Giáo trình Thực tập thiết kế mạch vi điều khiển

TRƯỜNG CAO KINH TẾ - KỸ THUẬT VINATEX TP.HCM GIÁO TRÌNH THỰC TẬP THIẾT KẾ MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN Thành Phố Hồ Chí Minh – 2017 Chương GIỚI THIỆU VỀ ORCAD VÀ MẠCH IN ORCAD công cụ thiết kế mạch điện tử đơn giản phổ biến Cũng có nhiều phần mềm thiết kế mạch điện tử khác, nhiên, phần mềm sử dụng, cơng cụ đánh giá mạnh Nhược điểm lớn phần mềm ORCAD khơng cung cấp miễn phí, nhược điểm thứ hai phần mềm ORCAD hỗ trợ nhiều, nặng Tuy vậy, thư viện linh kiện ORCAD coi mạnh nay, hầu hết nhà sản xuất linh kiện điện tử cung cấp add-in thư viện linh kiện cho ORCAD Trong tài liệu hướng dẫn này, nội dung trình bày bước đơn giản, để bạn thực mạch nguyên lý ORCAD, sau hướng dẫn bạn bước để xuất thành mạch in, chạy mạch in, điều chỉnh mạch in, cuối việc làm mạch in điện tử nhà nhưthếnào Thơng qua ví dụ thiết kế, chế tạo mạch in mạch “Điều chỉnh độ sáng đèn” Để thiết kế mạch để ứng dụng vào mục đích Các bạn phải trải qua số bước sau: Vẽ mạch nguyên lý với ORCAD dùng CAPTURE Chuyển sang mạch in dùng LAYOUT PLUS Làm mạch in Gắn linh kiện Vẽ mạch nguyên lý với ORCAD dùng CAPTURE Để thiết kế mạch nguyên lý bạn cần phải chọn linh kiện cho phù hợp địi hỏi xác Nhưng thiết kế mạch để xuất mạch in Layout Plus việc chọn linh kiện khơng u cầu xác Bạn thay điện trở tụ điện có yêu cầu linh kiện thay tương đương cho phải có số chân, khơng Layout báo lỗi Xin giới thiệu cho bạn sơ qua chút Capture CIS (Dùng để vẽ sơ đồ mạch nguyên lý) Một số phím tắt sử dụng Orcad: Ctrl + Y : Redo Ctrl + A : Chọn tất Ctrl + Z : Undo Ctrl + E : Properties Ctrl + U : Phá Group Shift + W : Đi dây C : Xem vùng xung quanh mà chuột tới Shift+ Home: Zoom all E : Bus entry B : Chọn Bus H : Đối xứng N : Đặt Net Alias I : Phóng to R : Xoay O : Thu nhỏ T : Text Z : Phóng to vùng chọn P : Tìm linh kiện F : Đặt nguồn, đất Để tạo Project để vẽ bạn làm sau: Chọn menu File →New →Project Khi tạo Project mới, bắt buột phải ghi tên Project vào Name phải chọn thư mục để lưu Project Cịn muốn mở Project thiết kế theo đường dẫn: File →Open →Project thấy hộp hội thoại xuất phép chọn file cần mở Để dễ hiểu, vào bước thiết kế mạch điện cụ thể  Thiết kế mạch nguyên ý, mạch in mạch điều chỉnh độ sáng đèn Để khởi động chương trình vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện Orcad, nhấp chọn Start > Programs > OrCAD Release > Capture Màn hình Orcad Capture xuất Chọn File > New > Project Hộp thoại New Project xuất Tại khung Name nhập tên cần đặt cho mạch vào, khung Location nhấp chuột vào nút Browse để chọn đường dẫn cho mạch gửi vào Chọn xong nhấp OK Trong mạch gồm có: CẦU DIODE, JACK CẮM CHÂN, TỤ PHÂN CỰC, DIODE ZENER, ĐIỆN TRỞ, QUANG TRỞ, BIẾN TRỞ, TRANSISTOR, TRIAC, CHÂN MASS Để lấy linh kiện từ thư viện, nhấp chọn Place > Part… hay tổ hợp phím Shift + P bàn phím Hộp thoại Place Part xuất hiện, tiến hành lấy linh kiện từ thư viện ra, nhấp chuột vào nút Add Library… Hộp thoại Browse File xuất hiện, khung Look in nhấp chuột vào mũi tên hướng xuống để chọn thư mục Library Orcad Tại khung bên nhấp chọn mục Discrete Chọn xong nhấp Open Hộp thoại Place Part lại xuất khung Libraries thấy xuất mục DISCRETE, nhấp chọn mục Tại khung Part nhấp chuột vào cuộn bên phải, nhấp chọn tên R chọn xong nhấp OK, di chuyển trỏ hình làm việc nhấp chuột vị trí khác để chọn vị trí, số lượng linh kiện Để lấy quang trở chọn Place > Part… hộp thoại Place