Thiết kế hệ thống thước đo tuyến tính

Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƢỚC ĐO TUYẾN TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG HẢI PHÕNG - 2009 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƢỚC ĐO TUYẾN TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Ngƣời hƣớng dẫn : Th.S NGUYỄN VĂN DƢƠNG Sinh viên : NGUYỄN THỊ PHƢƠNG THẢO HẢI PHÕNG - 2009 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== Sinh viên : Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp : ĐT 901 Ngành : Điện tử viễn thông Mã số: 090246 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống thước đo tuyến tính Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp Đài phát truyền hình Hải Phịng Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ tên : Nguyễn Văn Dương Học hàm, học vị : Thạc sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn : Toàn đề tài Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp giao ngày 10 tháng 04 năm 2009 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 10 tháng 07 năm 2009 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Người hướng dẫn Sinh viên Nguyễn Thị Phƣơng Thảo Th.s Nguyễn Văn Dƣơng Hải Phòng, ngày tháng năm 2009 HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== PHẦN NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp: Đánh giá chất lượng đồ án (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ ĐTTN mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…): Cho điểm cán hướng dẫn (điểm ghi số chữ) Hải phòng, ngày tháng năm 2009 Cán hƣớng dẫn (Họ tên chữ ký) Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện (điểm ghi số chữ) Hải phòng, ngày tháng năm 2009 Ngƣời chấm phản biện (Họ tên chữ ký) Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 11 Chƣơng 13 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 13 1.1 Sơ lược vi xử lý vi điều khiển 13 1.2 Tổng quan PIC16F877A 17 1.2.1 Hình dạng bố trí chân Pic16F877A 17 1.2.2 Đặc tính bật xử lý 18 1.2.3 Sơ đồ khối vi điều khiển Pic16F877A 18 1.2.4 Mô tả chân chức Pic16F877A 19 1.2.5 Tổ chức nhớ 22 1.2.6 Đọc ghi vào nhớ liệu EEPROM 28 1.2.7 Đọc ghi chương trình FLASH 28 1.2.8 Cổng vào 28 1.2.9 Các Timer chip 34 1.2.10 Bộ chuyển đổi tương tự sang số 42 1.2.11 Các ngắt PIC16F877A 44 1.3 So sánh với Vi Điều Khiển 8051 45 Chƣơng 47 THIẾT BỊ HIỂN THỊ LCD 47 2.1 Hình dáng kích thước 47 2.2 Các chân chức 48 2.3 Sơ đồ khối HD44780 49 2.4 Tập lệnh LCD 54 2.5 Đặc tính chân giao tiếp 60 CHƢƠNG 62 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƢỚC ĐO TUYẾN TÍNH 62 3.1 Sơ đồ khối hệ thống: 62 3.2 Thiết kế khối 63 3.2.1 Khối nguồn: 63 3.2.2 Hệ thống thước: 64 3.2.3 Bộ vi xử lý 65 3.2.4 Khối hiển thị 67 3.3 Sơ đồ mạch chi tiết: 68 3.4 Thuật toán 68 3.5 Chương trình : 70 3.6 Sơ đồ mạch in: 72 Kết luận 73 Tài liệu tham khảo 74 10 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== Đặc tính điện làm việc điển hình: (Đo điều kiện hoạt động Vcc = 4.5V đến 5.5V, T = -30 đến +75C) Bảng 2.5 Miền làm việc bình thường 61 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƢỚC ĐO TUYẾN TÍNH 3.1 Sơ đồ khối hệ thống: THƯỚC KHỐI BỘ XỬ LÝ HIỆN THỊ KHỐI NGUỒN Hình 3.1.Sơ đồ khối hệ thống Tín hiệu nhận vào từ thước đưa vào vi xử lý, vi xử lý làm nhiệm vụ biến đổi từ tín hiệu vào chuyển thành giá trị đếm tiến lùi xác định tọa độ thước đo, sau đưa hiển thị tọa độ khối hiển thị 62 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== 3.2 Thiết kế khối 3.2.1 Khối nguồn: 3.2.1.1 Sơ đồ khối AC Biến áp Bộ chỉnh Bộ ổn áp DC lưu Hình 3.2 Sơ đồ khối mạch nguồn Điện áp xoay chiều AC đưa qua biến áp để biến đổi thành điện áp chiều Sau qua chỉnh lưu điện áp chiều mấp mô Khi qua ổn áp, điện áp đươc ổn định Và đầu thu điện áp chiều DC 3.2.1.