Mạch điều khiển các thiết bị trong nhà

LỜI NÓI ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật điện tử trọng phát triển nhiều Ngày với tiến khoa học kỹ thuật, đời sống xã hội ngày phát triển dựa ứng dụng khoa học vào đời sống Vì mà cơng nghệ điện tử mang tính tự động ngày ứng dụng rộng rãi Sự phát triển máy tính mở rộng ứng dụng vi điều khiển Các vi điều khiển với đa tính đựơc ứng dụng rộng rãi thâm nhập ngày nhiều lĩnh vực kỹ thuật đời sống xã hội Hầu hết thiết bị điều khiển tự động, từ thiết bị văn phòng thiết bị gia đình dùng vi điều khiển nhằm đem lại tiện nghi cho người thời đại cơng nghiệp hố, đại hố Vì việc ghép nối máy tính vi điều khiển ngày trở lên quan trọng Để ứng dụng mơn Ghép nối máy tính giao diện vào thực tế, sau thời gian nghiên cứu học tập giảng dạy thầy cô giáo khoa kiến thức chuyên ngành, đồng thời với giúp đỡ nhiệt tình thầy Phạm Ngọc Hưng, chúng em tiến hành thiết kế hoàn thành đề tài: “Mạch điều khiển thiết bị nhà” Với lỗ lực thân thời gian, kiến thức kinh nghiệm chúng em cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai xót Chúng em mong nhận giúp đỡ đóng góp ý kiến thầy bạn để đồ án hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện tử Đồ án: Ghép nối máy tính giao diện Hưng Yên, tháng 12 năm 2008 Nhóm sinh viên thực hiện: Trần Thị Hạt Nguyễn Thị Thắm Bùi Quyết Thắng Phạm Thị Xoa NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GVHD:Phạm Ngọc Hưng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện tử Đồ án: Ghép nối máy tính giao diện Hưng Yên,tháng 12 năm 2008 Giáo viên hướng dẫn GVHD:Phạm Ngọc Hưng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện tử Đồ án: Ghép nối máy tính giao diện MỤC LỤC Phần I: Lý thuyết tổng quan I.Tổng quan VĐK PIC16F876A .5 Giới thiệu họ vi điều khiển PIC Vi điều khiển PIC 16F876A II.Giao tiếp cổng nối tiếp 19 Cấu trúc cổng nối tiếp 19 Truyền thông hai nút .22 Truy xuất trực tiếp thông qua cổng 24 Phần II Thiết kế phần cứng .28 I.Sơ đồ khối chức khối 28 GVHD:Phạm Ngọc Hưng Sơ đồ Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện tử Đồ án: Ghép nối máy tính giao diện khối 28 Chức khối 28 II.Sơ đồ nguyên lý 31 Kết luận .32 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ GVHD:Phạm Ngọc Hưng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện tử Đồ án: Ghép nối máy tính giao diện Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị nhà(quạt, máy bơm nước, tivi, đèn) dùng vi điều khiển thông qua máy vi tính Hệ thống bao gồm: Khối nguồn, khối xử lý trung tâm dùng PIC16F876A, khối điều khiển, khối hiển thị cuối khối truyền thông Khi tác động vào nút ON OFF khối điều khiển tương ứng với việc cấp ngắt nguồn cho thiết bị sử dụng Khi tín hiệu truyền đi, sau thời gian cảm biến nhận tác động báo lại cho máy tính biết vi điều khiển nhận thơng tin hay chưa Nếu chưa nhận máy tính truyền lại thơng tin lần nữa, vi điều khiển nhận thơi Quy trình thực ý tưởng Bước 1: Nghiên cứu & khảo sát PIC16F876A, tạo giao diện Visuabasic 6.0 Bước 2: Sau nghiên cứu khảo sát xong bắt đầu thực xây dựng mạch theo nhiệm vụ đề tài Xây dựng khối: Khối nguồn, khối xử lý trung tâm dùng PIC16F876A, khối điều khiển, khối hiển thị cuối khối truyền thông Việc truyền nhận liệu từ máy tính vi điều khiển vấn đề mà cần quan tâm Bước 3: GVHD:Phạm Ngọc Hưng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện tử Đồ án: Ghép nối máy tính giao diện Vẽ mạch thực thiết kế mạch in (board) mục đích bố trí linh kiện hợp lý từ sơ đồ trải (sơ đồ ngun lý ) mục đích giảm kích thước mơ hình, đề tài thực phần mềm Eagle Từ bước ta bắt đầu tiến hành thực viết thuyết minh thực ý tưởng PHẦN