Thiết kế và thi công mạch quang báo kết hợp hiển thị nhiệt độ và thời gian

TRNG I HC M THÀNH PH H CHÍ MINH KHOA XÂY DNG VÀ IN  ÁN TT NGHIP K S NGÀNH IN - IN T THIT K VÀ THI CÔNG MCH QUANG BÁO KT HP HIN TH NHIT  VÀ THI GIAN GVHD : ThS.TNG THANH NHÂN SVTH : NGUYN HI PHNG MSSV : 20662075 TP. H Chí Minh, tháng 3 nm 2011  án tt nghip k s đin- đin t GVHD : ThS. Tng Thanh Nhân SVTH : Nguyn Hi Phng MSSV : 20662075 LI M U Nh chúng ta đã bit hin nay vic qung cáo bng led đã tr nên rt ph bin, hu nh khp mi ni t các ca hàng, quán xá, siêu th, ngân hàng, sân bay, các bng thông báo… tt c đu s dng bng led. u đim ca các bng led mà ta d thy nht là màu sc rt sinh đng, chúng có th hin th các hiu ng rt đp mt rt d làm thu hút ánh m t ca mi ngi, hin th rõ ràng ngay c ban ngày, và càng thêm rc r khi đêm xung. u đim na là các bng led còn có th hin th đc các hình nh đng, nhiu màu sc, nhiu hiu ng chuyn đng vì vy nó luôn là la chn ca nhiu ngi khi làm bng qung cáo. Mt ng dng na ca bng led đó là dùng đ hin th thông tin, ng dng này thì chúng ta thng thy  các ngân hàng, các sân bay, sàn giao dch chng khoán, bnh vin, siêu th hay các bng thông báo trên đng giao thông…chúng có th kt ni vi các thit b khác đ thay đi ni dung thông tin cn hin th mt cách t đng ví d máy tính, đng h s, mch đo nhit đ…Và vi ng dng này ca bng led nên em đi đn ý tng làm đ án v đ tài “thit k và thi công mch quang báo kt h p hin th nhit đ và thi gian”. Phm vi ca đ án xoay quanh vic đo đc thu thp d liu t các b phn cm bin nhit, bin đi và đng h s, bàn phím sau đó hin th lên led ma trn, nu m rng ra thêm thì ta có th kt hp vi máy tính đ có th hin th thêm nhiu thông tin khác làm cho vic hin th thêm phong phú hn.  án tt nghip k s đin- đin t GVHD : ThS. Tng Thanh Nhân SVTH : Nguyn Hi Phng MSSV : 20662075 LI CM N  hoàn thành đc đ án này trc tiên em xin chân thành cám n giáo viên hng dn ThS. Tng Thanh Nhân, thy đã truyn đt nhng kin thc cn thit, gii đáp nhng thc mc, tn tình hng dn giúp đ em hoàn thành đc đ án này. Bên cnh đó em cng xin cám n các bn, các anh trong các din đàn đin t cng đã h tr giúp đ em rt nhiu v lý thuyt đ giúp em hiu rõ h n v lp trình quang báo. Do thi gian và kin thc v vi x lý cha tht s tt nên trong quá trình làm đ án còn mc nhiu thiu sót nên em cng mong các thy cô xem xét b qua và có nhng ý kin đ giúp em hoàn thin hn. Hy vng vi đ án này s là bc đà đu tiên đ em có th thành công hn khi ri khi gh nhà trng.  án tt nghip k s đin- đin t GVHD : ThS. Tng Thanh Nhân SVTH : Nguyn Hi Phng MSSV : 20662075 MC LC LI M U LI CM N MC LC CHNG 1: GII THIU TNG QUAN V B VI IU KHIN 1 I. B VI IU KHIN 8051 1 II.GII THIU V VI X LÝ 8051 1 III.T CHC B NH 6 IV.CÁC THANH GHI CHC NNG C BIT (SFRs – SPECIAL FUNCTION REGISTERS) 9 V. B NH CHNG TRÌNH NGOÀI 14 VI.B NH D LIU NGOÀI 15 VII.HOT NG RESET 17 VIII.TIMER 18 IX. PORT NI TIP 25 X.NGT (Interrupt) 29 XI.CÁC PHNG PHÁP NH A CH 31 XII.TP LNH 34 CHNG 2: CHUYN I TNG T- S ADC 38 I.KHÁI NIM CHUNG 38 II.NGUYÊN TC THC HIN CHUYN I 38 III.CÁC PHNG PHÁP CHUYN I ADC 39 IV.IC CHUYN I TÍN HIU TNG T SANG TÍN HIU S ADC 0804 40 CHNG 3: O NHIT  46 I. H THNG O LNG 46 II.CÁC PHNG PHÁP O NHIT  48 III.CM BIN LM35 57 CHNG 4: NG H S 59 I.GIAO THC I2C 59 II.IC THI GIAN THC DS1307 63 III.BÀN PHÍM 68 CHNG 5: QUANG BÁO 69 I.LED MATRIX 