Luận án tốt nghiệp ngành điện tử viễn thông

Luận án tốt nghiệp ngành điện tử viễn thôngLuận án tốt nghiệp ngành điện tử viễn thôngLuận án tốt nghiệp ngành điện tử viễn thôngLuận án tốt nghiệp ngành điện tử viễn thông

Luận án tốt nghiệp Bộ Giáo Dục Đào Tạo Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh Trường ĐH Sư Phạm Kĩ Thuật Khoa Điện Bộ Môn : Điện Tử NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực : TRẦN ĐẠI NGHĨA Lớ p : 95 KĐĐ MSSV : 95101099 Số điện thoại : 8854340 ( Tp.Hồ Chí Minh ) 1/ Tên đề tài : Điện Năng Kế Điện Tử Giao Tiếp Máy Tính 2/ Nội Dung Luận Văn Tốt Nghiệp : Tính tốn thơng số kĩ thuật Thiết kế phần cứng Giới thiệu phần mềm 3/ Các Bản Vẽ: Sơ đồ nguyên lí 4/ Giáo Viên Hướng Dẫn : Thầy QUÁCH THANH HẢI 5/ Ngày Giao Nhiệm Vụ 6/ Ngày Hoàn Thành Nhiệm Vụ : Giáo Viên Hướng Dẫn Kí Tên : _ _ _ Quách Thanh Hải _ : 13 / 12 / 1999 28 / / 2000 Thông Qua Bộ Môn Ngày … tháng … năm 2000 Chủ nhiệm Bộ Môn _ Luận văn tốt nghiệp  LỜI GIỚI THIỆU : Là sinh viên thuộc ngành Điện tử, thân người làm đề tài t lâu có mong mu ốn trước trường có hội sử dụng kiến thức h ọc đ ể t ạo m ột s ản phẩm có ích cho xã hội thân c ũng d ịp đ ể đánh giá l ại ki ến th ức học tập suốt trình rèn luyện giảng đường Đại học Luận văn tốt nghiệp có lẽ hội tốt mà nhà trường tạo đ ể thân người làm có dịp thử thách trước tiếp cận với thực tế Được gợi ý thầy TRẦN SUM, người làm luận văn định ch ọn đ ề tài “Điện kế điện tử giao tiếp máy tính” Trước giao đề tài thầy TR ẦN SUM hỏi thử có dám làm khơng đ ề tài m ới Lúc b ản thân ng ười làm cảm thấy lo đồng ý nhận đề tài bi ết cố gắng h ết sức “Điện kế điện tử” đề tài ứng dụng kĩ thuật điện tử thiết b ị đo lường hiển thị số nâng cao chút so với thi ết b ị đo lường ện t trước có khả tính tốn số liệu thu thập b ằng phần m ềm giao ti ếp đ ược với máy tính Điều tạo nhiều thuận lợi cho việc sử dụng điều khiển, xu hướng chung thiết bị ngày Như vậy, khâu đề tài đo lường đại lượng điện b ằng phương pháp truyền thống phận xử lí phía sau thi ết b ị s ố v ẫn đo đ ạc đại lượng phương pháp có khác chút nhằm làm t ương h ợp v ới thi ết b ị điện tử Khi có đại lượng điện đo đạc cụ thể phần công vi ệc ti ếp theo phần mềm chịu trách nhiệm xử lí thơng qua thi ết bị có kh ả tính tốn x lí liệu vi xử lí vi ều ển có s ự k ết n ối v ới thi ết b ị phụ trợ bên Đề tài có liên quan đến nhiều vấn đề lí thuyết, điều địi hỏi thân người làm phải cần phải tìm tịi vận dụng Trong xu việc điện tử hóa thiết bị phục v ụ cho ng ười nh ằm ngày đáp ứng trọn vẹn yêu cầu người dùng, v ậy b ản thân ng ười làm đ ề tài cảm thấy cần phải rèn luyện nhiều khơng lu ận văn t ốt nghiệp trường mà điều quan trọng tr ường ph ải không ngừng phấn đấu Điện kế điện tử giao tiếp máy tính KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI : Đề tài “Điện kế điện tử giao tiếp máy tính ” hoàn thành thời hạn giao Đối với đề tài việc nghiên c ứu lần đ ầu ch ắc ch ắn tránh khỏi thiếu sót cố gắng nhi ều nh ưng ng ười làm đ ề tài v ẫn chưa thật đáp ứng hết yêu cầu đề ban đầu, mong s ự thông c ảm q Thầy, Cơ bạn sinh viên Nhìn chung, đề tài hồn thành xong vấn đề y ếu nh ất ều giúp t ạo sườn chung cho việc nghiên cứu phát triển sau Điều cần làm người kế tục đề tài nghiên cứu sâu tất v ấn đ ề nêu luận văn tốt nghiệp nhằm tìm phương pháp tốt ho ặc hoàn ch ỉnh phương pháp nêu, gợi ý mang tính chất chung chung mà điều cần thiết