THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH HẸN GIỜ ĐÓNG MỞ THIẾT BỊ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tên đề tài : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH HẸN GIỜ ĐÓNG MỞ THIẾT BỊ Giảng viên hướng dẫn : Lý Văn Đạt Chức vụ : Giảng viên Đơn vị : Khoa ĐĐT Nhóm Sinh viên thực hiện : 1. Phạm Văn Thành 2. Lưu Thị Phương Thảo 3. Chu Thị Thuận Đơn vị : ĐTK7.2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH HẸN GIỜ ĐÓNG MỞ THIẾT BỊ Giảng viên hướng dẫn : Lý Văn Đạt Chức vụ : Giảng viên Đơn vị : Khoa ĐĐT Nhóm Sinh viên thực hiện : 1. Phạm Văn Thành 2. Lưu Thị Phương Thảo 3. Chu Thị Thuận Đơn vị : ĐTK7.2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

Hưng Yên, Ngày…Tháng Năm 2012 Giảng viên hướng dẫn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 6

NỘI DUNG 7

Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

1.Xây dựng sơ đồ khối của toàn mạch 7

2.Giới thiệu về một số linh kiện điện tử sử dụng trong mạch 7

2.1 Máy biến áp 7

2.2 Tụ điện 8

2.3 IC ổn áp 7805 8

2.4 Điện trở 9

2.5.Opto PC817 9

2.6 Rơ-le JQC-3F 9

2.7 IC 89S52 10

2.8 LCD 15

Chương II: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH HẸN GIỜ ĐÓNG MỞ THIẾT BỊ 17

1 Sơ đồ nguyên lý của mỗi khối và tính toán chọn lọc linh kiện 17

1.1 Khối nguồn 17

1.2 Khối vi điều khiển 18

1.3 Khối Rơ-le 21

1.4 Khối hiệu chỉnh 22

1.5 Khối hiển thị 22

2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động của toàn mạch 24

2.1 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 24

2.2 Nguyên tắc hoạt động của mạch 25

2.3 Lưu đồ thuật toán 27

2.4 Chương trình nạp cho IC89S52 28

3 Yêu cầu đồ án 37

KẾT LUẬN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

Danh m c hình vẽ và b ng bi u ục hình vẽ và bảng biểu ảng biểu ểu

Hình 1.1: Sơ đồ khối của toàn mạch……….7

Hình 1.2: Máy biến áp……… 7

Hình 1.3: Tụ gốm……… 8

Hình 1.4: Tụ hóa……… 8

Hình 1.5: IC 7805……….8

Hình 1.6: Điện trở……….9

Hình 1.7: Opto PC817……… 9

Hình 1.8: Rơ-le JQC-3F……… 10

Hình 1.9: Hình ảnh thực tế 89S52……… ……….11

Hình 1.10: Sơ đồ chân 89S52……… 11

Hình 1.11: Sơ đồ chânLCD………15

Hình 1.12: LCD 16x2 thực tế……….16

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch nguồn……… 17

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của khối Vi điều khiển……….18

Hình 2.3: Mạch tạo dao động dùng thạch anh……….19

Hình 2.4: Mạch tạo dao động tín hiệu ngoài……… 19

Hình 2.5: Mạch Reset……… 20

Hình 2.6: Mạch rơ-le……… 21

Hình 2.7: Khối hiệu chỉnh……… 22

Hình 2.8: Khối hiển thị………22

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch……… 24

Bảng 1.1 : Chức năng chân trên Port 3………13

Bảng 1.2 : Các vector ngắt và số hiệu ngắt……….14

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống

của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, mang lại sự tiệnlợi tối ưu với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc côngnghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Góp phần vào sự phát triển đó thìngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng

và phát triển đất nước Trong đó sự tích hợp các mạch điện – điện tửngày càng trở nên thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển hơntiến tới thời đại của vi xứ lý vi mạch những mạch cồng kềnh chiếm nhiềudiện tích đã bị loại bỏ dần thay vào dó là các mạc siêu nhỏ gọn gàng hơnđang đươc ưa chuộng Những thành tựu của nó đã có thể biến đượcnhững cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phầnnâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người

