Khóa luận tốt nghiệp Sư phạm Vật lý: Nghiên cứu - lắp ráp máy đo tần số âm tần hiển thị số

CP1600 là một CPU mạnh nhưng lại yeu về các hoạt động xuất nhập vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào năm 1975 để hỗ trợ cho hoạt động xuất nhập của CP1600.ROM đề chứa mã, mặc dù khái niệ

BO GIÁO DỤC VA ĐÀO TẠO RUONG ĐẠI HỌC SU PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHOA VAT LY

VUONG PHU TAI

NGHIEN CUU LAP RAP

Nganh: SU PHAM VAT LY

Mã số : 102

NGƯỜI HUONG DAN KHOA HỌC:

ThS Phan Thanh Vân

Thành phố Hồ Chí Minh - năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp đại học đối với tôi rất đặc biệt Trong suốt

khoảng thời gian này, tôi đã học được nhiều điều mới rất bỏ ích cho niềm đam mênghiên cứu khoa học của tôi Muốn thực hiện và hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp tôi

nhận được rat nhiều sự giúp đỡ từ gia đình, thay cô, bạn bè Tôi xin chân thành gửi lời

cảm ơn dén

— Gia đình vì đã sinh ra, nuôi nắng và động viên tôi kịp thời

— Thay Phan Thanh Vân đã có những hướng dẫn tận tinh, sâu sát, đôn đốc trong

quá trình hoàn thành luận văn.

— Thay Cao Anh Tuan và thay Trần Đặng Bao An đã tạo điều kiện sử dụng phòng

thí nghiệm hiệu quá để hoàn thành tốt luận văn

— Các thầy cô trong trong hội đồng phản biện đã giúp tôi hoàn thiện, điều chỉnh

luận văn một cách tốt nhất có thé

— Các thay cô trong khoa đã tạo điều kiện thực hiện cho tôi được thực hiện luận

văn.

— Các bạn bé đã động viên, hỗ trợ về mặt tỉnh thần cũng như chuyên môn.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời chúc sức khỏe tới quý thay cô trong khoa Vật Lý và

mong khoa ngày càng phát triển hơn nữa.

2D MPU AM MO ills szassascsascoasseasessasseascoassnasssascsaasseatanes0naseracesesssaas0easecsuesassas¢ens00ass0eas002 19

2.3.2 Ý nghĩa các CHAM o cccsccssesssesseesssesseesseesseesseesesssvsssvensvensvsssvansvansvassvssnvesneeanes 20

2.3.3 Thanh ghi và tổ chức bộ nhớ - 2-22 S2 ©EEZ2EEZ2EEZ2EE22E322ze2xzecvree- 21

2:20 Dapilenh Cla MCD !:isi:istis62g12ã:0531008111551513112511313163158531683863835ã1986339831381988333033888 23

2.3.5 Giao tiếp và nguyên tắc hiền thị ký tự trên LCD 2 c: 25

2.4 Vi điều khiển I6E§&7 - 20:22 2s 2222222111 117210721273 211 2111121072211 11 cv 27

2:4.1.Sơ đồ và tên các khối của L6E887, coi HH 2020022400224022016 27

2.4.2 Sơ đỏ và chức năng của các chân -+- 2+©222222z2E2ZcEEEvrxerrrevrrrcrrec 29

BEF Flip = FLOW tii:t025i15311553013112531555815815539)8835381388511833868138281885838818835394388613835338333336838365888 39

ENG 5 )12::1221122521213221522.52223226122:22212332:032132233232122312212830123403338133122112312933312343333024032210e4 40

2.8.1 Sơ đồ và chức năng các chân của IC 555 22©222-222c222zccczzrrcsrre 40

2.8.2 Sơ đồ khối và nguyên tắc hoạt động của IC555 -5c 4I

2.9 Sơ dé mạch tạo xung vuông dùng 555 và nguyên tắc hoạt động 42

2.10 Nguyên tắc hoạt động mạch đo 1 ăNM 43CHUONG 3: MÔ PHONG - THIẾT KE SƠ DO NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN 45

3.1 Mô phỏng bằng Protes 2-2222 221 2112211121132212222221222110721721121 yec 45

3.2 Mach tao xung dùng 535Š c2 0110010446444486401240368 64880 48

3.2.1 Thiết kế sơ đồ nguyên 19 ecceecscecscecsseessesssesseesseessessvessvesseeeseerenscesneeeneeenes 483(2:2'ThiệtlEễ sR ND cco sassscacasssccxasseasaisesseaaiscrcnassarriasssascecassenssaasscrinesncesasscised 603.3 Mach đo tần SO cccccccccssessessesseescessessscssscssessessesssessnessesseesussecsseessecasesseeseneesscesees 683.4 Thi công mạch in bằng phương pháp ủi thủ công - 2: 55555252sz 52v 70

Spe MEM EMAC Wises ccccssccssccsscecsazessecesscesscarscasszcesseesscesssacssasssaciucatssaaseseessesssesaresssseeas0e% 70

ee NIIRORẨÍ¿-sscrsainintibonnorsupsinigt0021802110058003180500023050610318010903H0040005802G91008E887007518PE 70

SDAA AGP 0i: 666icsi16506002:1120002131100200102.0/43001202010611/143001211180041211131002163311121061111801E27 70

SAA NGÂÏÏ:::‹:::-::=::c2::csc22s20225020255022221125515352503155555855565515535336388488855582588235553858668886885 71 DAS RROSM secossiis6g01166113516551126012351058555515551658184535681.58886853638556849415541ã56688638563358838330854 71

3:4'6 Han MW KIC ssscssscsssssescssssasssaassasssasssassssasscasssasssasssasssecsscosssaascasssoassaaseaascatase 7I

CHƯƠNG4:KÊT QUÁ son cneonooninnooiooiiointiiiiitddiiitiitigiittitlittiitoiisgag0082 72

4.1 Mạch đo tần sỐ 2 2s SH S3 11 9E 121111111 101111111111 7111 1121111121112 21e xe 72

á.1.1 Thực Hanh en Testhboan sss isssissississcssssssssassssssssassesisossssassessssavassveoasssassosaes 72

4.1.2 Mach sau khi gia công và hàn linh kiện - cee ceeeeeeeceeeeeeeeenees 72

4.1.3 Máy đo tan số hoàn chinh - 2-2222 222 EcS222217242722222eE2xerrrcrreg 73

4.2 Mạch tạo xung dùng IC 555 ccciccccccc in nH 1 21141210161448441221066 73

4.2.1 Thực hành trên Testboard và quan sát tín hiệu qua dao động ký điện tử 73

4.2.2 Mạch tạo xung hoàn chỉnh c1 LH SH x1 74

4.3 Do tan số từ mạch phát xung 555 sử dụng máy do tần số 2- 74

4.3.1 Thực hành trên Testboard siscaissa iss sisssasssasssassoasssaivssaasoasseaassaaaaseassvesaveaaeeavaes 74

BS eee qua thie GP HICH srrcsrorasnsemisanmomamnmmenemanamnemineins 754.4 Do tan số từ máy phát xung chuẳn -2- 2-2222 x22EEZEEecvrxcrrrcrree 75

4.5 Kết luận và hướng phát triển - 2222 22+EEz£2Z+tECEEECEE22EEE22AE2EAecrrrcrred 78

4.5.1 KẾt luận 2 222222222222122212 211221122111 111 112111 11171117217210727 1.0, 78ASD Turing Fob ML ss cecsecanecossccssssanszevesassatsesscasiscosaesasneassteassocssstexacsscanseuises 78PHU LUC Ơ5ÖZ7Ơ7Ơ7Ơ7Ơ Ă 79/1085/206)0/79060‹4 25 aa 81

Thứ tự các bịt trên thanh ghi INTCON.

2 18 | Thứ tự các bit trên thanh ahi PIR2 ——

2.19 | Thứ tự các bit trên thanh ghi PCON.

