nạn thƣơng tích do tất cả các nguyên nhân ở Việt Nam là khá cao so với thế giới và số ngƣời tử vong do tai nạn thƣơng tích còn cao hơn so với bệnh lây nhiễm với các nguyên nhân hàng đầu là tai nạn giao thông, ngã, đuối nƣớc, vật sắt nhọn và động vật tấn công, Và đối với ngƣời bị nạn thụ động là ngƣời cao tuổi và trẻ em thì nếu đƣợc phát hiện và giúp đỡ kịp thời có thể giảm đáng kể các hậu quả đáng tiếc về sức khỏe và thậm chí là tính mạng. Nhận thấy nhu cầu thiết thực đó, nhóm sinh viên đã quyết định chọn thực hiện đề tài “Thiết bị hỗ trợ liên lạc khẩn cấp”, nhằm giúp đỡ cho ngƣời bị nạn cần liên lạc khẩn cấp cho ngƣời thân và một số tính năng phụ trợ khác. Đồng thời, thiết bị sẽ có thể dùng để nghiên cứu mở rộng ra các chức năng khác dựa vào phần cứng có sẵn. 1.2. MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI. 1.2.1. Mục đích của đề tài Ngày nay vẫn còn rất nhiều ngƣời chƣa biết chữ, chƣa biết sử dụng những thiết bị công cụ hiện đại nhƣ điện thoại, internet. Đa phần là những ngƣời cao tuổicủa thế hệ trƣớc. Vì chƣa biết chữ, công nghệ hiện đại nên việc sử dụng một thiết bị liên lạc hiện đại nhƣ điện thoại là rất khó khăn đôi khi là không dùng đƣợc. Cũng giống nhƣ những ngƣời cao tuổi thì trẻ em cũng chƣa biết đến các thiết bị liên lạc này. Vì lẽ đó, đôi khi có những trƣờng hợp không may xảy ra nhƣ sự cố hay tai nạn không mong muốn khi không có ai bên cạnh thì việc yêu cầu giúp đỡ trở nên trở nên khó khăn, thao tác gọi điện thoại quá rƣờm rà hoặc là điều không thể. Từ những lí do đó nhóm sinh viên mong muốn tạo ra một thiết bị mà những ngƣời không biết sử dụng điện thoại, những ngƣời neo đơn, trẻ em có thể liên lạc với ngƣời thân hoặc kêu gọi sự trợ giúp bằng một thao tác đơn giản đó là nhấn nút thiết bị sẽ gọi đến số máy của ngƣời thân và báo vị trí hiện tại của mình. 2
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhóm sinh viên thiết kế và thi công thiết bị hỗ trợ liên lạc khẩn cấp trong đó bao gồm một bo mạch điều khiển chính cùng với các module chức năng kèm theo một màn hình OLED 1.3 inch. Bo điều khiển sẽ nhận và xử lý tín hiệu từ các nút điều khiển, cảm biến và các module chức năng, điều khiển hoạt động của màn hình OLED, module chức năng và loa buzzer. Hiển thị các thông tin ngày, giờ, thông số sức khỏe hay cài đặt báo thức trên màn hình OLED. Ngoài ra ngƣời thân có thể xác định vị trí của ngƣời dùng nhờ vào đƣờng link Google Map đƣợc gửi tới qua tin nhắn. 1.2.2. Giới hạn đề tài Hƣớng đến đối tƣợng ngƣời cao tuổi, trẻ em và ngƣời có nhu cầu sử dụng. Hiển thị các thông số, giao diện ngƣời dùng lên màn hình OLED 1.3 inch. Phạm vi liên lạc bằng cuộc gọi nhƣ một chiếc điện thoại thông thƣờng. Đo nhịp tim của ngƣời dùng. 1.3. NỘI DUNG THỰC HIỆN Tìm hiểu các thiết bị liên lạc thông minh có trên thị trƣờng. Nghiên cứu các giải pháp hoạt động của mạch và