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý 63 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== Nguồn ổn định cung cấp cho hệ thống nguồn +5V Mạch lấy nguồn chiều từ máy biến áp với điện áp từ 0V đến 12V đưa vào ngõ vào IN, cho qua cầu diode để đảm bảo cực tính nguồn cấp cho mạch theo chiều Sau cho qua IC ổn áp 7805 để tạo ngõ OUT +5V ổn định cấp cho toàn mạch Tụ điện đóng vai trị ổn định chống nhiễu cho nguồn 3.2.2 Hệ thống thƣớc: 3.2.2.1 Đặc điểm thƣớc Thước bao gồm đầu đo di động trượt có gắn một dải vạch đen - trắng xác định toạ độ, vị trí a khe suốt – cho ánh sáng qua, cịn vị trí b vạch đen – không cho ánh sáng truyền qua Khi đầu đo dịch chuyển trượt, cảm biến gắn đầu đo phát vị trí vạch đen - trắng hình thành tín hiệu cho xử lý Đầu đọc thu ánh sáng truyền qua từ đầu phát cho phép xác định số vạch dịch chuyển Hình 3.4 thể đặc điểm Hình 3.4.Thước đo tuyến tính kiểu vạch đen trắng 64 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== Hình 3.5 Cấu tạo bên thước 3.2.2.2 Nguyên tắc hoạt động: Đầu đo có chứa hai thu hồng ngoại độc lập A B đặt cách 1/4 chiều dài bước vạch Đèn phát hồng ngoại đèn thu đặt đối diện hai băng vạch Khi dịch tới vạch suốt, tín hiệu từ đèn phát tới đèn thu tạo mức - tín hiệu A (B) thấp (trang thái 0) Ở vạch đen, tia hồng ngoại bị che chắn, tín hiệu cao (trạng thái 1) Khi dịch chuyển tiến, thu A bị che chắn trước thu B vị trí trắng.Khi dịch chuyển lùi, thu B bị che chắn trước thu A vị trí trắng 3.2.3 Bộ vi xử lý Bộ xử lý làm nhiệm vụ nhận tín hiệu số từ hiển thị số đếm hình LCD Như phân tích chương 1, em sử dụng vi điều khiển PIC16F877A Đây vi điều khiển có 40 chân, với cổng vào Port A (RA0÷RA5), Port B (RB0÷RB7), Port C (RC0÷RC7), Port D (RD0÷RD7), Port E (RE0÷RE2) Nó có 8K Flash ROM 368 Bytes RAM 65 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== Hình 3.6 Sơ đồ ngun lý PIC16F877A mạch 66 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== 3.2.4 Khối hiển thị Hình 3.8 Sơ đồ khối thị LCD Khối thị LCD giới thiệu chương Trong chương em sử dụng hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crytal Display) loại dịng, 16 kí tự LCD1602 Màn hình LCD phổ biến thị trường việc lập trình cho đơn giản thêm vào có mặt thẩm mĩ cao Sử dụng nguồn ni thấp (từ 2, đến 5V) Có thể hoạt động hai chế độ bit bit (trong đề tài em sử dụng chế độ bit) 67 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== 3.3 Sơ đồ mạch chi tiết: Hình 3.9 Sơ đồ mạch chi tiết Sơ đồ hệ thống thiết kế hình 3.9 Tín hiệu số từ thước qua chân RD0-RD2 Port D đưa vào vi xử lý ( vi điều khiển PIC16F877A) Tín hiệu xử lý, sau thị số đếm hình LCD qua chân RB2-RB5 3.4 Thuật toán 68 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== begin Khai báo biến A,B,C,n,m Khởi tạo cho LCD n=0; m=0; đọc giá tri A,B A=0 & B=0 A=1 B=1 n=1; đọc giá trị A,B n=1 đọc giá A=1 B=0 trị A,B A=0 B=1 n=1 đọc giá trị A,B A=1và B=0 A=1và B=0 A=0và B=0 m=m+n A= n=1 đọc