đồ án môn học 2 mạch đếm sản phẩm dùng pic16f877a

Một trong những ứng dụng phổ biến của công nghệ tự động hóa trong sản xuất là hệthống mạch đếm sản phẩm.Báo cáo này cũng sẽ bàn về các hạn chế và khó khăn gặp phải trong quá trình thực h

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAMKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng 3 năm 2024

TRƯỞNG KHOA( Ký và ghi rõ họ tên)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHÍNH( Ký và ghi rõ họ tên)

Tên đề tài: Mạch đếm sản phẩm dùng Pic16f877AHọ tên GV hướng dẫn: Ths.Lâm Huỳnh Quang Đức

1 Kế hoạch tiến độ:

Thời gian Công việc thực hiện Xác nhận GVHD Ghi chúTuần 1 Tìm hiểu về mạch và các linh kiện trong mạch

Tuần 2 Thực hiện mạch mô phỏngvà vẽ mạch in

Tuần 3 Báo cáo mạch mô phỏng và mạch in

Tuần 4 Làm mạch thực tếTuần 5 Làm mạch thực tếTuần 6 Báo cáo mạch thực tếTuần 7 Viết và sửa chữa báo cáoTuần 8 Nộp và bảo vệ đồ án

TP.HCM, ngày tháng 3 năm 2024Sinh viên thực hiện

Đỗ Trí Phú Cường

LỜI CAM ĐOAN

Em, Đỗ Trí Phú Cường, cam đoan rằng báo cáo này là công trình nghiên cứu do chính em thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Lâm Huỳnh Quang Đức Tất cả thông tin, kết quả và tư liệu được trình bày trong báo cáo này là trung thực và không vi phạm bất kì quyền lợi, bản quyền của bất kì cá nhân hay tổ chức nào khác.

Em xác nhận rằng em đã tham khảo và trích dẫn đúng nguồn gốc của các tài liệu, công trìnhnghiên cứu và ý kiến của người khác được sử dụng trong báo cáo Mọi thông tin, hình ảnh, sốliệu đều được trích dẫn từ các nguồn khác đều được ghi rõ và chính xác.

Em chịu trách nhiệm hoàn toàn về tính trung thực và tính chính xác của báo cáo này.

Sinh viên

Chữ ký

Đỗ Trí Phú Cường

Cuối cùng, em muốn gửi lời cảm ơn đến tất cả những thầy cô đã giúp đỡ em trong quá trìnhthực hiện đồ án này Sự giúp đỡ của thầy cô đã giúp đỡ em rất nhiều trong việc hoàn thiện đồán.

Em xin chân thành cảm ơn.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giáo viên phản biện

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa, việc tự động hóa các quy trình sản xuất ngàycàng trở nên cần thiết và quan trọng Sự phát triển của các hệ thống tự động giúp nâng caonăng suất lao động, giảm thiểu sai sót và chi phí sản xuất, đồng thời cải thiện chất lượng sảnphẩm Một trong những ứng dụng phổ biến của công nghệ tự động hóa trong sản xuất là hệthống mạch đếm sản phẩm.

Báo cáo này cũng sẽ bàn về các hạn chế và khó khăn gặp phải trong quá trình thực hiện đồán, cùng với những khả năng mở rộng và cải tiến của mạch trong tương lai.

Hy vọng rằng thông qua đồ án này, em có thể đóng góp một phần nhỏ vào sự phát triển của vàmang lại những kiến thức hữu ích cho cộng đồng khoa học và kỹ thuật.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.Giới thiệu chunga) Lý do chọn đề tài

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và tự động hóa ngày càng phát triển, việc thiết kế mạch đếm sảnphẩm tự động mang lại giá trị thực tiễn lớn Hệ thống này giúp tăng năng suất và giảm thiểu sai sóttrong quá trình sản xuất Đặc biệt, việc áp dụng vi điều khiển PIC 16F877A trong đề tài là một lựachọn phù hợp do tính linh hoạt và phổ biến của nó.

b) Mục tiêu

- Xây dựng hệ thống đếm sản phẩm tự động- Nâng cao kỹ năng chuyên môn

- Tự động dừng khi đạt đến số lượng mục tiêu

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

a.MỘT SỐ LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

1.1.MỘT SỐ LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

1.1.1. Điện trở

Điện trở (Resistor) là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2 tiếp điểm kết

nối, thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch,điều chỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiệnđiện tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện vàcó trong rất nhiều ứng dụng khác.