chọn lựa, thiết kế các khối của thiết bị. Thiết kế và thi công bo điều khiển giao tiếp giữa vi điều khiển Atmega2560 với màn hình OLED, cảm biến nhịp tim Pulse sensor, IC real time DS1307, module sim900A, module GPS Neo-6MV2. Thiết kế, thi công bo mạch chính. Lắp các cảm biến, IC, module chức năng vào bo mạch. Thiết kế giao diện ngƣời dùng trên màn hình OLED. Viết chƣơng trình điều khiển cho bo mạch chính bằng phần mềm arduino IDE. Tiến hành thao tác sử dụng, thử nghiệm thiết bị. Chỉnh sửa, hoàn thiện các lỗi về lập trình, điều khiển và lỗi phần cứng của thiết bị. Viết báo cáo luận văn. Báo cáo đề tài tốt nghiệp. 3
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1. VI ĐIỀU KHIỂN 2.1.1. Vi điều khiển họ AVR. Họ vi điều khiển AVR (Advanced Virtual Risc) là dòng sản phẩm đƣợc phát triển bởi hãng Atmel (1996), nó đƣợc chế tạo dựa trên cấu trúc AVR RISC (Reduced Instruction Set Computer) đồng thời AVR là một trong những họ vi điều khiển đầu tiên sử dụng bộ nhớ Flash để lƣu trữ chƣơng trình. Trong những năm gần đây Atmel đã trở thành nhà tiên phong trên thế giới về phát triển kỹ thuật bộ nhớ Flash (không biến đổi, có thể xóa bằng điện và lập trình lại bộ nhớ, họ AVR thƣờng đƣợc sử dụng trong các sản phẩm nhƣ Camera số, bo chủ PC, ). Vi điều khiển Atmega AVR có công suất cao, tiêu thụ năng lƣợng thấp, cấu trúc RISC cải tiến với 130 lệnh với chu kỳ thực hiện đơn xung lớn nhất, 32 thanh ghi đa mục đích 8 bit, 16 MIPS tại tần số đặt 16 MHz, bộ nhân 2 chu kỳ On-chip, Power-on Reset và Brown-out Detection có thể lập trình, bộ dao động RC bên trong có thể lập trình các mức, 5 Mode ngủ (Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down và Standby), có khả năng Reset khi bật nguồn, khả năng dò lỗi Brown out lập trình đƣợc, có nguồn ngắt trong và ngắt ngoài. Cốt lõi của AVR là sự kết hợp các câu lệnh phong phú với 32 thanh ghi đa mục đích. Tất cả 32 thanh ghi đều trực tiếp kết nối tới bộ xử lý logíc số học - Arithmetic Logic Unit (ALU), cho phép truy nhập 2 thanh ghi độc lập trong một câu lệnh đơn đƣợc thực hiện trong một chu kỳ xung. Kết quả của cấu trúc trở nên gọn nhẹ, hiệu quả hơn, trong khi vẫn đạt đƣợc thời gian xử lý nhanh hơn gấp 10 lần các vi điều khiển CISC thông thƣờng khác.  Cấu trúc bên trong AVR 5
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2-1. Cấu trúc bên trong AVR. Các lệnh đƣợc chứa trong bộ nhớ chƣơng trình Flash memory dƣới dạng các thanh ghi 16 bit. Bộ nhớ chƣơng trình đƣợc truy cập trong mỗi chu kỳ xung clock và mộtlệnh chứa trong bộ nhớ chƣơng trình sẽ đƣợc nạp vào trong thanh ghi lệnh, thanh ghi lệnh tích cực và lựa chọn file thanh ghi cũng nhƣ RAM cho ALU thực thi. Trong lúc thực thi chƣơng trình, địa chỉ của dòng lệnh đang thực thi đƣợc quyết định bởi một bộ đếm chƣơng trình – PC (Program counter). Đó chính là cách thức hoạt động của AVR. 6