Báo cáo bài tập lớn vi xử lý Đề tài thiết kế mạch led trái tim nhiều hiệu ứng

Hiển thị thời gian đáp ứng tốc độ từ lúc điều chỉnh đến khi đạt tốc độ ổn định đã cài đặt 3.6.. Và với xu hướng tất yếu này cùng với sựphát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo vi mạch, n

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

====o0o====

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VI XỬ LÝ

ĐỀ TÀI:

Thiết Kế Mạch Led Trái Tim Nhiều

Hiệu Ứng

Nhóm: 01 - DDT59A - 20171GVHD: ThS Nguyễn Tiến Sỹ

Hà Nội, 11/2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

====o0o====

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VI XỬ LÝ

ĐỀ TÀI:

Thiết Kế Mạch Led Trái Tim Nhiều

Hiệu Ứng

Nhóm: 01 - DDT59A - 20171GVHD: ThS Nguyễn Tiến Sỹ

Hà Nội, 11/2017 NHÓM 02 – DDT59A

Thành viên (#1 là trưởng nhóm):

ST

4

5

Nhận xét (phần GVHD ghi):

2 Điểm trừ

2.1 Không có sản phẩm

2.2 Không có báo cáo bản cứng

2.3 Thiếu chức năng: bật/tắt động cơ

2.4 Thiếu chức năng: cài đặt, hiển thị các tham số động cơ (tốc độ cài

đặt, sai số cho phép)

2.5 Thiếu chức năng: hiển thị tốc độ hiện thời của động cơ

2.6 Thiếu chức năng: cảnh báo nếu tốc độ quá cao/thấp (vượt qua sai

số cho phép)

2.7 Thiếu chức năng: hiển thị ngày, giờ hiện tại

2.8 Thiếu chức năng: chỉnh ngày, giờ hệ thống

2.9 Thiếu chức năng: hẹn giờ bật/tắt động cơ

2.10 Thiếu chức năng: hiển thị nhiệt độ hiện thời

2.11 Thiếu một đoạn code viết bắng ASM

2.12 PCB không có tên nhóm và các thành viên

2.13 Báo cáo sơ sài/thiếu nội dung (tên để tài/nhóm/mục lục/yêu cầu

của đề tài/kế hoạch nhóm/thiết kế sơ đồ khối/code)

3 Điểm cộng

3.1 Mạch in và sắp xếp linh kiện đẹp/Mạch in thủ công

3.2 Các chức năng đã thực hiện có đáp ứng tốt (độ nhạy, tốc độ tính

toán, hiển thị)

3.3 Có chức năng: hiển thị chiều quay của động cơ

3.4 Có chức năng: lưu cấu hình hệ thống trước khi tắt và khôi phục

lại khi bật

3.5 Hiển thị thời gian đáp ứng tốc độ (từ lúc điều chỉnh đến khi đạt

tốc độ ổn định đã cài đặt)

3.6 Dễ sử dụng (bàn phím lớn, ghi chú rõ ràng, thao tác đơn giản)

3.7 Trình bày rõ ràng, trả lời được các câu hỏi chuyên môn

TỔNG ĐIỂM:

VÀI NÉT TÔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀ

1.1 Yêu cầu chức năng 15

1.3 Sơ đồ khối hệ thống 15

1.4 Kế hoạch thực hiện và phân chia công việc 17

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18

2.1 Khối chức năng khối nguồn 18

Để không phải điều chình lại thời gian vào những lúc bị mất nguồn, có thể nối thêm 1 pin khoảng 3V vào chân SQW/OUT của IC DS1307 (sao cho chân + của pin nối vàoIC và chân – của pin nối xuống đất) Hai chân 1 và 2 (X1,X2) của DS1307 được nối vào bộ dao động thạch anh có tần số 32,768KHz để tạo dao động cho IC hoạt động.Error! Bookmark not defined. 2.5 khối điều khiển trung tâm 21