phải biết tự suy nghĩ Mạch điện trình bày chưa phải mạch điện hồn h ảo vi ệc s d ụng thiết bị chưa có chuẩn hóa mà phải tận dụng thiết b ị có sẵn, ều bắt buộc ý muốn Nếu tất c ả b ộ phận bên ện n ăng kế điện tử chế tạo chuyên dùng, ch ắc chắn thi ết b ị hoạt động xác bền bỉ nhiều Nhưng điều trở thành hi ện thực mơ hình lí thuyết tính tốn thật chi ti ết xác sau c ần tr ải qua thời gian dài thử nghiệm điều chỉnh Sau đạt đ ược tất c ả thông s ố yêu cầu ngành điện lực chấp nhận lúc đặt hàng xí nghi ệp ện t để sản xuất phận Đây điều mong mỏi lớn ng ười làm đề tài Ngoài ra, phần mềm viết tốt thay th ế cho m ột s ố thiết bị phần cứng bên ngồi, lúc cần phải lưu ý v ề kh ả n ăng ho ạt đ ộng c khối xử lí khơng thể đáp ứng tất yêu cầu t thiết b ị bên ngồi mà khơng cần trợ giúp từ thiết bị phần cứng Cần phải lưu ý rằng, công việc quan trọng khối điều ển thu th ập tín hiệu đầu dị xử lí liệu để tính toán đ ại l ượng mong mu ốn ện n ăng tiêu thụ, viết phần mềm để đảm nhận công việc thay th ế cho phần cứng bên tức khối xử lí phải gánh vác thêm nhiệm vụ có th ể gây s ự sai s ố mức cho phép lúc chương trình trở nên phức tạp Sinh viên thực đề tài Trần Đại Nghĩa Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TĨM LƯỢC CÁC VẤN ĐỀ LÍ THUYẾT LIÊN QUAN ĐỀ TÀI Điện kế điện tử giao tiếp máy tính Đề tài : “Điện kế điện tử giao tiếp máy tính ” có liên quan đến nhiều vấn đề lí thuyết Nhưng phạm vi Luận Văn Tốt Nghiệp, người làm đề tài khơng thể trình bày chi tiết vấn đề được, mà đề cập đến cách tóm lược nhằm làm sở cho lí luận sau Do bạn sinh viên có nhu c ầu tìm hi ểu sâu h ơn nên tham khảo tài liệu chuyên môn ngành A VI ĐIỀU KHIỂN 8951 I MÔ TẢ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 8951 1/ Giới thiệu họ MCS51: MCS51 họ IC vi điều khiển (Microcontroller ) hãng Intel sản xuất Các IC tiêu biểu cho họ MCS51 8051 8031 Đặc biệt, vi điều khiển 8951 sản xuất gần mang đặc điểm sau:           Kbytes EEPROM 128 bytes RAM ports I/O (Input/Output) định thời (timer) 16 bits Giao tiếp nối tiếp 64 Kbytes khơng gian nhớ chương trình mở rộng 64 Kbytes không gian nhớ liệu mở rộng Một xử lí luận lí (thao tác bit đơn) 210 bits địa hóa Bộ nhân chia µs Luận văn tốt nghiệp 2/ Sơ lược chân 8951: µC 8951 có tất 40 chân có chức đường xuất nhập Trong có 24 chân có cơng dụng kép, đường có th ể ho ạt đ ộng nh đ ường xuất nhập đường điều khiển thành phần bus liệu bus địa 2.1/ Hệ thống giao tiếp port: a/ Port 0: Port port hai chức chân 32 – 39 Trong thiết kế cỡ nhỏ (khơng dùng nhớ mở rộng) có chức đường I/O Đối với thiết kế lớn với nhớ mở rộng, hợp kênh bus liệu byte thấp bus địa Điện kế điện tử giao tiếp máy tính b/ Port 1: Port port I/O chân – Các chân kí hiệu: P1.0 ; P1.1 ; P1.2 … dùng cho giao ti ếp v ới thi ết b ị ngồi n ếu cần Port khơng có chức khác, chúng ch ỉ đ ược dùng cho giao tiếp với thiết bị c/ Port 2: Port port công dụng kép chân 21 – 28 đ ược dùng nh đường xuất nhập byte cao bus địa đ ối v ới thi ết k ế dùng nhớ mở rộng d/ Port 3: Port port công dụng kép chân 10 – 17 Các chân c port có nhiều chức năng, cơng dụng chuy ển đ ổi có liên h ệ v ới đ ặc tính đặc biệt 8951 bảng sau: Bit Tên Chức chuyển đổi P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD TXD INT0\ INT1\ T0 T1 WR\ RD\ Dữ liệu nhận cho port nối tiếp Dữ liệu phát cho port nối tiếp Ngắt bên Ngắt bên Ngõ vào Timer/counter Ngõ vào Timer/counter Xung ghi nhớ liệu Xung đọc nhớ liệu 2.2/ Các tín hiệu điều khiển: µC 8951 có tín hiệu điều khiển: a/ PSEN\ (Program Store Enable): PSEN\ tín hiệu chân 29 Nó tín hiệu điều khiển cho phép nhớ chương trình mở rộng, PSEN\ thường nối đến chân OE (Output Enable) EPROM phép đọc byte mã lệnh PSEN\ mức thấp thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân chương trình đọc từ EPROM qua bus liệu chốt vào Luận văn tốt nghiệp ghi lệnh 8951 để giải mã lệnh Nếu thi hành chương trình ROM nội (8951) PSEN\ mức thụ động (mức cao) b/ ALE (Address Latch Enable): Tín hiệu ALE chân 30 tương hợp với thiết bị làm việc với vi xử lí 8085, 8088, 8086 µC 8951 dùng ALE cách tương tự cho việc giải kênh bus địa liệu Khi port dùng chế độ chuyển đổi: vừa bus d ữ li ệu v ừa byte thấp bus địa chỉ, ALE tín hiệu để chốt byte thấp địa vào ghi bên nửa đầu chu kì nhớ Sau đó, đ ường port dùng để xuất nhập liệu nửa sau chu kì nhớ Các xung tín hiệu ALE có tốc độ 1/6 lần tần số dao động chip dùng làm nguồn xung nhịp cho phần khác c h ệ thống Nếu xung nhịp 8951 12 Mhz ALE có tần số Mhz Chỉ ngoại trừ thi hành lệnh MOVX, xung ALE s ẽ b ị Trong trường hợp 8051 chân làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM chip c/ EA\ (External Access): Tín hiệu vào EA\ chân 31 thường mắc lên mức cao (+5v) mức thấp (GND) Nếu mức cao, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội khoảng địa thấp (4K) Nếu mức thấp, chương trình thi hành từ nhớ mở rộng Khi dùng 8031, EA\ ln nối mức thấp 8031 khơng có nhớ chương trình chip Nếu EA\ nối mức thấp nhớ chương trình bên 8951 bị cấm chương trình thi hành từ EPROM mở rộng Người ta dùng EA\ làm chân cấp điện áp 21V lập trình cho EEPROM 8051 d/ RST (Reset): Ngõ vào RST chân ngõ reset 8951 Khi tín hiệu đưa lên mức cao (trong chu kì máy), ghi bên 8951 tải giá trị thích hợp để khởi động hệ thống e/ Các ngõ vào dao động chip: Điện kế điện tử giao tiếp máy tính Như thấy hình trên, 8951 có dao động chip Nó thường nối với thạch anh hai chân 18 19 Các t ụ gi ữ cần thiết vẽ Tần số thạch anh thông thường 12 Mhz f/ Các chân nguồn: 8951 hoạt động với nguồn đơn +5V Vcc nối vào chân 40 Vss (GND) nối vào chân 20 3/ Tổ chức nhớ: 3.1/ Khảo sát tổ chức nhớ 8951: µC 8951 có nhớ tổ chức theo cấu trúc Harvard : có vùng nhớ riêng biệt cho chương trình liệu Như nói trên, chương trình liệu bên ( 8951); dù chúng mở rộng thành phần lên đ ến t ối đa 64 Kbytes nhớ chương trình 64 Kbytes nhớ liệu Bộ nhớ bên bao gồm ROM (8951) RAM chip bao gồm nhiều thành phần: Phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ đ ịa ch ỉ hóa t ừng bit, bank ghi ghi chức đặc biệt FFFF FFFF Bộ nhớ chương trình FF 00 000 Bộ nhớ chip 0000 Bộ nhớ mở rộng Tóm tắt vùng nhớ 8951 Hai đặc tính cần lưu ý là: Luận văn tốt nghiệp   Các ghi port xuất nhập xếp nhớ truy xuất trực tiếp giống địa nhớ khác Ngăn xếp bên RAM nội nhỏ so với RAM ngồi so với xử lí khác 3.2/ Chi tiết nhớ RAM chip: Như thấy hình sau, RAM bên 8951 phân chia thành bank ghi (00H – 1FH), RAM địa hóa bit (20H – 2FH), RAM đa d ụng (30H – 7FH) ghi chức đặc biệt khoảng (80H – FFH)  RAM đa dụng: Mặc dù hình cho thấy 80 bytes RAM đa dụng chi ếm đ ịa ch ỉ t 30H – 7FH, 32 bytes từ 00H – 1FH đ ược dùng v ới m ục đích t ương t ự (mặc dù địa có mục đích khác) Địa byte Địa bit RAM đa dụng FF F0 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B E0 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 