Cùng với kinh nghiệm thực tế, chúng em đã có cơ hội chuyển nhữngkiến thức lý thuyết đã học được thành sản phẩm thực tế qua đề tài đồ án

là : “Thiết kế chế tạo mạch hẹn giờ đóng mở thiết bị”, dùng vi điều

khiển và hiển thị trên LCD

Trong quá trình thực hiện đề tài nêu trên ,chúng em đã nhận được

sự quan tâm và chỉ bảo tận tình của thầy Lý Văn Đạt ,cùng với sự giúp

đỡ của các thầy cô giáo trong khoa và bạn bè chúng em đã hoàn thànhđược sản phẩm của mình

Song kiến thức, kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế nên đồ ánkhông tránh được sai sót Chúng em rất mong sự đánh giá của quý thầy

cô và bạn bè, để đồ án được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

tạo cơ bản của máy biến thế thường là 2 hay nhiều cuộn dây đồng cách điện được quấn trên cùng 1 lõi sắt hay sắt từ ferit.

Máy biến áp có thể thay đổi hiệu điện thế xoay chiều, tăng thế hoặc hạ thế, đầu ra cho 1 hiệu điện thế tương ứng với nhu cầu sử dụng

Chọn máy biến áp 220VAC-12VAC-1A

- Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu có một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ và ngược lại vật cách điện có điện trở cực lớn.

Hình 1.6: Điện trở

Kí hiệu :

2.5.Opto PC817

Opto PC817 cách ly quang giữa IC 89S52 và tải để không cho

dòng ngược trở lại làm cháy IC

Hình 1.7: Opto PC817

2.6 Rơ-le JQC-3F

Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổinhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định Rơle là thiết bịđiện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sựlàm việc của mạch điện động lực

Hình 1.8: Rơ-le JQC-3F 2.7 IC 89S52

 IC vi điều khiển thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau:

 Có 4/8/12/20 Kbyte bộ nhớ FLASH ROM bên trong để lưuchương trình.Vi điều khiển có khả năng nạp xoá chương trìnhbằng điện đến 10.000 lần

Hình 1.9: Hình ảnh thực tế 89S52 Hình 1.10: Sơ đồ chân 89S52

- Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển.Nguồn điện cấp là +5V±0.5

- Chân GND: Chân số 20 nối GND(hay nối Mass)

- Chân RESET (RST) Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng đểthiết lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển Hệ thống sẽ được thiết lậplại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở mức 1 tối -thiểu 2 chu kì máy

- Chân XTAL1 và XTAL2 Hai chân này có vị trí chân là 18 và 19 được

sử dụng để nhận nguồn xung clock từ bên ngoài để hoạt động, thườngđược ghép nối với thạch anh và các tụ để tạo nguồn xung clock ổn định

- Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN (Program Store Enable) tínhiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất bộ nhớ chương trìnhngoài Chân này thường được nối với chân OE (output enable) của ROMngoài Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chânnày phát ra tín hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trongmột chu kì máy Khi thực thi một chương trình ở ROM nội, chân nàyđược duy trì ở mức logic không tích cực (logic 1) (Không cần kết nốichân này khi không sử dụng đến)

- Chân ALE (chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30) có chức năng là bus

dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ở chânALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ vàcác đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt Các xung tín hiệu ALE

có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều khiển, như vậy

có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho cácphần khác của hệ thống

Ghi chú: khi không sử dụng có thể bỏ trống chân này

- Chân EA Chân EA dùng để xác định chương trình thực hiện được lấy

từ ROM nội hay ROM ngoại

Khi EA nối với logic 1(+5V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ bộ nhớ nội

Khi EA nối với logic 0(0V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy

từ bộ nhớ ngoại

- Các Port của 89S52:

 Port0 (P0.0-P0.7):

- Port 0 gồm 8 chân, ngoài chức năng xuất nhập, Port 0 còn là bus

đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0-AD7), chức năng này sẽ được sửdụng khi 8051 giao tiếp với thíêt bị ngoài có các kiến trúc bus nhưmạch nhớ, mạch PIO…

