Thiết kế mạch mạch tạo xung vuông, xung tam giác có tần số thay đổi từ 0-10kHz bằng VĐK 8051

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG 1 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Tên đề tài: Thiết kế mạch mạch tạo xung vuông, xung tam giác có tần số thay đổi từ 0-10kHz bằng VĐK 8051 Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đức Minh Lớp: Sinh viên thực hiện: D09VT1 Phan Lễ Hải Phan Văn Tân Hoàng Hà Vũ Xuân Bảo Hà nội, tháng 6 năm 2012  June 20, 2012 LỜI NÓI ĐẦU Sự ra đời của các bộ vi xử lí nói chung, các bộ vi điều khiển nói riêng đã tạo ra một bước ngoặt lớn trong việc thiết kế các hệ thống xử lí thông tin, đo lường điều khiển và truyền thông. Kết quả là đã tạo ra được những sản phẩm như máy ảnh số, máy chơi nhạc MP3, đầu đĩa DVD, các bộ biến tần, PLC…ngày càng rẻ hơn, nhỏ gọn hơn, thông minh hơn và tiện dụng hơn. Hơn nữa, kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, trong đời sống và còn nhiều lĩnh vực khác nữa. So với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi điểu khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và có khả năng lập trình được để điều khiển. Nên rất tiện dụng và cơ động. Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi đồ án nhỏ này, chúng em đã chọn đề tài "Thiết kế mạch mạch tạo xung vuông, xung tam giác có tần số thay đổi từ 0-10kHz bằng VĐK 8051 ". Mục đích của đề tài hướng đến: tạo ra bước đầu cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng của vi điều khiển trong thực tiễn để rồi từ đó tìm tòi, phát triển nhiều ứng dụng khác trong đời sống hằng ngày cần đến. Việc thực hiện xong đồ án môn học bằng các kiến thức đã học, một số sách tham khảo và một số nguồn tài liệu khác nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy nhóm rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Hà Nội, ngày 22 tháng 06 năm 2012 Nhóm sinh viên Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 2  June 20, 2012 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 MỤC LỤC 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH 4 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ HỌ MSC-51 5 1.3. Họ MSC-51 7 1.4. Các loại VĐK khác 8 2.1. Giới thiệu sơ lược 10 3.1.2 Khối tạo xung vuông và xung tam giác 16 3.2. Mã nguồn mô phỏng mạch 18 3.3. Sơ đồ mạch in 19 Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 3  June 20, 2012 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 - Sơ đồ chân của IC AT89S52 11 Hình 2 - Sơ đồ khối của IC AT89S52 14 Hình 3 - Sơ đồ khối của mạch tạo xung sử dụng AT89S52 15 Hình 4 - Sơ đồ khối nguồn 15 Hình 5 – Sơ đồ chân và nguyên lý của diode họ BR-82D 16 Hình 6 - Sơ đồ khối tạo xung 16 Hình 7 - Sơ đồ mạch Ych phân tạo xung tam giác từ xung vuông 17 Hình 8 - Sự thay đổi tần số ở những thời điểm khác nhau 18 Hình 9 – Sơ đồ mạch in 19 Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 4  June 20, 2012 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ HỌ MSC-51 1.1. Sơ lược về vi xử lý Trong những thập niên cuối thế kỉ XX, từ sự ra đời của công nghệ bán dẫn, kĩ thuật điện tử đã có sự phát triển vượt bậc. Các thiết bị điện tử sau đó đã được tích hợp với mật độ cao và rất cao trong các diện tích nhỏ, nhờ vậy các thiết bị điện tử nhỏ hơn và nhiều chức năng hơn. Các thiết bị điện tử ngày càng nhiều chức năng trong khi giá thành ngày càng rẻ hơn, chính vì vậy điện tử có mặt khắp mọi nơi. Bước đột phá mới trong công nghệ điện tử, công ty trẻ tuổi Intel cho ra đời bộ vi xử lý đầu tiên. Đột phá ở chỗ: "Đó là một kết cấu logic mà có thể thay đổi chức năng của nó bằng chương trình ngoài chứ không phát triển theo hướng tạo một cấu trúc phần cứng chỉ thực hiện theo một số chức năng nhất định như trước đây". Tức là phần cứng chỉ đóng vai trò thứ yếu, phần mềm (chương trình) đóng vai trò chủ đạo