ACC D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 _ D0 PSW B8 7F Địa byte _ _ _ BC B BA B B9 B8 IP B0 B7 B6 B5 B4 B3 B1 B0 P3 A8 AF _ _ AC AB AA A9 A8 IE A0 A7 A6 A5 A4 A1 A0 P2 99 98 9F 9E khơng địa hóa bit 9D 9C 9B 9A 99 98 SBUF SCON 90 97 96 90 P1 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1F 18 17 10 0F 08 07 00 7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07 7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 16 0E 06 7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 3D 35 2D 25 1D 15 0D 05 7C 7B 74 73 6C 6B 64 63 5C 5B 54 53 4C 4B 44 43 3C 3B 34 33 2C 2B 24 23 1C 1B 14 13 0C 0B 04 03 BANK 7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 12 0A 02 79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01 BANK BANK BANK ( Mặc định cho R0 – R7 ) RAM 78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08 00 8D 8C 8B 8A 89 88 87 83 82 81 80 8F 87 Địa bit 95 94 A3 93 B2 A2 92 91 không địa hóa bit khơng địa hóa bit khơng địa hóa bit khơng địa hóa bit khơng địa hóa bit 8E 8D 8C 8B 8A 89 khơng địa hóa bit khơng địa hóa bit khơng địa hóa bit khơng địa hóa bit 86 85 84 83 82 81 88 80 TH1 TH0 TL1 TL0 TMOD TCON PCON DPH DPL SP P0 CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT Tóm tắt nhớ liệu chip 10 Điện kế điện tử giao tiếp máy tính nạp vào người lập trình để định cách thức điều ển khối đóng ng khối hiển thị - cảnh báo hoạt động Khi Trung tâm điều hành Công ty điện lực cần số liệu từ điện kế 8951 nhanh chóng đáp ứng để gửi liệu lên đường truyền theo m ột hai cách nối tiếp song song Trong hệ thống, 8951 đóng vai trị chủ đạo tất hoạt đ ộng b ộ phận bên đặt quyền kiểm sốt Tuy nhiên, để 8951 giải tất đòi hỏi đáp ứng thiết b ị ngồi việc viết phần mềm điều khiển trở nên phức tạp làm chậm tốc độ chung c toàn thiết bị Do trường hợp cần thiết ta phải thiết kế ph ần c ứng đ ể hỗ tr ợ cho 8951, điều thể rõ việc thiết kế khối hiển thị cảnh báo Sơ đồ ngun lí trình bày rõ cách thức nối chân vào, c 8951 với thiết bị để thực chức đo đạc hi ển th ị ện tiêu th ụ hộ sử dụng điều trình bày rõ phần gi ới thi ệu ph ần m ềm điều khiển 8951 3) Khối lưu trữ liệu: Khối lưu trữ EEPROM 2864 có dung lượng KBytes đ ể ch ứa ch ương trình liệu Việc sử dụng nhớ bên để thiết kế cho khối lưu trữ li ệu nh ằm tạo s ự thuận lợi việc nạp chương trình điều khiển b ằng n ạp nh ất c ần thay đổi chương trình dễ dàng EEPROM 2864 ROM điện đọc/ghi thuận tiện giống RAM t ĩnh, đặc điểm khơng bị liệu bị nguồn chương trình, liệu lưu vào không bị thay đổi Điều quan trọng đối v ới ện kế 67 Luận văn tốt nghiệp Chương trình điều khiển sau nạp vào 2864 dùng để điều khiển 8951 thực tất yêu cầu đặt Trong hoạt đ ộng, 8951 dùng phần nhớ để lưu liệu xử lí Tóm lại việc sử dụng EEPROM 2864 vừa dễ dàng cho việc n ạp trình v ừa đ ảm bảo cho việc an tồn cho liệu lưu trữ 4) Khối hiển thị – cảnh báo: Thay dùng chương trình để điều khiển 8951 quét LED đoạn để hiển thị liệu mong muốn, ta thiết kế khối riêng chuyên hi ển thị li ệu gửi từ 8951 Điều nhằm mục đích làm giảm cơng vi ệc cho 8951 đ ể th ực chương trình cách liên tục mà khơng b ị ng quãng b ởi yêu c ầu hi ển thị thơng tin LED Nhờ giảm nhỏ sai số vi ệc thu nh ận x lí d ữ liệu, ngồi việc viết chương trình để bắt 8951 th ực hi ện xen k ẽ nhi ều công việc trở nên phức tạp nhiều Khối hiển thị gồm có đèn LED đoạn thuộc loại anode chung Chân anode c