Tìm hiểu vi điều khiển PSoC

Tìm hiểu vi điều khiển PSoC Sự phát triển của công nghệ điện tử nói chung, và vi điều khiển nói riêng đã làm thay đổi mọi mặt trong đời sống xã hội. Cùng với sự thay đổi đó thì nhu cầu tìm hiểu, học tập vi điều khiển ngày càng cao.

Đồ Án Môn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc LỜI CẢM ƠN Trong suốt khóa học tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM với sự giúp đỡ của quý thầy cô, đã hướng dẫn em về nhiều mặt và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã hoàn thành đúng thời gian quyi định. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn đến: Tất cả quý thầy cô trong khoa Điên - Điện tử đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để thưc hiện tốt đồ án môn học và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm làm đề tài nhằm hoàn tất chương trình học. Đặt biệt cảm ơn thầy Lê Văn Hiệp giáo viên hướng dẫn đề tài, đã nhiệt tình giúp đỡ, định hướng cho nhóm trong quá trình thực hiện đề tài, giúp đề tài hoàn thành đúng thời gian quy định. Tất cả bạn bè đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện đồ án. Người thực hiện Nguyễn Minh Hòa SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 1 Đồ Án Môn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày….tháng… năm 2008 Giáo viên hướng dẫn Lê Văn Hiệp SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 2 Đồ Án Môn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Lời Nói Đầu Sự phát triển của công nghệ điện tử nói chung, và vi điều khiển nói riêng đã làm thay đổi mọi mặt trong đời sống xã hội. Cùng với sự thay đổi đó thì nhu cầu tìm hiểu, học tập vi điều khiển ngày càng cao. Việc nắm bắt, nghiên cứu và ứng dụng kịp thời các công nghệ kĩ thuật phát triển, cũng như các thiết bị, linh kiện mới là một việc quan trọng góp phần đưa đất nước ta bắt kịp với các nước trên thế giới. Hiện nay, trên thị trường Việt Nam đã xuất hiện một dòng sản phẩm mới là PSoC với tính năng hoàn toàn vượt trội so với các họ vi điều khiển trước đó. Họ vi điều khiển này cho phép chúng ta biên tập cấu hình phụ rất linh hoạt. Từ những ưu điểm và tình hình phát triển trên chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu và giới thiệu đến các bạn họ vi điều khiển PSoC. Qua một thời gian nghiên cứu và tìm hiều, tôi đã hoàn thành được đề tài “Tìm hiểu vi điều khiển PSoC” đúng thời gian qui định. Tuy nhiên, do mức độ phức tạp của đề tài, tài liệu tham khảo còn nghèo nàn, đặc biệt là do hạn chế về thời gian và kiến thức nên chúng tôi chỉ đi vào giới thiệu các phần cơ bản của họ vi điều khiển này. Trong khi biên soạn, mặc dù rất cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm nhất định, rất mong nhận được ý kiến xây dựng tích cực của quý thầy cô và các bạn để chúng tôi hoàn chỉnh hơn về nội dung cũng như về hình thức. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn. SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 3 Đồ Án Môn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Mục Lục A. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI I. Đặt vấn đề 5 II. Lựa chọn phương án 5 III. Giới thiệu về hệ thống điều khiển từ xa 6 B. NỘI DUNG ĐỀ TÀI I. Cơ sở lý luận 7 II. Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong đề tài 8 III. Sơ đồ mạch 17 IV. Mạch in 20 C. KẾT LUẬN D. TÀI LIỆU THAM KHẢO SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 4 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc A. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI I. Đặt vấn đề:  Điều khiển từ xa là việc điều khiển một thiết bị ở một khoảng cách nào đó mà con người không nhất thiết trực tiếp đến nơi đặt hệ thống.  