đối với các chức năng cần thực hiện. Nhờ vậy vi xử lý có sự mềm dẻo hóa trong các chức năng của mình. Ngày nay vi xử lý có tốc độ tính toán rất cao và khả năng xử lý rất lớn. Vi xử lý có các khối chức năng cần thiết để lấy dữ liệu, xử lý dữ liệu và xuất dữ liệu ra ngoài sau khi đã xử lý. Và chức năng chính của Vi xử lý chính là xử lý dữ liệu, chẳng hạn như cộng, trừ, nhân, chia, so sánh.v.v Vi xử lý không có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị ngoại vi, nó chỉ có khả năng nhận và xử lý dữ liệu mà thôi. Để vi xử lý hoạt động cần có chương trình kèm theo, các chương trình này điều khiển các mạch logic và từ đó vi xử lý xử lý các dữ liệu cần thiết theo yêu cầu. Chương trình là tập hợp các lệnh để xử lý dữ liệu thực hiện từng lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ, công việc thực hành lệnh bao gồm: nhận lệnh từ bộ nhớ, giải mã lệnh và thực hiện lệnh sau khi đã giải mã. Để thực hiện các công việc với các thiết bị cuối cùng, chẳng hạn điều khiển động cơ, hiển thị kí tự trên màn hình đòi hỏi phải kết hợp vi xử lý với các mạch điện giao Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 5  June 20, 2012 tiếp với bên ngoài được gọi là các thiết bị I/O (nhập/xuất) hay còn gọi là các thiết bị ngoại vi. Bản thân các vi xử lý khi đứng một mình không có nhiều hiệu quả sử dụng, nhưng khi là một phần của một máy tính, thì hiệu quả ứng dụng của Vi xử lý là rất lớn. Vi xử lý kết hợp với các thiết bị khác được sử trong các hệ thống lớn, phức tạp đòi hỏi phải xử lý một lượng lớn các phép tính phức tạp, có tốc độ nhanh. Chẳng hạn như các hệ thống sản xuất tự động trong công nghiệp, các tổng đài điện thoại, hoặc ở các robot có khả năng hoạt động phức tạp v.v 1.2.Từ Vi xử lý đến Vi điều khiển Bộ Vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả năng tính toán, xử lý, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt hiệu quả đối với các bài toán và hệ thống lớn.Tuy nhiên đối với các ứng dụng nhỏ, tầm tính toán không đòi hỏi khả năng tính toán lớn thì việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc. Bởi vì hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì cũng đòi hỏi các khối mạch điện giao tiếp phức tạp như nhau. Các khối này bao gồm bộ nhớ để chứa dữ liệu và chương trình thực hiện, các mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập và điều khiển trở lại, các khối này cùng liên kết với vi xử lý thì mới thực hiện được công việc. Để kết nối các khối này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường về các thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi. Hệ thống được tạo ra khá phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp và vấn đề chính là trình độ người thiết kế. Kết quả là giá thành sản phẩm cuối cùng rất cao, không phù hợp để áp dụng cho các hệ thống nhỏ. Vì một số nhược điểm trên nên các nhà chế tạo tích hợp một ít bộ nhớ và một số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất được gọi là Microcontroller-Vi điều khiển. Vi điều khiển có khả năng tương tự như khả năng của vi xử lý, nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn giản hơn nhiều. Vi điều khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ không cần nắm vững một khối lượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý, kết cấu mạch điện dành cho người dùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị bên ngoài. Vi điều khiển tuy được xây dựng với phần cứng dành cho người sử dụng đơn giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là khả năng xử lý bị giới hạn (tốc độ xử lý chậm hơn và khả năng tính toán ít hơn, dung lượng chương trình bị giới hạn). Thay vào đó, Vi điều khiển có giá thành rẻ hơn nhiều so với vi xử lý, việc sử dụng đơn giản, do đó nó được ứng dụng rộng rãi vào nhiều ứng dụng có chức năng đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp. Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 6  June 20, 2012 Vi điều khiển được ứng dụng trong các dây chuyền tự động loại nhỏ, các robot có chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v.v Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748, một chip tương tự như các bộ vi xử lý và là chip đầu tiên trong họ MCS-48. Độ phức tạp, kích thước và khả năng của Vi điều khiển tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980 khi intel tung ra chip 8051, bộ Vi điều khiển đầu tiên của họ MCS-51 và là chuẩn công nghệ cho nhiều họ Vi điều khiển được sản xuất sau này. Sau đó rất nhiều họ Vi điều khiển của nhiều nhà chế tạo khác nhau lần lượt được đưa ra thị trường với tính năng được cải tiến ngày càng mạnh. 1.3. Họ MSC-51 Hiện nay có rất nhiều họ Vi điều khiển trên thị trường với nhiều ứng dụng khác nhau, trong đó họ Vi điều khiển họ MCS-51 được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới và ở Việt nam. Vào năm 1980 Intel công bố chíp 8051(80C51), bộ vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS-51. Nó bao gồm 4KB ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit. Tiếp theo sau đó là sự ra đời của chip 8052,8053,8055 với nhiều tính năng được cải tiến Hiện nay Intel không còn cung cấp các loại Vi điều khiển họ MCS-51 nữa, thay vào đó các nhà sản xuất khác như Atmel, Philips/signetics, AMD, Siemens, Matra&Dallas, Semiconductors được cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các chip của họ MSC-51. Chip Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay là Vi điều khiển của hãng Atmel với nhiều chủng loại vi điều khiển khác nhau. Hãng Atmel có các chip Vi điều khiển có tính năng tương tự như chip Vi điều khiển MCS-51 của Intel, các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel sản xuất. Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel khi sản xuất ở Atmel mã số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính năng chương trình tương tự như nhau. Tương tự 8051, 8053, 8055 có mã số tương đương ở Atmel là 89C51, 89C53, 89C55. Vi điều khiển Atmel sau này ngày càng được cải tiến và được bổ sung thêm nhiều chức năng tiện lợi hơn cho người dùng. Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 7  June 20, 2012 VĐK Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp 89C51 128 byte 4 Kbyte song song 89C52 128 byte 8 Kbyte song song 89C53 128 byte 12 Kbyte song song 89C55 128 byte 20 Kbyte song song  !"#$%&& Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị trường dòng Vi điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt là có thêm khả năng nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện lợi cho người sử dụng. VĐK Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp 89S51 128 byte 4 Kbyte nối tiếp 89S52 128 byte 8 Kbyte nối tiếp 89S53 128 byte 12 Kbyte nối tiếp 89S55 128 byte 20 Kbyte nối tiếp ' !"#$%&& Tất cả các Vi điều khiển trên đều có đặc tính cơ bản giống nhau về phần mềm (các tập lệnh lập trình như nhau), còn phần cứng được bổ sung với chip có mã số ở hai số cuối cao hơn, các Vi điều khiển sau này có nhiều tính năng vượt trội hơn Vi điều khiển thế hệ trước. Các Vi điều khiển 89Cxx như trong bảng 1 có cấu tạo ROM và RAM như 89Sxx trong bảng 2, tuy nhiên 89Sxx được bổ sung một số tính năng và có thêm chế độ nạp nối tiếp. Các phần thực hành trên phần cứng thực tế, chúng ta sẽ thực hành với Vi điều khiển 89S52 (Mã đầy đủ:AT89S52; AT là viết tắt của nhà sản xuất ATMEL) vì :  Các Vi điều khiển 89Sxx được cải tiến từ dòng 89Cxx  Chương trình viết dành cho 89Cxx đều chạy được với 89Sxx  89Sxx rẻ hơn 89Cxx  89Sxx có chế độ nạp nối tiếp với mạch nạp đơn giản có khả năng nạp ngay trên bo mạch mà không cần tháo chip vi điều khiển sang mạch khác để nạp chương trình và nhiều tính năng cải tiến khác. 1.4. Các loại VĐK khác  Vi điều khiển AVR Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 8  June 20, 2012  Vi điều khiển PIC  Vi điều khiển MCUs của Philips  Các loại vi điều khiển chuyên dụng của các hãng sản xuất khác: Các loại vi điều khiển này được sử dụng chuyên dụng theo chức năng cần điều khiển. Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 9  June 20, 2012 CHƯƠNG 2 - GIỚI THIỆU VỀ AT89S52 2.1. Giới thiệu sơ lược Vi điều khiển 8051 được Intel cho ra đời vào năm 1980 thuộc vi điều khiển đầu tiên của họ MCS-51. Hiện tại rất nhiều nhà sản xuất như Siemens, Advanced Micro Devices, Fusisu và Philips tập trung phát triển các sản phẩm trên cơ sở 8051. Atmel là hãng đã cho ra đời các chip 89C51, 52, 55 và sau đó cải tiến thêm, hãng cho ra đời 89S51, 52, 89S8252… Cấu hình AT89S52:  8KB bộ nhớ chương trình.  Dao động bên ngoài với thạch anh <24MHz. Thông thường, VĐK 89S52 chạy với thạch anh 12MHz.  256 Byte Ram nội.  4 Port xuất nhập.  3 Timer/ Counter 16 bit Timer 0,1,2. Timer 2 có các chức năng Capture/Compare.  8 nguồn ngắt.  Nạp chương trình song song hoặc nạp nối tiếp qua đường SPI. 2.2. Khảo sát sơ đồ chân IC 89S52 có 40 chân cho các chức năng khác nhau như: vào ra I/0, đọc , ghi , địa chỉ, dữ liệu và ngắt. Tuy nhiên, vì hầu hết các nhà phát triển chính dụng chíp đóng vỏ 40 chân với hai hàng chân DIP, nên chúng ta cùng khảo sát Vi điều khiển với 40 chân dạng DIP. Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 10 [...]... 1 chiều có điện áp là 9V để cấp cho IC khuếch đại thuật toán và nguồn 1 chiều 5V cấp cho IC 89S52 3.1.2 Khối tạo xung vuông và xung tam giác Hình 6 - Sơ đồ khối tạo xung Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 16 [BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ ] June 20, 2012 Cấu tạo chủ yếu của mạch là một IC họ 8051 là AT89S52 đã được lập trình bằng ngôn ngữ C để tạo ra xung vuông có tần số thay đổi từ 0 – 10... thấy tín hiệu ra là xung tam giác cong Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 17 [BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ ] June 20, 2012 Hình 8 - Sự thay đổi tần số ở những thời điểm khác nhau 3.2 Mã nguồn mô phỏng mạch Mã nguồn mô phỏng mạch được viết bằng ngôn ngữ C trên Keil C và được dịch sang file HEX để nạp vào VĐK89C52AT // Chương trình tạo xung thay đổi 0-10KHz sử dụng VĐK họ 8051 #include //Khai... gian từ 2 chu kỳ máy trở lên thì VĐK sẽ được reset đưa về tình trạng lúc ban đầu Chân này nối với một điện trở 10KΩ, nối với một nút ấn đưa lên nguồn +5V Khi nhấn nút, chân số 9 sẽ được đưa lên mức áp cao và reset cho VĐK Đầu ra của tín hiệu tạo xung vuông lấy ở chân P3.4/TO, vì họ 8051 ko thể tạo trực tiếp được xung tam giác nên ta phải biến đổi xung vuông thành xung tam giác bằng bộ chuyển đổ từ xung. .. chính Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 18 [BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ ] June 20, 2012 { while(1)//Vòng lặp vô tận { j=rand()%10000; / /Tạo giá trị delay ngẫu nhiên /* Do xung thay đổi từ 1Hz đến 10KHz nên chu kì thay đổi từ 10-4 ÷ 1sec nên j sẽ thay đổi trong khoảng 1÷10000 (do 1 đơn vị delay là 50x10^-6 sec) */ for(i=0;i . VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG 1 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Tên đề tài: Thiết kế mạch mạch tạo xung vuông, xung tam giác có tần số thay đổi từ 0-10kHz bằng VĐK 8051 Giáo viên hướng dẫn:. và cơ động. Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi đồ án nhỏ này, chúng em đã chọn đề tài " ;Thiết kế mạch mạch tạo xung vuông, xung tam giác có tần số thay đổi từ 0-10kHz bằng. 7 1.4. Các loại VĐK khác 8 2.1. Giới thiệu sơ lược 10 3.1.2 Khối tạo xung vuông và xung tam giác 16 3.2. Mã nguồn mô phỏng mạch 18 3.3. Sơ đồ mạch in 19 Mạch tạo xung sử dụng VĐK8051 Page 3  June