L2 | $0.48 chan cia OAME ca +

Đường đặc tinh OPAMP làm việc ở che độ khóa | 35 |

2, 25 | So do chân của IC555 38

_ 3.5 | Mô phỏng mạch đo tan số đang hoạt độ ——' áo |

_ 3.6 | Mô phòng mạch tạo xung dùng C55 áo |

3 10 Cửa so Select Directory 48

0 oe

Hộp thoại New Project sau khi chọn xong thư myc.

Màn hình chính Capture CIS —_ —T—

Hộp thoại Browse File.

Hộp thoại Place Part.

Mi trí các linh = sau khi sap xếp

3 22 | Dan Footprint cho linh kiện 54

Hi làm điện Project Manager.

Hộp thoại Design Rules Check.

Hộp thoại Create Netlist.

3 28 | Thông báo đường dẫn lưu file thiết kế.

3.29 | Vị trí hai file dre và mnl.

Hộp thoại Auto ECO a]

Hộp thoại Input Layout MAX File.

Chon file MNL đã tạo ở sơ do nguyên lý.

[339 [áp hai Aue BCDieihehuhi 0

ông bi

[335 | Thông báo đã hoàn thành việc xirly 7 7 [L6]

_3.36 | Giao điện Orcad Layout sau khi tạo fle.mx — ' 61 `

Sau khi sap xếp xong linh kiện 62

_3.40 | Khung Layer sau khi chọn xong lớp vẽ machin — 3

[3.41 [Hop thogi Nets Tt

3: 42 Hộp thoại Edit Net

ñ rr Hộ p thoại Nets sau khi điều chỉnh các thông số.

Thông báo đã chạ ÿ đây xong.

Mach in mạch tạo xung dùng IC555 hoàn chính.

Sơ đô nguyên lý mạch đo tân sô.

34g | Mạch i in của mach do tân sô.

oe

Mach do tan số sau khi thi công, hàn linh kiện.

44 | Thực hành trên Testboard.

|_|

| 4.5 | Quan sát tín hiệu mach tạo xung tao ra qua dao động ký.

_46 | Mạch tạo xung sau khi thi cong han linh kiện.

4.9 | Đo tân số từ máy phát xung chấn |B

Đồ thị so sánh tan số đo được của máy đo âm tan và máy phát xung

chuân.

DANH MỤC CÁC BANG

_ 41 'Tânsôtừ0đển5S000H, —¡ 7.

| 43 | Tân sô từ 10.000 đến 15.000Hz, |S

MỞ DAU

1 Lý đo chọn đề tài

Hàng ngày, khi ta thức dậy thì lại có thêm rất nhiều thông tin về công nghệ mới

được cập nhật Da số trong các công nghệ này liên quan đến lĩnh vực điện - điện tử

như máy tính bảng, điện thoại thông minh, Điều này chứng tỏ sự phát triển nhanh và

mạnh của lĩnh vực điện tử là không có giới hạn Do đó, việc học tập và nghiên cứu các

van đẻ liên quan đến điện — điện tử là việc làm hết sức đúng đắn và cần thiết trong thời

đại số hiện nay Đối với sinh viên khoa Vật Lý - Trường Đại học Sư phạm thành phố

Hỗ Chi Minh đã được làm quen với các kiến thức căn bản vẻ linh kiện điện tử, xung, các mạch phát xung thì việc tiếp cận càng phải được quan tâm với mức độ cần thiết Đặc trưng của xung là tần số và chúng ta đã có một vài phương pháp như đo trực tiếp bằng đao động ký điện tử, phương pháp Lissajous Tuy nhiên, các phương pháp đo

trên còn khá phức tạp về thao tác, tính toán Vì vậy, yêu cầu đặt ra là phải có một máy

đo tần số dé có thé xác định và kiểm chứng được tan số âm tan của máy phát xung bat

kỳ một cách đơn giản, phô thông Xuất phát từ yêu cầu đó, tôi quyết định sử dụng vi

điều khién dé thiết kế và lắp ráp may do âm tần hiển thị số.

2 Mục đích đề tài

Lắp ráp được máy đo âm tan và so sánh kết quả của máy đo với tan số do máy

phát xung chuẩn phát ra Qua đó, phục vụ cho công tác giảng dạy phan đo tần số của

máy phát xung.

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu những kiến thức vẻ điện — điện tử, các linh kiện điện tử.

- Nghiên cứu về vi điều khién về cau trúc phan cứng cách lập trình; và LCD về

FS 4 ⁄ »f

câu tric, cách giao tiếp.

- Thiết kẻ, chế tạo, giới thiệu nguyên lý hoạt động của máy phát xung dùng IC

555 và máy do âm tan.

- So sánh tan số của máy do âm tan với tần số của máy phát xung chuẩn và rút

ra kết luận.

4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vỉ nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

- Kiến thức cơ bản về điện - điện tử, vi điều khiến

- Thiết kế và chế tạo mạch điện tử.

- Lý thuyết đo tần số của máy phát

Pham vi nghiên cứu

- Máy phát xung dùng IC 555.

- Máy đo âm tan hiện thị số trên LCD sử dụng vi điều khiên PIC 16F887

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

Tìm hiểu kiến thức căn ban về điện — điện tử Xác định và tìm hiểu các linh

kiện phục vụ cho dé tài về cầu tạo, nguyên lý hoạt động Thiết kế mach in, chế tạomạch điện tử Ứng dụng thiết bị vừa chế tạo để đo đạc lấy số liệu thực nghiệm Rút rakết luận

6 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Đọc, nghiên cứu kỹ các cơ sở lý thuyết vềmạch điện, quá trình thiết kế mạch điện, vi điều khién, cách đo tần số

Phương pháp chuyên gia: tiền hành lay ý kiến, ghi chép chu đáo của giảng viên, các bạn đẻ xây dựng sơ 46 nguyên lý và mạch in chính xác, phù hợp.

Phương pháp thực nghiệm khoa học: Kiém tra cau tạo và hoạt động của mạch trên phần mềm mô phỏng Protues, Test board Sửa chữa các sai sót, tối ưu hóa mạch

điện dé vẽ và thiết kế mach in

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE PIC

Chương nay sẽ trình bay những kiến thức cơ ban, phô thông nhất về PIC và viđiều khiển 16F887 PIC nói chung hay vi điều khiến nói riêng và thậm chí LCD được

dé cập ở chương sau đều là các linh kiện số nên muốn làm việc với nó thì ta phải nắm

được ngôn ngữ của chúng Do đó, đầu tiên chương này sẽ điểm qua một số hệ thông

số, cách chuyên đôi giữa chúng Tiếp theo, tôi sẽ trình bày vẻ PIC và cụ thé hóa bằng

vi điều khiên 16F887

1.1 Các hệ thống số

— Hệ thống số là tập hợp các ký tự và mối quan hệ giữa các ký tự đỏ dé biểu diễn

các sé.

~_ Trong cuộc sóng hàng ngày, ta đã quen với việc sử dụng hệ thong số thập phân

Tuy nhiên, trong các thiết bị số nói chung, thường sử dụng hệ nhị phân (binary)

hệ bát phân (octan), hệ thập lục phân (hexadecimal) Các hệ thong số khác nhau

được phân biệt bằng cơ số của hệ Cơ số của một hệ thống số là số ký tự phầnbiệt dé biểu diễn sé trong hệ đó Vi dụ trong hệ thập phân có 10 ký tự phân biệt

0, 1, 2, 3, , 9; còn trong hệ nhị phan chỉ có hai ký tự phân biệt là 0 và 1 [6].

— Người ta có thé biéu diễn bat kỳ một số § nào trong hệ thống cơ số A theo đa

thức khai triển sau đây:

(S)a=C¿A?+Caạ_¡A" + + CA 2+C ¡AT+ +C xÁA "(L1)

— Các hệ thống số đếm được phân làm hai loại là loại có trọng số (như hệ thập

phan, hệ nhị phân v.v ) và loại không có trọng số (như hệ nhị phân quá 3 hệ nhị

phân Gray, ).

