Thiết kế mạch giao tiếp 8051 với công tắc cảm ứng thiết bị Điện

Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Trong những năm gần đây, các hệ thống điều khiển theo thời gian thực là một trong những lĩnh vực thu hút nhiều sự chú ý trong giới khoa học ng

TRUONG DAI HOC CONG NGHE THONG TIN VA TRUYEN THONG

Lớp: ĐTVT KI9A

Giáo viên giảng dạy: Th.S Mai Thị Kim Anh

Thái Nguyên,ngày 16 tháng 03 năm 2022

CHUONG 1 TONG QUAN VE DE TAI

4.1 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Trong những năm gần đây, các hệ thống điều khiển theo thời gian thực là một trong những lĩnh vực thu hút nhiều sự chú ý trong giới khoa học nghiên cứu về khoa học máy tính Trong đó, vấn đề điều hành thời gian thực và vẫn đề lập lịch là đặc biệt quan trọng Một số ú ứng dụng quan trọng của hệ thống thoi gian thye (RTS) da va dang được ứng dụng rộng rãi hiện nay là các dây chuyên sản xuất tự động, rôbốt, điều khiển không lưu, điều khiến các thí nghiệm tự động, truyền thông, điều khiến trong quân sự Bên cạnh đó các thiết bị mô phỏng được đưa vào với mục đích đào tạo, tạo sự thân thiện giữa mô hình với chính đối tượng trong thực tế, siúp người học có được sự hiểu biết về thiết bị cũng như kỹ năng thực hành trên thiết bị đó Hiện nay một số đơn

vị trong quân đội được trang bị hệ thông mô phỏng huần luyện lái Điêu nay khang định giải pháp ứng dụng công nghệ mô phỏng để nâng cao chất lượng huấn luyện là hướng đi đúng đắn Tuy nhiên để hệ thông mô phóng ngày cảng sát thực tế và sông động cần đòi hỏi nhiều công sức nghiên cứu lý thuyết, trong đó hiểu biết đầy đủ về hệ thông thời gian thực để xây dựng các thiết bị phục vụ huấn luyện và đào tạo Qua đó tập cho người học cách đưa ra những phán quyết trong khoảng thời gian hợp lý với các tỉnh huống thực tế

4.1.1 Trên thế giới

Hệ thống thời gian thực trải dài trên một số lĩnh vực khoa học máy tính Nhiều nhà sản xuất mạch tích hợp sản xuất RTC, gồm Epson, Intersil, IDT, Maxim, NXP Ban dan, Texas Instruments, STMicroelectronics va Ricoh

RTC tuong thích với máy tính đã được IBM PC/ATT giới thiệu vào năm 1984, sử dụng Motorola MC146818 RTC Sau đó, Dallas Semiconductor đã tạo ra RTC tương thích, thường được sử dụng trong các máy tính cá nhân cũ và hay gặp trên bo mạch chủ với nắp pin màu đen đặc trưng va logo được ¡n lên

Trong các hệ thống mới hơn, RTC được tích hợp vào chip Southbridpe

Một số bộ vi điều khiển có đồng hỗ thời gian thực được tích hợp, thường chỉ là những

bộ có nhiêu tính năng và thiết bị ngoại vị khác

Hệ thống chỉ huy và điều khiến, Hệ thống kiếm soát không lưu là những ví dụ cho hệ thông thời gian thực cứng Hệ thông giao dịch trực tuyên, hệ thông đặt chỗ của hãng hàng không là hệ thông thời gian thực mềm

1.1.2 Trong nước

Hiện nay ở nước ta công tắc cơ, nút bấm cơ truyền thống vẫn rất phô biến, nhưng với xu hướng hội nhập thế giới, cùng cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 những thiết bị công nehệ hiện đại đang xuất hiện rất nhiều và phổ biến tại Việt Nam Tại Việt Nam các cảm biến 1 chạm điện dung cũng đang ngày được sử dụng nhiều để thay thế

đi những công tắc cơ, nút bắm cơ truyền thông, đặc biệt được sử dụng nhiều trong các

2

dy an vé nha thong minh, Cac cam bién 1 cham điện dung tại nước ta cũng không thiếu các hãng sản xuất lớn như BKAV, Công ty thiết bị điện thông minh Nam Việt, Rang Đông, Điện Quang, Smartlife

