Chương I.Tổng quan về các phương pháp đo điện áp 1 chiều [2] Trang 104-109 Khi chế tạo vôn mét ta có thể chỉ thị kết quả đo dưới dạng chỉ thị kim hoặc số. Ở đây ta quan tâm cách đo áp 1 chiều hiển thị số, trong việc đo áp chỉ thị số tùy thuộc vào việc biến đổi người ta chia thành: - Vôn met số chuyển đổi thời gian - Vôn met sốchuyển đổi tần số - Vôn mét số chuyển đổi bù 1. Vôn met số chuyển đổi thời gian
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN BÀI TẬP LỚN MÔN: KỸ TUẬT VI XỬ LÝ Đề tài số (12): Thiết kế mạch đo điện áp 1 chiều trong dải từ -24 đến -5V hiển thị kết quả trên máy tính GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : KS. Nguyễn Văn Tiến SINH VIÊN THỰC HIỆN : Nguyễn Nam Hùng LỚP : ĐTĐ – ĐHT1 Hải Phòng,tháng 5 năm 2012 1 MỤC LỤC Nội dung Trang Chương I.Tổng quan các phương pháp đo điện áp một chiều 2 1. Vôn met số chuyển đổi thời gian 2 2. Vôn mét số chuyển đổi tần số 4 Chương II.Cơ sở thiết kế phần cứng 5 1. Sơ đồ khối chức năng 5 2.Tính chọn thiết bị 5 3. Sơ đồ nguyên lý 13 Chương III. Thiết kế phần mềm 14 1. Sơ đồ thuật toán 15 2. Chương trình điều khiển 16 3. Kết quả mô phỏng 24 4. Kết luận 26 5. Tài liệu tham khảo 27 Chương I.Tổng quan về các phương pháp đo điện áp 1 chiều [2] Trang 104-109 Khi chế tạo vôn mét ta có thể chỉ thị kết quả đo dưới dạng chỉ thị kim hoặc số. Ở đây ta quan tâm cách đo áp 1 chiều hiển thị số, trong việc đo áp chỉ thị số tùy thuộc vào việc biến đổi người ta chia thành: 2 - Vôn met số chuyển đổi thời gian - Vôn met sốchuyển đổi tần số - Vôn mét số chuyển đổi bù 1. Vôn met số chuyển đổi thời gian Nguyên lý chung: nguyên lý hoạt động chung của các vônmét số chuyển đổi thời gian là biến đổi sơ bộ điện áp cần đo (Ux) thành khoảng thời gian (t) sau đó lấp đầy khoảng thời gian t bằng các xung mang tần số chuẩn (f0); dùng bộ đếm để đếm số lượng xung (N) tỉ lệ với Ux để suy ra Ux. Phân loại: có các loại vônmét chuyển đổi thời gian sau: - Vônmét chuyển đổi thời gian một nhịp - Vônmét chỉ thị số tích phân hai nhịp Sau đây ta nghiên cứu Vôn mét chuyển đổi thời gian một nhịp Cấu tạo, nguyên lý hoạt động: Hình 1: Vôn mét chuyển đổi thời gian một nhịp Trên sơ đồ N01, N02, N03 là các xung có chức năng như sau: - N01 làm nhiệm vụ khởi động vônmét - N02 tác động vào trigơ để khoá (K) 3 - N03 xoá kết quả Quá trình hoạt động của vônmét: mở máy, máy phát xung chuẩn qua bộ chia tần khởi động máy phát điện áp răng cưa tại thời điểm t1. Từ đầu ra máy phát điện áp răng cưa có Urc (tức là điện áp mẫu Uk) đi đến bộ so sánh để so với điện áp cần đo Ux cần đo ở đầu vào. Đồng thời cũng từ đầu ra của máy phát điện áp răng cưa ta có xung thứ nhất đến trigơ, đặt trigơ ở vị trí thích hợp thông khoá (K) cho phép các xung mang tần số chuẩn (f0) từ phát xung qua khoá (K) đến bộ đếm và chỉ thị số. Tại thời điểm t2 khi Ux = Urc; thiết bị so sánh phát xung thứ 2 (N02) tác động trigơ khoá (K). Thời gian từ t1 đến t2 tương ứng với tx. Từ đây có mối quan hệ: Số lượng xung đến bộ đếm trong thời gian tx sẽ là: Như vậy số lượng xung n được khắc độ theo giá trị điện áp. 2. Vôn mét