— Trong số của một hệ đếm đặc trưng cho vị trí của ký tự đó nằm trong dãy ký tự

biểu diễn cho một con số trong hệ đó Trong hệ thức (I.1) va (I.2) các hệ số A,chính là các trọng só, với ¡ là vị trí của ký tự C; trong dãy số

> Đề chuyên đôi một số trong hệ thập phân sang hệ thống số khác (cơ số A) phải

thực hiện các bước sau:

— Lấy phần nguyên chia cho cơ số A, ghi lại số du Dem kết quả của phép chia

(thương số) tiếp tục chia cho cơ số A Cứ thực hiện như vậy cho đến khi kết qua

phép chia nhỏ hơn cơ số A Phần nguyên trong hệ cơ số A sẽ là tập hợp các số

du của phép chia , trong đó sé dư đầu tiên có trọng số nhỏ nhất

— Lấy phan thập phân nhân cho cơ số A, ghi lại phan nguyên Phần thập phân còn

lại tiếp tục nhân cho cơ số A Cứ tiếp tục như vậy cho đến độ chính xác mà tamuốn Phần thập phân trong hệ cơ số A sẽ là tập hợp các phần nguyên của phépnhân trong đó số đầu tiên có trọng số lớn nhất

> Đề đổi từ hệ nhị phân sang hệ bát phân, trước hết phải gom các số thành nhóm có

ba chữ sé, tính từ dấu cham phân cách phần nguyên và phan thập phân Mỗi

nhóm này được thay thé bang một chữ số hệ bát phân theo bảng mã.

> Để doi từ hệ nhị phân sang hệ thập lục phân, trước hết phải gom các số thành

nhóm có bốn chữ số, tính từ đấu chấm phân cách phần nguyên và phần thậpphân Mỗi nhóm này được thay thé bằng một chữ số hệ thập lục phân theo bảng

ma.

1.2 Ma va ma ASCII

1.2.1 Khai niém vé ma

Mã là một quy tắc ký hiệu đặt ra dé biểu dién các thông tin Một mã gồm một

số hữu hạn các từ mã Mỗi từ mã có một ký hiệu xác định và được gán biêu diễn cho

một thông tin [1].

Trong kỹ thuật số, dạng mã thông dụng là mã nhị phân Mỗi từ mã của mã nhị

phân là một dãy liên tiếp các số hạng, mỗi số hạng chỉ có thê biểu diễn bằng hai số 0

hay 1, gọi là bit Như vậy, một mã nhị phân có độ dài n bit, sẽ có 2° tô hợp khác nhau

và có thê biểu diễn cho 2° thông tin Việc gắn mỗi từ mã biêu diễn cho từng thông tin

xác định gọi là mã hóa Việc làm ngược lại gọi là giải mã.

1.2.2 Mã ký tu ASCII

Mã ASCH (viết tắt của American Standard Code for International Interchange —

Mã chuẩn của Mỹ dùng cho trao đổi thông tin) là một mã nhị phân 7 bit thông dụng

dé mã hóa các ký tự trong xử lý văn bản (các chữ cai, chữ số các dấu ?, !, >, < ) Số

ký tự tôi đa có thể mã hóa là 2” = 128 ký tự từ 0 đến 127 Trong bảng mã ACH mở

rộng người ta bô sung thêm 128 ký tự đặc biệt với mã từ 128 đến 255 [4]

Ví dụ mã ASCII của ‘A’ là 65, của ‘a’ là 97.

1.3 Sơ lược về PIC

1.3.1 Sơ lược lịch sử phát triển

PIC là một họ vi điều khiến RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology Thể hệ PIC dau tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics

Division thuộc General — Instrument PIC là viết tắt của “Programmable Intelligent

Computer” là một san pham của hãng General Instrument đặt cho ddng sản pham dautiên là PIC1650 Thời điểm đó PIC1650 được dùng dé giao tiếp với các thiết bị ngoại

vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với cái tên "Peripheral

Interface Controller" — bộ điều khiến giao tiếp ngoại vi

CP1600 là một CPU mạnh nhưng lại yeu về các hoạt động xuất nhập vì vậy PIC

8-bit được phát triển vào năm 1975 để hỗ trợ cho hoạt động xuất nhập của CP1600.ROM đề chứa mã, mặc dù khái niệm RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng

PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh với một chu kỳ may — gồm 4 chu kỳ của bộ dao động.

Năm 1985 General Instruments ban công nghệ các vi điện tử của họ và chủ sở

hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án - lúc đó đã quá lỗi thời Tuy nhiên PIC được bổ

sung EEPROM đề tạo thành một bộ điều khién vào ra lập trình

Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại

vi tích hợp săn (như USART, PWM, ADC ), với bộ nhớ chương trình từ 512 Word

đến 32K Word

1.3.2 Một số đặc tính chung của vi điều khiển PIC

Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng nhưng

chúng ta có thê điểm qua một vài nét như sau:

> Là CPU 8/16 bit, xây dựng theo kiến trúc Harvard.

> Có bộ nhớ Flash và ROM có thé tuỳ chon từ 256 byte đến 256 Kbyte.

> Có các công xuất — nhập (I/O ports).

> Có timer 8/16 bit.

> Có các chuân giao tiếp nỗi tiếp đồng bộ/không đồng bộ USART.

> Có các bộ chuyên đổi ADC 10/12 bit.

> Có các bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators).

> Có các khối Capture/Compare/PWM.

> Có hỗ trợ giao tiếp LCD.

> Có MSSP Peripheral dùng cho các giao tiếp PC, SPI, và PS.

> Có bộ nhớ nội EEPROM - có thê ghi/xoá lên tới | triệu lần.

> Có khối điều khién động cơ, đọc encoder.

Xí

y

15

Có hỗ trợ giao tiếp USB.

Có hỗ trợ điều khién Ethernet

Có hỗ trợ giao tiếp CAN

Đặc điềm thực thi tốc độ cao CPU RISC của họ vi điều khiển PICI6F8XX là:

Dung lượng của bộ nhớ chương trình Flash là §Kx 14words.

Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu RAM là 368x8bytes.

Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu EEPROM là 256x§ bytes.

1.3.2.1 Các đặc tính ngoại vi

`

`

TimerO: là bộ định thời timer/counter 8 bit có bộ chia trước,

Timerl: là bộ định thời timer/counter 16 bit có bộ chia trước, có thé đếm khi

CPU đang ở trong chế độ ngủ với nguồn xung từ thạch anh hoặc nguồn xung

bên ngoài.

Timer2: bộ định thời timer/counter 8 bit với thanh ghi 8-bit, chia trước và bộ

chia sau,

Hai khôi Capture, Compare, PWM.

— Capture có độ rộng 16-bit, độ phân giải 12.5ns.

— Compare có độ rộng 16-bit, độ phân giải 200ns.

~_ Độ phân giải lớn nhất của PWM là 10-bit.

Có kênh chuyền đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ADC 10-bit

Có reset BOR (Brown — Out Reset).

`

> Khối so sánh điện áp tương tự:

— Hai bộ so sánh tương tự.

— Khối tạo điện áp chuẩn VREF tích hợp bên trong có thẻ lập trình

— Da hợp ngõ vào lập trình từ ngõ vào của CPU với điện áp chuân bên trong.

~ Các ngõ ra của bộ so sánh có thé truy xuất từ bên ngoài

1.3.2.3 Các đặc tính đặc biệt của vi điều khiển

> Bộ nhớ chương trình Enhanced Flash cho phép xóa và ghi 100.000 lần.

> Bộ nhớ dữ liệu EEPROM cho phép xóa và ghi 1.000.000 lần.

> Bộ nhớ EEPROM có thé lưu giữ dữ liệu hơn 40 năm và có thé tự lập trình lại.

> Mạch lập trình nỗi tiếp ISP thông qua 2 chân (In - Circuit Serial Programming).

Nguồn sử dung là nguồn đơn SV cấp cho mach lập trình nối tiếp.

Ví

> Có Watchdog Timer (WDT) với bộ dao động RC tích hợp trên Chip.