1.2.Tính cấp thiết của đề tài

Kỹ thuật vĩ điều khiển hiện nay phát triển rất mạnh mẽ, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực từ trong đời sống sinh hoạt hàng ngày (mạch quang báo, mạch chống trộm, khóa số, tủ lạnh, ti vi) cho tới các lĩnh vực trong công nghiệp cũng như trong quân sự Do có nhiều ưu điểm như nhỏ gọn, khả năng lập trình dé điều khiến theo ý muôn, g1á thành thấp, có khả năng xử lí được nhiều công việc nên vi điều khiến trở thành linh kiện không thể thiếu được trong các thiết bị phục vụ con người chúng ta

Họ vi điều khiến 8051 là một trong những họ vi điều khiển mới sau nảy, có rất nhiều

ưu điểm vượt trội so với các họ vi điều khiển trước đó Hiện nay, các trường kỹ thuật

đã bắt đầu đưa họ vi điều khiển 8051 vào giảng dạy và thực hành cũng như ú ứng dụng trong các đề tài khoa học (đặc biệt trone các cuộc thi ROBOCON sử dụng rất nhiều)

Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng họ vi điều khiến 8051 là vẫn đề cấp thiết cần được quan tâm Hiện nay đã có một số trường học sử dụng mạch tự động báo giờ học Việc sử dụng mạch này giúp cho các trường học tiết kiệm được công cử người trực theo dõi giờ để bám chuông báo giờ vào, ra tiết học

Mạch giao tiếp giữa 8051 với công tắc cảm ứng thiết bị điện đáp ứng tốt những nhu cầu trên

4.4 Mục tiêu của đề tài

Sự cần thiết, quan trọng cũng như tính khả thi và lợi ích của mạch số cũng chính là lý do để nhóm chọn và thực hiện đề tài "Mạch cảm ứng thiết bị điện " nhằm ứng dụng kiến thức đã học vào thực tế

Sử dụng một nút cảm ứng điện tử kết hợp với vi điều khiến AT89C5I, vi điều khiến AT§9C51 có nhiệm vụ giao tiếp với công tắc cảm ứng thiết bị điện hiến thị ra

LCD

Thiết kế mạch sử dụng 8051 giao tiếp với công tắc cảm ứng thiết bị điện hiện thi lên LCD

4.5 Nội dung của đề tài

Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của Mạch giao tiếp giữa 8051 với công tắc cảm ứng

CHUO'NG 2 PHAN TICH CONG NGHE THIET KE

2.1 Yéu cau thiét ké

Thiết kế mạch khoa học, tiết kiệm được chỉ phí thi công, dễ dàng sửa chữa, bảo trì

2.2 Giải pháp thiết kế

KHOI NGUON

Hinh 2.1.So d6 khoi của hệ thống

- _ Khối nguồn: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn 5v cho toàn mạch bao gồm các khối

điều chỉnh, khối xử lý, khối hiến thị

-_ Khối xử lý trung tâm : Điều khiển và xử lý các tín hiệu trong hệ thống sử dụng 8051

- _ Khối điều khiến : Cung cấp tín hiệu đến khối xử lý trung tâm

- _ Khối hiển thị: Nhận và thực hiện các tín hiệu điều khiển từ khối xử lý trung

tâm ra LCD

2.2 Lựa chọn linh kiện

2.2.1 Giới thiệu về vi điều khiển AT89C51

bít gồm cả lệnh nhân và lệnh chia Nó cung cấp những hỗ trợ mở rộng trên chip dùng cho những biến một bít như là kiểu đữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiêm tra bít trực tiếp trong hộ thông điều khiến

AT89C51 cung cấp những đặc tính chuẩn như: 8 KByte bộ nhớ chỉ đọc có thé xóa và lập trinh nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường ILO, 3TIMER/COUNTER 16 Bit, 5 vecto ngat co cau trúc 2 mức ngắt, một Port nối tiếp ban song công, 1 mạch dao động tạo xung Clock và bộ dao động ON-CHIP

Các đặc điểm của Chip AT89C51 duoc tom tắt như sau:

- 8 KByte bộ nhớ có thế lập trình nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xoá

- _ Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz

- _ Mức khóa bộ nhớ lập trình

- B6 Timer/counter 16 Bit

- 128 Byte RAM nd

- 4 Port xuat /nhap I/O 8 bit

- Giao tiếp nối tiếp

Mặc dù các thanh vién cua ho 8051 (vi du 8751, 89852, 89C51, DS5000) déu

có các kiểu đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn như hai hàng chân DIP (Dual In-Line Pakase), dạng vỏ dẹt vuông QPE (Quad Flat Pakage) và dạng chip không có chân đỡ LLC (Leadless Chip Carrier) thì chúng đều có 40 chân cho các chức năng khác nhau như vào ra I/O, doc RD, ghi WR, dia chi, dir ligu và ngat Can phải lưu ý một số hãng cung cấp một phiên bản 8051 có 20 chân với số yêu câu thấp hơn Tuy nhiên hầu hết các nhà phát triển sử dụng chip đóng vỏ 40 chân với hai hàng chân DIP

