Thế kỉ 21 mở ra một thời đại mới, thời đại khoa học công nghệ đòi hỏi con người luôn luôn không ngừng tìm tòi, học hỏi để phát triển và tiến bộ. Với sự nhảy vọt của khoa học, trong một khoảng thời gian ngắn ngành kĩ thuật điện điện tử đã đạt được những thành tựu to lớn, ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực trong đời sống xã hội. Thiết bị công nghệ ngày càng phát triển hiện đại góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Ngày nay, các thiết bị vi điều khiển có ứng dụng ngày càng rộng rãi với ưu điểm nhỏ gọn, linh hoạt và có thể điều khiển được dễ dàng. Với những ưu điểm: chuyên dụng hóa, tối ưu (thời gian, không gian, giá thành, …), mang tính bảo mật, chủ động, linh hoạt trong công nghệ, … Do vậy vi điều khiển ngày càng chiếm lĩnh, đóng vai trò quan trọng trong điều khiển và tự động hóa và nhiều lĩnh vực liên quan khác. Đề tài về vi điều khiển trong đời sống thực tế rất nhiều, phong phú và đa dạng. Nhưng với mong muốn được học tập, nghiên cứu và vận dụng kiến thức đã được học trên giảng đường, em đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế mạch cảm biến nhiệt độ sử dụng ATMega16 ”. Trong quá trình thực hiện đề tài này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Vũ Sinh Thượng đã hướng dẫn tận tình và chỉ dẫn các bước, cung cấp những tài liệu nghiên cứu quý báu để chúng em có thể hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất. Dựa theo những kết quả đạt được bước đầu, dù đã rất cố gắng tuy nhiên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế nhất định. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của thầy để đề tài được tối ưu và hoàn thiện hơn.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ II Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG ATMEGA16 Họ tên Nguyễn Quang Hải MSSV Lớp – Khóa 20195865 Điện tử 08 – K63 Giảng viên hướng dẫn: Vũ Sinh Thượng Hà Nội, 03-2023 LỜI NÓI ĐẦU Thế kỉ 21 mở thời đại mới, thời đại khoa học cơng nghệ địi hỏi người ln ln khơng ngừng tìm tịi, học hỏi để phát triển tiến Với nhảy vọt khoa học, khoảng thời gian ngắn ngành kĩ thuật điện - điện tử đạt thành tựu to lớn, ảnh hưởng đến lĩnh vực đời sống xã hội Thiết bị công nghệ ngày phát triển đại góp phần nâng cao chất lượng sống Ngày nay, thiết bị vi điều khiển có ứng dụng ngày rộng rãi với ưu điểm nhỏ gọn, linh hoạt điều khiển dễ dàng Với ưu điểm: chuyên dụng hóa, tối ưu (thời gian, khơng gian, giá thành, …), mang tính bảo mật, chủ động, linh hoạt công nghệ, … Do vi điều khiển ngày chiếm lĩnh, đóng vai trị quan trọng điều khiển tự động hóa nhiều lĩnh vực liên quan khác Đề tài vi điều khiển đời sống thực tế nhiều, phong phú đa dạng Nhưng với mong muốn học tập, nghiên cứu vận dụng kiến thức học giảng đường, em lựa chọn đề tài: “Thiết kế mạch cảm biến nhiệt độ sử dụng ATMega16 ” Trong trình thực đề tài này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Vũ Sinh Thượng hướng dẫn tận tình dẫn bước, cung cấp tài liệu nghiên cứu q báu để chúng em hồn thành đề tài cách tốt Dựa theo kết đạt bước đầu, dù cố gắng nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế định Vì vậy, chúng em mong nhận góp ý, bổ sung thầy để đề tài tối ưu hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG BIỂU .ii CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỔNG QUAN .1 1.1 Tìm hiểu ATMega16 .1 1.1.1 Tổng quan ATMega16 .1 1.1.2 Giới thiệu ADC AVR 10 1.1.3 Giới thiệu PWM 13 1.2 Linh kiện sử dụng .14 1.2.