đèn nối đến cực C transistor loại PNP, cực E c transistor đ ược n ối lên nguồn +5V Cực B chúng nối đến ngõ tác đ ộng m ức th ấp c IC gi ải mã 74LS138 từ Y0 đến Y7 68 Điện kế điện tử giao tiếp máy tính Dữ liệu cần hiển thị phải chuyển thành mã LED đoạn dấu chấm thập phân Ta cần đến IC có khả lưu tạm liệu từ 8951 gửi phải tình trạng chờ nhận liệu từ 8951, đồng thời q trình chờ liệu xuất liệu trước chân a, b, c, …p led đoạn Nghĩa có yêu cầu hiển thị liệu, 8951 cần ghi liệu IC quay trở lại để thực chương trình chính, cịn việc hiển thị li ệu hồn tồn khối hiển thị đảm nhận Xét thấy IC nhớ thích hợp để đảm nhận nhiệm vụ lưu tạm li ệu t 8951 đưa đến, IC nhớ cần dung lượng byte đ ủ đ ể lưu byte d ữ li ệu t ương ứng với LED lần ghi liệu 8951 Nhưng việc tìm nhớ có dung lượng byte m ột ều không th ực t ế không bắt buộc phải làm, ta dùng b ộ nhớ ph ổ biến RAM 6116 để thực chức trên, bị hao phí v ề dung l ượng nh ưng r ất thuận tiện việc sử dụng Khi cần hiển thị liệu, 8951 gửi lúc byte vào ô nhớ 6116, byte tương ứng với đèn LED đoạn Do vậy, 6116 đ ược k ết nối nh vùng nhớ byte 8951 8951 truy xuất đến địa 6116 ghi byte dạng mã LED đo ạn vào ô nhớ Sau 8951 khơng truy xuất liệu đưa đến đèn LED tương ứng nhờ phương pháp quét đưa liệu đến LED thích hợp Trong mạch điện có sử dụng IC 74LS157 để chọn hai bus li ệu bit ngõ vào nối đến đường IC Khi 8951 muốn ghi liệu vào 6116 làm cho chân CS3\ xuống m ức làm cho bus liệu vào thứ IC 74LS157 k ết n ối v ới ngõ liệu ghi vào 6116 cách dễ dàng Thời gian ghi liệu ngắn phát hi ện b ằng m D ữ li ệu ghi vào 6116, chân CS3\ lên mức k ết n ối bus d ữ li ệu th ứ hai c IC 74LS157 đến đường phép nhớ xuất byte nh v ừa đ ược ghi đ ến LED tương ứng IC 74LS92 thiết kế để đếm 6, ngõ nối đến chân chọn 74LS138 Một số ngõ IC 74LS138 chọn lựa m ột LED đoạn nhận lấy liệu xuất từ nhớ, tần số qt tính tốn cho LED không bị nhấp nháy IC 74LS244 dùng để ngăn cách liệu bus hệ thống với bus li ệu c riêng khối hiển thị Điều giúp cho khối hiển thị hoạt động song song v ới kh ối x lí trung tâm mà khơng sợ bị lẫn lộn liệu Tính tốn tần số tạo xung Ck cho IC 74LS92: Gọi thời gian cho LED sáng t, chu kì quét qua tất LED T = 6t Trong chu kì quét LED sáng khoảng thời gian = 1t tắt 5t Tần số quét phải ≥ 25 Hz để mắt người không phát nhấp nháy LED 69 Luận văn tốt nghiệp f quét = 1/T = 1/6t t ≤ / 6x25 Gọi f tần số xung Ck : f = 1/t = 6x25 = 150 Để LED nhấp nháy hơn, ta chọn f = 500Hz Tính tốn giá trị R, C mạch tạo xung Ck: f = 500 = 1.2 / RC Chọn C = 0.1 µF R = 1.2 / 500x0.1x10-6 = 24K Ω Ta chọn R = 22 KΩ Bộ phận cảnh báo loa nhỏ Ω, 0.25W gắn đến ngõ IC nhạc có transistor khuyếch đại Mạch điện trình bày sơ đồ nguyên lí, tín hiệu chân PC2 đ ược dùng làm chân điều khiển khối cảnh báo phát tín hiệu Tín hiệu điều khiển từ 8951 xuất làm Q8 dẫn cấp nguồn cho IC nhạc, tín hi ệu âm tần Q14 khuyếch đại đưa loa Diode zenner dùng ổn định điện áp cho IC nhạc kho ảng 3V, tín hi ệu nh ạc có th ể thay đổi tùy theo IC 5) Khối giao tiếp liệu song song, nối tiếp: 70 Điện kế điện tử giao tiếp máy tính Việc giao tiếp liệu nối tiếp thực ngõ TXD RXD 8951 điều khiển phần mềm Việc truyền liệu song song thực qua Port B IC 8255 th ứ nh ất, điều khiển phần mềm Ta biết 8255A thực chế độ giao tiếp với bên ngồi, chế độ có sử dụng tín hiệu bắt tay Khi xét điều kiện thực tế việc truyền liệu song song c ện n ăng k ế điện tử tương đối phức