ĐỀ TÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối với LED 7 thanh để hiển thị số đo tần số lưới điện công nghiệp với khoảng đo (45 – 55) Hz. pot

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN: VI XỬ LÝ VÀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối với LED 7 thanh để hiển thị số đo tần số lưới điện công ng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN

MÔN: VI XỬ LÝ VÀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

ĐỀ TÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối với LED 7 thanh để hiển thị số

đo tần số lưới điện công nghiệp với khoảng đo (45 – 55) Hz.

ĐỀ BÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 LED 7 thanh để hiển thị

số đo và cảnh báo tần số lưới điện công nghiệp, khoảng đo [45-55]Hz Hệ thốnggồm có :

+ 01 Vi điều khiển 89C51RD2

+ Ghép nối 04 LED bảy thanh

+ Ghép nối mạch chuẩn hóa đo tần số

+ Ghép nối 2 đèn LED cảnh báo ngưỡng thấp , ngưỡng cao

+ Hai nút ấn RUN, STOP

Hoạt động: Khi ấn RUN ,hệ thống thực hiện đo tần số; còn khi ấn, STOP hệ

thống lưu lại giá trị đo cuối cùng

MỤC LỤC

Contents

LỜI NÓI ĐẦU 4

HỆ THỐNG HIỂN THỊ SỐ ĐO VÀ CẢNH BÁO TẦN SỐ LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP 5

I Cơ sở lý thuyết 5

1 Giới thiệu tổng quan về họ Vi điều khiển 8051 5

1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51 6

1.2 Chức năng các chân của AT89C51 7

2 Sơ lược về led 7 thanh 10

2.1 Tổng quát 10

2.2 Kết nối với Vi điều khiển 11

3.Chuyển đổi tín hiệu sine đầu vào của lưới điện thành xung vuông sử dụng LM324 14

3.1 Cấu tạo IC LM324 14

3.2 Chức năng 15

II Nội dung thiết kế 16

1 Lưu đồ thuật toán chương trình 16

2 Phần lập trình và mô phỏng 19

2.1 Phần lập trình 19

3.Phần mạch chức năng 28

3.1 Khối nguồn 28

3.2 Khối cảnh báo 28

3.3 Khối hiển thị 29

3.4 Khối IC điều khiển 30

4.Thực hiện chạy mạch mô phỏng ở các mức 31

III Kết luận 33

1.Ưu điểm 34

2.Nhược điểm 34

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giớicủa chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự pháttriển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổibật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiếtgóp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành

và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp Các bộ vi điều khiển theo thời giancùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ viđiều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi điều khiển 32 bit, rồi sau này là 64 bit.Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứngđược những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngưnghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày

Một trong những ứng dụng thiết thực trong đó là ứng dụng về nhiệt kế điện tử

Với môn học Vi điều khiển này, em đã quyết định nhận làm đồ án với đề tài ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 led bảy thanh để hiển thị số đo và cảnh báo tần số lưới điện công nghiệp,khoảng đo [45-55] hz

Nội dung báo cáo gồm 3 phần:

Em xin chân thành cảm ơn!

HỆ THỐNG HIỂN THỊ SỐ ĐO VÀ CẢNH BÁO TẦN SỐ LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

I Cơ sở lý thuyết

1 Giới thiệu tổng quan về họ Vi điều khiển 8051

AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chấtlượng cao, công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasableread only memory)

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:

- 4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có khả năng ghi xóa tới

1000 chu kỳ

- Tần số hoat động từ 0 Hz đến 24 MHz

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 2 bộ Timer/Counter 16 bit

- 128 Byte RAM nội

- 4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit

- Giao tiếp nối tiếp

OTHER REGISTER 128 byte RAM

128 byte RAM

0K:

8031\8032 4K:8951 8K:8052

I/O PORT SERIAL PORT

P0 P1 P2 P3

TEMER2 8032\8052 TEMER1 TEMER1

1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51

Sơ đồ khối của AT89C51

1.2 Chức năng các chân của AT89C51

+ Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập ra,

port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này sẽ được

sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus

Port 0

+ Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit

và byte Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩnISP, 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2

Port 1

+ Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép Là

đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộnhớ mở rộng

Port 2

+ Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức

năng xuất nhập ra còn có một số chức năng đặc biệt sau:

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp

P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0

P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1

P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0

P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1

P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Port 3

+ RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta

phải đưa mức 1 (5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy (tươngđương 2µs đối với thạch anh 12MHz

+ XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thường

được nối với một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thônthường là 12MHz

+ EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc

mức thấp (GND) Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từROM nội Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng

+ ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một

thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó các đường port 0dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ

+ PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ

nhớ chương trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (OutputEnable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh PSEN sẽ ở mứcthấp trong thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từEPROM qua Bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển để giải

mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ động(mức cao)

+ Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V –

5.5V được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND)

2 Sơ lược về led 7 thanh

2.1 Tổng quát

Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình

và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bênphải của led 7 đoạn

8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) được nốichung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện

8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa rangoài để kết nối với mạch điện Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung, đầuchung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng tháisáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0.Nếu led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối xuốngGround (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt củacác led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1

Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảmbảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led Nếu kết nối

tín hiệu điều khiển

2.2 Kết nối với Vi điều khiển

Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của led 7 đoạn có 8 đường, vì vậy có thểdùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khiển led 7 đoạn Như vậy led 7đoạn nhận một dữ liệu 8 bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắtcủa từng led led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra điều khiển led 7 đoạn thườngđược gọi là "mã hiển thị led 7 đoạn" Có hai kiểu mã hiển thị led 7 đoạn: mãdành cho led 7 đoạn có Anode(cực +) chung và mã dành cho led 7 đoạn cóCathode(cực -) chung Chẳng hạn, để hiện thị số 1 cần làm cho các led ở vị trí b

và c sáng, nếu sử dụng led 7 đoạn có Anode chung thì phải đặt vào hai chân b và

c điện áp là 0V(mức 0) các chân còn lại được đặt điện áp là 5V(mức 1), nếu sử

dụng led 7 đoạn có Cathode chung thì điện áp(hay mức logic) hoàn toàn ngượclại, tức là phải đặt vào chân b và c điện áp là 5V(mức 1).

Bảng mã hiển thị led 7 đoạn:

 Phần cứng được kết nối với 1 Port bất kì của Vi điều khiển, để thuận tiệncho việc xử lí về sau phần cứng nên được kết nối như sau: Px.0 nối với chân a,Px.1 nối với chân b, lần lượt theo thứ tự cho đến Px.7 nối với chân h

 Dữ liệu xuất có dạng nhị phân như sau : hgfedcba

Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn có Anode chung (các led đơn sáng ở mức 0):

Số hiển thị trên led

Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn có Cathode chung (các led đơn sáng ở mức 1):

Số hiển thị trên led

II Nội dung thiết kế

1 Lưu đồ thuật toán chương trình

Lấy FL/10 Thp  A, thp2  B

ljmp main ;nhay den chuong trinh main ngay sau khi MCU chay

; -chuong trinh phuc vu

shf equ 34h ;chon led de quet

thp2 equ 50h ;hang chuc cua tan so

thp1 equ 51h ;hang don vi cua tan so

dv equ 52h ;chu so sau dau ',' thu nhat

ch equ 53h ;chu so sau dau ',' thu hai

digit equ 54h

T_up equ 36h

T_lm equ 37h ;100*10 ms lay mau mot lan

ZOV equ 00h

ON equ P1.0

OFF equ P1.1

CB_Cao equ P1.2 ;LED bao vuot nguong cao

CB_Thap equ P1.3 ;LED bao vuot nguong thap

; -chuong trinh

mov digit,#0f7h ;bat led thp2 dau tien

mov P2,#0ffh

mov P0,#0ffh ;tat tat ca cac led

mov P1,#0ffh

mov shf,#thp2 ;byte de dieu khien hien thi cac led 7 thanh

mov TMOD,#11h ;khoi tao timer0,timer1 o che do 16 bit

setb IT0 ;thiet lap ngat ngoai theo suon xuong

setb PX0 ;cho piority cua INT0 cao nhat

setb ET0 ;cho phep ngat ngoai Timer1

cjne a,T_lm,ko_update ;kiem tra neu t_up = t_lm thi update lai du lieu

neu khong thi thoi

mov T_up,#0 ;xoa t_up chuan bi cho lan tinh tiep theo

lcall Tinh_tanso ;goi chuong trinh tinh tan so

; -cac lenh trong chuong trinh ngat nhu lenh nhay toi chuong trinh phuc

vu ngat, cac lenh xoa bo dem

mov Y2,#0 ;so chia

; -tinh chu so hang chuc cua tan so va luu vao byte

ch -; -tinh chu so hang don vi cua tan

so -; -tinh chu so sau dau phay thu nhat va thu

end

3.3 Khối hiển thị

Khối hiển thị kết quả đo sử dụng led 7 thanh.Được đưa ra từ vi điều khiển chobiết tần số hiện tại của lưới điện

3.4 Khối IC điều khiển

Khối điều khiển có chức năng xử lí tín hiệu đầu vào.Đưa ra các chân tín hiệu đểhiện thị , cảnh báo ngưỡng cao thấp của lưới điện,Ngắt

4.Thực hiện chạy mạch mô phỏng ở các mức

Khi tần số điện áp lưới ở ngoài khoảng 45 :55 đèn đỏ cảnh báo ở mức thấp

Khi điện áp lưới ở mức 45 :55 đèn không nháy.mạch chạy ổn định

Khi tần số lưới điện ở cao hơn mức 45: 55 đèn vàng cảnh báo mức cao sáng

III Kết luận

Sau khi thực hiện đồ án chúng em rút ra được những ưu,nhược điểm củamạch như sau:

1.Ưu điểm

 Mạch có cấu tạo gồm những thành phần gồm những linh kiện đơn giản,rẻtiền

 Khả năng đáp ứng nhanh với sự thay đổi của đối tượng cần đo

 Mạch hiển thị LED 7 đoạn nên dễ dàng cho người sử dụng theo dõi tần số

 Mạch chưa có chức năng bảo vệ ngắn mạch

 Chưa có các khối nguồn tạo điện áp ra cho IC rõ ràng

 Độ tin cậy của mạch chưa được cao do hạn chế về kinh nghiệm cũng nhưgiới hạn về trình độ chuyên môn còn yếu