đồ án thiết kế bộ đo và khống chế nhiệt độ, hiển thị lcd

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KHOA : CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ, HIỂN THỊ LCD “Nhiệt độ khống chế được đặt bằng LM35. thao tác khống chế được mô phỏng bằng 3 led với 3 màu khác nhau, sai số cho phép là ±0.5°C”. Giáo viên hướng dẫn: Phạm Mạnh Thắng Sinh viên thực hiện: 1.Phạm Tiến Anh 2.Nguyễn Thị Đào 3.Bùi Thị Hiền 4.Hoàng Thị Toàn 1 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, trong đời sống và còn nhiều lĩnh vực khác nữa. So với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi điểu khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và có khả năng lập trình được để điều khiển. Nên rất tiện dụng và cơ động. Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi đồ án nhỏ này, em chỉ dùng vi điều khiển để đo và khống chế nhiệt độ, đồng thời cho hiển thị lên LCD. Mục đích của đề tài hướng đến: tạo ra bước đầu cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng của vi điều khiển trong thực tiễn để rồi từ đó tìm tòi, phát triển nhiều ứng dụng khác trong đời sống hằng ngày cần đến. Việc thực hiện xong đồ án môn học bằng các kiến thức đã học, một số sách tham khảo và một số nguồn tài liệu khác nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy nhóm rất mong được sự góp ý của thầy và các bạn. 2 Phần I: Lý thuyết: I.Sơ đồ khối tổng quát II.Các vi mạch chính sử dụng trong đồ án Mạch đo nhiệt độ được thiết kế sử dụng các loại IC sau: -IC ổn áp LM7805 -Cảm biến nhiệt độ LM35 -Vi điều khiển ATMEGA8 của hãng ATMEL -Màn hình LCD 8x2 ở chế độ 4 bit -MAX 232 -Đầu ra ứng dụng : các led hiển thị. III. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA TỪNG VI MẠCH. Bộ xử lý trung tâm ATMEGA8 Khối hiển thị LCD Khối điều khiển khống chế Đầu ra ứng dụng 3 1.Tạo nguồn 5V cho mạch điều khiển Nội dung: Mạch ổn áp cố định dùng Diode Zener,mạch ổn áp dùng tranzito khuếch đại,IC ổn áp LM 7805 ứng dụng của IC ổn áp trong mạch cấp nguồn. 1. Mạch ổn áp cố định dùng Diode Zener Mạch ổn áp tạo áp 33V cố định cung cấp cho mạch dò kênh trong Ti vi mầu • Từ nguồn 110V không cố định thông qua điện trở hạn dòng R1 và giảm trên Dz 33V để lấy ra một điện áp cố định cung cấp cho mạch dò kệnh • Khi thiết kế một mạch ổn áp như trên ta cần tính toán điện trở hạn dòng sao cho dòng điện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ hơn dòng mà Dz chịu được, dòng cực đại qua Dz là khi dòng qua R2 = 0 • Như sơ đồ trên thấy dòng cực đại qua Dz bằng sụt áp trên R1 chia cho giá trị R1 , gọi dòng điện này là I1 ta có : I1 = (110 - 33 ) / 7500 = 77 / 7500 ~ 10mA Thông thường ta nên để dòng ngược qua Dz<=25 mA 2.Mạch cố định ổn áp dùng Tranzito, IC ổn áp Mạch ổn áp dùng Diode Zener như trên có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện nhỏ ( ≤ 20mA ) . Để có thể tạo ra một điện áp cố định nhưng cho dòng điện mạnh hơn nhiều lần người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại về dòng như sơ đồ dưới đây 4 Mạch ổn áp có Tranzitor khuếch đại • Ở mạch trên điện áp tại điểm A có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện áp tại điểm B không thay đổi và tương đối phẳng. • Nguyên tắc ổn áp : Thông qua điện trở R1 và Dz gim cố định điện áp chân B của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân E đèn Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E của đèn tăng , và ngược lại Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rất rộng dãi và người ta đã sản xuất các loại IC họ LA78 để thay thế cho mạch ổn áp trên, IC LA78 có sơ đồ mạch như phần mạch có mầu xanh của sơ đồ trên IC ổn áp họ LA78 IC ổn áp LA7805 • LA7805 IC ổn áp 5V • LA7808 IC ổn áp 8V • LA7809 IC ổn áp 9V • LA7812 IC ổn áp 12V Họ IC78 chỉ cho dòng tiêu thụ khoảng 1A trở xuống, khi ráp IC trong mạch thì U in > Uout từ 3 đến 5V khi đó IC mới phát huy tác dụng. 3.ứng dụng của IC ổn áp họ 78… 5 IC ổn áp họ 78 được dùng rộng rãi trong các bộ nguồn , như Bộ nguồn của đầu VCD, trong Ti vi mầu, trong máy tính v v 2. Cảm biến nhiệt LM35. 1.1 Nguyên lý hoạt động chung của IC đo nhiệt độ. IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng dòng điện hay điện áp. Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Đo tín hiệu điện ta biết được giá trị của nhiệt độ cần đo. Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong chất bán dẫn. Bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo sự xuất 6 hiện các lỗ trống. Làm cho tỷ lệ điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ. +LM135, LM35 Ngõ ra là điện áp. Độ nhạy 10mv/1 0 C Sai số cực đại 1,5 0 C khi nhiệt độ lớn hơn 100 0 C. Phạm vi sử dụng :0 0 C=>100 0 C Theo datasheet LM35 thì cứ10mV tương ứng với 1°C, ở 00C điện áp ra là 0V, tương ứng với giá trị ADClà 0. Với Vref=5V, giá trị của ADC từ 0 đến 1024, lấy tròn 1000 mức. Mỗi giá trị ADC ứng với 5V/1000= 5 mV. Vậy 1 giá trị ADC ứng với 0.5C. Muốn tăng độ phân giải ADC ta giảm Vref. 3.Hiển thị LCD Trong các ứng dụng của vi điều khiển thì LCD đóng vai trò quan trọng nó là bộ phận giao tiếp giữa người và thiết bị. Có rất nhiều loại LCD khác nhau của các hãng khác nhau. Có loại LCD 8x1,8x2,16x2 Ngày nay, hầu hết các bộ hiển thị LCD thông minh đều tuân theo một tiêu chuẩn chung. Tùy theo yêu cầu về hiển thị thông tin mà ta chọn loại nào cho phù hợp. Trong bài tập lớn này chúng em dùng LCD loại 8x2 2 dòng 8 kí tự một dòng. Do loại này dễ dùng và giá thành cũng phải chăng do vậy chúng em dùng để hiển thị nhiệt độ và các thông báo khác. a.Cấu tạo - Chức năng các chân của Module LCD 8x2; Chân số Ký hiệu Mức logic I/O Chức năng 1 Vss - - Nguồn cung cấp(GND) 2 Vdd - - Nguồn cung cấp(+5V) 3 Vee - I Điện áp để điều chỉnh độ tương phản 4 RS 0/1 I Lựa chọn thanh ghi 0= thanh ghi lệnh 1=thanh ghi dữ liệu 5 R/W 0/1 I 0=ghi vào LCD module 1=đọc từ LCD module 6 E 1,1=>0 I Tín hiệu cho phép 0:vô hiệu hóa 1: hoạt động Từ 1 xuống 0: bắt đầu đọc/ghi 7 7 DB1 0/1 I/O Data bus line 0(LSB) 8 DB2 0/1 I/O Data bus line1 9 DB3 0/1 I/O Data bus line2 10 DB4 0/1 I/O Data bus line3 11 DB5 0/1 I/O Data bus line4 12 DB6 0/1 I/O Data bus line5 13 DB7 0/1 I/O Data bus line6 14 DB8 0/1 I/O Data bus line7(MSB) 15 Vcc - - Nguồn cung cấp 16 GND - - mass b.Mạch trong đồ án c.Nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD một chương trình hiển thị ký tự trên LCD sẽ đi theo bốn bước sau: 1) Xóa toàn bộ màn hình. 2) Đặt chế độ hiển thị. 3) Đặt vị trí con trỏ (nơi bắt đầu của ký tự hiển thị). 