số chuyển đổi tần số Vônmét loại này hoạt động dựa trên cơ sở ổn định áp thành tần số rồi dùng các máy đo tần số chỉ thị số khắc độ theo điện áp. Xét ví dụ về vônmét số tích phân biến đổi điện áp U thành tần số f bằng phương pháp tích phân (Hình 2): 4 Khâu chuyển đổi tín hiệu áp sang tín hiệu tần số U-f: Điện áp Ux cần đo được đưa đến đầu vào → qua khâu tích phân được điện áp U1 → U1 được đưa đến thiết bị so sánh với áp nền U2 (có độ ổn định cao) → khi U1 = U2 thiết bị so sánh phát xung qua khuếch đại 2 (tại thời điểm t1) thông khoá K1 và khóa K để đến bộ đếm → đến chỉ thị số. Đồng thời khi K1 thông, điện áp U0 (ngược dấu với U1) sẽ qua K1 đến bù áp U1 (đây là mạch phóng điện qua tụ C) trong khoảng thời gian Tk (từ t1 đến t2). Tại thời điểm t2 điện áp U0 bù hoàn toàn U1: Biến đổi quá trình ta được như sau: Như vậy nếu biết được fx sẽ suy ra được giá trị điện áp cần đo Ux.fx không phụ thuộc vào điện dung C, áp nền U2 mà được xác định bởi tỉ số R2/R1; Uovà Tk . Sai số khâu này lớn nhất khoảng 0,2%. Chương II. Cơ sở thiết kế phần cứng 1. Sơ đồ khối chức năng 5 + Khối bộ biến đổi sơ cấp: có nhiệm vụ biến đổi giá trị điện áp cần đo phù hợp với đầu vào ADC. + Khối chuyển đổi ADC: chuyển đổi tín hiệu tương tự từ bộ biến đổi sơ cấp thành tín hiệu số. + Khối xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu số nhận được từ bộ ADC. + Khối hiển thị: hiển thị kết quả đo được. 2.Tính chọn thiết bị Các phần mềm phục vụ cho việc mô phỏng : + Phần mềm mô phỏng : Proteus + Phần mềm tạo cổng COM ảo : Virtual Serial Ports Emulator(VSPE) + Phần mềm tạo cửa sổ hiển thị : Hecules Các phần tử sử dụng trong bài tập lớn : + Vi điều khiển 89C51 của Almel + Ic ổn áp 5V :KA 7805 + Tụ điện,điện trở + IC MAX 232 của Maxim + IC HD72LS04P(cổng NOT) + Trở băng 10k + Thạch anh 11,0592Mhz + Nút ấn + Biến trở 10k + Mạch tạo nguồn 6 Nguồn điện nuôi cho vi điều khiển 89C51 và IC chuyển đổi ADC, MAX 232 đều là nguuồn 5VDC VI 1 VO 3 GND 2 7805 C1 104pF C2 104pF C3 10uF 7-25VDC in out 5VDC Hình 3 + Mạch tái bật nguồn reset để 89C51 có thể hoạt động: C4 33pF C5 33pF C6 10uF R6 8.2k 89C51 EA/VPP X1 X2 RST Hình 4 + Mạch biến đổi sơ cấp (mạch chia áp) R2 1k R3 24.5kk Dien ap can do VDC Vin ADC Hình 5 Do ta chọn điện áp tham chiếu cho ADC 0804 là 1V và điện áp cần đo là -5 đến -24V. Vì vậy khi hiển thị giá trị đo là nhỏ hơn 25.5 nên ta chọn giá trị điện trở sao cho Uvao/Ura=25.5/1. Do đó ta lựa chọn điện trở mạch chia áp 7 R2=1k và R3=24.5k. + Mạch chuyển đổi ADC VIN+ 6 VIN- 7 VREF/2 9 CLK IN 4 A GND 8 RD 2 WR 3 INTR 5 CS 1 D GND 10 DB7(MSB) 11 DB6 12 DB5 13 DB4 14 DB3 15 DB2 16 DB1 17 DB0(LSB) 18 CLK R 19 VCC 20 U2 ADC0804 R1 10k C1 150pF 0.5V 89C51 Vin Hinh 6 - Chọn R,C cho ADC [1] Trang 406 Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian. Tuy nhiên ADC804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ. Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong (cũng còn được gọi là máy tạo đồng hồ riêng) của ADC804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện trở như chỉ ra trên hình 5. Trong trường hợp này tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức: Vậy khi ta chọn C1=150pF và R1=10k thì tần số là f = 606 Khz và thời gian chuyển đổi là 110μs. + Chọn điện áp tham chiếu cho ADC Bảng 1: Điện áp Vref/2 liên hệ với dải Vin. 8 Trong bài ta chọn điện áp tham chiếu là 1V, tức là ta đưa vào chân Vref của ADC 0804 điện áp là 0.5V. Khi đó Các chân dữ liệu D0 - D7 (D7 là bít cao nhất MSB và D0 là bít thấp nhất LSB) là các chân đầu ra dữ liệu số. Đây là những chân được đệm ba trạng thái và dữ liệu được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD bị đưa xuống thấp. Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau: Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) 3.Khèi hiÓn thÞ : 9 Khối hiển thị gồm led 7 thanh để hiển thị kết quả và 3 led đơn để hiển thị thang đo đợc chọn. Các loại led đợc chọn là led A chung vì nếu chọn led K chung khi led sáng dòng điện sẽ đi từ vi điều khiển đi ra gây sụt áp trên vi điều khiển dẫn đến vi điều khiển hoạt động không chính xác. Mạch điện phần cứng cũng đợc thêm công tắc reset nhằm khởi động lại hệ thống khi hoạt động bị lỗi, công tắc cấp nguồn 5V để hiểu chỉnh cầu phân áp đầu vào. Các transistor đợc dùng để kích dòng cho led 7 thanh, tín hiệu từ vi điều khiển tác động vào cực B của tran để điều khiển các led 7 thanh hiển thị. 4.Mạch nguyên lý : 10 [...]...Chương III .Thiết kế phần mềm 1 Thuật toán điều khiển Sơ đồ thuật toán: 2 Chương trình điều khiển Chú ý: Do chọn điện áp tham chiếu cho ADC là 1V (tức là đặt vào chân Vref/2 là 0.5V) nên giá trị tín hiệu số sau khi chuyển đổi ADC đúng bằng 10 lần giá trị tương tự đặt ở 2 đầu que đo ;Code cho 89C 51: 11 ;code đo điện áp 1 chiều từ -5 đến -2 4V #include ORG 0H ;tạo nút bắt đầu... ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;kết thúc KET_THUC: S :SJMP S ;lặp vô hạn ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; END 18 4 .Kết luận: Ưu điểm: Sau khi tiến hành mô phỏng ta thấy kết quả đo khá chính xác Trong điều kiện lý tưởng như trong khi mô phỏng, vôn mét có cấp chính xác là 0.005 Nhựợc điểm : - Để tạo sự chính xác trong kết quả đo ta đã chọn điện áp tham... ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 14 ;kiểm tra kết quả trung bình có nhỏ hơn 240 không, tức là kt xem có nằm trong dải đo áp không KT1:MOV A,#240 ;gán A bằng 240 SUBB A,R6 ;trừ A cho kết quả trung bình JNC HIEN_THI ;nếu cờ CY vẫn bằng 0,tức là kết quả của phép trừ dương thì tới nhãn HIEN_THI SJMP TRUYEN_DI ;nếu ngoài dải đo thì tới nhãn TRYEN_DI ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;... ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;lấy kết quả trung bình của 5 lần đo, số bị chia trong R7-R6,số chia lưu trong B ;kết quả sau phép chia có phần nguyên lưu trong R7-R6,phần dư lưu trong B MOV B,#5 ; gán số chia bằng 5 DIV _16 _8: PUSH 02H PUSH ACC MOV R2, #16 ;gán biến xoay bằng 16 CLR A ;xóa A DEVIDE: XCH A,R6 ;đổi giá trị A và R6 cho nhau CLR C ;xóa cờ CY RLC... cho ADC là 1V Khi đó ta có kích thước bước là 1/ 256 = 3.9 mV Với kích thước bước khá nhỏ như trên thì mạch đo rất dễ chụi ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài - Việc tạo ra điện áp tham chiếu chuẩn 0,5V đưa vào chân Vref của ADC0804 là khá khó khăn trong thực tế - Sau mỗi lần đo ta cần reset lại mạch * Vì thời gian hạn chế nên em chưa tính toán đến sự ảnh hưởng của môi trường ngoài nên lựa chọn điện áp tham... tồn tại trong R6 vì R7 luôn bằng 0 do phần nguyên phép chia luôn nhỏ hơn hoặc bằng 255 ;kiểm tra xem kết quả trung bình có lớn hơn 50 hay không, tức là kt xem có nằm trong dải đo áp không CLR CY ;xóa cờ CY MOV A,R6 ;chuyển phần nguyên của phép chia trung bình vào A SUBB A,#50 ;trừ A cho 50 JNC KT1 ;nếu cờ CY bằng không, tức là kết quả phép trừ dương thì kiểm tra tiếp SJMP TRUYEN_DI ;nếu kết quả phép... ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;tạo trễ khoảng 10 ms DELAY_1OMS: MOV R1, #10 0 ; gán R1 bằng 10 0 DELAY:MOV R2, #10 0 ; gán R2 bằng 10 0 HERE1: DJNZ R2,HERE1 ;đợi khi R2 bằng 0 DJNZ R1,DELAY ;quay lại DELAY nếu R1 chưa bằng 0 RET ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;chuyển đổi ADC ADC:CLR P0 .1 SETB P0 .1 DOI:JB P0.2,DOI CLR P0.0 ;đưa chân WR... ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;cộng 5 tín hiệu lấy được lưu vào R7-R6 CLR A ;xóa A MOV R0,A ;xóa R0 MOV R1,A ;xóa R1 MOV R7,A ;xóa R7 12 MOV R4,#5 ; gán biến đếm bằng 5 MOV R1,#40H ;cộng từ ô nhớ 40h CONG:ADD A,@R1 ;cộng giá trị ô nhớ mà R0 chỉ đến vào A JNC NEXT ;nếu cờ CY bằng 0 khi nhảy đến NEXT INC R7 ;tăng R 7- byte cao NEXT:INC R0 ;tăng địa chỉ ô nhớ DJNZ R4,CONG MOV R6,A ;quay lại cộng... ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;lấy 5 tín hiệu liên tiếp cách nhau khoảng 10 ms MOV R7,#5 ;gán biến đếm bằng 5 MOV R0,#40H ;chọn vị trí lưu dữ liệu từ vị trí 40h LAY_TH: ;lấy tín hiệu từ P1 MOV P1,#0FFH ;chọn P1 là cổng đầu vào ACALL ADC ;gọi chương trình con chuyển đổi ADC MOV A,P1 ;chuyển P1 vào A MOV @R0,A ;lưu A vao ô nhớ 40h INC R0 ;tăng địa chỉ ô nhớ ACALL DELAY_1OMS ;trễ khoảng 10 ms SETB P0.0 ;đưa chân INTR lên cao để sẵn... ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;hiển thị khi không thuộc dải đo TRUYEN_DI: CLR A ;xóa A MOV DPTR,#KHONG_HOP_LE ;gán DPTR bằng KHONG_HOP_LE LAP1:MOVC A,@A+DPTR ACALL TRANS ; lấy kí tự từ không gian nhớ của trương trình ;truyền đi INC DPTR ;tăng DPTR JZ KET_THUC ; kiểm tra nếu A bằng 0 thì nhảy tới KET_THUC CLR A ;xóa A SJMP LAP1 ;quay lại hiển thị ký tự tiếp theo 17 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; . Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) 3.Khèi hiÓn thÞ : 9 Khối hiển thị gồm led 7 thanh để hiển thị kết quả và 3 led đơn để hiển thị thang đo đợc chọn. Các loại led đợc chọn là led. sơ cấp (mạch chia áp) R2 1k R3 24.5kk Dien ap can do VDC Vin ADC Hình 5 Do ta chọn điện áp tham chiếu cho ADC 0804 là 1V và điện áp cần đo là -5 đến -24V. Vì vậy khi hiển thị giá trị đo là. Uvao/Ura=25.5/1. Do đó ta lựa chọn điện trở mạch chia áp 7 R2=1k và R3=24.5k. + Mạch chuyển đổi ADC VIN+ 6 VIN- 7 VREF/2 9 CLK IN 4 A GND 8 RD 2 WR 3 INTR 5 CS 1 D GND 10 DB7(MSB) 11 DB6 12 DB5 13 DB4 14 DB3 15 DB2 16 DB1 17 DB0(LSB) 18 CLK