Một số công thức

Định luật Ohm: U=I.RĐơn vị là ohm ()

 Mắc song song: U = ∑ Un ; I = In

 Mắc nối tiếp: I = ∑ In ; U = Un

Hình 2.1 Điện trở và bảng màu của điện trởCách đọc điện trở

Để áp dụng cách đọc điện trở, bạn cần chú ý bảng giá trị màu như sau Đen: Giá trị 0

 Nâu: Giá trị 1 Sai số ± 1%.

 Hoàng Kim: Sai số ± 5%.

 Bạc: Sai số ± 10%.

Đối với điện trở 4 vạch màu thì cách đọc điện trở đúng là như sau: Vạch màu thứ nhất: Tương đương giá trị hàng chục của điện trở.

 Vạch màu thứ 2: Tương đương giá trị hàng đơn vị của điện trở.

 Vạch màu thứ 3: Hệ số nhân Ta nhân 10 với số mũ là giá trị màu.

Chẳng hạn, vạch đỏ là 102, vạch vàng là 104.

 Vạch màu thứ 4: Tương đương giá trị sai số của điện trở Vòng này

luôn nhũ vàng hay nhũ bạc, khi đọc ta bỏ qua.

Như vậy, cách đọc điện trở 4 vạch màu áp dụng theo công thức sau:

Giá trị điện trở = (vạch 1)(vạch 2) x 10(mũ vạch 3)

Cách đọc điện trở 5 vạch màu cũng khá đơn giản như sau:

 Vạch màu thứ nhất: Tương đương giá trị hàng trăm của điện trở.

 Vạch màu thứ 2: Tương đương là giá trị hàng chục của điện trở.

 Vạch màu thứ 3: Tương đương giá trị hàng đơn vị của điện trở.

 Vạch màu thứ 4: Hệ số nhân Ta nhân 10 với số mũ là giá trị màu như

cách đọc điện trở 4 vạch màu nêu trên.

 Vạch màu thứ 5: Giá trị sai số của điện trở.

Áp dụng cách đọc điện trở 5 vạch màu theo công thức:

Giá trị điện trở = (vạch 1)(vạch 2)(vạch 3) * 10(mũ vạch 4) + vạch 51.1.2. Tụ điện

Tụ điện hay capacitor là một loại linh kiện điện tử thụ động, là một hệ

hai vật dẫn và ngăn cách nhau bởi một lớp cách điện Khi có chênh lệchđiện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điệnlượng nhưng trái dấu.

Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng lượngđiện trường của tụ điện Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thếxoay chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trởkháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.

Hình 2.2 tụ hoá và tụ gốm (thực tế và kí hiệu)

1.1.3.PIC16F877A

- PIC16F877A là một Vi điều khiển PIC 40 chân và được sử dụnghầu hết trong các dự án và ứng dụng nhúng Nó có năm cổng bắt đầutừ cổng A đến cổng E Nó có ba bộ định thời trong đó có 2 bộ địnhthời 8 bit và 1 bộ định thời là 16 Bit Nó hỗ trợ nhiều giao thức giaotiếp như giao thức nối tiếp, giao thức song song, giao thức I2C.PIC16F877A hỗ trợ cả ngắt chân phần cứng và ngắt bộ định thời.

Sơ đồ chân PIC16F877A

Hình 2.3 Sơ đồ chân pic16f877A

MCLR được sử dụng trong quá trình lập trình, chủ yếu được kết nối với programer như PicKit