Trong cơng nghiệp hiện nay, người ta dần dần thay thế các thiết bị điều khiển bằng cách tự động hóa, điều khiển từ xa với các lệnh các chương trình .  Việc ứng dụng điều khiển từ xa vào thông tin liên lạc đã mang lại nhiều thuận lợi cho xa hội loài người, thông tin được cập nhật hơn nhờ sự chính xác và nhanh chóng của quá trình điều khiển từ xa.  Thực tế chúng ta thấy: vào những năm của thập niên 60-80 khi điều khiển tivi như chuyển kênh, chỉnh độ sáng tối, chỉnh volume… thì phải thao tác trực tiếp bằng tay trên máy, đến tập niên 90, nhất là những năm gần đây ít còn thao tác bằng tay nữa mà thay thế bằng hệ thống điều khiển từ xa. Mục tiêu nghiên cứu: Tìm hiểu cách thức hoạt động của các hệ thống điều khiển từ xa. Tìm hiểu ngun lý hoạt động của họp số cơ khí quạt. Tìm hiểu một số linh kiện phù hợp cho việc thiết kế mạch. Phân tích và kiểm tra hoạt động của mạch. Đối tượng nghiên cứu: Các tài liệu liên quan đến điện tử Các linh kiện điện tử, datasheet…. Quạt máy gia dụng, Phương pháp nghiên cứu: Tham khảo tài liệu và khảo sát thực tế. II. Lựa chọn phương án:  Do đặc trưng của đề tài là thiết kế và thi cơng nên sử dụng theo phương pháp sau:  Tham khảo tài liệu: hoạt động chủ yếu là tự tìm hiểu, thu thập tài liệu liên quan đến đề tài.  Ưu điểm : giúp bản thân có khả năng tự học, tự tìm hiểu khám phá vấn đề.  Nhược điểm: nắm được kiến thức khơng nhiều, khó khăn trong việc cơ động kiến thức.  Đàm thoại: dựa vào kiến thức đã có, trao đổi với thầy cơ và bạn bè. SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 5 Đồ Án Môn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc  Ưu điểm: năng cao khả năng làm việc nhóm, dễ dàng nắm kiến thức, tạo mối quan hệ thân thiện giữa thầy trò và bạn bè, học hỏi kiến thức mới và kinh nghiệm của những người đi trước.  Nhược điểm: mất nhiều thời gian cho việc tranh luận và giải quyết vấn đề. Trong thiết kế ta có các phương án:  Dùng IC 9148, 9149 và 4017  Ưu điểm: Mạch đơn giản  Nhược điểm: phím bấm không linh họat (phải chuyển phím theo thứ tự từ vòng tròn OF đến 3).  Dùng IC 9148, 9149 và 40193  Ưu điểm: phím bấm linh hoạt, thuận tiện trong việc chọn nút điều khiển 1,3,2,OF.  Nhược điểm: Mạch phức tạp.  Lựa chọn phương pháp:  Phương pháp đàm thoại có nhiều ưu điểm nên phương pháp đamg thoại là phương án mà nhóm thông nhất thực hiện.  Trong thiết kế nhóm chọn phương án Dùng IC 9148, 9149 và 40193  Ưu điểm: linh hoạt điều chỉnh tốc độ quạt tùy ý.  Nhược điểm: mạch vẫn còn nhiều phức tạp. III. Giới thiệu về hệ thống điều khiển từ xa: Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị ở một khoảng cách xa. Ví dụ: hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xa bắng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quang, dây dẫn. Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều hiển từ xa bao gồm: Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi. Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu. Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình xử lý, giải mã để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến thiết bị thi hành. SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 6 Thiết Bị Phát Đường Truyền Thiết Bị Thu Đồ Án Môn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc B.NỘI DUNG ĐỀ TÀI I. Cơ sở lý luận:  Sơ đồ khối của mạch thu phát hồng ngoại điều khiển quạt: Sơ đồ mạch phát: Giải thích sơ đồ khối máy phát: Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đến máy thu, lệnh truyền đi đã được điều chế. Ma trận phím: được bố trí theo cột và hàng. Lệnh điều khiển được đưa đến bộ mã hóa dưới tương ứng với từng phím điều khiển. Xử lý tín hiệu: để truyền các tín hiệu khác nhau đến máy thi mà không gây nhầm lẫn, do đó IC có chức năng mã hóa các tín hiệu. Biến đổi các lệnh điều khiển thành các bit nhị phân. Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau : Điều chế độ rộng xung. Điều chế vị trí xung. Điều chế biên độ xung. Điều chế mã xung. Trong kỹ thuật điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại, phương pháp điều chế mã xung thường được sủ dụng, vì phương pháp này tương đôi đơn giản, dễ thực hiện. Sau khi mã hóa xong tín hiệu được điều chế kết hợp với sóng mang để đưa đến khối khuếch đại. Khuếch đại tín hiệu: khuếch đại tín hiệu đủ lón để LED phát hông fngoaij phát tín hiệu ra môi trường. SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 7 Ma Trận Phím Xử Lý Tín Hiệu Khuếch Đại Tín Hiệu Phát Tín Hiệu Nguồn Cung Cấp Đồ Án Môn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Sơ đồ mạch thu: Giải thích sơ đồ khối máy thu: Chức năng của máy thu là thu được tín hiệu điều khiển từ má phát, loại bỏ sóng mang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh riêng biệt, từ đó mỗi lệnh sẽ đưa đến khối chấp hành cụ thể. Thu tín hiệu: nhận các tín hiệu hồng ngoại ở môi trường xung quanh. Tách sóng, khuếch đại tín hiệu: triệt tiêu sóng mang, chỉ giữ lại tín hiều điều khiển. Sau đó tín hiệu điều khiển được truyền tới khối xử lý tín hiệu. Xử lý tín hiệu: tín hiệu truyền tới sẽ được giải mã và xuất tín hiệu ngõ ra thực hiện lệnh tương ứng. Khuếch đại: tín hiệu ngõ ra rất bé do đó cần được khuếch đại để điều khiển. Chốt dữ liệu: có nhiệm vũ giữ nguyên trạng thái tác động khi tín hiệu điều khiển không còn. Điều này có nghĩa là khi ơhats lệnh điều khiển ta chỉ tác động vào phím ấn 1 lần. trạng thái chỉ thay đổi khi 1 phí ấn khác được tác động. Điều khiển thiết bị: là khối chấp hành và thực hiện việc điều khiển thiết bị ta mong muốn. II. Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong đề tài: 1. Led hồng ngoại: Tia hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 780nm đến 900nm. Nguồn phát ánh sáng hồng ngoại thường dùng là các diode hồng ngoại. Vật liệu chế tạo Led hồng ngoại là GaAs với vùng cấm có độ rộng khoảng 1.43ev cơ chế tái hợp trực tiếp giữa vùng dẫn và vùng hóa trị của GaAs cho ta bước sóng của Led hồng ngoại. Cấu tạo : SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 8 Thu Tín Hiệu Tách Sóng, Khuếch Đại Tín Hiệu Xử Lý Tín Hiệu Khuếch Đại Điều Khiển Thiết Bị Nguồn Cung Cấp Chốt Dữ Liệu Đồ Án Môn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Diode là một linh kiện bán dẫn thuộc nhóm điện quang, biến đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng, gồm có một chuyển tiếp P-N. Các diode phát quang được chế tạo không phài trên cơ sở Si hoặc Genhư đa số linh kiện bán dẫn khác ma được chế tạo trên cơ sờ Arsenic-Phosphit-Gali. Các diode phát quang này phát sáng khi có dòng điện thuận chạy qua nó. Miền phổ bức xạ diode co giới hạn tương đối hẹp , vị trí của miền này phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn được sử dụng. Cấu tạo và ký hiệu của led phát: Nguyên lý làm việc: Khi chuyển tiếp P-N phân cực thuận, sẽ có hiện tượng phun hạt dẫn o mức cao (lỗ trống từ P++ phun sang N++ điện tử từ N++ phun sang P++) và kèm theo nó là hiện tượng tái hợp bức xạ lam phát ra ánh sàng. Hiện tượng tái hợp bức xạ là hiện tượng giải phóng các hạt photon khi có sự tái hợp trưc tiếp giữa điện tử và lỗ trống. Một số diode phát quang trên thị trường: Diode GaAs cho ánh sáng hồng ngoại mà mắt thường