Có thê lập trình mã bảo mật.

Vv

> Có thé hoạt động ở chế độ ngủ đẻ tiết kiệm năng lượng.

Có thê lựa chọn bộ dao động.

M4

> Có mạch điện sỡ rồi ICD (In-Circuit Debug).

1.3.2.4 Chế tạo theo công nghệ CMOS

Có các đặc tính: công suất thấp, công nghệ bộ nhớ Flash/EEPROM tốc độ cao

Điện áp hoạt động từ 2V đến 5,5V và tiêu tốn năng lượng thấp Phù hợp với nhiệt độ

làm việc trong công nghiệp và thương mại.

CHƯƠNG 2: MỘT SÓ LINH KIỆN LIÊN QUAN

-NGUYEN TÁC HOẠT ĐỘNG MACH 555 VÀ

MACH DO TAN SỐ

Trong chương này sẽ trình bày một số linh kiện liên quan đến việc thiết kế máy

do âm tan và mạch tạo xung sử dung IC 555 Dé sử dụng đúng chức năng của linh

kiện, chương nảy sẽ trình bày rõ vẻ cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của chúng Trên sơ

sở nắm vững những kiến thức đó, chúng ta sẽ tìm hiểu về sơ đồ nguyên lý hoạt động

mach tạo xung sử dung IC 555 và may đo âm tan.

2.1 IC 78XX

Ngày nay, các vi mach ôn áp DC tuyến tinh được sử dung rat rộng rãi do những

ưu điểm của chúng như: tích hợp toàn bộ linh kiện trong một vỏ kích thước bé khôngcần sử dụng hay chỉ sử dụng thêm một vài linh kiện ngoài để tạo mạh hoàn chỉnh,

mạch bảo vệ quá dòng và quá nhiệt có sẵn trong vi mạch Một trong những vi mach

ồn áp DC tuyển tính thông dụng là họ vi mạch 78XX ồn áp dương (tức tạo điện thể

đầu ra dương) và 79XX én áp âm (tức tạo điện thé đầu ra âm) có ba chân Tùy theohình dạng vỏ ngoài mà các IC ồn áp có thé cung cấp dong từ 100 mA đến I A và chođiện áp ra cô định ở nhiêu giá trị khác nhau tương ứng với mã số [7]

Bang 2.1: Giá trị điện áp ra của một số họ IC 7SXX và 79XX

Mã so Điện áp ra (V) a Điện áp ra (V)

7805 5

Cách xác định chân của họ 7§XX như hình 2.1.

Hình 2.1; Thứ tự chân của ho IC 7SXX.

78XX là họ IC dùng dé tạo điện áp đương dau ra Tùy theo IC78XX mà nó cóđiện áp đầu ra là bao nhiêu IC 78XX có 3 chân như hình trên:

> 1: Input la chân đưa điện áp vào

> 2 GND là chân nỗi masse.

> 3 Output là chan đưa điện áp ra.

Khi mắc vào mạch, IC thường được mắc như sau

Hình 2.2: Sơ đồ mạch IC78XX

Trong mạch trên, tụ C; được thêm vào khi vi mach dat xa nguồn chỉnh lưu và

có tác dụng lọc (khi nguồn DC chưa ôn định) dé ôn định điện áp ngõ vào; Cy có tác

dụng lọc nhiễu cao tần Điện áp ngõ vào tối thiêu phải cao hơn điện áp ngõ ra 3V dé vi

mạch vẫn hoạt động tốt.

Khi lắp IC vào mach thì nên gắn thêm một để tản nhiệt bằng nhôm dé IC bớtnóng khi làm việc và tăng tudi thọ Ngoài ra, nếu như nguồn cấp là 12VDC và mạch

cần sử dụng nguồn SVDC thì trên lý thuyết ta có thé sử đụng trực tiếp IC7§05 đề hạ

xuống điện áp SVDC Tuy nhiên, thực tế thì sẽ khiến cho IC7805 khá nóng khi phảilàm việc lâu và giảm hiệu suất làm việc Vì vậy, trong mạch đo tần số sử dụng 2 loại

IC là 7805 và 7809 nhăm tránh hiện tượng trên.

2.2 Thạch anh

Tinh thé thạch anh là loại đá trong mở trong thiên nhiên, có thành phan cau tạo

là Silic dioxit (SiO;) Thạch anh dùng trong mạch dao động là một lát mỏng được cất

ra từ tinh thé Tùy theo mặt cắt mà lát thạch anh có đặc tính khác nhau Lat thạch anh

có diện tích từ nhỏ hơn lcm” đến vài cm” được mài rất mỏng phẳng (vài mm) và 2

mặt thật song song với nhau Hai mặt này được ma kim loại và nối chân ra ngoài dé dé

sử dụng [3].

Hình 2.3: Hình dạng thạch anh sau khi gia công dùng trong các mạch điện tử.

Ký hiệu cua thạch anh trong mạch điện | L =

Đặc tính của tỉnh thể thạch anh là tính áp điện (piezoelectric effect) Tức là khi ta áp một lực vào hai mặt của lát thạch anh (nén và kéo din) thi sẽ xuất hiện

một điện thể xoay chiều giữa hai mặt Ngược lại, dưới tác dụng của một điện thể xoay

chiều, lát thạch anh sẽ rung ở một tần số không đổi và như vậy tạo ra một điện thế

xoay chiêu có tần số không đôi Tần số đao động của lát thạch anh tùy thuộc vào kíchthước của nó đặc biệt là độ dày, mặt cắt Khi nhiệt độ thay đôi, tần số rung của thạchanh cũng thay đổi theo nhưng vẫn có độ ôn định tốt hơn rat nhiều so với các mạch dao

động không dùng thạch anh (tần số dao động gần như chỉ tùy thuộc vào thạch anh mà

không lệ thuộc mạch ngoài).

2.3LCD

2.3.1 Phân loại

Có thé chia LCD [4] làm hai loại chính như sau:

> Text LCD (loại hiện thị ký tự) có một vài kích cỡ như sau: l6xI (16 ky tux 1

dong); 16x2 (16 ký tự x 2 dòng); 16x4 (16 ký tự x 4 dong); 20x1 (20 ký tự x 1

dong); 20x4 (20 ký tự x 4 dong);

> Graphic LCD (loại hiển thị đồ họa) đen trắng hoặc màu, có một vài kích cỡ như

sau; 1,47 inch (128x128 điểm anh); 1,8 inch (128x160 điểm ảnh); 2 inch (176x220

điểm anh); 2.2 inch (240x320 diém ảnh): 3,5 inch (320x240 điềm ảnh:

Dưới day ta sẽ khảo sát kỹ hơn về Text LCD.

2.3.2 Ý nghĩa các chân

Text LCD [4] là các loại màn hình tinh thé long nho dung dé hién thi các dòng

chữ hoặc số trong bảng mã ASCIL Không giống các loại LCD lớn, Text LCD đượcchia sẵn thành từng 6 và ứng với mỗi 6 chỉ có thê hiền thị một ký tự ASCII Vì thế nên

loại LCD này được gọi là Text LCD Mỗi ô của Text LCD bao gôm các “cham” tinh

thé lỏng, việc kết hợp “an” và “hiện” các cham này sẽ tạo thành một ký tự cần hién thị

Trong các Text LCD, các mẫu ký tự được định nghĩa sẵn Hình 2.4 là một ví dụ Text

LCD 16x2.

LCD 16x2 điều khién bởi chip HD44780U của hang Hitachi HD44780U là bộ

điều khiển cho các Text LCD dang ma trận điểm (dot-matrix), chip này có thé được

dùng cho các LCD có 1 hoặc 2 dòng hiển thị HD44780U có 2 mode giao tiếp là 4 bit

và 8 bit Nó chứa sẵn 208 ký tự mẫu kích thước font 5x8 và 32 ký tự mẫu font 5x10

(tông cộng là 240 ký tự mẫu khác nhau).

Các Text LCD theo chuan HD44780U thường có 16 chân trong đó 14 chân kết

nối với bộ điều khiến và 2 chân nguồn cho “dén LED nén” Thứ tự các chân thườngđược sắp xếp như trong bảng 2.2

2.3.3 Thanh ghi và tô chức bộ nhớ

HD44780U có 2 thanh ghi 8 bits là INSTRUCTION REGISTER (IR) và DATA

REGISTER (DR) Thanh ghi IR chứa mã lệnh điều khiển LCD và là thanh ghi “chi ghi” (chỉ có thê ghi vào thanh ghi này ma không đọc được nó) Thanh ghi DR chứa các

các loại dữ liệu như ký tự cần hiển thị hoặc dir liệu đọc ra từ bộ nhớ LCD Ca 2 thanh

ghi đều được nói với các đường dữ liệu D0:7 của Text LCD va được lựa chọn tùy theo

các chân điều khiến RS, RW Thực tế dé điều khién Text LCD chúng ta không can

quan tâm đến cách thức hoạt động của 2 thanh ghi nay, vì thé cũng không can khảo sát chi tiết chúng.

HD44780U có 3 loại bộ nhớ đó là bộ nhớ RAM dữ liệu cần hiện thị DDRAM

(Didplay Data RAM), bộ nhớ chứa ROM chứa bộ font tạo ra ký tự CGROM

(Character Generator ROM) và bộ nhớ RAM chúa bộ font tạo ra các symbol tùy chọn

CGRAM (Character Generator RAM) Đề điều khién hiện thị Text LCD chúng ta can hiéu tô chức và cách thức hoạt động của các bộ nhớ này.

2.3.3.1 DDRA.M

DDRAM là bộ nhớ tạm chứa các ký tự cần hién thị lên LCD, bộ nhớ này gdm

có 80 ô được chia thành 2 hang, mỗi ô có độ rong 8 bit và được đánh số từ 0 đến 39

cho dòng 1; từ 64 đến 103 cho dòng 2 Mỗi ô nhớ tương ứng với 1 6 trên man hình LCD Như chúng ta biết LCD loại 16x2 có thé hiển thị tối đa 32 ký tự (có 32 6 hiển

thi), vì thế có một số 6 nhớ của DDRAM không được sử dụng làm các ô hiển thị Dé

hiệu rõ hơn chúng ta tham khảo hình bên dưới.

LCD DDRAM

¡ñ=B11533155351B5B51B51

1ï 11 MOO MO SMMC oC SSE El

Hình 2.5: Thứ tự các 6 nhớ trên DDRAM.

Chỉ có 16 ô nhớ có địa chỉ từ 0 đến 15 và 16 6 địa chỉ từ 64 đến 79 là được hiển

thị trên LCD Vì thế muốn hiên thị một ký tự nao đó trên LCD chúng ta cần viết ký tự

đó vào DDRAM ở | trong 32 địa chỉ trên Các ký tự nằm ngoài 32 ô nhớ trên sẽ khôngđược hiển thị, tuy nhiên vẫn không bị mất đi, chúng có thể được dùng cho các mụcđích khác nếu cần thiết

2.3.3.2 CGROM

CGROM là vùng nhớ cố định chứa định nghĩa font cho các ký tự Chúng ta

không trực tiếp truy xuất vùng nhớ này mà chip HD44780U sẽ tự thực hiện khi có yêu cau đọc font dé hiện thị Một điều đáng lưu ý là địa chỉ font của mỗi ký tự vùng nhớ

CGROM chính là mã ASCII của ký tự đó Ví dụ ký tự 'a` có mã ASCH là 97, tham

khảo tổ chức của vùng nhớ CGROM trong hình 4 bạn sẽ nhận thấy địa chỉ font của ‘a’

có 4 bit thấp là 0001 và 4 bit cao là 0110, địa chỉ tống hợp là 01100001 = 97

CGROM và DDRAM được tự động phối hợp trong quá trình hiện thị của LCD.

Giả sử chúng ta muốn hiển thị ký tự ‘a’ tại vị trí đầu tiên, đòng thứ 2 của LCD thì cácbước thực hiện sẽ như sau: trước hết chúng ta biết rằng vị trí đầu tiên của dòng 2 có

địa chỉ là 64 trong bộ nhớ DDRAM, vì thế chúng ta sé ghi vào 6 nhớ có địa chỉ 64 một

giá trị là 97 (ma ASCII của ký tự ‘a’) Tiếp theo, chip HD44780U đọc giá trị 97 này và

coi như là địa chỉ của vùng nhớ CGROM, nó sẽ tìm đến vùng nhớ CGROM có địa chỉ

97 và đọc bang font đã được định nghĩa sẵn ở đây, sau đó xuất bản font này ra các

“cham” trên màn hình LCD tai vị trí đầu tiên của dòng 2 trên LCD Đây chính là cách

mà 2 bộ nhớ DDRAM và CGROM phối hợp với nhau để hiển thị các ký tự Như mô

tả, công việc của người lập trình điều khiển LCD tương đối đơn giản, đó là viết mã

ASCII vào bộ nhớ DDRAM tại đúng vị trí được yêu cầu, bước tiếp theo sẽ do

HD44780U đảm nhiệm.

2.3.3.3 CGRAM

CGRAM là vùng nhớ chửa các symbol do người dùng tự định nghĩa, mỗi

symbol được có kích thước 5x8 và được đành cho 8 6 nhớ 8 bit Các symbol thường

được định nghĩa trước va được gọi hiển thị khi can thiết Vùng này có tất cả 64 ô nhớnên có tối đa 8 symbol có thé được định nghĩa

dich hiện thị

(S).

Bat/Tat hién thi con trỏ;

Bat/tat chế độnhập nháycủa con trỏ.

Các bit viết tắt trong mã lệnh được nêu rõ trong bảng 2.4

Bảng 2.4: Các bit viết tắt và mô tả

SiC 0 = Di chuyền con tro 1 = Dịch chuyên hiền thị.

R/L 0= Dịch trái | = Dịch phải.

an lheffad-maim—— 1 = Chế độ 8 — bit dữ liệu.

N 1 dong 2 dòng.

BF 0 = Không bận 1 = Dang bận.

2.3.5 Giao tiếp và nguyên tắc hién thị ký tự trên LCD

LCD có hai mode giao tiếp là 4 bit và 8 bit Ta sẽ lần lượt tìm hiểu về cách sử dụng cũng như ưu - nhược điểm của hai mode này.

- Mode 8 bit: Dé sử dung mode 8 bit, tat cả các lines dữ liệu của LCD từ DO

đến D7 (từ chân 7 đến chân 14) phái được nối với một PORT (gồm 8 chân) của vi điều

khiển bên ngoài Ưu điểm của phương pháp giao tiếp này là dữ liệu được ghi và đọc

rat nhanh và đơn gián vì chip điều khiến chi cần xuất hoặc nhận dữ liệu trên 1 PORT

Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là tông số chân dành cho giao tiếp LCD

quá nhiều, nếu tính luôn cả 3 chân điều khiến thì cần đến 11 đường cho giao tiếp LCD.

- Mode 4 bit: LCD cho phép giao tiếp với bộ điều khiên ngoài theo chế độ 4

bit Trong chế độ này, các chân DO, D1, D2 và D3 của LCD không được sử dụng (đẻ

trông), chỉ có 4 chân từ D4 đến D7 được kết nỗi với vi điều khiển bên ngoài Cácinstruction va data 8 bit sẽ được ghi và đọc bằng cách chia thành 2 phần, gọi là cácnibbles, mỗi nibble gồm 4 bit và được giao tiếp thông qua 4 chân D7:4, nibble caođược xử lí trước và nibble thấp sau Ưu điểm lớn nhất của phương pháp nảy tối thiểu

số lines dùng cho giao tiếp LCD, nếu tính luôn cả 3 chân điều khiển thi chỉ cần 7

đường cho giao tiếp LCD Tuy nhiên, việc đọc và ghi từng nibble tương đối khó khăn

hơn đọc và ghi đữ liệu 8 bit.