Ta xử dụng chân 13, 14 để kết nối với khâu tạo dao động 22

Chân 8,9,10,1 để kết nối với khâu điểu khiển Error! Bookmark not defined Chân 18, 23 để kết nối với DS 1307 Error! Bookmark not defined Chân 33-39 để kết nối với khâu hiển thị Error! Bookmark not defined. 2.6 Lựa chọn tổng quan về linh kiện 22

2.7 Danh mục các hình vẽ 25

Hình 1 mô phỏng mạch a,b Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 3: KÊT LUẬN 26

Tài liệu tham khảo : 27

PHỤ LỤC A: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 27

PHỤ LỤC B: SOFTWARE CODE 27

Lời nói đầu

Ngày nay việc ứng dụng vi điều khiển, vi xử lý đang ngày càng phát triển rộng rãi vàthâm nhập ngày càng nhiều vào các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội Tuy nhiên ứngdụng cho các hệ thống nhúng ngày nay không đơn giản chỉ dừng lại ở điều khiển đèn nhấpnháy, đếm số người vào/ra, hiển thị dòng thông báo trên matrix led hay điều khiển ON-OFFcủa động cơ… mà nó ngày càng trở nên phức tạp Và với xu hướng tất yếu này cùng với sựphát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo vi mạch, người ta đã tạo ra những vi điều khiển

có cấu trúc mạnh hơn, đáp ứng thời gian thực tốt hơn, chuẩn hóa hơn so với các vi điềukhiển 8 bit trước đây

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành điện tử, sự phát minh ra cáclinh kiện điện tử đã và đang ngày càng đáp ứng được yêu cầu của các hệ thống Ưu điểmcủa việc sử dụng các linh kiện điện tử làm cho các hệ thống linh hoạt và đa dạng hơn, giáthành thấp hơn và độ chính xác cao hơn

Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trường, chúng em đã được làm quen với các môn học chuyên ngành Để áp dụng lý thuyết với thực tế học kỳ này chúng em được giao đồ án môn học vi điều khiển với yêu cầu “ thiết kế mạch led trái tim nhiều hiệu ứng”

Tuy nhiên do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, tài liệu tham khảo có giới hạn nêncòn xảy ra nhiều sai sót Chúng em rất mong mong thầy và các bạn góp ý bổ sung để bản đồ

án của chúng em được hoàn thiện hơn và giúp chúng em hiểu biết hơn trong quá trình họctập tiếp theo

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

Giới thiệu PIC16F887

Đây là một dòng vi điều khiển khá phổ biến, đầy đủ các chức năng, phù hợp với các ứng dụng cơ bản

Một số đặc điểm của PIC16F887:

Nhà sản xuất : Microchip

Thuộc dòng PIC16 5 Port xuất nhập với 40 chân

35 Pin I/O

Tần số hoạt động tối đa 20Mhz Điện áp hoạt động từ 2.5V-5.5V

Hỗ trợ 8KB flash, 256Byte Internal EEPROM

Có đầy đủ chức năng cần thiết của vi điều khiển: 14kênh ADC 10 Bit, CCP (Capture, Compare, PWM) ,MSSP (UART, SPI, I2C),…

3 Bộ

Timer: Timer 0, Timer 1, Timer 2

Vi điều khiển hang Microchip có rất nhiều chủng loại, tích hợp nhiều chức năng, người dung có thể chọn một vi điểu khiển phù hơp với yêu cầu điều khiển

1) CẤU HÌNH CỦA VI ĐIỂU KHIỂN PIC16F887

Đặc điểm thực thi tốc độ cao CPU RÍC là:

- Có 35 lệnh đơn

- Thời gian thực hiện tất cả các lệnh là 1 chu kì máy, ngoại trừ lệnh rẽ nhánh là 2

- Tốc độ hoạt động: ngõ vào xung tần số clock 20MHz, chu kì lệnh thực hiên lệnh 200ns

- Có nhiều nguồn ngắt

- Có 3 kiểu định địa chỉ trực tiếp, gián tiếp và tưc thời

Cấu trúc đặc biệt của vi điều khiển

o Mạch phát hiên hỏng dao động thạch anh cho các ứng dụng quan trọng

o Có chuyển mạch nguồn xung clock trong quá trình hoạt động để tiết kiểm công suất