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 .14 1.2.2 Màn hình LCD .15 1.3 Các phần mềm sử dụng 16 1.3.1 Phần mềm CodeVisionAVR 16 1.3.2 Phần mềm nạp chup ICProgrammer 16 1.3.3 Phần mềm Altium 17 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG (KIT) 18 2.1 Sơ đồ khối tổng quát 18 2.2 Sơ đồ toàn mạch thiết kế phần mềm Altimum Error! Bookmark not defined 2.3 Khối nguồn 18 2.4 Sơ đồ khối xử lý 19 2.5 Sơ đồ khối hiển thị 19 2.6 Sơ đồ nút nhấn 20 2.7 Sơ đồ mạch in .20 CHƯƠNG MẠCH CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 22 3.1 Yêu cầu đặt .22 3.2 Nguyên lý hoạt động 22 3.3 Đánh giá kết 22 KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 PHỤ LỤC .25 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh thực tế vi điều khhiển ATMega16 Hình 1.2 Sơ đồ khối kiến trúc AVR MCU Hình 1.3 Thanh ghi trạng thái .3 Hình 1.4 Các ghi chức chung .3 Hình 1.5 Thanh ghi trỏ ngăn xếp Hình 1.6 Sơ đồ khối ATMega16 Hình 1.7 Sơ đồ chân ATMega16 .6 Hình 1.8 Sơ đồ đơn vị đếm Hình 1.9 Sơ đồ đơn vị so sánh ngõ Hình 1.10 Thanh ghi điều khiển định thời/bộ đếm – TCCR0 Hình 1.11 Thanh ghi TCNT0 10 Hình 1.12 Thanh ghi so sánh ngõ – OCR0 .10 Hình 1.13 Thanh ghi mặt nạ ngắt 10 Hình 1.14 Thanh ghi cờ ngắt định thời 10 Hình 1.15 Thanh ghi ADMUX 11 Hình 1.16 Dạng sóng vng thể mức chia duty cycle 13 Hình 1.17 Hình ảnh thực tế cảm biến nhiệt độ LM35 14 Hình 1.18 LCD1602 15 Hình 1.19 Giao diện phần mềm CodeVisionAVR 16 Hình 1.20 Giao diện phần mềm nạp chip .17 Hình 1.21 Giao diện phần mềm Altium 17 Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế tổng quát 18 Hình 2.3 Sơ đồ khối nguồn 18 Hình 2.4 Sơ đồ khối xử lý 19 Hình 2.5 Sơ đồ khối hiển thị .19 Hình 2.6 Sơ đồ nút nhấn 20 i Hình 2.7 Sơ đồ mạch in .20 Hình 2.8 Sơ đồ mạch mơ 3D 21 Hình 3.1 Mô hoạt động mạch 22 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Chế độ đầu so sánh, non-PWM Bảng 1.2 Bảng lựa chọn nguồn xung cho định thời Bảng 1.3 Chọn điện áp tham chiếu .12 Bảng 1.4 Chọn xung nhịp cho ADC .13 Bảng 1.5 Chức chi tiết chân cảm biến nhiệt độ LM35 14 ii CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1 Tìm hiểu ATMega16 1.1.1 Tổng quan ATMega16 ATMega16 vi điều khiển CMOS bit tiêu thụ điện thấp dựa kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer) Vào Analog – Digital ngược lại Với công nghệ cho phép lệnh thực thi chu kỳ xung nhịp, tốc độ xử lý liệu đạt đến triệu lệnh giây tần số MHz Vi điều khiển cho phép người thiết kế tối ưu hóa chế độ tiêu thụ lượng mà đảm bảo tốc độ xử lí Hình 1.1 Hình ảnh thực tế vi điều khhiển ATMega16 ATMega16 có tập lệnh phong phú số lượng với 32 ghi làm việc đa Toàn 32 ghi nối trực tiếp với ALU (Arithmetric Logic Unit), cho phép truy cập hai ghi độc lập chu kì xung nhịp Kiến trúc đạt có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC (Complex Instruction Set Computer) thơng thường Ngồi ra, ATMega16 có đặc điểm sau: 16Kb nhớ Flash với khả đọc ghi, 512 byte nhớ EEPROM, 1Kb nhớ SRAM, 32 ghi chức chung, 32 đường vào chung, định thời/bộ đếm, ngắt nội ngắt ngoại, USART, giao tiếp nối tiếp dây I2C, kênh ADC 10 bit, tốc độ xung nhịp chip (0-8MHz cho ATMega16L 0-16MHz cho ATMega16) … ATMega16 hỗ trợ đầy đủ chương trình cơng cụ phát triển hệ thống trình biên dịch C, macro assemblers, chương trình mơ phỏng/ sửa lỗi, … 1.1.1.1 Cấu trúc nhân CPU ATMega16 có chức đảm bảo hoạt động xác chương trình Do có khả truy cập nhớ, thực q trình tính tốn, điều khiển thiết bị ngoại vi quản lí ngắt Cấu trúc tổng quát: AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách biệt nhớ bus cho chương trình liệu Các lệnh thực chu kì xung clock nhớ chương trình lưu nhớ Flash Bộ Hình 1.2 Sơ đồ khối kiến trúc AVR MCU ALU: ALU làm việc trực tiếp với ghi chức chung Các phép tốn thực chu kì xung clock Hoạt động ALU chia thành loại: đại số, logic, theo bit Thanh ghi trạng thái: Thanh ghi trạng thái ghi có bit lưu giữ trạng thái ALU sau phép tính số học logic Hình 1.3 Thanh ghi trạng thái Các ghi chức chung Trong đó: - C: Carry Flag – cờ nhớ (nếu phép tốn có nhớ, cờ thiết lập)