không thấy được. Diode BaAsP cho ánh sáng khả kiến, khi thay đổi hàm lượng photon mà diode cho ra ánh sáng co màu đỏ, cam, vàng. Diode GaP cho ánh sáng màu vàng hoặc xanh. 2. Các linh kiện thu hồng ngoại: Để thu tín hiệu hồng ngoại ta có thể dùng quang điện trở, photodiode, phototransito. Tất cả các linh kiện này đều dùng hiệu ứng quang điện Nguyên lý hoạt động: Giả sử các điều kiện phân cực cho IC đã hoàn chỉnh. Khi IC nhận tín hiệu điều chỉnh từ Diode phát quang. Mạch khuếch đại Op-Amp của IC sẽ thay đổi dòng điện thu được tù Diode ra điện áp (điện áp này được khuếch SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 9 P N Đồ Án Môn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc đại. Tín hiệu điện áp được đưa đến Smith trigger để tạo xung vuông. Xung này có nhiệm vụ kick Transistor ngõ ra hoạt động. Lúc đó ngõ ra tại chân số 2 của IC ở mức thấp. Tín hiệu ngõ ra ở mức 0 có thể được dùng để điều khiển gián tiếp một tải nào đó. 3. IC 9148 Mạch điện IC TC9148 sử dụng công nghệ CMOS qiu mô lớn để chế tạo là một loại linh kiện phát xạ mã hóa tia hồng ngoại cũng rất thông dụng, phạm vi điện áp nguồn điện là 2,2-5,5V. Vì sử dụng công nghệ CMOS để chế tạo nên công suất tiêu hao cực thấp, dòng điện trạng thái tĩnh chỉ 10 . nó có thể sử dụng nhiều tổ hợp phím, chỉ cần nối ngoài linh kiện LC hoặc bộ dao động thạch anh là có thể tạo ra dao động. Sơ đồ chân: Chức năng chân: IC TC9148 sử dụng 16 chân vỏ nhựa kiểu cắm thẳng hàng. Chân 1: GND Chân 2,3: Mắc thạch anh dao động Chân 4 đến 12: Lập thành ma trận phím. Chân 13: Code là đầu số vào của mã số,dùng để qui định phát và nhận do người sử dụng qui định. Chân 14:TEST là đầu thử, bình thường khi sử dụng có thể bỏ trống. Chân 15:Txout là đầu ra tín hiệu truyền tải tín hiệu 12 bit thành một chu kỳ, đã được điều chế với sóng mang 38 kHz. Chân 16: Vdd là đầu dương của nguồn điện cung cấp điện áp một chiều 2,2-5,5 V, điện áp điển hình là 3V. SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 10 [...]... Hòa Trang 14 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Bảng mã : SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 15 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc 4 IC9149 : IC này cũng được chế tạo bằng cơng nghệ CMOS, đi cặp với IC phát TC9148 để tạo ra một bộ IC thu-phát trong điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại Sơ đồ chân : SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 16 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Chức năng các chân : Chân... Mạch Phát: SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 24 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc 2 Mạch Thu: SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 25 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc C Kết Luận  Đề tài điều khiển quạt từ xa bằng tia hồng ngoại nhưng qua đó đã phản ánh được sự vận dụng các kiến thức đã học một cách khoa học, tinh thần làm vi c nghiêm túc, sự tìm tòi học hỏi, nghiên cứu các kiến thức mới  Do thời... Đồ Án Mơn Học SHTH: Nguyễn Minh Hòa Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Trang 23 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Bình thường các ngõ ra ở mức thấp, nếu như mạch thu nhận được tín hiệu từ mạch phát thì ngõ ra tương ứng ở mạch thu sẽ lên cao Ở đây 5 ngõ ra SP1, SP2, SP3, SP4 được truyền đến 40193 sẽ load dữ liệu vào đầu ra QA, QB, QC, QD kết nối với MOC3020 để điều khiển tiếp điểm đóng ngắt quạt Đồng... vào vi c điều khiển động cơ để đóng mở cửa nhà  Ngồi ra ta còn có thể tích hợp tất cả các bộ điều khiển bằng hồng ngoại lại chung thành