PORTA

5RA3 / AN3 / Vref +Chân analog 3 hoặc chân 3 củaPORTA

9RE1 / WR / AN6Chân analog 6 hoặc chân 1 củaPORTE

đầu vào clock

đầu vào clock

Timer / PWM

Timer / PWM

Serial Data vào

Serial Data ra

25RC6 / Tx / CKChân thứ 6 của POCTC hoặc chân phát của Vi điều khiển

chân thu của Vi điều khiển

28RD5/PSP5Chân 5 của POCTD

chân ngắt ngoài

kết nối với programmer

kết nối với programmer

kết nối với programmer

1.1.4 Opamp

Opamp về cơ bản là một thiết bị khuếch đại điện áp được thiết kế để sử dụng với các linh kiện phản hồi bênngoài như điện trở và tụ điện giữa các đầu ra và đầu vào của nó Các linh kiện phản hồi này xác định chức năng kết quả hoặc “thuật toán” của bộ khuếch đại và nhờ các cấu hình phản hồi khác nhau là điện trở, điện dung hay cả hai, bộ khuếch đại có thể thực hiện nhiều hoạt động khác nhau, từ đó có tên gọi khuếch đại thuật toán.

Cấu tạo opamp

Opamp về cơ bản là một thiết bị ba cực bao gồm hai đầu vào trở kháng cao Một trong số đó được gọi là đầuvào đảo ngược, được đánh dấu bằng dấu âm hay dấu trừ (-) Đầu vào kia được gọi là đầu vào không đảo ngược, được đánh dấu bằng dấu dương hay dấu cộng (+).

Cực thứ ba đại diện cho cổng đầu ra của opamp có thể vừa là cực góp vừa là cực nguồn cho điện áp hoặc dòng điện

Đặc tính của opamp

1.Độ lợi vòng lặp hở

Độ lợi vòng lặp hở là độ lợi của opamp không có phản hồi dương hoặc âm Opamp lý tưởng sẽ có độ lợi vòng lặp hở vô hạn nhưng thông thường nó nằm trong

khoảng từ 20.000 đến 200.000.2.Trở kháng đầu vào

Đây là tỷ số giữa điện áp đầu vào và dòng điện đầu vào Giá trị này phải là vô hạn mà không có bất kỳ sự rò rỉ nào của dòng điện từ nguồn cấp đến các đầu vào Nhưng sẽ có một vài sự cố rò rỉ vài pico ampe trong hầu hết các opamp.

3.Trở kháng đầu ra

Opamp lý tưởng phải có trở kháng đầu ra bằng không mà không có bất kỳ nội trở nào Để nó có thể cung cấp đầy đủ dòng điện cho tải kết nối với đầu ra.

4.Chiều rộng băng tần

Opamp lý tưởng phải có đáp ứng tần số vô hạn để có thể khuếch đại bất kỳ tần số nào từ tín hiệu DC đến tần số AC cao nhất Nhưng hầu hết opamp có băng thông hạn chế.

5.Giá trị bù

Đầu ra của opamp phải bằng không khi chênh lệch điện áp giữa các đầu vào bằng không Nhưng trong hầuhết các opamp, đầu ra sẽ không bằng 0 khi tắt và sẽ có một ít điện áp.

Nguyên lý hoạt động của opamp

Hoạt động vòng lặp mở của opamp

Opamp có một đầu vào vi sai và một đầu ra đầu mút đơn Vì vậy, nếu chúng ta đặt hai tín hiệu một ở đầu

cuối đảo ngược và một tín hiệu khác ở đầu cuối không đảo, opamp lý tưởng sẽ khuếch đại sự khác biệt giữa hai tín hiệu đầu vào Chúng ta gọi sự khác biệt này giữa hai tín hiệu đầu vào là điện áp đầu vào vi sai Phương trình dưới đây cho biết đầu ra của một opamp VOUT = AOL(V1 - V2)

Trong đó, VOUT là điện áp tại cực đầu ra của opamp AOL là độ lợi vòng mở cho opamp đã cho và không đổi (lý tưởng) Đối với IC 741 AOL là 2 x 105.V1 là điện áp tại cực không đảo.

V2 là điện áp tại cực đảo ngược.(V1 - V2) là điện áp đầu vào vi sai.

Rõ ràng từ phương trình trên đầu ra sẽ khác 0 khi và chỉ khi điện áp đầu vào vi sai khác 0 (V1 và V2 không bằng nhau), và sẽ bằng 0 nếu cả V1 và V2 bằng nhau Lưu ý rằng đây là một điều kiện lý tưởng, thực tế có những sự mất cân bằng nhỏ trong opamp Độ lợi vòng hở của một opamp là rất cao Do đó, opamp vòng hở khuếch đại điện áp đầu vào vi sai nhỏ lên một giá trị lớn.