giá trị A,B A=0và B=0 m=m-n Hiển thị Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 69 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== 3.5 Chƣơng trình : =============================================== // Ten chuong trinh : Thiet ke he thong thuoc tuyen tinh // Phan mem : Dung CCS // Mo ta phan cung : Dung pic16F877A - thach anh 10Mhz // : LCD HD44780 giao tiep voi Port B qua cac chan RB2-RB7 // : Cac chan RD0-RD2 la ngo vao // : So dem duoc hien thi len LCD =============================================== #include #include #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #use delay(clock=20000000) #include int A,B,C,n,m; void main() {m=0; LCD_init(); lcd_putcmd(0x80); printf(LCD_putchar,"thuoc do"); lcd_putcmd(0xC0); printf(LCD_putchar,"tuyen tinh"); LCD_putcmd(0x01); while(true) {n=0; A= input(pin_D0); B= input(pin_D1); C= input(pin_D2); if ((A==0)&&(B==0)) {n=1; while(true) { A= input(pin_D0); B= input(pin_D1); if((A==1)&&(B==0)) {m=m+n; lcd_putcmd(0x80); printf(lcd_putchar,"dem tien"); LCD_putcmd(0xC8); LCD_putchar(m +0x30); break; 70 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== } if((A==0)&&(B==1)) {m=m-n; lcd_putcmd(0x80); printf(lcd_putchar,"dem LCD_putcmd(0xC8); LCD_putchar(m +0x30); break;} lui"); } } if ((A==1)&&(B==1)) {n=1; while(true) { A= input(pin_D0); B= input(pin_D1); if((A==1)&&(B==0)) {m=m-n; lcd_putcmd(0x80); printf(lcd_putchar,"dem lui"); LCD_putcmd(0xC8); LCD_putchar(m +0x30); break; } if((A==0)&&(B==1)) {m=m+n; lcd_putcmd(0x80); printf(lcd_putchar,"dem tien"); LCD_putcmd(0xC8); LCD_putchar(m +0x30); break;} } } } } 71 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== 3.6 Sơ đồ mạch in: 72 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== Kết luận Sau thời gian nghiên cứu làm đồ án, với giúp đỡ tận tình thầy giáo bạn Đặc biệt thầy Nguyễn Văn Dương em hoàn thành nhiệm vụ đồ án Qua đồ án em thấy ứng dụng quan trọng vi điều khiển đo lường điều khiển, sử dụng vi điều khiển thu thập đại lượng cần đo, xử lý đại lượng đưa kết mong muốn Hiện vi điều khiển đa năng, nhỏ gọn, áp dụng vi điều khiển vào sống cần thiết Mặc dù cố gắng trình làm đồ án tốt nghiệp, hạn chế thời gian, tài liệu trình độ có hạn nên khơng tránh khỏi có thiếu sót Em mong góp ý, bảo thầy bạn để giúp em nâng cao kiến thức, chuyên môn phục vụ cho công việc sau Em xin chân thành cảm ơn! 73 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyn Tớnh =================================================================== Ti liu tham kho Nguyễn Tăng C-ờng, Phan Quốc Thắng, Cấu trúc lập trình họ Vi Điều khiển 8051, Nhà xuất khoa học Kỹ Thuật Nguyễn Mạnh Giang, Cấu trúc, lập trình ghép nối ứng dụng Vi Điều Khiển, nhà xuất Lao Động XÃ Hội Phạm Minh Hà(2004), Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Ngô Diện Tập, Vi Điều Khiển đo l-ờng điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa Hoc Kỹ Thuật, Hà Nội Họ Vi Điều Khiển 8051, Tống Văn ON, nhà Xuất Lao Động XÃ Hội Mt s trang wed tham khảo: www.dientuvietnam.net www.picvietnam.com www.dientuvienthong.net www.vagam.dieukhien.net www.duyphi.phpnet.us/index.htm 74 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Hệ Thống Thước Đo Tuyến Tính =================================================================== 75 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương Thảo_ĐT901