tạp ta phải dùng phần mềm để điều khiển vi ệc truy ền liệu song song sử dụng chế độ hoạt động 8255 Để phần mềm dễ thao tác, ta kết nối cho 8255 hoạt động ch ế độ ch ế đ ộ vào Chương trình điều khiển trình bày phần sau, việc k ết nối phần cứng trình bày vẽ nguyên lí Việc truyền liệu nối tiếp lên đường truyền cần phải qua kh ối ều ch ế tín hiệu thân bit liệu truyền xa Điều chế tín hiệu q trình lồng tín hiệu thơng tin c ần truy ền vào m ột sóng mang có tần số cao nhiều lần Um = Am Cos (Wmt + ϕ om ) Trong đề tài ta chọn phương pháp điều chế tín hiệu cách thay đ ổi biên độ sóng mang Tín hiệu thơng tin cần truyền xung gián đo ạn t ồn t ại hai m ức và1 có dạng m(t) = p(t) Điều chế biên độ lúc gọi điều chế ASK (Amplitude Shift Keying) Sóng mang sau thực trình điều chế có dạng sau: Khi tín hiệu xung vào tồn mức ngõ tín hi ệu sóng mang, xung mức tín hiệu ngõ sóng mang có biên độ giảm nửa Như vậy, để thiết kế mạch điều chế sóng mang ta tiến hành sau: Thiết kế mạch tạo dao động sin có tần số khoảng Khz, tín hi ệu mạch dao động tín hiệu sóng mang đưa đến chuy ển mạch ện t 71 Luận văn tốt nghiệp để thực cơng việc điều chế, sử dụng 4066 làm nhi ệm vụ nh s đồ ngun lí trình bày Mạch tạo sóng sin trình bày sau: Ta sử dụng mạch dao động cầu Wien Để đơn giản ta chọn : R1 = R2 = R C1 = C2 = C Vậy Z1 = R + Xc Z2 = R // Xc Với Xc = 1/2 ΠfC Nhận xét, vùng tần số thấp Z1 có trở kháng lớn nên điện áp Vo thấp, vùng t ần số cao Z2 có trở kháng nhỏ nên điện áp Vo không cao Người ta chứng minh : Tại tần số fo = 1/2 ΠRC mạch chọn tần cho biên độ lớn Lúc ηmax = Vo/Vi = 1/3 72 Điện kế điện tử giao tiếp máy tính Trong mạch Q1, Q2 hai tầng khuyếch đại đảo pha, tín hi ệu pha v ới tín hiệu vào ngõ vào mạch chọn tần, góc lệch pha o fo = 1/2 ΠRC cho tín hiệu với biên độ cực đại nên mạch dao động tần số này: fo = Khz Độ suy giảm 1/3 nên yêu cầu độ khuyếch đại hai tầng = lần đủ Rf điện trở lấy hồi tiếp nghịch dùng để ổn định dao động giảm méo 6) Khối đóng ngắt nguồn: Được thiết kế đơn giản relay đóng ngắt tiếp điểm, thực việc đóng ngắt hai dây pha trung tính Relay thực việc đóng ngắt điều khiền khối xử lí 7) Khối giao tiếp người sử dụng: Thơng qua phím nhấn người sử dụng tác động vào ện k ế ện t Trong có phím nằm bên ngồi phím đóng ngắt nguồn (ON\OFF) phím ch ọn lựa (SELECT) thơng tin hiển thị Ba phím cịn lại dành cho nhân viên điện lực điều chỉnh thông s ố ban đ ầu l ắp đặt điện kế Ngồi cịn phím Reset nằm bên điện kế dùng cho người thiết kế Vì số lượng phím nhấn ta khơng cần dùng ph ần m ềm đ ể quét phím mà k ết nối trực tiếp phím với ngõ vào Port A IC 8255 thứ Khi có phím nhấn tạo ngắt c ứng tác đ ộng đ ến 8951 lúc 8951 thực chương trình qt dị phím nhấn 8) Khối nguồn cung cấp: 73 Luận văn tốt nghiệp Khối nguồn thiết kế để tạo lượng ổn định cung cấp cho tồn thiết bị IC 7805 loại trung cung cấp dòng điện tối đa1A Trong thực tế, tải có lúc địi hỏi dịng điện cao nhiều, ngồi ta khơng th ể thiết kế cho 7805 chạy dịng Imax lúc 7805 hoạt động khơng ổn định bị hư hỏng Để khắc phục nhược điểm ta dùng sị cơng su ất để gánh dịng ph ụ cho 7805 đáp ứng cho tải yêu cầu dòng điện lớn Muốn vậy, ta thiết kế cho 7805 dẫn phần lớn dịng cho t ải ho ạt động bình thường Khi tải yêu cầu dòng lớn giá trị thiết k ế tr ước 7805 s ẽ phát tín hi ệu cho sị cơng suất gánh dịng phụ Dĩ nhiên dòng điện cung cấp cho tải tăng thêm không làm cho điện áp ngõ thay đổi