- Có chế độ ngủ để tiết kiểm công suất

- Dãy điện áp hoạt động rộng từ 2-5V

- Tầm nhiệt độ làm việc theo chuẩn công nghiệp

- Có mạch reset khi có điện (Power On Reset – POR)

- Có bộ định thời chờ chế độ ổn định điện áp khi mới có điện (Power up Timer _ PWRT) và

bộ định thời chờ dao dộng hoạt động ổn định khi mới cấp điện (Oscillator Start-up Timer- OST)

- Có mạch tự động reset khi phát hiện nguồn điện cấp bị sụt giảm, cho phép lựa chọn bằng phần mềm (Brown out Reset – BOR)

- Có bộ định thời gian giám sát (Watchdog timer – WDT) dung giao động trong chip cho phép bằng phền mềm ( Có thể định thời lên đến 268 giây)

- Đa hợp ngõ vào reset với ngõ vào có điện trở kéo lên

- Có bảo vệ code đã lập trình

- Bộ nhớ Flash cho phép xóa và lập trịnh 100,000 lần

- Bộ nhớ Eeprom cho phép xóa và lập trịnh 1.000.000 lần và có thể tồn tại trên 40 năm

- Cho phép đọc/ghi bộ nhớ chương trình khi mạch hoạt động

- Có tích hợp mạch gỡ rối

Cấu trúc nguồn công suất thấp

- Chế độ chờ: dòng tiêu tán khoảng 50nA, sử dụng nguồn 2V

- Dòng hoạt động:

o 11ηA ở tần số hoạt động 32kHZ, sử dụng nguồn 2V

o 220ηA ở tần số hoạt động 4MHz, sử dụng nguồn 2V.

- Bộ định thời Watchdog Timer khi hoạt động tiêu thụ 1,4ηA, điện áp 2v.

Cấu trúc ngoại vi

- Có 35 chân I/O cho phép lựa chọn hướng độc lập:

o Mỗi ngõ ra có thể nhân/cấp dọng lớn khoảng 25mA nên có thể trực tiếp điều khiển led

o Có các port báo ngắt khi có thay đổi mức logic

o Có các port có điện trở kéo lên bên trong có thể lập trinh,

o Có ngõ vào báo thức khỏi chết động công suất cực thấp

- Có module so sánh tương tự:

o Có 2 bộ so sánh điện tương tự

o Có Modul nguồn điện áp tham chiếu có thể lập trình

o Có ngồn điện áp tham chiếu cố định có giá trị bằng 0,6V

o Có các ngõ vào và các ngõ ra của bộ so sanh điện áp

o Có chế độ chốt SR

- Có bộ chuyển đổi tương tự sang số:

o Có 14 bộ chuyển đổi tương tự với độ phân giải 10 bit

- Có timer0: 8 bit hoạt động định thời/ đếm xung ngoại có bộ chia trước có thể lập trình

- Có timer1:

o 16 bit hoạt động định thời/đếm xung ngoại có bộ chia trước có thể lập trình

o Có ngõ vào cổng của timer1 để có thể điuề khiển timer1 đếm từ tín hiệu bên ngoài

o Có bộ dao động công suất thấp có tần số 32kHz

- Có timer2: 8bit hoạt động định thời với thanh ghi chu kỳ, có bộ chia trước và chia sau

- Có modul capture, compare và điều chế cung PWM+ nâng cao

o Có bộ capture 16 bit có thể đếm được xung với độ phân giải cao nhất là 12,5ns

o Có bộ điều chế xung PWM cới số kênh ngõ ra là 1,2 hoặc 4, có thể lập trình với tần số lớn nhất là 20kHz

o Có ngõ ra PWM điều khiển lái

- Có module capture, compare và điều chế xung PWm

o Có bộ so sanh 16 bit có thể đếm dduwwocj xung với chu kì cao nất là 12,5ns

o CÓ bộ so sánh 16 bit có thể so sánh xung đếm với chu kì lớn nhất là 200ns.

