Thiết kế, chế tạo hệ đo đa kênh 8 bit dùng adc0809 hiển thị kết quả trên led 7seg

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN MÔN HỌC (VĐK + KTS) Giảng viên hướng dẫn:Trần Ngọc Thái Sinh viên thực hiện: Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp: ĐTK38 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN -Hưng yên, ngày tháng Giáo viên hướng dẫn Trần Ngọc Thái năm 2010 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KT HƯNG YÊN Độc lập – Tự – Hạnh phúc (VĐK+KTS) Họ tên sinh viên: 1, Trần Thị Phương Nga 2, Đào Thị Thùy Ngân 3, Bùi Thị Ngoan p: ĐTK38 Khóa học: 2008-2011 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ đo đa kênh bit dùng ADC0809 hiển thị kết LED 7seg.( Thông số đo nhiệt độ từ cảm biến LM35 LM335) Số liệu cho trước: - Sử dụng Vi điều khiển tự chọn: AVR, PIC, 89C51 - Kết thu thập so sánh với hai ngưỡng nhiệt độ max, (lưu RAM), cảnh bảo ngưỡng LED nhiệt độ ngưỡng max, 5V DC,12VDC Nội dung cần hoàn thành: Phần thuyết minh Phần thực hành Người hướng dẫn Trần Ngọc Thái Ngày giao đề tài: 28/9/2010 Ngày hoàn thành: /11/2010 Hưng Yên, ngày 28 tháng năm 2010 Thông qua khoa/ tổ môn Trần Ngọc Thái Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án mơn học (kts,vxl) LỜI NĨI ĐẦU Trong thập niên gần cơng nghiệp hóa, đại hóa ngày phát triển mạnh mẽ Kỹ thuật điện tử có bước phát triển đặc biệt mạnh, đặc biệt kỹ thuật điều khiển tự động với đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật vi điều khiển Hòa nhịp độ phát triển khoa học kỹ thuật giới, nhiều lĩnh vực khác phát triển khơng ngừng làm cho giới nói chung Việt Nam nói riêng có phát triển chóng mặt vài chục năm trở lại Khoa học kỹ thuật trở thành tảng vững thúc đẩy mạnh mẽ nắm vai trò định “ tắt đón đầu” Nổi trội ngành công nghệ thông tin kỹ thuật điện tử Hiện công nghệ nước ta đánh giá bắt kịp với công nghệ giới Đất nước ta đà phát triển mạnh mẽ ngân sách hạn hẹp chưa thể đáp ứng điều kiện tốt cho việc học tập nghiên cứu sinh viên, điều khó khăn động lực cho có sáng tạo mới, ý tưởng giúp cho việc học bạn bè tốt Những lần thực tập hay làm đồ án mơn học lúc mà phát huy trí sáng tạo sinh viên Hãy tự tạo mơi trường học tập tốt cho thân bạn bè! Chính lần làm đồ án mơn học này, hướng dẫn nhiệt tình thầy cô giáo khoa điện_điện tử , đặc biệt thầy Trần Ngọc Thái ,chúng em hoàn thành đề tài “ Nghiên cứu, chế tạo đo đa kênh 8bít sử dụng ADC0809 kết hiển thị led đoạn (thông số đo lấy từ cảm biến nhiệt độ LM35)” thời gian Với trình độ thời gian nhiều hạn chế, chúng em cố gắng khơng tránh khỏi thiếu sót, mong q thầy bạn bè đóng góp ý kiến để đề tài ngày hoàn thiện đến với thực tế Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên ngày25 tháng 11 năm 2010 Nhóm thực hiện: Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thuỳ Ngân Bùi Thị Ngoan Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) MỤC LỤC CHƯƠNG I DẪN NHẬP 1.Cơ sở thực tiễn đề tài ………………………………………………5 2.Mục đích yêu cầu đề tài…………………………………………….5 3.Xây dựng sơ đồ khối tổng quát…………………………………………6 CHƯƠNG II:LÝ THUYẾT THIẾT KẾ 1.Khối cảm biến……………………………………………………………8 