I: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN I TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC Giới thiệu họ vi điều khiển PIC PIC viết tắt của” Programable Intelligent Computer”, tạm dịch “ máy tính thơng minh khả trình” hãng Microchip Hiện Việt Nam giới sử dụng PIC rộng rãi Các tính đa dạng họ vi điều khiển PIC cơng cụ hỗ trợ lập trình cho họ vi điều khiển PIC không ngừng cải tiến phát triển tạo ứng dụng vượt trội PIC so với họ vi điều khiển khác Các kí hiệu họ vi điều khiển PIC: PIC 12xxxx: độ dài lệnh 12 bit PIC 16xxxx: độ dài lệnh 14 bit PIC 18xxxx: độ dài lệnh 16 bit C: PIC có nhớ EPROM ( có 16C84 EEPROM) F: PIC có nhớ Flash GVHD:Phạm Ngọc Hưng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện tử Đồ án: Ghép nối máy tính giao diện LF: PUC có nhớ flash hoạt động điện áp thấp LV: tương tự LF Bên cạnh có số vi điều khiển có kí hiệu 16Fxxx EEPROM, có thêm chữ A cuối flash (ví dụ 16F877 EEPROM, 16F877A flash) Ngồi cịn có thêm dịng vi điều khiển PIC dsPIC Ở Việt Nam phổ biến họ Vi điều khiển PIC hãng Microchip sản xuất Vi điều khiển PIC 16F876A 2.1 Mô tả cấu trúc PIC 16F876A thuộc họ 16F87x sử dụng cơng nghệ tích hợp cao RISC CPU, lập trình với 35 câu lệnh đơn giản Tất câu lệnh thực chu kì lệnh ngoại trừ số câu lệnh rẽ nhánh thực chu kì lệnh Tốc độ hoạt động xung đồng hồ vào DC-20MHz với chu kì lệnh thực 200ns Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words Bộ nhớ Ram 368x8 bytes, nhớ liệu EFPROM 256x8 bytes Khả vi xử lí : + Khả ngắt (lên tới 14 nguồn ngắt ngắt ngoài) + Ngăn nhớ Stack phân chia làm mức + Truy cập nhớ địa trực tiếp gián tiếp + Nguồn khởi động lại (POR) + Bộ tạo xung thời gian (PWRT) tạo dao động (OST) + Bộ đếm xung thời gian (WDT) với nguồn dao động chip (nguồn dao động RC) hoạt động đáng tin cậy GVHD:Phạm Ngọc Hưng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện tử Đồ án: Ghép nối máy tính giao diện + Có mã chương trình bảo vệ Có bảng lựa chọn dao động + Phương thức cất giữ SLEEP + Công nghệ CMOS FLASH/EEPROM nguồn mức thấp, tốc độ cao + Thiết kế hoàn toàn tĩnh Mạch chương trình nối tiếp có hai chân + Xử lý đọc/ghi tới nhớ chương trình + Dải điện hoạt động rộng: 2.0V ÷ 5.5V Nguồn sử dụng 25mA + Dãy nhiệt độ công nghiệp thuận lợi + Công suất tiêu thụ thấp: < 0.6mA với 5V, 4MHz 20µA với 3V, 32 kHz < 1µA nguồn dự phịng Các đặc tính bật thiết bị ngoại vi chip: + Timer0: bít định thời, đếm với hệ số tỷ lệ trước + Timer1:16 bít định thời, đếm với hệ số tỷ lệ trước, có khả tăng chế độ Sleep qua xung đồng hồ cung cấp bên ngồi + Timer2: bít định thời, đếm với bít hệ số tỷ lệ trước, hệ số tỷ lệ sau + Có chế độ bắt giữ, so sánh, điều chế độ rộng xung (PWM) + Chế độ bắt giữ 16 bít, tốc độ 12,5 ns, chế độ so sánh với 16 bít, tốc độ giải cực đại 200ns, chế độ điều chế độ rộng xung với 10 bít + Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự với 10 bít GVHD:Phạm Ngọc Hưng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện tử Đồ án: Ghép nối máy tính giao diện + Cổng truyền thơng nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ I2C(chủ/phụ) + Bộ truyền nhận thơng tin đồng bộ, dị bộ(USART/SCL) có khả phát bít địa + Cổng phụ song song (PSP) với bít mở rộng, với RD, WR, CS điều khiển Sơ đồ chân PIC 16F876: 2.2 Sự tổ chức nhớ PIC 16F876A PIC 16F87A có khối nhớ: nhớ chương trình FLASH, nhớ liệu RAM, nhớ EEPROM a) Tổ chức nhớ chương trình FLASH Stack nhớ PIC 16F876 có đếm chương trình 13 bít có 8Kx14 từ mã nhớ chương trình FLASH, chia thành trang trang 2Kx14 từ mã Khi Reset địa bắt đầu thực chạy 0000h, vectơ ngắt bắt đầu 0004h Stack có mức dùng để lưu địa lệnh thực sau lệnh CALL xảy ngắt GVHD:Phạm Ngọc Hưng 10