o Có bộ điều chế xung PWm có thể lập trình với tấn số lớn nhất là 20kHz

- Có thể lập trình trên bo ISP thong qua 2 chân

o Có module truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ MSSP hỗ trợ chuẩn truyền 3 dây SPI, chẩn I2C ở

2 chết độ chủ và tớ

Cấu hình của vi điều khiển

2) SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA VI ĐIỂU KHIỂN PIC 16F887

Các khối bên trong vi điều khiển bao gồm:

- Có khối thanh ghi định cấu hình cho vi điều khiển

- Có khối bộ nhớ chương trình có nhiều dung lượng cho 5 lại khác nhau

- Có khối bộ nhớ ngăn xếp 8 cấp (8 level starck)

- CÓ khối bộ nhớ Ram cùng với thanh ghi FSR để tính toán tạo địa chỉ cho 2 cách truy xuất gián tiếp và trực tiếp

- Có thanh ghi lênh(Instruction register) dung để lưu mã lệnh nhận về từ bộ nớ chương trình

- Có thanh ghi bộ đệm chương trình (PC) dung để quản lý địa chỉ của bộ nhớ chương trình

- Có khối ALU cùng với thanh ghi working hay thanh ghi A để xử lý dũ liệu

- Có khối các bộ định thời khi cấp điện PUT, có bộ định thời chờ dao động ổn định, có mạch reset khi có điện, có bộ định thời giám sát watchdog, có mạch reser khi phát giện sụt giảm nguồn

- Có khối giả mã lệnh và điều khiển (Instruction Decode and Control)

- Có khối dao động kết nối với 2 ngõ vào OSC1 và OSC2 để tạo dao động

- Có khối bộ dao động cho timer1 có tần số 32kHz kết nối với 2 ngõ vào T1OSI và T1OSO

- Có khối CCP2 và ECCP

- Có khối mạch gỡ rối (In-Circuit Debugger IDC)

- Có khối timer) với ngõ vào xung đếm từ bên ngoài là TOCKI

- Có khối truyền dữ liệu đồng bộ MSSP cho SPI và I2C

- Có khối bộ nhớ Eeprom 256 buyte và thanh ghi quản lý địa chỉ EEADDR và thanh ghi dữ liệu EEDATA

- Có khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số ADC

- Có khối 2 bộ so sanh với nhiều ngõ vào ra và điện áp tham chiếu

- Có khối các port A,B<C<E và D

ấu trúc bên trong của vi điều khiển

Sơ đồ chân của PIC 16f887

Vi điều khển PIC16F887 loại 40 chân, trong đó các chân đều tích hợp nhiều chức năng, chức năng của từng chân được khảo sát theo port

Nạp chương trình cho PIC: Để nạp được chương trình cho PIC có 2 cách:

- Nạp trực tiếp dùng mạch nạp: Có 2 loại mạch nạp hay được sử dụng đó là PICKIT vàBURNE Mạch nạp Pickit là hàng chính hãng, độ ổn định cao tuy nhiên chỉ nạp được chocác dòng PIC và DSPIC Mạch BurnE thì có thể nạp cho rất nhiều loại khác nhau cả PIC vàAVR Tuy nhiên là hàng việt nam sản xuất, độ ổn định có lẽ không cao bằng

- Nạp qua Bootloader: Có thể tải chương trình Bootloader về và nạp cho Pic 1 lần, sau đó cóthể nạp chương trình qua cổng UART rất tiện lợi Ta nên dùng cách này

2 Phần mềm lập trình

- CCS.