2.Khối chuyển đổi tương tự sang số……………………………………….9 2.1 Mạch tạo xung clock cho ADC……………………………………… 17 2.2 Mạch test giá trị đầu ADC………………………………….18 3.Khối vi xử lý …………………………………………………………….18 3.1Giới thiệu vi điều khiển AT89C51……………………………… 18 3.2 Sơ đồ khối họ vi điều khiển AT89C51……………… 20 3.3 Chức chân AT89C51…………………………………….21 3.4 Tổ chức nhớ…………………………………………………………24 4.Khối nguồn ………………………………………………………………28 Hiển Thị led đoạn…………………………………………………29 CHƯƠNG III.THIẾT KẾ MẠCH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 1.Mạch điều khiển nguyên lý hoạt động ……………………………….32 2.Sơ đồ mạch board……………………………………………………….34 3.Lưu đồ thuật tốn……………………………………………………… 36 4.Viết chương trình ……………………………………………………… 37 Chương IV: TỔNG KẾT 5.1 Kết thu được…………………………………………………… 41 5.2 Hướng phát triển đề tài………………………………………… 41 5.3 Kết luận ……………………………………………………………….42 Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 1.Cơ sở thực tiễn đề tài: Ngày với phát triển ngày khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật số đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng Trong đời sống xã hội ,ngày phát triển ,xuất phát từ nhu cầu thực tế chúng em nghiên cứu hồn thành mạch đo nhiệt độ Nó có ứng dụng lớn doanh ngiệp sản xuất với độ xác cao 2.Mục đích nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu , chế tạo đo đa kênh bít ADC 0809 kết hiển thị led đoạn Mục đích đề tài: - Giải vấn đề đo lường nhiệt độ - Chuyển đổi kết từ tương tự sang số - Chuyển đổi hiển thị led đoạn - Và có ngưỡng cảnh báo nhiệt độ ngưỡng (khi t40 có cảnh báo) - Mạch điện phải an toàn ,dễ sử dụng 3.Các phương pháp lựa chọn phương án thiết kế sơ đồ khối: a.Phương pháp lựa chọn: Để đo lường nhiệt độ người ta chọn nhiều loại cảm biến nhiệt khác ,mỗi loại đếu có ưu điểm riêng biết khác phù hợp với nhu cầu riêng Ở nhu cầu đo nhiệt độ mơi trường nên sử dụng LM35 tối ưu vì: loại cảm biến có độ xác c,có thể đo nhiệt độ dải từ -55 độ C _150 độ C.Tầm hoạt động tuyến tính ,tiêu tán cơng suất thấp … Tương tự ta chuyển đổi từ tương tự sang số có nhiều loại IC nói chung giống như:ADC0808, ADC0809, ADC0804.Nhưng dùng ADC 0809 Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang Trường ĐHSPKT Hưng n Khoa Điện-Điện Tử Đồ án mơn học (kts,vxl) có đầu vào tương tự nên ta sử dụng hệ đo đa kênh ,chọn kênh đầu vào thỏa mãn yêu cầu tốn Cịn vấn đề hiển thị led đoạn hay LCD với quy mơ đề tài ta dung led đoạn hợp lý,vừa tiết kiệm đươc vấn đề kinh tế b.Sơ đồ khối mạch nhiệt độ Tín hiệu tương tự Bộ chuyển đổi ADC 0809 Vi Điều Hiển thị led đơn khiển 89C51 Hiển thị led đoạn bit Khối nguồn Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) CHƯƠNG II:LÝ THUYẾT THIẾT KẾ 1Khối cảm biến (LM35): * Dải nhiệt độ thay đổi trở kháng theo nhiệt độ LM35 Các biến đổi (Transducer) chuyển đổi đại lượng vật lý ví dụ nhiệt độ, cường độ ánh sáng, lưu tốc tốc độ thành tín hiệu điện phụ thuộc vào biến đổi mà đầu tín hiệu dạng điện áp, dòng, trở kháng hay dung kháng Ví dụ, nhiệt độ biến đổi thành tín hiệu điện sử dụng biến đổi gọi Thermistor (bộ cảm biến nhiệt), cảm biến nhiệt