Part xuất hiện, nhấp chọn R2, chọn xong nhấp OK di chuyển trỏ hình làm việc để nhấp chọn vị trí quang trở Để lấy biến trở chọn Place > Part… hộp thoại Place Part xuất hiện, nhấp chọn Resistor Var 2, chọn xong nhấp OK di chuyển trỏ hình làm việc để nhấp chọn vị trí linh kiện Để lấy cầu diode chọn Place > Part… hộp thoại Place Part xuất hiện, nhấp chọn RB152, chọn xong nhấp OK di chuyển trỏ hình làm việc để nhấp chọn vị trí cầu diode Để lấy tụ phân cực chọn Place > Part… hộp thoại Place Part xuất hiện, nhấp chọn Capacitor Pol, chọn xong nhấp OK di chuyển trỏ hình làm việc để nhấp chọn vị trí tụ Muốn lấy diode zener, chọn Place > Part… hộp thoại Place Part xuất hiện, nhấp chọn Diode Zener chọn xong nhấp OK di chuyển trỏ hình làm việc dể nhấp chọn vị trí zener Để lấy TRIAC, chọn Place > Part… hộp thoại Place Part xuất hiện, nhấp chọn T2323 chọn xong nhấp OK di chuyển trỏ hình làm việc dể nhấp chọn vị trí triac 77 Chương THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN LCD 6.1 Mục tiêu Sau hoàn tất thực hành sinh viên hiểu vận dụng kiến thức kĩ sau: - Trình bày nguyên lý hoạt động LCD - Phân tích sơ đồ mạch thiết kế mạch điều khiển LCD - Thiết kế thi công mạch điều khiển LCD 16x2 6.2 Tiến trình thực 6.2.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý - Trong tập sinh viên hướng dẫn thiết kế mạch in cho mạch điều khiển led ma trận có sơ đồ nguyên lý sau:  Khối LCD 78  Khối điều khiển  Khối liệu  Khối lỗ khoan 3.5 mm lọc nguồn 79 - Giải thích sơ đồ nguyên lý:  Mạch điều khiển LCD thiết kế để kết nối với mạch AT89S51 thơng qua bus 10 Trong đó, bus J2 dùng để kết nối chân điều khiển LCD (RS, RW, EN) đến AT89S51, bus J3 dùng để kết nối chân liệu LCD (D0 – D7) đến AT89S51 Ở vị trí chân 9, 10 bus 10 GND VDD cung cấp nguồn Vdc cho LCD, nguồn lấy từ mạch AT89S51  Biến trở R2 dùng để điều chỉnh độ tương phản cho LCD - Để thiết kế sơ đồ nguyên lý ta tiến hành sau:  Khởi động phần mềm vẽ đồ nguyên lý Capture Orcad tạo project 80 - Thống kê linh kiện sơ đồ nguyên lý: Tên linh kiện Kí hiệu SĐNL Tên thư viện Bus 10 female + header J2, J3 CON10 HEADER 10 Biến trở R2 RESISTOR VAR Điện trở 330 R9 – R24 R LCD 16x2 J1 CON16 Ốc trụ đồng 3.5 mm J5, J6, J7, J8 CON1 HEADER Tụ không phân cực 104 C1, C2 CAP NP  LCD 16x2: click chuột vào Place part nhấn phím P Tại khung part nhập vào CON16 Sau tìm thấy chọn OK 81 Để CON16 giống sơ đồ nguyên lý ta right – click chọn Edit Part làm sau:  Kéo rộng đường bao 82  Click Place text để tạo tên cho chân LCD 83  Tương tự tạo tên cho chân lại  Từ linh kiện tiến hành đưa chúng vào vẽ  Tiến hành xếp nối chân linh kiện theo sơ đồ nguyên lý 84  Tạo file *.MNL để thiết kế mạch in 6.2.2 Thiết kế mạch in - Khi chuyển từ Capture sang Layout ta chọn chân linh kiện từ thư viện tạo sẵn theo bảng sau: Tên linh kiện Capture Thư viện Tên thư viện CON10 HEADER 10 LAYOUT HEADER_L_(10P) RESISTOR VAR THU VIEN LAYOUT VR R THU VIEN R_1/4W CON16 LAYOUT LCD_16X2 CON1 HEADER LAYOUT LIBRARY MANUAL2 LO KHOAN CAP NP THU VIEN C_CERAMIC - Sắp xếp mạch in dây chân linh kiện 85 6.3 Yêu cầu - Sau thi thiết kế hoàn thiện mạch in, sinh viên thi công thành phẩm mạch điều khiển LCD - Lập trình điều khiển LCD 16x2 sau: + Hiển thị tên SV dòng 1, ngày tháng năm sinh dòng + Hiển thị dịch chuỗi “Vinatex College” dòng 1, “Khoa Co Dien” dòng sang phải - Sinh viên ghi nhận kết sau:  Sơ đồ nguyên lý  Sơ đồ mạch in  Board mạch thực tế Các kết tổng hợp vào báo cáo tổng kết chương nộp vào cuối kì board mạch thực tế 86 Chương THI CÔNG MẠCH GIAO TIẾP ADC 7.1 Mục tiêu Sau hoàn tất thực hành sinh viên hiểu vận dụng kiến thức kĩ sau: - Phân tích sơ đồ mạch thiết kế mạch ADC 0809 VĐK AT89S51 - Thiết kế thi công mạch giao tiếp ADC 0809 7.2 Tiến trình thực 7.2.