Thuyết minh đồ án vi điều khiển

LỜI MỞ ĐẦUSự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điện tử mà đặc trưng là kỹ thuật vi xử lý đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học tính toán, đi

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO “COFFEE - C4”

MỤC LỤC

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN………04

II KHÁI QUÁT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG CẦN THIẾT KẾ 06

1 Thiết kế mô phỏng hệ thống với phần mềm Proteus……… 06

2 Vẽ mạch chính bằng phần mềm Orcad……….06

3 Làm mạch……… 06

4 Lắp ráp mạch với các linh kiện……… 07

III KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG VI MẠCH………07

1 Vi điều khiển AT89C51………07

2 Transistor……… 09

3 Điện trở……… 09

4 Tụ điên………10

5 Led đơn……… 10

IV THIẾT KẾ MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN……… 10

1 Chọn các linh kiện……… 10

2 Thiết kế mạch……… 10

V LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN……….13

1 Lưu đồ thuật toán……… 13

2 Chương trình điều khiển………14

LỜI MỞ ĐẦU

Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điện tử mà đặc trưng là kỹ thuật vi

xử lý đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học tính toán, điều khiển và xử lý thông tin Kỹ thuật vi xử lý đóng một vai trò rất quan trọng trong tất

cả các lĩnh vực của cuộc sống và khoa học kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực Tin học và Tự động hóa.

Việc dạy và thực hành các môn học liên quan đến vi điều khiển ngày càng cần thiết hơn Thiết kế đồ án vi điều khiển là một bước quan trọng giúp sinh viên làm quen với công việc thiết kế thực tế Nhóm em chọn đề tài là: thiết kế mạch quang báo với dòng chữ

“COFFEE – C4”

Đồ án gồm các nội dung chính:

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN

II KHÁI QUÁT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG CẦN THIẾT KẾ

III KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG VI MẠCH

IV THIẾT KẾ MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN

V LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Bước đầu làm quen với công việc thiết kế nên trong quá trình thiết kế không tránh khỏi những sai sót Nhóm em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Quốc Thái đã chỉ dẫn nhóm em trong quá trình thực hiện đồ án.

Nhóm thực hiện

Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điện tử mà đặc trưng là kỹ thuật vi

xử lý đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học tính toán,điều khiển và xử lý thông tin Kỹ thuật vi xử lý đóng một vai trò rất quan trọng trong tất

cả các lĩnh vực của cuộc sống và khoa học kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực Tin học và Tựđộng hóa

Năm 1971, hãng Intel đã cho ra đời bộ vi xử lý (microprocessor) đầu tiên trên thế giớigọi là Intel-4004/4bit Intel-4004/4bit là một kết quả của một ý tưởng quan trọng trong

kỹ thuật vi xử lý số

Năm 1972, hãng Intel đưa ra bộ vi xử lý 8-bit đầu tiên với tên Intel-8008/8bit

Sau đó, các bộ vi xử lý mới được đưa ra thị trường và ngày càng được phát triển, hoànthiện hơn trong các thế hệ sau:

Thế hệ thứ hai (1974 -1977):

- 1974 Intel công bố Chip vi xử lý 8080:

• Tần số làm việc: 2 MHz

• Address bus: 16 bit

• Data bus: 8 bit

- 1974 Motorola cũng đưa ra chip vi xử lý 6800

- 1975 Intel công bố chip 8085

- 1976 Zilog đưa ra chip Z80

Ứng dụng rỗng rãi trong công nghiệp và dùng cho máy

Thế hệ thứ ba (1978 – 1982):

- Intel công bố chip vi xử lý 16 bit:

• Năm 1978: chip 8086

• Năm 1982: chip 80286 dùng cho các loại máy vi tính AT

- Trong lúc đó, Motorola cũng công bố vi xử lý 16 bit:

• Năm 1988: chip MM88000

• Năm 1989: chip 68040 Sau đó công bố 68060 (1994)

- Zilog cũng công bố vi xử lý Z80000 32 bit

- AMD (Advance Micro Devices) công bố vi xử lý Am29000 32 bit

Thế hệ thứ năm (1992 -?):

- Intel công bố chip vi xử lý 64 bit:

• Năm 1993: Pentium

• Năm 1997: Pentium II

• Năm 1999: Pentium III

• Năm 2000: Pentium 4

• Năm 2006: Intel® 2 Duo

- Motorola cũng công bố vi xử lý 68060 và Power PC

- Năm 2004 AMD công bố chip 64 bit: AMD Athlon và AMD Opteron

- Năm 2004 AMD ra mắt vi xử lý nhân 2: AMD Turion 64x2 và AMD Athlon 64x2

- Năm 2007 AMD công bố vi xử lý 4 nhân: Opteron và Phenom

Một số ứng dụng của vi xử lý:

Thiết bị nội thất gia đình Văn phòng Ôtô

Đồ điện trong nhà Điện thoại Điều khiển động cơ

Máy đàm thoại Máy tính Điều khiển ôtô

Máy điện thoại Các hệ thống an toàn Điều khiển hộp số tự động

Các hệ thống an toàn Máy Fax Điều khiển túi khí

Các bộ mở cửa ga-ra xe Lò vi sóng Điều khiển ABS, ESP, EBDMáy Fax Máy sao chụp Hệ thống bảo mật

Máy tính gia đình Máy in laze Điều khiển truyền tin

II KHÁI QUÁT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG CẦN THIẾT KÊ

1 Thiết kế mô phỏng hệ thống với phần mềm Proteus.

Để đơn giản cho mạch mô phỏng, thì hệ thống được thiết kế với 9 led đơn tượng trưngcho 9 cụm led điều khiển dòng chữ: “COFFEE – C4”

- Ngâm trong nước lạnh một thời gian

- Sau đó gỡ giấy ra, ngâm mạch vào dung dịch FeCl3

- Khoan lỗ trên mạch vừa làm xong

- Tiến hành lắp ráp các linh kiện vào mạch: chip điều khiển, transistor, điện trở, tụđiện, thạch anh, nút ấn

4. Lắp ráp mạch với các linh kiện.

- Chọn tấm quang báo

- Khoan lỗ trên tấm quang báo

- Nối các linh kiện với nhau: led đơn, điện trở

III KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG VI MẠCH

1 Vi điều khiển AT89C51

- AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS, có khảnăng tới 1000 chu kỳ ghi xóa

• Các cổng vào/ra: P0, P1, P2, P3

P0: gồm các chân từ 32 – 39, có 2 công dụng

o Xuất/nhập: dùng cho các thiết kế nhỏ

o Bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp: khi dùng các thiết kế lớn, đòi hỏi phải

sử dụng bộ nhớ ngoài thì Port 0 vừa là bus dữ liệu (8 bit), vừa làbus địa chỉ (8 bit cao)

P1: gồm các chân 1 – 8: chỉ có chức năng xuất/nhập

Tuy nhiên đối với các VĐK: 8032, 8052, 8752 (có sử dụng bộ định thờithứ 3) thì P1.0 và P1.1 còn làm ngõ vào cho bộ định thời thứ 3

P2: gồm các chân từ 21 – 28, có 2 công dụng:

o Xuất/nhập: dùng cho các thiết kế nhỏ

o Bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp: khi dùng các thiết lớn, đòi hỏi phải sửdụng bộ nhớ ngoài thì Port 2 vừa là bus dữ liệu (8 bit) vừa là busđịa chỉ (8 bit cao)

P3: gồm các chân từ 10 – 17, có 2 công dụng:

o Xuất/nhập.

o Các công dụng khác được mô tả như sau:

Bit Tên Chức năngP3.0 RxD Ngõ vào port nối tiếpP3.1 TxD Ngõ ra port nối tiếpP3.2 /INT0 Ngắt ngoài 0

P3.3 /INT1 Ngắt ngoài 1P3.4 T0 Ngõ vào của bộ định thời 0P3.5 T1 Ngõ vào của bộ định thời 1P3.6 /WR Điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhờ ngoàiP3.7 /RD Điều khiển đọc từ bộ nhớ dữ liệu ngoài

• Chân truy xuất bộ nhớ ngoài: /EA (External Access)

EA (chân 31) dùng để cho phép thực thi chương trình từ ROM ngoài.Khi nối EA với Vcc (5V), AT89C51 sẽ thực thi chương trình từ ROM nội.Ngược lại, khi nối EA với GND (0V), AT89C51 sẽ thực thi chương trình

từ ROM ngoài

Ngoài ra, chân EA còn được dùng để nhận điện áp cho việc lập trình (Vpp)EPROM nội

• Chân cho phép bộ nhớ chương trình: /PSEN

• Chân cho phép chốt địa chỉ: ALE (Address Latch Enable)

ALE/ PROG (chân 30) cho phép tách các đường địa chỉ và dữ liệu tại Port

0 vầ Port 2Khi truy xuất bộ nhớ ngoài ALE thường nối với chân Clock của IC chốt(74373, 74573)

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip(12/6 = 2 MHz)

Ngoài ra, chân này được dùng để nhận ngõ vào xung lập trình cho ROMnội (PROG)

Ngõ vào và ngõ ra bộ dao động, được nối với mạch dao động bên ngoài(thạch anh).

Tần số thạch anh thường sử dụng cho AT89C51 khoảng 12MHz

Điện trở dùng cho mạch điều khiển là loại 4,7kΩ và 220Ω

Thân điện trở 220Ω có 4 vòng màu:

Thân có màu vàng với 2 chân.

Các thông số của led:

- Dòng điện cực đại IFmax: 10 mA

- Điện áp trng bình VFtyp: 1,7V

- Điện áp cực đại VFmax: 2,1V

- Điện áp ngược cực đại VRmax: 5V

- Góc chiếu sáng: 60°

IV THIẾT KẾ MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN

1 Chọn các linh kiện:

Từ yêu cầu của nhiệm vụ của đồ án, ta chọn các linh kiện, gồm có:

- Vi điều khiển AT89C51

- Led đơn thường , màu đỏ

- Tụ điện 33p

- Transistor loại A1015 và D468

- Điện trở:

Giá trị của điện trở được xác định như sau:

R = (VCC – Vled)/ Iđm = (5 – 2)/10(mA) = 330Ω

Ta chọn các giá trị của điện 4,7k Ω và 220 Ω

- Tấm mica để đặt dòng chữ quang báo

2. Thiết kế mạch:

a Thiết kế mạch mô phỏng với phần mềm Protues

Từ yêu cầu của nhiệm vụ đồ án, ta thực hiện vẽ mạch mô phỏng trên phần mềmProtues Đây là cơ sở để giúp ta thiết kế mạch chính với phần mềm Orcad

Để đơn giản cho mạch mô phỏng thì hệ thống được thiết kế với 9 led đơn thaycho 9 cụm led điều khiển dòng chữ quang báo “COFFEE – C4”

b Vẽ mạch chính trên phần mềm Orcad.

Sau khi thực hiện mô phỏng trên Protues, ta tiến hành thiết kế mạch chính trênOrcad

c Quá trình làm mạch

- In mạch chính ra giấy, dùng bàn là là mạch chính lên tấm đồng để giúp chomực in bám lên tấm đồng trong vòng khoảng 5 – 10 phút Sau đó ngâm nước vàbóc giấy in ra

- Rửa mạch chính bằng dung dịch FeCl3 bão hòa Khi thấy phần đồng không cómực in bong ra hết là đạt yêu cầu

- Khoan lỗ trên tấm bo đồng để lắp ráp với các linh kiện được dùng trong hệthống thiết kế

d Lắp ráp với các linh kiện

Sau khi thực hiện các bước trên, tiến hành lắp các linh kiện vào và hàn cứng lại:

đế vi điều khiển, vi điều khiển, điện trở, transistor, mạch Reset

e Làm mạch quang báo

Tiến hành khoan lỗ trên tấm mica, sau đó lắp ráp các linh kiện led đơn, điện trở220Ω

Mỗi chữ được điều khiên bởi 9 cụm led mắc song song với nhau

1 Lưu đồ:

BẮT ĐẦU

Sáng đuổi và tắt từ trái sang phải

Sáng đuổi và tắt từ phải sang trái

Sáng dần trái sang phải, tắt từ phải sang trái

Sáng dần trái sang phải, tắt từ trái sang phải

Sáng đuổi và tắt từ phải sang trái

Sáng đuổi và tắt từ trái sang phải

2 Chương trình điều khiển