một bộ điều khiển chính như dùng remote tivi mà ta có thể điều khiển được quạt máy ,vi c đóng mở cửa nhà SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 26 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc D.Tài Liệu Tham Khảo 1 Mạch Số - PGS.TS Nguyễn Hữu Phương 2 Thực Tập Kỹ Thuật Số - Nguyễn... khoảng 8mA 8 IC 74247: + Hình dáng : + sơ đồ chân SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 20 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc + sơ đồ mạch logic : Ngõ ra tác động mức thấp nên thích hợp để thúc các led 7 đoạn anod chung hay các đèn chịu dòng thấp SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 21 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Trong đó với ngõ ra là một dạng sóng và ngõ ra 0 là tắt , nghĩa là nếu 74247 thúc đèn led... Hòa Nhỏ Điển Lớn Đơn nhất hình nhất vị 2.2 - 5.5 V - - 1.0 mA - - 1.0 µA VIH - 2.0 - 3.0 V IIH VIH=3V 20 30 6.0 µA IIL VIL=0V 1.0 - 1.0 µA Trang 11 Đồ Án Mơn Học Code test Dòng điện đầu vào Dòng K1-K3 điện đầu vào Txout Dòng điện đầu vào Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc điện thấp Mức điện cao Mức điện cao Mức điện thấp Mức điện cao IIH VIH=3V 1.0 - 1.0 µA VOH=2V - - 500 µA VOL=3V 5.0 - - µA VOH=2V - - 0.1... đồ án này chỉ khảo sát điều khiển 4 nút nhấn nên ở mạch phát chỉ sử dụng 4 phím, mỗi phím sẽ thực hiện đóng ngắt một tiếp điểm Như vậy ở ngõ ra mạch thu sẽ có 4 ngõ ra tương ứng Vi c qui định phím nào điều khiển thiết bị nào là do người thiết kế qui định.Ở đây em sẽ sử dụng 4 ngõ ra SP1, SP2, SP3, SP4 của mạch thu TC9149 để làm chức năng điều khiển Khi ta nhấn nút nhấn điều khiển thì chân 15 xuất ra... quạt trên có 3 tốc độ ứng với số 1, số 2, số 3 theo sơ đồ dưới đây: Hình 8: Sơ đồ đấu dây cho quạt 3 tốc độ Cũng theo ngun lý trên em điều khiển tốc độ quạt thơng qua 3 cuộn dây giống như sơ đồ sau: SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 19 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc 7 LED 7 đoạn: Led 7 đđoạn là một trong các linh kiện hiển thò số chỉ báo thông dụng bao gồm 7 led đơn dạng thanh được kết nối như... Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Sơ đồ khối bên trong: Bên trong IC TC9148 thường có bộ dao động bộ phân tần, bộ giải mã, mạch điện đầu vào của bàn phím, bộ phát mã số … tạo thành Sơ đồ khối logic bên trong của nó được trình bày như trên Mục lục Tham số chủ yếu của 9148 Kí Điều kiện đo hiệu thử Tất cả chức năng thao tác Phím thơng khơng phụ tải Phím mở khơng dao động Điện áp nguồn Dòng điện làm vi c... SHTH: Nguyễn Minh Hòa Trang 17 Đồ Án Mơn Học Tìm Hiểu Vi Điều Khiển Psoc Tham số Ký hiệu Điều kiện đo thử Ta = -20 ~ 75 O C Đầu ra khơng phụ tải Ta = -20 ~ 75 O C VDD = 4.55.5V Nhỏ nhất Điển hình Lớn nhất Đơn vị Điện áp nguồn VDD 4.5 - 5.5 V = - 1.0 mA 27 - 57 kHz SOS - - 38 - kHz ∆Vf VDD = -5 4.55.5V Ta = -30 ~ 75 -5 O C - 5 % - 5 % Dòng điện làm IDD vi c Tần số đao động FOSC Tần số sử dụng chuẩn . ra tương ứng. IC TC 914 8 phối hợp với TC 914 9 có 3 lựa chon theo bảng dưới đây: TC 914 8 TC 914 9 T1 T2 T3 C1 C2 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 Đầu C (code) nối tụ điện với GND là [1] , nối GND là [0]. Đầu. 0 1 0 0 0 0 1 0 0 Không liên tục 11 0 1 0 0 0 0 0 1 0 Không liên tục 12 0 1 0 0 0 0 0 0 1 Không liên tục 13 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Không liên tục 14 0 0 1 1 0 0 0 0 0 Không liên tục 15 0 0 1 0 1 0. liên tục 16 0 0 1 0 0 1 0 0 0 Không liên tục 17 0 0 1 0 0 0 1 0 0 Không liên tục 18 0 0 1 0 0 0 0 1 0 Không liên tục 19 0 0 1 0 0 0 0 0 1 Không liên tục Dạng xung phát ra : Mã Người dùng C1, C2,