P1.0C) 1 VY 40D vcc P1.10)2 39 [0 PO.O (ADO) P1.20)3 38[ETIP0.1 (AD1) P13r14 37h P0.2 (AD2) P1.4015 36 1 PO.3 (AD3)

P16 7 34 P0.5 (AD5) P1.7018 33D PO.6 (AD6) RST 9 32 P0.7 (AD7) (RXD) P3.00) 10 31 EA/VPP (TXD) P3.1 11 30 ALE/PROG (INTO) P3.20) 12 29 [2 PSEN (INTT) P3.3 13 28 P2.7 (A15) (T0) P3.4LC] 14 27rEhP26 (A14) T1) P35F7115 26 [1D P2.5 (A13) (WR) P3.6C] 16 25 [D P2.4 (A112)

XTAL2 18 23 P2.2 (A10 XTAL1 0) 19 22H P2.1 (A9) GND GJ 20 210 P2.0 (AB)

+ Porf I từ chân 1 đến chân 9 (P1.0 _ PI.7) Port 1 la port I/O dùng cho giao tiếp với thiết bị bên ngoài nếu cần

+ Por£ 2: từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7) Port 2 là một port có tác dụng kép

dùng như các đường I/O hoac 1a byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng

bộ nhớ mở rộng

+ Port 3:t chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7) Port 3 là port có tác dụng kép Các chân của port này có nhiều chức năng, có công dụng chuyến đổi có liên hệ đến các đặc tính đặc biệt của 89C51 nhu bang sau:

Bit lên Chức năng chuyên đôi

P3.0 RXĐ Ngõ vào đữ liệu nôi tiếp

P31 [[XD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

P32 INTO Ngõ vào ngắt cứng thứ 0

P33 INTI Ngõ vào ngắt cứng thứ I

P34 TO Ngõ vào TIMER/COUNTER thứ 0

P35 Tl Ngõ vào của TIMER/ COUNTER thứ 1

P36 WR [ín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

P37 IRD Tin higu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

+ PSEN (Program store enable): Là tín hiệu ngõ ra có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh

PSEN ở mức thấp trong thời gian 89C51 lấy lệnh Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus đữ liệu, được chốt vào thanh ghi lénh bén trong 89C51 giải mã lệnh Khi 89C51 thị hành chương trình trong ROM nội, PSEN ở mức cao + ALE (Address Latch Enable): Khi 89C51 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, Port 0 có chức năng là bus địa chỉ và dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu va dia chi

Tín hiệu ra ALE ờ chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các

đường địa chỉ và đữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt

Tín hiệu ở chân ALE là một xung trong khoảng thời p1an port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoản toàn tự động

+ EA (External Access): Tín hiệu vào EA (chân 31) thường được mắc lên mức |

hoặc mức 0 Nếu ờ mức 1, 89C51 thi hành chương trình từ ROMI nội Nếu ở mức

0, S9C51thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng Chân EA được lay lam chan cấp nguồn 21 V khi lập trình cho Eprom trong 89C5 1

+ RST (Reset):Khi ngé vao tin hiệu này đưa lên mức cao ít nhất 2 chu kỳ máy, các

thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi

cấp điện mạch phải tự động reset

Các giá trị tụ và điện trở được chọn là:

7

R=4,7K; c=10uF; nut bam

Hình 3: Ngõ tạo xung dao động

2.2.3 Các linh kiện khác sử dụng trong mạch:

uw: la higu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vén (V)

7: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A)

RÑ : là điện trở của vật dẫn điện, đo bang Ohm (Q)

Mục đích:Điện trở được dùng để chế tạo ra địch mức điện áp giữa hai điểm khác nhau của mạch

b Tụ điện

Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song và cách nhau một khoảng đ

z | ` sà 22%,

Hình 6: Tụ điện Cường độ điện trường bên trong tụ có trị SỐ:

$

E = -

V

£0 =8.86.10 c?/N.mỶ là hằng số điện môi của chân không

£ là hằng số điện môi tương đối của môi trường; đối với chân không £ =1, giấy

tầm dầu = 3,6; gốm = 5,5; mica = 4-5-5

c LCD 1602

LCD 1602 (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng cua VDK LCD 1602 có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiến thị khác như: khả năng hiển thị kí tự đa dạng (chữ, số, kí tự đồ họa); dễ đàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tiêu tốn rất ít tài nguyên hệ thống, giá thành TẾ

Hình 7 LCD 1602 Thông số kĩ thuật của sản phẩm LCD 1602:

Thạch anh được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: điện tử, quang học, và

trong ngọc học Các tinh thể thạch anh trong suốt có màu sắc đa dạng: tím, hồng, đen, vàng và được sử dụng làm đồ trang sức từ rất xa xưa Ametit loại biến thể màu tím của thạch anh được coi là đá quý của tháng hai và là loại được ưa chuộng nhất của họ thạch anh

Hinh 11 Biến trở thực tế Biến trở hay còn gọi là chiết áp, nó được cấu tạo gồm điện trở màng than hay day quấn

có dạng hình cung góc quay 270 độ Có một trục quay ở giữa nỗi với một con trượt làm bằng than (cho biến trở dây quân) hay bằng kim loại có biến trở than,con trượt sẽ

ép lên mặt điện trở để tạo kiểu tiếp xúc làm thay đổi trị số điện trở khi xoay trục

i Nut bam

Cầu tạo

Nút nhân hoạt động tương tự như công tắc đóng mở Thay vi chỉ có 2 chân như công tắc, nút nhấn có 4 chân chia làm 2 cặp Những chân | trong cung một cặp được nỗi với nhau, những chân khác cặp thì ngược lại Khi bạn nhắn nút, cả 4 chân của nút nhắn đều được nỗi với nhau, cho phép dòng điện từ một chân bất kì có thể tới 3 chân còn lat

Hinh 12: Nut bam Nguyên lý

Khi ta ấn nút bấm thì miếng đồng sẽ chạm vào hai đầu nối có nguồn điện, sIúp thông mạch điện và dòng điện có thé chay qua

sử dụng người lập trình không cần hiểu sâu sắc về cầu trúc của bộ vi điều khiến, có thé

sử dụng các đoạn chương trình có sẵn đã xây dụng trước đó dễ dàng hơn mà chỉ cần sửa chữa một phần hoặc có thê sử dụng toàn bộ

Khi sử dụng ngôn ngữ C người lập trình sẽ phải nằm rõ một số cú pháp khai báo, nắm rõ về các kiểu dữ liệu

-Kiểu dữ liệu:

11

- Khai báo biến:

Cú pháp: Kiểu đữ liệu Vùng nhớ Tên biến at Địa chír;

Vi du: Unsigned char data x;

- Định nghĩa lại khiêu:

Cu phap: typedef Kiểu dữ liệu Tên biến;

Vi Du: typerdef int n5[5];

- Khai báo mảng:

Cú pháp: Tên kiểu Vùng nhớ Tên mảng[số phần tử];

Khi bỏ trống số phần tử mảng ta sẽ có mảng có số phần tử bất kì

Vi du: Unsigned data a[5], b[2][3];

- Khai bao bién con trỏ:

Cú pháp: Kiểu đữ liệu Vùng nhớ *Tên biến;

Ví dụ: int *int_prt;

Long data *long_ prt;

Cầu trúc của một trương trình C gồm 4 phân chính:

1 Khai báo chỉ thị tiền xử lý

2 Khai báo các biến toàn cục

3 Khai báo nguyên mẫu các hàm 4 Xây dựng các hàm và chương chỉnh chính

Ví dụ:

#include<repx51.h>

#include<string.h>

12

#define Led1 P1_0

Unsigned char code Led_arr[3];

Unsigned char data dem;

Unsigned int xdata X;

Void delay(unsigned int n);

Bit kiemtra(unsigned int a);

Void delay(unsigned int n);

{ Khai báo cục bộ;

Chương chình trễ;

}

Void main()

{ Khai báo biên cục bộ;

Trương trình chính;

}

Bit kiemtra(unsigned int a)

Khai bảo biên cục bộ;

Chương trình kiểm tra biến a;

-_ Ngoài ra trong chương trình còn có các chỉ thị tiền xử lý và chú thích

13

2.3.2 Phan mém phu tro

Keil C hay con goi la Keil 8051 là I công cụ lập trình hồ trợ khá day du

để người dùng soạn thảo và biên dịch chương trình dành cho các vi điều khiển thuộc họ 8051 bằng ngôn ngữ C và Assembly

Sử dụng Keil C để viết, biên dịch chương trình cho 8051 cần thực hiện

các bước:

B1: Mo Keil C va tao | project mot:

- Cai dat va chay Keil C, vao Project chon New Project

2 CAusersiadmirsstretorDesktop\tT lap trinhibsitep.c

- Chọn đường dẫn đến thư mục đề lưu và đặt tên cho Project

- Chon loai Chip: chon Atmel => AT89C51, chon Yes

7 Use Extended Linker {LX51) celesd cể BLST