69 II.IC GHI DCH 74HC595 71 CHNG 6: THIT K PHN CNG 76 I.S  KHI 76 II.S LC V CÁC KHI 77 III.S  CHI TIT TNG KHI 77 KT LUN 89 TÀI LIU THAM KHO 90 PH LC  án tt nghip k s đin – đin t GVHD : ThS. Tng Thanh Nhân SVTH : Nguyn Hi Phng MSSV : 20662075 Trang 1 CHNG I: GII THIU TNG QUAN V B VI IU KHIN I.B VI IU KHIN 8051 8051 là vi điu khin đu tiên ca h vi điu khin MCS51 đc Intel sn xut vào nm 1980. H vi điu khin 8051 là h 8 bit có kh nng đnh đa ch 64K b nh chng trình và 64K b nh d liu. So sánh các vi điu khin trong h 8051 II.GII THIU V VI X LÝ 8051: 8051 là IC vi điu khin (Microcontroller) do hãng Atmel sn xut. IC này có đc đim nh sau: • 4 KB ROM ni. • 128 byte RAM ni. • 4 Port nhp/xut 8 bit (I/O port). • 2 b đm/đnh thi 16 bit (timer). • Mch giao tip truyn d liu ni tip (serial port). • 64 KB b nh bên ngoài dung đ lu chng trình điu khin. • 64 KB b nh bên ngoài dung đ lu d liu. • 210 bit có th truy xut tng bit. • Có các lnh x lý bit. • B nhân/chia 4µs.  án tt nghip k s đin – đin t GVHD : ThS. Tng Thanh Nhân SVTH : Nguyn Hi Phng MSSV : 20662075 Trang 2 1.S đ chân ca 8051: S đ chân 8051  án tt nghip k s đin – đin t GVHD : ThS. Tng Thanh Nhân SVTH : Nguyn Hi Phng MSSV : 20662075 Trang 3 2.Cu trúc bên trong ca 8051 S đ khi 8051: Cu trúc bên trong ca vi điu khin  án tt nghip k s đin – đin t GVHD : ThS. Tng Thanh Nhân SVTH : Nguyn Hi Phng MSSV : 20662075 Trang 4 3.Chc nng các chân vi điu khin: a.Port 0: T chân 32 đn chân 39 (P0.0 - P0.7). Port 0 có 2 chc nng: trong các thit k c nh không dùng b nh m rng nó có chc nng nh các đng I/O, đi vi thit k ln có b nh m rng nó đc dn kênh gia bus đa ch và bus d liu. b.Port 1: T chân 1 đn chân 8 (P1.0 - P1.7). Port 1 ch có chc nng dùng làm các đng điu khin xut nhp I/O c.Port 2: T chân 21 đn chân 28 (P2.0 - P2.7). Nu không dùng b nh m rng bên ngoài thì port 2 dùng làm các đng điu khin I/O. Nu dùng b nh m rng bên ngoài thì port 2 có chc nng là byte cao ca bus đa ch (A8 - A15). d.Port 3: T chân 10 đn chân 17 (P3.0 - P3.7). Port 3 là port có 2 chc nng. Các chân ca port này va có chc nng là các đng I/O va có chc nng riêng khác tùy tng chân.  án tt nghip k s đin – đin t GVHD : ThS. Tng Thanh Nhân SVTH : Nguyn Hi Phng MSSV : 20662075 Trang 5 Bng sau mô t các chc nng riêng l ca tng chân: Bit Tên a ch bit Chc nng chuyn đi P3.0 RXD B0H D liu nhn cho port ni tip P3.1 TXD B1H D liu phát cho port ni tip P3.2 /INT0 B2H Ngt ngoài 0 P3.3 /INT0 B3H Ngt ngoài 1 P3.4 T0 B4H Ngõ vào timer/counter 0 P3.5 T1 B5H Ngõ vào timer/counter 1 P3.6 /WR B6H Xung ghi b nh d liu ngoài P3.7 /RD B7H Xung đc b nh d liu ngoài e.PSEN (Program store enable): /PSEN là tín hiu ngõ ra  chân 29. Nó là tín hiu điu khin cho phép đc b nh chng trình m rng và thng đc ni đn chân /OE (Output Enable) ca EPROM đ cho phép đc các byte mã lnh. /PSEN  mc thp trong thi gian 89C51 ly lnh. Các mã nh phân ca chng trình đc đc t EPROM qua bus d liu và đc cht vào thanh ghi lnh bên trong 89C51 đ gii mã lnh. Khi 89C51 thi hành chng trình trong EPROM ni /PSEN  mc logic 1. f.ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiu ra trên chân 30. Nó là tín hiu ra cho phép cht đa ch đ phân kênh cho bus d liu (D0 ÷ D7) và byte thp ca bus đa ch (A0 ÷ A7) trên port 0: trong na đu ca chu k b nh, xung ALE cho phép cht đa ch vào 1 thanh ghi bên ngoài, trong na sau ca chu k b nh, các đng port 0 nh là các đng nhp xut d liu. Các xung tín hiu ALE có tc đ bng 1/6 ln tn s ca mch dao đng trên chip và có th đc dùng làm ngun xung nhp cho các thành phn khác ca h thng. g. EA (External Access): Tín hiu vào /EA  chân 31 nó thng đc mc lên mc 1(5V) hoc mc 0(GND). Nu  mc 1 thì vi điu khin thi hành chng trình t b nh ni(ROM) trong khong đa ch thp(4K). Nu  mc 0 thì vi điu khin thi hành chng trình t b nh chng trình ngoài. h.RST (Reset): RST là ngõ vào trên chân 9, ngõ vào Reset. Khi cp đin cho h thng hoc nhn nút reset thì mch s reset vi điu khin. Khi reset thì tín hiu reset phi  mc cao trong ít nht là 2 chu kì máy.  án tt nghip k s đin – đin t GVHD : ThS. Tng Thanh Nhân SVTH : Nguyn Hi Phng MSSV : 20662075 Trang 6 i. XTAL1 và XTAL2: XTAL1 và XTAL2 là ngõ vào và ngõ ra ca mch to dao đng trên chip  chân 18 và 19. Chúng thng đc ni vi mt thch anh ngoài và các t nh hình đ to xung clock. Tn s thch anh thông thng là 12MHz Chu k máy (T M ) = 1/ tn s máy (f M ) = 1/ (f OSC /12) = 12/f OSC Nu tn s thch anh là 12MHz thì chu k máy bng 1µs. S đ mch to dao đng tên chip j.Vcc và Vss: Là các chân ngun trên chân 40 và 20. Vcc = +5V, Vss ni đt. III.T CHC B NH: 8051 có b nh theo cu trúc Harvard : có nhng vùng cho b nh riêng bit cho chng trình (ROM) và d liu (RAM). Nh đã nói  trên, c chng trình và d liu có th  bên trong 8051, dù vy chúng có th đc m rng bng các thành phn ngoài lên đn ti đa 64 KB b nh chng trình và 64 KB b nh d liu(tng ng vi 16 bit đa ch ). B nh bên trong bao gm ROM (8051) và RAM trên chip, RAM trên chip bao gm nhiu phn : phn lu tr đa dng, phn lu tr đa ch hóa tng bit, các bank thanh ghi và các thanh ghi chc nng đc bit. - Có 256 byte RAM ni (đa ch 00H ÷ FFH) - 128 byte RAM ni đa ch 00H ÷ 7FH: là các bank thanh ghi vùng RAM đnh v bit và vùng RAM đa dng. - 128 byte RAM ni đa ch 80H ÷ FFH : là các thanh ghi chc nng đc bit. [...]... p vào TLx Vi c m ti p t c t giá tr này lên n FFH xu ng 00H và n p l i ch này r t thơng d ng vì s tràn timer x y ra trong nh ng kho ng th i gian nh t nh và tu n hồn m t khi ã kh i ng TMOD và THx Ch SVTH : Nguy n H i Ph ng 2 MSSV : 20662075 Trang 22 án t t nghi p k s i n– i nt GVHD : ThS T ng Thanh Nhân d.Ch tách timer (ch 3) Timer 0 tách thành hai timer 8 bit (TL0 và TH0), TL0 có c báo tràn là TF0 và. .. trình này thi hành m t ch ng trình khác Các ng t có m t vai trò quan tr ng trong thi t k và kh n ng th c thi c a vi i u khi n Chúng cho phép h th ng áp ng khơng cùng lúc t i m t cơng vi c và gi i quy t m t cơng vi c ó trong khi m t ch ng trình khác ang th c thi M t h th ng c i u khi n b ng ng t cho o giác là làm nhi u vi c ng th i D nhiên CPU m i l n khơng th th c thi m t ch ng trình th c thi m t ch... ra: - Thi hành hồn ch nh l nh ang hi n hành - C t PC vào ng n x p - Tr ng thái ng t hi n hành c c t bên trong - Các ng t c ch n t i m c c a ng t - N p vàp PC a ch Vector c a ISR - ISR th c thi ISR th c thi và áp ng ng t ISR hồn t t b ng l nh RETI i u này làm l y l i giá tr c c a PC t ng n x p và l y l i tr ng thái ng t c Ch ng trình l i ti p t c thi hành t i n i mà nó d ng 3.Thanh ghi TCON MSB TF1... : cho phép truy n thơng a x lý các ch 2 và 3; bit RI s khơng c tích c c n u bit th 9 nh n