Việc thiết kế cụ thể trình bày sau: Giả sử tải yêu cầu ILmax = 3A để hoạt động đảm bảo ta phải chọn transistor có thơng số ICmax = (3 ÷ 5) IL Chọn Q loại PNP 2955 có β = 80 Vậy IBmax = ICmax / β = IL /80 = 3/80 = 37.5 (mA) Để 7805 làm việc lâu dài ta chọn dòng qua 7805 = 1/5 Imax = 0.2 (A) IRs = I – I B = 200 mA – 37.5 mA = 162.5 mA Như vậy, dòng qua 7805 đạt khoảng từ 200 mA trở lên Q phải dẫn dịng phụ, muốn vào thời điểm Q cần phân cực thuận mối nối BE, VBE = 0.7 V Rs = VBE / IRs = 0.6/162.5 = 3.7 Ω 74 Điện kế điện tử giao tiếp máy tính Tính cơng suất Q : PQ = ( VIN max - VO ) ILmax = x = 27 W PRs = I2 Rs = V2/Rs = 0.72/3.7 = 0.13 W Chọn loại 0.5W Một điều cần thiết khác phải thiết kết nguồn dự phòng nhằm đảm b ảo cho toàn thiết bị hoạt động ổn định nguồn bị Để hoạt động bình thường thời gian t ương đối dài s dụng acqui có độ trữ điện tương đối lớn mạch nạp t ự động acqui h ết điện tự động ngắt nguồn nạp đầy điện nhằm tránh làm hư hỏng bình acqui Trong mạch điện trên, dòng điện nạp vào acqui khống ch ế b ởi dẫn m ạnh hay yếu hai transistor Q10 Q11 Hai transistor l ại đ ược ều ển b ởi dòng chạy vào cực B Q11 Khi dòng nạp qua acqui lớn, s ẽ tạo s ụt áp ện tr 3.3 ohm điện áp đủ để làm Q3 dẫn khiến cho Q4 ngưng nên ện áp c ực B Q11 xu ất kích cho hai transistor dẫn mạnh Khi acqui n ạp g ần đ ầy làm cho dòng chạy qua R3.3 ohm nhỏ nên sụt áp điện trở giảm theo, k ết qu ả Q3 b ị t Q4 dẫn kéo cực B Q11 xuống thấp làm cho Q11 t ắt, dịng khơng n ạp vào bình acqui PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 8951: Việc viết chương trình để điều khiển 8951 phải dựa cấu trúc phần cứng thiết bị biết đặt u cầu thích hợp, sau dựa vào t ập lệnh c 8951 để viết chương trình đáp ứng tất yêu cầu ban đầu Bản thân người làm đề tài mong muốn viết chương trình đ ể th ực hi ện điều khiển 8951 đáp ứng yêu cầu đề lại gặp trở ngại lớn v ề th ời gian làm đề tài không nhiều nên thực được, ều đáng ti ếc cho b ản thân Nhưng suốt trình thực đề tài, người làm suy ngh ĩ nhi ều v ề yêu cầu đặt cho điện kế đ ưa vào s dụng ph ương cách đ ể đáp ứng yêu cầu Các phương cách trình bày phần sau mong r ằng có th ể ý kiến để người có thích thú đề tài tham khảo A Xử lí cố tải: Giả sử tải hoạt động bình thường b ị tải ho ặc bị ng ắn mạch qui định dòng điện tối đa cho phép I max = 30A nên dòng t ải v ượt qua giá trị này, khối xử lí phát ều ển cho b ộ đóng ng ph ải hở mạch để ngắt nguồn 75 Luận văn tốt nghiệp Vì cố điện nhiều người gây th ường s ẽ đ ược kh ắc phục sau đó, ta viết chương trình đ ể ng mạch ln s ẽ gây phiền phức cho người sử dụng Để khéo léo ta viết ch ương trình chờ 4s sau ngắt mạch điện tự động đóng lại Nếu cố khắc phục mạch tiếp tục hoạt động bình thường LED hiển thị đồng hồ số Nếu cố chưa khắc phục ngắt điện đồng thời ều ển cho loa phát tiếng bip bip (trong kho ảng th ời gian 3s) m ặt hi ển th ị đèn LED hiển thị chữ short Người sử dụng đọc thông tin tra bảng c ố ện đ ược phát cho người sử dụng lắp đặt điện kế biết mạng điện bị tải Sau xem xét lại mạch điện, nhấn vào nút ON/OFF đ ể đóng ện l ại N ếu s ự cố thực thực khắc phục mạch ho ạt động lại bình th ường, ti ếng bip bip bị làm tắt (nếu chưa tới phút) mặt hiển thị lại xu ất th ời gian, điện kế hoạt động lại bình thường Trường hợp nặng tức cố chưa khắc phục xong lại phát tiếng bip bip phút, mặt hiển thị lúc chữ CALL LED Người sử dụng nhìn thấy thông tin tra