Ngoài ra, đúng là nếu chúng ta áp dụng điện áp đầu vào vi sai nhỏ, opamp sẽ khuếch đại nó lên một giá trị đáng kể nhưng giá trị đáng kể này ở đầu ra không thể vượt quá điện áp cung cấp của opamp Do đó nó khôngvi phạm định luật bảo toàn năng lượng.

Hoạt động vòng lặp đóng

Hoạt động được giải thích ở trên của opamp dành cho vòng lặp mở, tức là không có phản hồi Chúng ta sẽ tìmhiểu phản hồi trong cấu hình vòng kín Đường phản hồinày cung cấp tín hiệu đầu ra cho đầu vào Do đó, tại các đầu vào, hai tín hiệu có mặt đồng thời Một trong số đó là tín hiệu được áp dụng ban đầu và tín hiệu còn

lại là tín hiệu phản hồi Phương trình dưới đây cho biết đầu ra của một opamp vòng kín

VOUT = ACLx(V1 - V2) = ACLxVD

Trong đó VOUT là điện áp ở đầu ra của op-amp ACL là độ lợi vòng kín Mạch phản hồi kết nối với opamp xác định độ lợi vòng kín ACL VD = (V1 - V2) là điện áp đầu vào vi sai Chúng ta nói rằng phản hồi là tích cực nếu đường phản hồi cung cấp tín hiệu từ cực đầu ratrở lại cực không đảo ngược (+) Phản hồi tích cực được sử dụng trong bộ dao động Phản hồi là tiêu cực nếu đường phản hồi cấp một phần tín hiệu từ cực đầu ra trở lại cực đảo ngược (-) Chúng ta sử dụng phản hồitiêu cực cho opamp được sử dụng làm bộ khuếch đại Mỗi loại phản hồi, tiêu cực hay tích cực đều có ưu điểm và nhược điểm của nó.

Phản hồi tích cực ⇒ Bộ tạo dao độngPhản hồi tiêu cực ⇒ Bộ khuếch đại

Giải thích trên là nguyên lý làm việc cơ bản nhất của opamp.

1.1.5 Biến trở tam giác

Hình 2.5.1 biến trở tam giác

Biến trở là gì? Đơn giản, đó là một thiết bị điện tử cókhả năng điều chỉnh điện trở theo ý muốn Điều nàygiúp bạn kiểm soát dòng điện trong mạch điện và điềuchỉnh hoạt động của nó.

2.Cấu tạo của biến trở

Một biến trở thường bao gồm ba chốt Hai chốt nối vớihai đầu của biến trở, và chốt còn lại nối với con chạyhoặc tay quay Nhờ vào cấu tạo này, bạn có thể điềuchỉnh điện trở bằng cách xoay tay quay hoặc điềuchỉnh con chạy.

3.Ứng dụng

Biến trở có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàngngày, đặc biệt trong lĩnh vực điện tử Dưới đây là mộtsố ứng dụng phổ biến của biến trở:

Điều chỉnh độ tương phản LCD: Biến trở thường đượcsử dụng để điều chỉnh độ tương phản của màn hìnhLCD, giúp bạn có được hình ảnh sắc nét và rõ ràng.Cầu phân áp: Chúng có thể được sử dụng như một cầuphân áp trong mạch điện, giúp bạn tạo ra các mức điệnáp khác nhau.

Ứng dụng trong điện tử và điều khiển: Biến trở thườngxuất hiện trong các mạch điện tử, mạch điều khiển,chỉnh sai số mạch, và nhiều ứng dụng khác.

4.Thông số kĩ thuật

Để hiểu rõ hơn về biến trở tam giác RM065 503 50Kmới, chúng ta cần xem xét các thông số kĩ thuật quantrọng:

Phân loại: RM065Số chân: 3 chânMàu sắc: Trắng xanh

Mỗi đoạn Led được đánh dấu từ A tới G.

Đoạn thứ tám gọi là “chấm thập phân” (Decimal Point) ký hiệu DP được sử dụng khihiển thị số không phải là số nguyên

Phân loại LED 7 đoạn:

Dựa vào các cực được nối, có thể phân loại LED 7 đoạn như sau:

Loại dương chung (Common Anode): nếu cực dương (anode) của tất cả 8 LED đượcnối với nhau và các cực âm (cathode) đứng riêng lẻ.