c là 0 REN: bit cho phép thu REN = 1: cho phép thu REN = 0: khơng cho phép thu TB8: bit phát th 9 ( ch 2 và 3), có th t và xóa b ng ph n m m RB8: bit thu th 9 ( ch 2 và 3), có th t và xóa b ng ph n m m TI: c ng t phát C này c t lên 1 b ng ph n c ng khi phát xong 1 ký t ( báo b m phát ã r ng), c xóa b ng ph n m... Tr c tiên, d li u c ghi vào SBUF (phát) - D li u c d ch bit xt ra trên ng TxD s b t u b ng bit Start, ti p theo là 8 bit d li u v i LSB phát tr c và cu i cùng là bit Stop Bit Start và Stop do ph n c ng t ng chén vào Th i gian c a m i bit là ngh ch o c a t c Baud - C ng t TI s ct ng t b ng 1 b i ph n c ng ngay khi bit Stop xu t hi n trên ng TxD (t c là phát xong 1 ký t d li u) báo b m phát ã r ng *Khi... register) ch a các bit i u khi n và tr ng thái cho timer 0 và timer 1 B n bit cao c dùng b t timer ch y và t t timer (TR0,TR1), ho c báo hi u tràn (TF0,TF1) B n bit th p trong TCON khơng nh h ng n các timer Chúng c dùng phát hi n và kh i ng ng t ngồi Chi ti t các bit trong thanh ghi TCON c cho trong b ng sau Tóm t t thanh ghi TCON 4.Các ch timer a.Ch timer 13 bit (ch 0) V i các thi t k ng i ta ít dùng ch... c nh ó là 07H và k t qu là ng n u tiên c t d li u có a ch 08H N u ph n m m ng d ng khơng kh i ng l i SP, bank thanh ghi 1 (có th c 2 và 3) s khơng dùng c vì vùng RAM này ã c dùng làm ng n x p Ng n x p c truy xu t tr c ti p b ng các l nh PUSH và POP l u gi t m th i và l y l i d li u ho c c truy xu t ng m b ng các l nh g i ch ng trình con (ACALL, LACALL) và các l nh tr v (RET, RETI) c t và l y l i b m... x p và l y d li u ra kh i ng n x p L nh c t d li u vào ng n x p s làm t ng SP tr c khi ghi d li u, và l nh l y d li u ra kh i ng n x p s c d li u và làm gi m SP kh i ng l i SP v i ng n x p b t u t i 60H, các l nh sau ây c dùng: MOV SP,#5FH Trên 8051 ng n x p b gi i h n 32 byte vì a ch cao nh t c a RAM trên chip là 7FH S d cùng giá tr 5FH vì SP s t ng lên 60H tr c khi c t byte d l u u tiên Ng i thi. .. 256 byte N u có nhi u h n 1 trang 256 byte, 1 vài bit tr port 2 (hay 1 port khác) có th dùng ch n trang SVTH : Nguy n H i Ph ng MSSV : 20662075 Trang 15 án t t nghi p k s i n– i nt GVHD : ThS T ng Thanh Nhân Ví d : giao ti p gi a 8051 và RAM 64K ngồi Gi n th i gian c a chu k Gi n SVTH : Nguy n H i Ph ng c k t n i nh sau: c và ghi b nh d li u ngồi nh sau th i gian chu k d c b nh d li u ngồi MSSV : 20662075... hi n, bit Start c b qua và 8 bit d li u nh n tu n t vào thanh ghi d ch bit c a port n i ti p Sau khi thu xong c 8 bit, các i u sau s x y ra: Bit th 9 (bit Stop) c a n bit RB8 trong SCON 8 bit data c n p vào SBUF (thu) C ng t thu RI c t lên 1 b i ph n c ng Tuy nhiên các i u trên ch x y ra n u t n t i các i u ki n sau: REN = 1 RI = 0 ( báo b m thu ch a y) SM2 = 0 ho c SM2 = 1 và bit Stop nh n c b ng . H CHÍ MINH KHOA XÂY DNG VÀ IN  ÁN TT NGHIP K S NGÀNH IN - IN T THI T K VÀ THI CÔNG MCH QUANG BÁO KT HP HIN TH NHIT  VÀ THI GIAN GVHD. đ tài thi t k và thi công mch quang báo kt h p hin th nhit đ và thi gian . Phm vi ca đ án xoay quanh vic đo đc thu thp d liu t các b phn cm bin nhit, bin đi và đng. v lp trình quang báo. Do thi gian và kin thc v vi x lý cha tht s tt nên trong quá trình làm đ án còn mc nhiu thi u sót nên em cng mong các thy cô xem xét b qua và có nhng