b ảng s ự c ố s ẽ bi ết đ ược c ần phải gọi nhân viên điện lực đến Khi mạch điện sửa ch ữa xong, ti ếp t ục nhấn vào nút ON\OFF mạch điện lại hoạt động bình thường n ếu nh m ạch th ực khắc phục xong, không điện kế lại phát tiếng bip bip Và m ạch ch ỉ trở lại hoạt động bình thường cố khắc phục hồn tồn Khối xử lí lưu trữ thông tin cố để sau truy ền v ề trung tâm giúp cho ện lực phát sửa chữa điện cho hộ thường xuyên xảy cố B Xử lí cố điện giựt rị rỉ điện: Trong q trình sử dụng điện, thiết bị điện b ị rị rỉ ho ặc ng ười sử dụng b ị điện giựt Trong hai trường hợp dẫn đến dòng ện v ề dây pha trung tính khơng Q trình xử lí cố giống xử lí ngắn mạch ngồi hi ện t ượng rị điện trì dịng điện rị khơng lớn t ạm th ời ch ấp nhận thời gian tương đối ngắn nên việc xử lí có khác chút Khi phát có dòng rò vượt trị số thiết k ế (20mA), ện k ế lập t ức ng điện sau 4s tự động đóng trở lại, cố tự khắc phục (dòng rò nh ỏ h ơn giá trị cho phép) điện kế hoạt động bình thường, ngược lại điện kế ti ếp t ục ng ện phát tiếng bip bip khoảng phút để gây ý m ặt hi ển th ị lúc chữ leak 76 Điện kế điện tử giao tiếp máy tính Muốn có điện lại cần nhấn vào nút ON/OFF, dòng rò nh ỏ h ơn giá tr ị gi ới hạn mạch trở lại hoạt động bình thường cịn vượt giá tr ị gi ới hạn lại ngắt điện Nói chung thao tác hoạt động tr ường h ợp t ải, ch ỉ khác mạch cho phép cấp điện tạm thời dịng rị khơng q l ớn nh ưng ch ỉ tạm thời sau khối xử lí dò lại dòng điện n ếu nh v ẫn l ớn h ơn giá tr ị cho phép lại ngắt điện để yêu cầu khắc phục Thời gian dò lại tùy thu ộc vào phần mềm QUÁ TRÌNH TRUYỀN DỮ LIỆU: Khi trung tâm có yêu cầu thu thập liệu từ điện k ế s ẽ phát mã s ố series điện kế thời điểm có ện n ăng k ế kết nối với đường truyền B T ĐẦ k Dữ liệu từẮđiện U ế trước phát lên đường truyền tới trung tâm c ần phải qua điều chế tín hiệu với tần số thích hợp Định nghĩa ngắt INT0\ , INT1\ Trungnghĩa timer T0,quyền truy xuất điện kế vào b ất kì thời ểm ch ỉ đ ược phép Định tâm T1 Kh ậ tạ 8255(1) u mà không quyền thay đ ổi thông tin c ện k ế, ền thu nhởi n odữ liệvà 8255(2) Xuất LED nhằm bảo nhệX, Y ền lợi người tiêu dùng Xóa hai v quy LƯU ĐỒ CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH: Đọc giá trị dòng rò Đ GT ≥ 15mA Ngắt nguồn Hiển thị cảnh báo Đọc giá trị U tải Đ GT ≥ U max So sánh GT với X GT > X Đ Lưu GT vào X Đọc giá trị I tải S Đ Timer đếm Đ Kích timer đếm 77 Luận văn tốt nghiệp Đ Đ GT ≥ I max S Lưu GT vào Y GT > Y S Stop timer Đ So sánh GT với Y Đọc giá trị timer Tính cosϕ Ttính cơng suất điện tiêu thụ Cộng dồn giá trị vào vùng nhớ 78 Điện kế điện tử giao tiếp máy tính 79 Luận án tốt nghiệp Luận án tốt nghiệp TRƯỜNG ĐHSPKT KHOA ĐIỆN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ ĐỀ TÀI : ĐIỆN NĂNG KẾ ĐIỆN TỬ GIAO TIẾP MÁY TÍNH ... THUYẾT LIÊN QUAN ĐỀ TÀI Điện kế điện tử giao tiếp máy tính Đề tài : ? ?Điện kế điện tử giao tiếp máy tính ” có liên quan đến nhiều vấn đề lí thuyết Nhưng phạm vi Luận Văn Tốt Nghiệp, người làm đề... điều quan trọng tr ường ph ải không ngừng phấn đấu Điện kế điện tử giao tiếp máy tính KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI : Đề tài ? ?Điện kế điện tử giao tiếp máy tính ” hồn thành thời hạn giao Đối... cộng hưởng mà thay vào khóa điện tử Ví dụ mơ hình sử dụng chuyển mạch điện tử 4066 trình bày sau: Sơ đồ mơ hình sử dụng chuyển mach điện tử 3/ Phân loại hệ thống thông tin: a/ Phân loại theo