3-Phần mềm hỗ trợ

- Phần mềm nạp chương trình cho PIC ( Mạch nạp Pickit V2)

-Phần mềm nạp chương trình cho PIC (Mạch nạp BurnE)

- Phân mềm mô phỏng Protus

Khối điều khiển trung tâm

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI

1.1Yêu cầu chức năng

1- Nhấp nháy led 10 hiệu ứng

2- Các hiệu ứng thay đổi bằng nút nhấn

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ tổng thể : Khi cho điện áp qua khối nguồn cho viđiều khiển, khi đó chương trình trong vi điều khiển sẽ làm việc,điều khiển các led đơn sángtắt theo chưng trình đã được nạp sẵn.

và gửi đến vi điều khiển đồng thời lúc này vi điều khiển sẽ gán một giá trị tương đương giátrị thời gian thực rồi gửi ra khối hiển thị Lúc này IC ghi dịch trong khối điều khiển sẽ gửitín hiệu đến khối hiển thị Các nút ấn trong khối điều khiển có nhiệm vụ thay đổi các hiệuứng nháy led Khối Reset có nhiệm vụ đưa hệ thống về trạng thái ban đầu

1.4 Kế hoạch thực hiện và phân chia công việc

Ngày 20/10/2017 họp nhóm để phân công kế hoạch làm việc

Kết quả như sau:

- Thành viên Đinh Quang Điệu phụ trách phần code

- Thành viên Nguyễn Văn Đàm phụ trách phần cứng, mô phỏng

- Thành viên Vũ Ngọc Lâm phụ trách chung và kiêm phần báo cáo

- Ngày 21/10/2017 cả 3 thành viên đi mua linh kiện và làm mạch in

Ngày 21/10/2017 hoàn thiện mạch in

Ngày 20/11/2017 nạp code và hoàn thiện sản phẩm

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Khối chức năng khối nguồn

Đây là mạch dùng để tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5V cấp cho khối điều khiển trungtâm sử dụng PIC16F887

Đầu vào là điện áp xoay chiều sau khi được biến đổi qua máy biến thế, đưa vào bộDiode để cho ra dòng điện một chiều ( lúc này điện áp nằm trong khoảng từ 7-10V) Saukhi đi qua IC ổn áp 7805 sẽ tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch

IC ổn áp 7805: đầu vào > 7V đầu ra 5V, 500 mA Mạch ổn áp: cần cho vi điều khiển

vì nếu nguồn cho vi điều khiển không ổn định thì sẽ treo VĐK, không chạy đúng hoặc resetliên tục thậm chí là chết chíp

2.2 khối điểu khiển

Gồm 4 nút ấn: Mode, tăng, giảm, reset Khi 1 nút ấn được tác động làm thay đổi điện

áp trên chân nối với vi điều khiển từ +5V xuống 0V Lúc này vi điều khiển nhận biết được sựthay đổi và làm thay đổi giá trị đầu ra:

- Nút Mode: Để chuyển chế độ chỉnh thời gian

- Nút tăng: Tăng giá trị cần điều chỉnh ++1

- Nút giảm: Giảm giá trị cần điều chỉnh –1

- Reset: Đưa vi điều khiển về trạng thái ban đầu 2.4 khối tại xung giao

động

2.3 khối tại xung dao động

Sơ đồ sử dụng thạch anh nội (hình ảnh minh họa).

2.4 khối hiển thị

Khối hiển thị là các leed đơn màu đỏ, hiển thịc các chế độ đã lập trình

2.5 khối điều khiển trung tâm

*Ta xử dụng chân 11,12,31,32 để cấp nguồn cho vi xử lí pic16f887

* Chân : RB0 -> RB7,RA0 -> RA7, RC0->RC7, RD0 ->RD7 để điều khiển

32 bóng led

* Chân RE1 nối vs công tắc chuyển hiệu ứng

* Chân MCLR nối với nút reset

2.6 Lựa chọn tổng quan về linh kiện

Linh kiện trong đề tài gồm :

* ic 7805

* VĐK PIC16F887

* Led đỏ đục

* Tụ hóa 10uF-25v (capacitor)

Hình ảnh sản phẩm

Các hiệu ứng nhấp nháy led

Hiển thị led đơn

End

CHƯƠNG 3: KÊT LUẬN

Tài liệu tham khảo :

Bài giảng Vi Điều Khiển – Bộ môn Điện Điện tử, ĐH Mỏ Đia Chất

Một số tài liệu khác trên mạng

OUTPUT_B(0X00); OUTPUT_C(0X00);OUTPUT_D(0X00);OUTPUT_A(0X00);DELAY_MS(100);