Hình 2.6 là hình ảnh cách mắc LCD theo mode giao tiếp 4 bit Trong đó, các

chân từ D4 đến D7 được mắc vào 4 chân thuộc | PORT của vi điều khiển Chan VSS

nói đất, VDD nối với nguồn 5V, VEE nỗi chân chạy của biến trở hạn dong nhằm điều

chính độ tương phản của LCD.

Hình 2.6: Cách mắc LCD theo kiểu giao tiếp 4 bit.

Trinh tự giao tiếp với LCD mode 4 bit được mô tả bằng sơ đồ hình 2.7

Đề sử dụng LCD chúng ta cần khởi động LCD, sau khi được khởi động LCD đãsẵn sảng để hiến thị Quá trình khởi động chỉ cần thực hiện một lần ở đầu chươngtrình Trong code giao tiếp với LCD quá trình khởi động được viết trong một chương

trình con tên LCD_Init, khởi động LCD thường bao gồm xác lập cách giao tiếp, kích

thước font, số dòng LCD (Function set), cho phép hiển thị LCD, Cursor

home (Display control), chế độ hiển thị tăng/giảm, shift (Entry mode set) Các thủ

tục khác như xóa LCD, viết ký tự lên LCD, di chuyên con trỏ được sử dụng liên tục

trong quá trình hiện thị LCD và sẽ được trình bày trong các đoạn chương trình con

riéng.

Chú ý: Mỗi khi thực hiện ghi lệnh hay dữ liệu hiện thị lên LCD đều phải kiểm tra cờ bận Sở di xuất hiện vấn dé này là đo trong một khoảng thời gian LCD chỉ có thé

thực hiện được một nhiệm vụ như xóa hay ghi dữ liệu Tuy nhiên có một s6 loai LCD

không cho phép kiểm tra cờ bận vì thé nên ta phải chủ động trong việc lập trình trong

việc phân phối thời gian khi ra lệnh cho LCD Ví dụ như khi thực hiện lệnh xóa màn

hình thì phải chờ 2 ms rồi mới thực hiện lệnh mới vì thời gian thực hiện lệnh xóa mànhình là 1,64 ms.

2.4 Vi điều khiển 16F887

2.4.1 Sơ đồ và tên các khối của 16F88§7

ans Reference -Etcver

DDD XD DOD DDG XDS XIX EDD

cernn

-ti1111373333 8 | 9888393

58558

Nete 1: PCIGFES ony.

Hình 2.8: Sơ đồ khối của PIC 16F887

> Khối ALU - Arithmetic Logic Unit

> Khối bộ nhớ chứa chương trình — Flash Program Memory

> Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EEPROM - Data EEPROM

thời ôn định dao động khi có điện khối định thời giám sát, khối reset khi sụt

giám nguồn, khối gỡ rối

Khối ngoại vi timer TO, T1,T2

> Khối tạo điện áp tham chiếu.

> Khối các port xuất nhập

2.4.2 Sơ đồ và chức năng của các chân

RB1/AN10/C12IN3-RE0/ANS ~——~[|8 & 33] ——+ RB0/AN12/INT

RE1/AN6 =——-[]o 32E]~—— Voo

Port A: Port A (RAO đến RA7) có số chân từ chân số 2 đến chân số 7 và chân

số 13, 14 Port A bao gồm 8 chân VO (vào/ra dữ liệu) Day là các chân "haichiều” (bidirectional pin), nghĩa là có thé xuất và nhập được Chức năng I/O

này được điều khiến bởi thanh ghi TRISA (địa chi 85h) Đặc biệt, Port A có hai

chân 13 và 14 dùng đề nối với thạch anh đề tạo bộ dao động ngoại hay có thê

được sử dụng đẻ tạo dao động nội RC.

Port B: Port B (RB0 đến RB7) có số chân từ chân số 33 đến chân số 40 Port B

gồm 8 chân I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB Bên cạnh

đó một số chân của Port B còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trìnhcho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau Port B còn liên quan đến ngắt

ngoại vi và bộ Timer0 Ngoài ra nó còn được tích hợp chức năng điện trở kéo

lên (pull — up) được điều khiển bởi chương trình

Port C: Port C (RCO đến RC7) có số chân từ chân số 15 đến chân số 18 vàchân số 23 đến chân số 26 Port C gồm 8 chân I/O Thanh ghi điều khiển xuất

nhập tương ứng là TRISC Bên cạnh đó Port C còn chứa các chân chức năng

của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ PWM va các chuẩn giao tiếp nói tiếp I2C, SPI,

SSP USART

Port D: Port D (RDO đến RD7) có số chân từ chân số 19 đến chân số 22 và

chân số 27 đến chân số 30 Port (RPD) gôm 8 chân I/O, thanh ghi điều khién

xuất nhập tương ứng là TRISD Port D còn là công xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave Port).

Port E: Port E (REO đến RE3) có số chân từ chân số 8 đến 10 va chân số 1

Port E gôm 3 chân I/O (từ REO đến RE2) và một chân chỉ nhập (RE3) Thanh

ghi điều khién xuất nhập tương ứng là TRISE Các chân của Port E có ngõ vào

analog Bên cạnh đó Port E còn là các chân điều khién của chuẩn giao tiếp PSP Đặc biệt, chân số 1 (RE3) hay còn gọi là Master Clear dùng dé Reset vi điều khién với điện trở kéo nội.

Chân 12 và 31 dùng dé nối dat.

Chân I1 và 31 dùng dé cấp nguồn cho vi điều khiển hoạt động [8].

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiến PICI6F8§7 là bộ nhớ Flash, dung lượng

bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân chia làm nhiều trang ( từ page 0 đến 3) Nhở vậy bộ nhớ chương trình có kha năng chứa được 8*1024=8192 câu lệnh (vì

một lệnh sau khi mã hoá sé có dung lượng | word (14 bid).

Dé mã hóa được địa chỉ của 8K bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình có

dung lượng 13 bit Khi vi điều khiển được Reset, bộ đếm chương trình chi đến địa chỉ

0004h (Interrupt vector) Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không

được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình.

Bảng bộ nhớ chương trình và các ngăn xếp

Hình 2.10: Bộ nhớ chương trình và các ngăn xếp

2.4.3.2 Bộ nhớ dữ liệu (Data memory)

Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank Đối

với PICI6F887 bộ nhớ dit liệu chia làm 4 bank Mỗi bank có dung lượng 128 byte,

bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm ởcác vùng địa chỉ thấp va các thanh ghí mục đích chung GPR (General Purpose

Register) nằm ở các vùng địa chỉ còn lại trong bank Các thanh ghi SFG thường xuyên

được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cả các bank của bộ đếm

di liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương

trình Sơ đô cụ thé của bộ nhớ dữ liệu PIC16F8§7 như hình 2.11

Fia File Fia Fila

Address Adress ^A2dmsx ^ddess

kdredt odor €0n [Indirect acd 80h [Indhect oder 10h 180

TMR0 otn [OPTON REG| B1h TMRO 101h 181m

POL tên PCL ban PCL 12h 182", STATUS oh STATUS 8m STATUS 103h 183 FSR O4n FER 842 FSR 104n 184m, PORTA 06h TRA 85 WOTCON 108h 185%

|

PORTS 0@ TRISS điên PORTE 16h 186

PORTS 07m TRISC 87h CMICONO | 107n 187

Poarpl eh TRIsOllï Bên CM2CONG 16h 188"

PORTE 08" TR/SE 8sh CM2OON+ 108P, 188", PCLATH An PCLATH aa PCLATH 104n 1RÁh NTCON 08h INTCON | 88h INTCON 10En 88h

Pu och PIE1 &Ch EEDAT 10Ch 1BCh

|

Pa 00h PE2 | $Oh EEADR 10Dh 180h

TM 0Eh PCON tên EEOATH 10Eh 18Eh

TI4AR1H 0Eh CECCON | #n EEAORH 16h 18Fh

TICON 10h OSCTUNE | 90m 110h 190,

TMR2 11h SSPCON2 91h 111Ð 1910.