Loại âm chung (Common Cathode): nếu cực âm (cathode) của tất cả 8 LED được nốivới nhau và các cực dương (anode) đứng riêng lẻ.

Hình 2.5.2.Cấu tạo Led 7 đoạnChân ngõ ra

LED 7 đoạn có 10 chân, trong đó 8 chân được nối với LED (A, B, C, D, E, F, G, vàDP).

Tùy vào loại LED 7 đoạn, hai chân giữa được đánh dấu COM hoặc dương chung hoặcâm chung của các LED.

Nguyên lý hoạt động:

Nguyên tắc chung : muốn LED nào sáng thì LED đó phải được phân cực thuận.Do đómuốn tạo ra chữ số nào ta chỉ cần cho LED ở các vị trí tương ứng sáng lên Bảng môtả cách tạo ra các chữ số để hiển thị lên LED 7 đoạn:

phát ra ánh sáng lên được ứng dụng rất nhiều trong các máy móc cần hoạt động vào ban đêm

Hình 2.7.1 LED thu phát hồng ngoạiNguyên lý hoạt động

Giống như tất cả các loại đèn LED đang có trên thị trường, nguyên lý LED thu phát hồng ngoại sử dụng điốt và nhiều chất bán dẫn đơn giản Điốt luôn có thiết kế sao cho dòng điện chỉ có thể chạy theo một hướng

Khi các dòng điện chạy, electron rơi từ một phần của diode vào lỗ trên một phần khác Để rơi vào các lỗ này, các electron phải làm năng lượng dưới dạng photon tạo ra ánh sáng.

Bước sóng và màu sắc của ánh sáng được tạo ra phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng trong diode.

Đèn LED phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ra ánh sáng trong phần hồng ngoại của quang phổ, tức là, ngay dưới những gì mắt người có thể nhìn thấy.

Đèn LED hồng ngoại khác nhau có thể tạo ra ánh sáng hồng ngoại của các bước sóng khác nhau, giống như các đèn LED khác nhau tạo ra ánh sáng có màu sắc khác nhau.Ứng dụng của LED thu phát hồng ngoại

Sản phẩm này được ứng dụng khá nhiều trong các camera hồng ngoại, các điều khiển từ xa của những thiết bị điện tử dân dụng , các cảm biến phát hiện sản phẩm trong dây chuyền sản xuất, các cảm biến dò đường của những robot….nhìn tổng quan lại thì các sản phẩm đèn LED này được sử dụng nhiều để phát ra các loại tia hồng ngoại trong các cảm biến.

1.1.8. Thạch anh

Thạch anh là bộ dao động khá ổn định để tạo ra tần số dao động cho vi điều khiển Đa số các mạch điều khiển đèn Led đều dùng thạch anh có thể là Thạch anh 12Mhz, 24Mhz….mỗi loại sẽ cho ra 1 xung nhịp khác nhau.

Hình 2.2.5 thạch anh tạo giao động

Thạch anh (quartz crystal) thường được sử dụng như một nguồn dao động ổn định để cung cấp tín hiệu xung nhịp cho vi điều khiển Các mạch điều khiển, bao gồm cả vi điều khiển PIC16F877A, thường có một chân đầu vào cho thạch anh, được kết nối với các chân OSC1/CLKIN và OSC2/CLKOUT.

Việc chọn loại thạch anh và tần số của nó phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng Tần số dao động của thạch anh quyết định tốc độ xử lý của vi điều khiển, và thông thường, các tần số phổ biến như 12MHz, 24MHz được sử dụng.

Một số điều cần lưu ý khi sử dụng thạch anh:1 Ổn định Tần số:

- Thạch anh cung cấp một tần số ổn định, quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

4 Stabilizer (Nguồn Điều Tiết):

- Có thể yêu cầu một nguồn điều tiết (stabilizer) để đảm bảo tín hiệu xung từ thạch anh ổn định, đặc biệt là khi có biến động về điện áp.

Khi lập trình, người phát triển cần chỉ định tần số của thạch anh trong mã nguồn để đảm bảo rằng vi điều khiển sử dụng đúng nguồn xung nhịp.