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý - Trong tập sinh viên hướng dẫn thiết kế mạch in cho mạch giao tiếp ADC 0809 có sơ đồ nguyên lý sau:  Khối ADC 0809 87  Khối biến trở  Khối tạo xung clock 88  Khối lỗ khoan 3.5 mm lọc nguồn - Giải thích sơ đồ nguyên lý:  Mạch giao tiếp ADC 0809 thiết kế để kết nối với mạch AT89S51 thông qua bus (J7) bus 10 (J1) Trong đó, bus J7 dùng để kết nối chân điều khiển ADC 0809 (A0, A1, A2, ALE, OE, START, EOC) đến AT89S51, bus J1 dùng để kết nối chân liệu ngõ ADC 0809 (D0 – D7) đến AT89S51 Ở vị trí chân 9, 10 J1 GND VDD cung cấp nguồn Vdc cho mạch giao tiếp ADC 0809, nguồn lấy từ mạch AT89S51  Các biến trở R1 – R8 tín hiệu ngõ vào từ kênh đến kênh ADC 0809 Hoặc kết nối với cảm biến bên ngồi (cảm biến nhiệt, loadcell, quang trở ) vào kênh ADC 0809 bus J6 Lưu ý, kết nối cảm biến vào kênh biến trở kênh phải điều chỉnh điện áp  Biến trở R9 dùng để điều chỉnh điện áp tham chiếu Vref thường từ 3.3 – Vdc Trong tập này, Vref = Vdc  Xung clock cấp cho ADC 0809 tạo IC 74HC14 có sơ đồ tương đương sau: 89 Tần số xung clock tính theo cơng thức: 1 0.9 - Để thiết kế sơ đồ nguyên lý ta tiến hành sau:  Khởi động phần mềm vẽ đồ nguyên lý Capture Orcad tạo project 90 - Thống kê linh kiện sơ đồ nguyên lý: Tên linh kiện Kí hiệu SĐNL Tên thư viện Bus 10 female + header J1 CON10 HEADER 10 Bus female + header J6, J7 CON8 HEADER Biến trở R1 – R9 RESISTOR VAR Điện trở R10 R IC 74HC14 J8 CON14 Ốc trụ đồng 3.5 mm J5, J6, J7, J8 CON1 HEADER Tụ không phân cực 104 C1, C2 CAP NP  Từ linh kiện tiến hành đưa chúng vào vẽ  Tiến hành xếp nối chân linh kiện theo sơ đồ nguyên lý  Tạo file *.MNL để thiết kế mạch in 7.2.2 Thiết kế mạch in - Khi chuyển từ Capture sang Layout ta chọn chân linh kiện từ thư viện tạo sẵn theo bảng sau: Tên linh kiện Capture Thư viện Tên thư viện CON10 HEADER 10 LAYOUT HEADER_L_(10P) CON8 HEADER LAYOUT HEADER_L_(08P) RESISTOR VAR THU VIEN LAYOUT VR R THU VIEN R_1/4W CON14 THU VIEN DIP 14 CON1 HEADER LAYOUT LIBRARY MANUAL2 LO KHOAN CAP NP THU VIEN C_CERAMIC - Sắp xếp mạch in dây chân linh kiện 91 7.3 Yêu cầu - Sau thi thiết kế hoàn thiện mạch in, sinh viên thi công thành phẩm mạch giao tiếp ADC 0809 - Lập trình điều khiển ADC 0809 sau: + Đọc liệu ADC 0809 hiển thị led đoạn khơng dùng ngắt ngồi + Đọc liệu ADC 0809 dùng ngắt hiển thị led đoạn dùng ngắt - Sinh viên ghi nhận kết sau:  Sơ đồ nguyên lý  Sơ đồ mạch in  Board mạch thực tế Các kết tổng hợp vào báo cáo tổng kết chương nộp vào cuối kì board mạch thực tế ... mạch thiết kế mạch điều khiển led đơn - Thiết kế thi công mạch điều khiển led đơn 3.2 Tiến trình thực 3.2.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý - Trong tập sinh vi? ?n hướng dẫn thiết kế mạch in cho mạch điều. .. vi khác - Thiết kế thi công board mạch vi điều khiển trung tâm AT89S51 - Hiểu cách nạp chương trình trực tiếp cho vi điều khiển AT89S51 mạch nạp Burn E 2.2 Tiến trình thực 2.2.1 Thiết kế sơ đồ... ngoại vi khác led đơn, led đoạn, led ma trận, LCD 16x2, ADC sử dụng tất chức vi điều khiển AT89S51 thông qua bus 10  port vi điều khiển nối điện trở kéo lên  Trong thiết kế này, vi điều khiển kết