T2CON 12h PRE Ì đn 1125 192"

SSPRUF 13h SSPADD Se tin 19»

SSPCON 1êh SSPSTAT 84h tiên 198

CCPRIL +m WPUB Ea 11 195 COPRIH 1 ICCB 980 Germs 116 196%

OCP1CON 37m VRCON 9n Purpzee t17n 197

RCSTA 18n TXSTA Sen Ragwee 1188 198%

TXREG 19h SPBRG tơ" 16 Bytos tiện 190%

RCREG 1Ah SPGRGH | $Ah Ah 18h

©CPR2L 18n | PWMICON | sén 18h 188h

CCPRZH 1Ch ECCPAS sCh 11h 19h OCP2CON IDh | PSTRCON | SOn 11Dh 19Dh AORESH sh ADRESL oy 11Eh 10Eh

Bank 0 Bank + Bank 2

BB Uninpienected dita memory locations, read ae “0”.

Note 1: Nota ptrysical rogistor.

2: PACIEF8S? only

Hình 2.11: Bộ nhớ dữ liệu.

2.4.3.3 Các thanh ghi đặc biệt

Đây là các thanh ghi được sử dung bởi CPU hoặc được dùng dé thiết lập và

điều khiển các khối chức năng được tích hợp bên trong vi điều khiến Có thé phân chiaSFR làm hai loại: thanh ghi SFR liên quan đến các chức năng bên trong CPU và thanh

ghi SFR dùng đẻ thiết lặp và điều khiển các khối chức năng bên ngoài ( ví dụ như

ADC, PWM ) Các thanh ghi liên quan đến chức năng bên trong:

- Thanh ghi STATUS (03h, 83h, 103h, 183h): thanh ghi chứa kết quả thực hiện

phép toán của khối ALU, trạng thái RESET và các bit chon bank cần truy xuất trong

bộ nhớ dữ liệu.

bt7 bit 0

Hình 2.12: Thứ tự các bit trên thanh ghi STATUS.

-Thanh ghi OPTION REG (81h, 181h): thanh ghi này cho phép đọc và ghi, cho

phép điều khién các chức năng pulled-up của các chân PORTB, xác lập các tham số

xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Time0

-Thanh ghi INTCON (0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): thanh ghi cho phép đọc và ghi,

chứa các bit điều khiến và các bit cờ hiệu khi Time0 tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT vàngất interrupt-on-change tại các chân của PORTB

[oe | ree [Toe | wre | roe" | Tor | NT | rer |

Hình 2.14: Thứ tự các bit trên thanh ghi INTCON.

-Thanh ghi PIE] (8Ch): chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của khối chức

nang ngoại Vi.

U-O RW-0 Rw-0 RW RW-0 RIW-O RiW-0 R/w-0 _ ADIE RCIE TXIE SSPIE CCP1IE TMR2IE TMR1IE

bn? bút Ô

Hình 2.15: Thứ tự các bit trên thanh ghi PIE].

-Thanh ghi PIRI (0Ch) chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các

ngắt này được cho phép bởi các bit điều khién chứa trong thanh ghi PIEI

Hình 2.16: Thứ tự các bit trên thanh ghi PIR].

-Thanh ghi PIE2 (8Dh): chứa các bit điều khién các ngắt của các khối chứcnăng CCP2, SSP bus, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM

GSFE | CAE | CHE | EEE | ecle | Wewe | — | GPAE |

Hình 2.17: Thứ tự các bit trên thanh ghi PIE2.

-Thanh ghi PIR2 (0Dh): chứa các cờ ngắt của của các khôi chức năng ngoại vi,

các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiến chứa trong thanh ghi PIE2

R/W-0 RAN-0 RAN-0 RAW-0 Riw-0 R/W-O U-0 RAW-0

OSFIF C2IF C1IF EEIF BCLIF ULPWUIF | — | CCP2lF

tit? bit 0

Hình 2.18: Thứ tự các bit trên thanh ghi PIR2.

-Thanh ghi PCON (8Eh): chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ Reset

của vi điều khién

UO U-0 RWw.0 RMW-1 U-0 U0 RW-0 RW-x

2.4.4 Các bộ định thời

Vi điều khiến PIC16F8§7 có 3 bộ định thời Timer đó là Timer0, Timerl,

Timer2.

2.4.4.1 Timer0

Đây là một trong 3 bộ đếm hoặc bộ định thời của vi điều khién PIC16F8§? Timer0 là bộ đếm 8 bit được kết nối với bộ chia tan 8 bit Cấu trúc của Time0 cho

phép ta lựa chọn xung clock tac động và cạnh tích cực của xung clock Ngat Timer0 sẽ

xuất hiện khi Timer0 bị tràn Bit TMROIE (INTCON<ã§>) là bit điều khiển của

Timer) Khi TMROIE=! cho phép ngắt Timer0 tác động, TMROIE=0 không cho phép

ngắt Timer0 tác động.

2.4.4.2 Timer]

Bộ Timer] là bộ định thời 16 bit, giá trị của Timer! sẽ được lưu trong thanh ghi

(TMRIH:TMRIL) Cờ ngắt của Timer! là bit TMR HE Bit điều khién của Timerl làTMRIIE.

Tương tự như Timer0, Timer] cũng có 2 chế độ hoạt động: chế độ định thời vachế độ xung kích là xung clock của oscillator (tan số Timer bằng 1⁄4 tần số củaoscillator) và chế độ đếm (counter) với xung kích là xung phản ánh các sự kiện cầnđếm lay từ bên ngoài thông qua chân RCO/TIOSO/TICKI (cạnh tác động là cạnh

lên) Việc lựa chọn chế độ hoạt động của Timer được điều khiển bởi bit TMRICS.

2.4.4.3 Timer2

Bộ Timer2 là bộ định thời 8 bit và được hỗ trợ hai bộ chia tan prescaler va

postscaler Thanh ghi chứa giá trị đếm của Timer2 là TMR2 Bit cho phép ngắt Timer2

tác động là TMR2ON Cờ ngắt của Timer2 là bit TMR2IF Xung ngõ vào (bằng 1⁄4 tần

số oscillator) được đưa qua bộ chia tần số prescaler 4 bit (với các tỉ số chia tần 1:1, 1:4

hoặc 1:6) và được điều khiển bởi các bit T2CKPS1:T2CKPSO.

Khuếch đại thuật toán vốn được dùng dé thực hiện các thuật toán trong máy

tính tương tự cho nên nó được mang tên như vậy Ngày nay, khuếch đại thuật toán

- VCC

Hình 2.20: Sơ đồ chân của OPAMP

OPAMP có hai đầu vào (input) dương và âm và một dau ra (output) Điện áp

trên các đầu vào và ra là so với masse Đầu vào dương gọi là đầu vào không dao, nghĩa

là khi có tín hiệu đưa đến đầu vào không đảo thì tín hiệu ra cùng dấu với tín hiệu vào.

Tương tự, đầu vào âm gọi là đầu vào đảo, nghĩa là khi có tín hiệu đưa đến đầu vào đảo

thì tín hiệu ra ngược dấu với tín hiệu vào Ngoài ra, OPAMP còn có hai đầu nỗi với nguồn cung cấp đối xứng + VCC Diện áp cung cấp nằm trong khoảng từ SV đến 18V.

Nguồn cung cấp cho OPAMP có thé là nguồn đơn +VCC

Đặc điểm của OPAMP là có hệ số khuếch đại vi sai Ap rất lớn (thường Ap ~

10° đến 10°) và điện trở vào vi sai rất lớn, điện trở ra nhỏ Dòng ở các đầu vào rất nhỏ

có thé xem như bang 0.