 Port1 (P1.0-P1.7):

- Port 1 có chức năng xuất nhập xuất nhập theo bit hoặc theo byte 3chân P1.5,P1.6,P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, 2 chânP1.0 và P1.1 dùng cho bộ Timer 2

 Port2 (P2.0-P2.7):

- Port 2 là một Port công dụng kép trên các chân 21-28 được dùngnhư các đường xuất nhập hoặc là byte cao cua Bus địa chỉ với cácthiết kế dùng bộ nhớ mở rộng

 Port3 (P3.0-P3.7):

cụ thể như sau :

P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0

Bảng 1.1 : Chức năng chân trên Port 3

 Nghiên cứu tổng thể về vi điều khiển :

 Hoạt động định thời :

- Các thanh ghi:

Timer 0 và Timer1: Thanh ghi chế độ định thời (TMOD)

Thanh ghi điều khiển Timer ( TCON)

Các thanh ghi chứa giá trị của các bộ định thời Timer 2 : Thanh ghi T2CON

Thanh ghi T2MOD

Thanh ghi TH2 và TL2,RCAP2H và RCAP2L

- Các chế độ hoạt động của Timer:

Timer 0 và Timer 1: Chế độ 0 : Timer 13 bit

Chế độ 1: Timer 16 bit

Chế độ 2 : 8 bit tự động nạp lại

Chế độ 3 : Tách Timer

Timer 2 : Chế độ thu nhận (Captuer) : 16bit tự nạp lại

Chế độ tự nạp lại (Auto-Reload) : 16bit thu nhận

Chế độ cung cấp tốc độ Baud cho cổng nối tiếp

- Thanh ghi ưu tiên ngắt IP.

Ngắt do Port nối tiêp

Các ngắt ngoài sảy ra khi có mức thấp hoặc sườn xuống trên chânINT0 hoặc INT1 của vi điều khiển Đây là chức năng chuyển đổi củacác bit Port 3 (P3.2 và P3.3)

Ngắt cổng nối tiếp xảy ra khi cờ phát (TI) hoặc cờ ngắt thu (RI)được đặt lên mức1 Ngắt phát xảy ra khi một ký tự đã nhận xong và đangđợi trong SBUF để được đọc

Các ngắt cổng nối tiếp khác với các ngắt Timer Cờ gây ra ngắtcổng nối tiếp không bị xáo bằng phấn cứng khi CPU chuyển tới ngắt, do

có hai nguồn ngắt cổng nối tiếp TI và RI Nguồn ngắt phải được xác định

trong ISR và cờ tạo ngắt sẽ được xoá bằng phần mềm Các ngắt Timer

cờ ngắt được xoá bằng phần cứng khi CPU hướng tới ISR

- Chân 7 đến chân 14: chân dữ liệu (D0 đến D7)

- Chân 15, 16 chân để bật đèn nền cho LCD

 Phân loại: Có thể chia các module LCD làm 2 loại chính là:

- Loại hiển thị ký tự

- Loại hiển thị đồ họa

 Một chương trình hiển thị ký tự trên LCD sẽ đi theo bốn bước sau:

- Xóa toàn bộ màn hình (thời gian để LCD xóa màn hình là 1,64ms)

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch nguồn.

 Tính toán chọn linh kiện

 Máy biến áp: Chọn máy biến áp 220VAC-12VAC-1A

 Cầu chỉnh lưu: Chọn diode 1N4007

 Tụ lọc: Tụ có điện dung lớn để san phẳng điện áp để làm giảm độgợn sóng Chọn tụ 2200µF, 470µF để san phẳng điện áp.