đáp ứng thay đổi nhiệt độ cách thay đổi trở kháng đáp ứng khơng tuyến tính Bảng 3.6.2: Trở kháng cảm biến nhiệt theo nhiệt độ Nhiệt độ (0C) Trở kháng cảm biến (k) 29.490 25 10.000 50 3.893 75 1.700 100 0.817 Bảng 3.6.3: Hướng dẫn chọn loạt cảm biến nhiệt họ LM35 Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ xác Đầu LM35A -55 C to + 150 C + 1.0 C 10 mV/F LM35 -55 C to + 150 C + 1.5 C 10 mV/F LM35CA -40 C to + 110 C + 1.0 C 10 mV/F LM35C -40 C to + 110 C + 1.5 C 10 mV/F LM35D C to + 100 C + 2.0 C 10 mV/F *Các cảm biến nhiệt họ LM35 Loạt cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) khơng u cầu cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Chúng đưa điện áp 10mV cho thay đổi 10C Bảng 3.6.3 hướng dẫn ta chọn cảm biến họ LM35 *LM35 LM35 họ IC cảm biến nhiệt độ sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựa chất bán dẫn dễ bị tác động thay đổi nhiệt độ , đầu cảm biến điện áp(V) tỉ lệ với nhiệt độ mà đặt mơi trường cần đo Họ LM35 có nhiều loại nhiều kiểu đóng vỏ khác *Đặc điểm bật Đo nhiệt độ với thang đo nhiệt bách phân (0 C) Độ phân giải : 10mV/10C Khả đo nhiệt độ khoảng: - 55 đến +150 C Nguồn áp hoạt động : 4V đến 30V Điện áp đầu : +6V đến -1V Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) *.Dùng phương pháp quét Để hạn chế việc kết nối nhiều led đoạn mà ta phải cần đến nhiều port vi điều khiển Vậy để khắc phục thực tối ưu hóa :ta nối tất chân nhận tín hiệu tất led 7seg cần sử dụng đến port ,ví dụ led 7seg có chân tín hiệu nối vào cổng p2.Dùng ngõ lại cảu vi điều khiển điều khiển on ,off cho led seg Khi kết nối chung đường liệu led đoạn ,ta cho led sang đồng thời (do ảnh hưởng lẫn led )mà phải thực theo phương pháp quét ,nghĩa thời điểm sáng led tắt led lại Do tượng lưu ảnh mắt ,ta thấy led sang đồng thời ,(đặc điểm mắt người 24hinh/s) Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang 30 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) Trong sơ đồ trên, led đoạn sử dụng loại có Anode chung, với tất chân nhận tín hiệu kết nối với Port qua điện trở hạn dòng Để điều khiển ON/OFF cho led đoạn, sử dụng transitor loại PNP, transitor nhận dòng điều khiển từ ngõ Vi điều khiển, led đoạn ON tín hiệu từ vi điều khiển đến transitor mứ CHƯƠNG III.THIẾT KẾ MẠCH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 1.Mạch điều khiển nguyên lý hoạt động: a).Mạch điều khiển Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang 31 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Đồ án môn học (kts,vxl) Trang 32 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Đồ án môn học (kts,vxl) Trang 33 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) Trong +cổng p1 nhận giá trị ngõ ADC +cổng P2 làm nhiệm vụ hiển thị led +cổng p0 hiển thị led đơn b).Nguyên lý hoạt động: +Đối tượng cần đo đại lượng vật lý,dựa vào đặc tính đối tượng cần đo mà ta chọn loại cảm biến phù hợp để biến đổi thông số đại lượng vật lý cần đo thành đại lượng điện ,đưa vào mạch chế biến tín hiệu(gồm:bộ cảm biến) +Các tín hiệu tương tự đưa vào kênh chuyển đổi ADC qua giắc jp1 tất kênh tín hiệu analog đến từ đầu mạch biến đổi tín hiệu tương tự cần phải có giá trị nằm khoảng từ (0 ¸5)v chiều Các tín hiệu analog đưa vào xử lý dòng điện, điện áp chiều xoay chiều biến đổi thành điện áp chiều từ (0 ¸5)v, đại lượng khác nhiệt độ, độ ẩm, (nghĩa đại lượng biến thiên liên tục nào) biến đổi tương ứng thành giá trị điện áp chiều từ (0 ¸5 )v Các bước chuyển đổi ADC đưa vào vi xử lý sau: +Chọn kênh tương tự tương tự cách tạo địa chân A ,B, C + Kích hoạt chân ALE ( cho phép chốt điậ Address Latch Enable) Nó cần xung thấp lên cao để chốt địa + Kích hoạt chân SC xung cao xung thấp để bẳt đầu chuyển đổi + Hiển thị OEC để báo kết thúc chuyển đổi đầu cao xuống thấp báo liệu chuyển đổi cần lấy +Kích hoạt OE cho phép đọc liệu ADC Một xung cao xuống thấp tới chân OE đem liệu khỏi chíp ADC +Trong ADC 808/809 khơng có đồng hồ riêng phải cấp xung đồng đến chân CLK cung cấp từ IC 74hc14 có nhiệm vụ tạo dao động cho chuyển đổi Sau kết thúc trình chuyển đổi tín hiệu dạng bit (0 ,1) đưa vào cổng p1 vi xử lý thực trình tính tốn biến đổi kết hiển thị led seg ,và có ngưỡng cảnh báo nhiệt độ t400C hiển thị led đơn 2.Sơ đồ mạch boar Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang 34 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Đồ án môn học (kts,vxl) Trang 35 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) 3Sơ đồ chân linh kiện 3.Lưu đồ thuật toán: Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang 36 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) Begin Thiết lập ADC Đọc giá trị kênh ADC Tính nhiệt độ kênh T400C ÝES Ledd = Ledv= NO Ledd = Ledd = End Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang 37 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án mơn học (kts,vxl) Chương trình điều khiển: #include #define start P3_5 #define eoc P3_4 #define oe P3_3 #define a0 P3_2 #define a1 P3_1 #define a2 P3_0 #define ledx P0_0 #define ledv P0_1 #define ledd P0_2 #define led1 P0_3 #define led2 P0_4 #define led3 P0_5 #define dled P2 #define on #define off void delay(unsigned int x); void init(); void dislay(); unsigned int gt; unsigned char adc_i; float adc_r; unsigned char tram,truc,dv,tg,j; char M[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; void read_adc(); void xu_ly(); //chuong trinh chinh void main(){ init(); // Khởi tạo giá trị đầu vào Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang 38 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) while(1){ //doc dau vao a0=0;a1=0;a2=0; read_adc(); //doc dau vao a0=1;a1=0;a2=0; read_adc(); //doc dau vao a0=0;a1=1;a2=0; read_adc(); //doc dau vao a0=1;a1=1;a2=0; read_adc(); //doc dau vao a0=0;a1=0;a2=1; read_adc(); //doc dau vao a0=1;a1=0;a2=1; read_adc(); //doc dau vao a0=0;a1=1;a2=1; read_adc(); //doc dau vao a0=1;a1=1;a2=1; read_adc(); //ket thuc qua trinh doc } } /////////////////// void delay(unsigned int x){ Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm sinh viên thực : Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan Lớp : ĐTK38 Trang 39 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học (kts,vxl) unsigned int i; for(i=0;i