Điện áp chênh lệch giữa hai đầu vào gọi là điện áp vi sai up Đặc tính của

OPAMP gồm hai vùng: vùng 1 là đặc tính truyền đạt lý tưởng (khi up = 0 thì u, = 0) vùng 2 là đặc tính truyền đạt thực tế của OPAMP (khi Up = 0 nhưng u, # 0) Cụ thé hai

vùng như sau:

- Vùng tuyến tính: ứng với up rất nhỏ và u, = Apup.

- Vùng bão hòa: ứng với up khoảng từ vài chục pV trở lên, điện áp ra u, ở vùng

bão hòa là không đôi:

u, = £Uy,; Un, = Ucc -(2 dén 3) V

2.5.2 Khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ khóa

Trong kỹ thuật xung người ta thường sử dung OPAMP làm việc ở vùng bão hòa

của đặc tính truyền đạt Lúc đó, điện áp ra u, chỉ có thé nam ở hai mức: Mức thấp L=

- Uy, hay mức cao H = + Uạụ Ta nói OPAMP là việc ở chế độ khóa và có vai trỏ như

một khóa đóng/ngắt cơ khí Khi ur = - Uy, = L, ta nói khóa mở; khi u, = +U¿„ = H, ta

nói khóa đóng [1].

Hình 2.21: Duong đặc tính OPAMP làm việc ở chế do khéa

Hình trên là đặc tinh truyền đạt lý tưởng khi OPAMP làm việc ở chế độ khóa

Điện áp vi sai up là điện áp điều khién dé đóng/mở khóa Lúc up đang rất 4m, khóa OPAMP dang ở trạng thái mở với u, = - Uy = L Khi up tăng tới giá tri Uy (Uy > 0)

thì khóa hoàn toàn chuyên sang trạng thái đóng với u, = +U¿y, = H Vì vậy Uy được gọi

là ngưỡng đóng của khóa OPAMP Cũng biện luận tương tự ta có U,, là ngưỡng mở

của OPAMP Vùng Au là độ nhạy của khóa Dây là vùng bắt đầu và kết thúc việcchuyên trạng thái đóng/mở Một OPAMP lý tưởng có Au bằng 0 Muốn giảm Au taphải chọn OPAMP có hệ số khuéch đại vi sai Ap càng lớn càng tốt

2.6 PC 900V

Các máy phát dao động hay xung thường cho ta tín hiệu đưới dạng tương tự

(analog) Tuy nhiên mạch do tần số sử dụng vi điều khiển nên yêu cau tín hiệu đưa vào phải có dang số (digital) hay nói đơn giản là có hai mức cao và thấp Vì vậy, ta sử

dung IC PC900V dé chỉnh tín hiệu có dạng vuông và đưa vao vi điều khién dé thực

hiện chuyền đôi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.

Sơ đô chân của PC900V như hình 2.22 [9]

Hình 2.22: Sơ đô chân của PC900V.

Trong đó 1 Anode 4 V0

2 Catode 5 GND

3 NC 6 VCC

Sơ đồ khối cầu trúc bên trong của PC900V.

Trong sơ đồ trên tín hiệu được đưa vào từ hai chan Anode và Catode Bên trong

có một dén LED sé phát sáng mỗi khi giá trị điện thé tín hiệu lớn hơn một giá trị nhất

định Ở phía đối diện với LED phát này là một LED thu có tác dụng thu ánh sáng phát

ra từ LED phát Tín hiệu lúc này được đặt vào hai đầu vào của một OPAMP OPAMP được nuôi bằng nguồn thông qua một biến thé nhỏ bên trong IC OPAMP lúc này hoạt

động ở chế độ khóa: Khi giá trị điện thé vi sai của OPAMP dương đủ lớn thì tín hiệu

ra là mức cao, transistor dan; và ngược lại khi điện thé vi sai của OPAMP âm đủ lớn

thì tín hiệu ra là mức thấp transistor ngưng dẫn Khi đó ở đầu ra sẽ xuất hiện tín hiệu

đạng số, chỉ có hai mức logic là cao và thấp Các điện trở mắc vào có chức năng hạn

đồng bảo vệ mạch Tụ điện giá trị Olu F dùng dé lọc nhiễu cho nguồn.

Chú ý: Đèn LED trong IC PC900V sẽ giảm cường độ chiếu sáng theo thời gian

hoạt động dẫn đến tín hiệu có thẻ sẽ bị sai lệch sau khi qua PC900V Nếu sử dụng

trong thời gian dài thì khi thiết kế mạch nên chú ý đến điều này (giảm khoảng 50%

cường độ chiều sáng trong 5 năm).

2.7 Flip - Flop

Flip — Flop là mạch logic có một hay hai đầu điều khiển va hai đầu ra Tin hiệu

trên hai đầu ra phụ thuộc nhau: Nếu một đầu ra là Q thi dau ra kia sé là phủ định của Q

(Q) Khi tín hiệu vào thỏa mãn điều kiện điều khiển, thi tin hiệu đầu ra Q sẽ lật tín

hiệu từ mức logic cao H xuống thấp L và ngược lại Vì vậy, tín hiệu đầu ra của Flip —

Flop khi có điều khiến là một bước nhảy điện áp Đặc điểm của Flip - Flop là: Nếu

không có tín hiệu điều khién ở ngõ vào thì mức logic (H hay L) ở ngõ ra được duy trì

ôn định [1].

Tùy theo số đầu vào điều khién mà Flip — Flop được chia thành bốn loại chính:

S—R,J— K,T, D Trong phần tiếp này ta sẽ khảo sát kỳ về loại S — R

S Q

RQ

Hình 2.24: Sơ do chân cua Flip - Flop loại S — R

S — R Flip — Flop là loại có hai đầu vào điều khién S, R Đầu S (Set) gọi là daughi và R (Reset) gọi là đầu xóa Hai đầu S và R là hai đầu điều khiển của Flip — Flop

Ta quy ước mức logic cao (H) là 1 và mức logic thấp (L) là 0 Ta có các trường hợp

sau đây:

> Nếu §=1,R =0 thì Q= I và Q =0 tức Q ở mức cao

> Nếu S=0,R= I thì Q=0 và Q = I tức Q ở mức thấp.

> Nếu S=0,R =0 thì Q=Q, (với Q, là giá trị logic ở đầu ra Q tại thời điểm d)

tức Q không thay đôi trạng thái đã có của nó Vậy, khi không còn tín hiệu điều

khiên ghi hay xóa ở ngõ vào thì Flip — Flop vẫn giữ nguyên trạng thái đã có của

nó.

> Nếu §S=1,R= I thì tín hiệu ngõ ra Q có thẻ là 0 hay 1, ta nói trạng thái Flip

-Flop là không xác định Vậy, không bao giờ đặt logic 1 vào cùng S và R.

2.8 IC 555

2.8.1 Sơ đồ va chức năng các chân của IC 555

GND | 1| |8 | VocTrigger H Discharge

Output l$| 6 | Threshold Reset 4 | [5| Control Voltage

Hình 2.25: Sơ dé chân của IC 555

— Chân I (GND): Dùng để nối masse

— Chân 2 (Trigger): là dau vào kích khởi, dùng dé đặt xung kích thích bên ngoài

khi mạch làm việc ở chế độ đa hài đơn ồn

— Chân 3 (Output): là đầu ra tín hiệu của IC

— Chân 4 (Reset): là chân xóa nó có thể xóa điện áp đầu ra khi điện áp đặt vào

chân này từ 0,7V trở xuống Vì vậy, dé có thé phát ra xung ở chân số 3 thi chân

số 4 phải dat ở mức logic cao H.

~ Chân 5 (Control voltage): là chân điện áp điều khiển Ta có thé đưa một điện áp

ngoài vào chân nay dé làm thay đổi việc định thời của mạch, nghĩa là làm thay

đổi tần số xung phát ra Khi không được sử dụng thì chân số 5 được nỗi masse

thông qua một tụ có giá trị 0,01 nE.

— Chân 6 (Threshold): là chân điện áp ngưỡng.

— Chân 7 (Discharge): là chân phóng điện.

— Chân 8 (VCC): nối với nguồn VCC từ 5 đến 18 V [10]