Tụ lọc cao tần là tụ gốm 104 vì tụ này có tần số lọc lớn

 IC ổn áp

Có hai loại linh kiện ổn áp họ 78XX và 79XX

Họ 78xx là họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương Còn xx là giátrị điện áp đầu ra như 5V, 8V…

Họ 79xx là họ ổn định điện áp đầu ra là âm Còn xx là giá trị điện

áp đầu ra như : -5V,-8V…

Đồ án này cần điện áp 5V nên ta sử dụng IC7805

1.2 Khối vi điều khiển

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của khối Vi điều khiển

 Lựa chọn linh kiện: Vi điều khiển: chọn IC89S52

 Mạch tạo dao động

Kết nối trên hai chân XTAL1 và XTAL2

Mạch dao động được đưa vào hai chân này được kết nối với dao độngthạch anh như sau:

Hình 2.3: Mạch tạo dao động Hình 2.4: Mạch tạo dao động

dùng bằng thạch anh tín hiệu bên ngoài

Ghi chú: C1,C2= 30pF±10pF (thường được sử dụng với C1,C2 là

tụ 33pF) dùng ổn định dao động cho thạch anh Hoặc có thể cấp tín hiệuxung clock lấy từ một mạch tạo dao động nào đó và đưa vào Vi điềukhiển theo hình 2.4 Trong đó chân XTAL2 để trống

Tck = 12.Toc Với: Tck là chu kì máy

Toc là chu kì của nguồn xung dao động cấp cho Vi điều khiển

Như vậy:

Với: Tck là chu kì máy

foc là tần số dao động cấp cho Vi điều khiển

Ví dụ: Ta kết nối Vi điều khiển với thạch anh có tần số fzat = 12MHz,thì chu kì máy:

Chính vì lí do thạch anh có tần số f = 12MHz tạo ra chu kì máy là1µs, thuận lợi cho việc tính toán thời gian khi lập trình do đó thạch anh

có tần số fzat là 12MHz thường được sử dụng trong thực tế

Khi giao tiếp truyền nối tiếp với máy vi tính dùng thạch anh có tần sốfzat là 11.0592MHz

 Kết nối chân RESET-chân 9

Khi bị cúp điện, hoặc đang hoạt động mà hệ thống bị lỗi cần tác độngcho vi điều khiển hoạt động trở lại, hoặc do người sử dụng muốn quay

về trạng thái hoạt động ban đầu Vì vậy chân RESET được kết nối nhưsau:

Hình 2.5: Mạch Reset

Với Vi điều khiển sử dụng thạch anh có tần số fzat = 12MHz sử dụngC=10µF và R=8.2KΩ

1.3 Khối Rơ-le

Hình 2.6: Mạch rơ-le

 Lựa chọn linh kiện:

 PC817

Điện áp đầu ra tại hai chân P2.0 của IC89S52 dòng điện và điện

áp làm việc của IC nhỏ, còn ở tải đầu ra dòng điện và điện áp làm việclớn nên nó cách ly quang để không cho dòng ngược trở lại làm cháy IC

Khi P2.0=0(Out=0) thì PC817 dẫn, tranzitor dẫn, có dòng điệnlàm cuộn hút trong Rơ-le hoạt động nên tiếp điểm từ 3-5 chuyển sang 3-

4 Mạch chuyển sang trạng thái từ bật sang tắt thiết bị

Khi P2.0=1(Out=1) thì PC817 khóa, tranzitor khóa, cuộn hút trongRơ-le không hoạt động nên tiếp điểm từ 3-4 chuyển sang 3-5 Mạchchuyển sang trạng thái từ tắt sang bật thiết bị

Chân 3: đặt điện áp.

Chân 4, chân 5: tiếp điểm

 Diot 1N4007: có chức năng bảo vệ rơ-le,chống dòng ngược

 Transistor 2N2222: như một khóa điện tử để đóng mở rơ-le

 Lựa chọn linh kiện:

 LCD 16x2

 Điện trở kéo 10k: vì ở mạch sử dụng P0 để kết nối với LCD Port P0 để xuất được tín hiệu là 1 phải dùng điện trở kéo dương

 Biến trở 10k: thay đổi độ tương phản màn hình LCD

2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động của toàn mạch

2.1 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch

2.2 Nguyên tắc hoạt động của mạch.

 Nguồn một chiều:

Sau khi dùng máy biến áp ta được nguồn điện 12VAC Sau đó tacho nguồn điện qua cầu chỉnh lưu Lúc này nguồn điện được chuyển từtín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều Tiếp theo ta cho nguồn điệnqua tụ điện để lọc phẳng tần số Cuối cùng ta cho nguồn điện qua IC

7805 và trở thành nguồn điện 5VDC cấp nguồn cho mạch điện

- Nhấn nút Up: để tăng thời gian hẹn giờ bật

- Nhấn nút Down: để giảm thời gian hẹn giờ bật

- Nhấn nút Set lần 4 là để bắt đầu hẹn giờ bật thiết bị

Lúc này thời gian cài đặt chế độ bật sẽ hiển thị trên LCD và đượcđếm lùi về 00h:00p:00s thì thiết bị sẽ bật

Muốn trở về trạng thái ban đầu thì nhấn nút Reset và chọn lại chế dộbật hoặc tắt

 Sau khi hẹn giờ xong, IC 89S52 chạy chương trình theo code vàxuất ra tín hiệu chân P2.0=1 Khi P2.0=1(Out=1) thì JC817 khóa,tranzitor khóa, cuộn hút trong Rơ-le không hoạt động nên tiếpđiểm từ 3-4 chuyển sang 3-5 Mạch chuyển sang trạng thái từ tắtsang bật thiết bị.

- Nhấn nút Up: để tăng thời gian hẹn giờ tắt

- Nhấn nút Down: để giảm thời gian hẹn giờ tắt

- Nhấn nút Set lần 4 là để bắt đầu hẹn giờ tắt thiết bị

Lúc này thời gian cài đặt chế độ tắt sẽ hiển thị trên LCD và được đếmlùi về 00h:00p:00s thì thiết bị sẽ tắt

Muốn trở về trạng thái ban đầu thì nhấn nút Reset và chọn lại chế dộbật hoặc tắt

 Sau khi hẹn giờ xong, IC 89S52 chạy chương trình theo code vàxuất ra tín hiệu chân P2.0=0 Khi P2.0=0(Out=0) thì JC817 dẫn,tranzitor dẫn, cuộn hút trong Rơ-le hoạt động nên tiếp điểm từ 3-5chuyển sang 3-4 Mạch chuyển sang trạng thái từ bật sang tắt thiếtbị

2.3 Lưu đồ thuật toán

ro-DKro-le

2.4 Chương trình nạp cho IC89S52

unsigned int bat,tat,dem,set,che_do,nhay;

unsigned int gio,phut,giay,tic_tac;

unsigned char vitri[3] = {0,0x80,0xc0};

void set_time (void);

void set_gio (void);

void set_phut (void);

if(gio==phut==giay==0&&bat==1) {Role = 1;}

if(gio==phut==giay==0&&tat==1)

{Role = 0;}

}

}

}

}

}

///////cac ham ghi lenh cho lcd

void dieu_khien(unsigned char da_ta) //ghi vao lcd lenh dieu khien

{

P0 = da_ta;

RW = 0;//Chon che do ghi du lieu tu 8051 vao LCD

RS = 0;//Chon thanh ghi lenh

EN = 1;

delay(40);

EN = 0;

delay(40);

}

///////////////////////////////////////////

void ghi_kt(unsigned char da_ta) //ghi vao lcd 1 ky tu vao lcd

{

P0 = da_ta;

RW = 0;//Chon che do ghi du lieu tu 8051 vao LCD

RS = 1;//chon thanh ghi du lieu

EN = 1;

delay(40);

EN = 0;

delay(40);

}

void ghi_chuoi_kt(char const *str) //ghi vao lcd mot chuoi ky tu {

if(che_do==3) {che_do=1;}

TR0 = 0; //dung timer0 de nap gia tri ban dau

TH0 = -10000/256; //dinh khoang thoi gian 10ms

void main()

{

TMOD=0x11;//dat timer0 che do 1,timer1 che do 1

IE=0x8A;//cho phep ngat timer0 va timer 1

TF1=0;//xoa co tran timer 1

TR0=1;//cho timer0 chay

TR1=1;//cho timer1 chay