4) Hiển thị ký tự. Chú ý: +Các bước 3, 4 có thể lặp lại nhiều lần nếu cần hiển thị nhiều ký tự. + Mỗi khi thực hiện ghi lệnh hoặc ghi dữ liệu hiển thị lên LCD cần phải kiểm tra cờ bận trước. Vì vậy, cần phải chủ động phân phối thời gian khi ra lệnh cho LCD( ví dụ sau khi xóa màn hình sau khoảng 2ms mới ra lệnh khác vì thời gian để LCD xóa 8 màn hình là 1,64ms).+chế độ hiển thị mặc định sẽ là hiển thị dịch, vị trí con trỏ mặc định sẽ là đầu dòng thứ nhất. Lệnh RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Tác dụng Xóa hết kết quả hiển thị 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Xóa toàn bộ kết quả hiển thị trước đó, con trỏ được đưa về đầu dòng trên Đưa con trỏ về đầu dòng 0 0 0 0 0 0 0 0 1 x Con trỏ được đưa về đầu dòng trên, văn bản nếu có được dịch đi một kí tự Dịch chuyển 0 0 0 0 0 0 0 1 DS s Định hướng di chuyển con trỏ sau khi một kí tự xuất hiện Hiển thị và con trỏ bật tắt 0 0 0 0 0 0 1 D C B Bật tắt hiển thị D,con trỏ C,nhấp nháy kí tự tại vị trí con trỏ B Dịch chuyển 0 0 0 0 0 1 SC R L x x Dịch chuyển con trỏ hoặc dòng mà không ảnh hưởng tới bộ nhớ Khởi tạo 0 0 0 0 1 D L N X x x Tạo dữ liệu 8 hay 4 bit (DL) ,môt hay hai dòng(RL) Cờ bận 0 1 BF Địa chỉ Kiểm tra xem 9 LCD đã sẵn sang cho việc thực hiện lệnh tiếp chưa Ghi dữ liệu 1 0 Dữ liệu Ghi dữ liệu vào bộ nhớ hay bộ phát kí tự Đọc dữ liệu 1 1 Dữ liệu Đọc dữ liệu từ bộ nhớ hay bộ phát kí tự 4.Vi điều khiển ATMEGA8 4.1.Tổng quan: � SRAM: 1Kbytes � EEPROM : 512 bytes � 28 thanh ghi I/O � 160 thanh ghi vào ra mở rộng � 32 thanh ghi đa mục đích. � 2 bộ định thời 8 bit (0,2). � 1 bộ định thời 16 bit (1). � Bộ định thời watchdog � Bộ dao động nội RC tần số 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz � ADC 6 kênh với độ phân giải 10 bit � 3 kênh PWM 8 bit � Bộ so sánh tương tự có thể lựa chọn ngõ vào � Khối USART lập trình được � Khối truyền nhận nối tiếp SPI � Hỗ trợ boot loader � 5 chế độ tiết kiệm năng lượng � Lựa chọn tần số hoạt động bằng phần mềm � Đóng gói 32 chân kiểu TQFP. � Tần số tối đa 16MHz � Điện thế : 4.5v - 5.5v …v.v… 10 [...]... để kết nối các chip AVR với nhau (hoặc kết nối AVR với thiết bị hỗ trợ UART khác) ta phải đấu “chéo” 2 chân này TxD của thiết bị thứ nhất kết nối với RxD của thiết bị 2 và ngược lại Module USART trên chip Atmega32 hoạt động “song công” (Full Duplex Operation), nghĩa là quá trình truyền và nhận dữ liệu có thể xảy ra đồng thời Các thanh ghi: Có 5 thanh ghi được thiết kế riêng cho hoạt động và điều khiển... thanh ghi UBRRH sẽ được sử dụng 18 URSEL UMSEL UPM1 UPM0 USBS UCSZ1 UCSZ0 UCPOL UMSEL (USART Mode Select) là bit lựa chọn giữa 2 chế độ truyền thông đồng bộ và không đồng bộ Nếu UMSEL=0, chế độ không đồng bộ được chọn, ngược lại nếu UMSEL=1, chế độ đồng bộ được kích hoạt UPM1 và UPM0( Parity Mode) được dùng để quy định kiểm tra pariry Nếu UPM1:0=00, parity không được sử dụng (mode này khá thông dụng),... PORTC.2=0; } }; } Phần 3: ứng dụng và phát triển Mạch đo nhiệt độ có ứng dụng thiết thực và rộng rãi trong thực tế để đo nhiệt độ phòng, dùng trong nông nghiệp để đo nhiệt độ lò ấp,… trong công nghiệp để đo nhiệt độ thực phẩm Phát triển giao tiếp truyền nhận dữ liệu qua mạng internet để điều khiển tòa nhà thông minh, hay trong các dây chuyền công nghiệp Do thời gian và kiến thức hạn hẹp nên nhóm chúng... Asynchronous serial Reveiver and Transmitter -bộ truyền nhận nối tiếp không đồng bộ Khái niệm UART thường để chỉ thiết bị phần cứng (device, hardware), không phải chỉ một chuẩn giao tiếp UART cần phải kết hợp với một thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo ra một chuẩn giao tiếp nào đó Ví dụ, chuẩn RS232 (hay COM) trên các máy tính cá nhân là sự kết hợp của chip UART và chip chuyển đổi mức điện áp Tín hiệu... //tinh gia tri dien ap dau vao lcd nhietdo=vin*100; // bien doi ve nhiet do theo do phan giai LM35 itoa(nhietdo,thongbao); //luu gia tri nhiet do vao mang thong bao lcd_ clear(); //xoa man hinh lcd lcd_gotoxy(0,0); //dua con tro ve vi tri dong 1 cot 1 lcd_ putsf("nhiet_do:"); //xuat ra man hinh lcd dong chu nhiet_do lcd_ gotoxy(0,1); //dua con tro den vi tri dong 2 cot 1 lcd_ puts(thongbao); //lenh xuat...Sơ đồ cách tổ chức bộ nhớ và các cấu trúc thanh ghi của ATMEGA8 đã chỉ rất rõ trong tài liệu datasheet, trong phạm vi bài tập của chúng em.Chúng em xin trình bày cấu trúc các thanh ghi của bộ chuyển đổi ADC và khối giao tiếp UART 4.2 Bộ chuyển đổi ADC *Đặc điểm 5 chân trên PORTC của atmega8 được dùng cho bộ ADC, chân PC0 tương ứng kênh ADC0 và chân PC5 tương ứng với kênh... truyền kết thúc UDRIE (USART Data Register Empty Interrupt Enable) là bit cho phép ngắt khi thanh ghi dữ liệu UDR trống RXEN (Receiver Enable) là một bit quan trọng điều khiển bộ nhận của USART, đề kích hoạt chức năng nhận dữ liệu bạn phải set bit này lên 1 TXEN (Transmitter Enable) là bit điều khiển bộ phát Set bit này lên 1 bạn sẽ khởi động bộ phát của USART UCSZ2 (Chracter size) bit này kết hợp... (các chân ADC0 đến ADC5) Sai số tuyệt đối: ±2 LSB Thời gian chuyển đổi từ 13-260µs, Dải tín hiệu ngõ vào từ 0v-Vcc, Bộ ADC của atmega8 là loại ADC xấp xỉ liên tiếp với 2 chế độ là chuyển đổi liên tục và chuyển đổi từng bước Sơ đồ khối của khối ADC ADC chứa mạch giữ và lấy mẫu để đảm bảo cho điện thế vào được giữ cố định trong suốt quá trình chuyển đổi ADC trên AVR cần được “nuôi” bằng nguồn điện áp... chọn chip Atmega8,xung hoạt động 8Mhz,set portC với các pin PortC.1;PortC.2;PortC.3 làm ngõ xuất tín hiệu ra led và các chế độ UART,ADC, chọn chân kết nối LCD là PortB 22 Trong phần UART chỉ sử dụng chế độ truyền dữ liệu 23 Thêm một số thư viện delay.h và stdlib.h để sử dụng các hàm cần thiết. Trong hàm main khai báo một số biến để lưu giá trị float vin; int nhietdo; unsigned char thongbao[3]; Cuối... điều khiển Atmega8 có 1 module truyền thông nối tiếp USART Có 3 chân chính liên quan đến module này đó là chân xung nhịp - XCK (chân số 1), chân truyền dữ liệu – TxD (Transmitted Data) và chân nhận dữ liệu – RxD (Reveived Data) Trong đó chân XCK chỉ được sử dụng như là chân phát hoặc nhận xung giữ nhịp trong chế độ truyền động bộ Tuy nhiên bài này chúng em chỉ sử dụng chế độ truyền thông không đồng bộ . NGHỆ KHOA : CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ, HIỂN THỊ LCD Nhiệt độ khống chế được đặt bằng LM35. thao tác khống chế được mô phỏng bằng 3. động. Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi đồ án nhỏ này, em chỉ dùng vi điều khiển để đo và khống chế nhiệt độ, đồng thời cho hiển thị lên LCD. Mục đích của đề tài hướng đến:. - mass b.Mạch trong đồ án c.Nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD một chương trình hiển thị ký tự trên LCD sẽ đi theo bốn bước sau: 1) Xóa toàn bộ màn hình. 2) Đặt chế độ hiển thị. 3) Đặt vị trí