Theo tài liệu nghiên cứu và tìm kiếm trên mạng internet còn khan hiếm nên việc tìm kiếm mạch hiển thị nhiệt độ thực trên xe rất hạn chế nên trong mạch này e xin trình bày một phương pháp thiết kế mạch và hiển thị nhiệt độ rất phổ biến có thể dùng trên xe và trong gia đình, tuy mạch này không được thiết kế nhỏ gọn nhưng nó cũng là một đề tài về thiết kế mạch rất hữu ích trong lĩnh vực lập trình và thiết kế mạch.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ MẠCH ĐỀ TÀI :NGHIÊN CỨU,THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ NGOÀI XE TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Hưng yên, ngày … tháng … năm 2015 Chữ ký giáo viên CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU 1.1.1 Tổng quan hệ thống thiết kế mạch đo hiển thị nhiệt độ xe Theo tài liệu nghiên cứu tìm kiếm mạng internet cịn khan nên việc tìm kiếm mạch hiển thị nhiệt độ thực xe hạn chế nên mạch e xin trình bày phương pháp thiết kế mạch hiển thị nhiệt độ phổ biến dùng xe gia đình, mạch khơng thiết kế nhỏ gọn đề tài thiết kế mạch hữu ích lĩnh vực lập trình thiết kế mạch 1.1.2 Các phương pháp hiển thị nhiệt độ Theo em nghiên cứu tìm hiểu sách internet có phương pháp hiển thị dùng cảm biến thông qua điều khiển vi xử lý hiển thị bên Trong phương pháp chia loại vi xử lý khác : -Chip 8051 (89c51,89C52,89s51,89s52 .) -Chip pic (pic 16f877a) -Chip avr (atmega) Về phần hiển thị lại chia làm cách hiển thị hiển thị lad 7thanh,hiển thị lên LCD Trong trình học tập nghiên cứu e chọn cách hiển đo hiển thị cách dùng cảm biến lm35, chuyển đổi tín hiệu ADC0804, chip xử lý 89C51, hiển thị led 1.2 Ý NGHĨA Thấy tính khoa học ứng dụng thực tế đề tài 8051 họ Vi điều khiển có nhiều tính năng, khả xử lí nhanh Ứng dụng ADC việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (analog sang digital).Tín hiệu tương tự tín hiệu điện áp lấy từ cảm biến Mạch hiển thị LED đoạn nên dễ dàng cho người sử dụng theo dõi nhiệt độ hiển thị 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Trong phạm vi thiết kế này, người thực cần thiết kế thi công mạch hiển thị nhiệt độ gọn, đơn giản Đề tài “Hiển thị nhiệt độ” đa dạng phong phú, có nhiều loại hình khác dựa vào cơng dụng độ phức tạp Do tài liệu tham khảo Tiếng Việt cịn hạn chế, trình độ có hạn kinh nghiệm thực tế non kém, nên đề tài chắn cịn nhiều thiếu sót Vì mong nhận ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành thầy cô bạn sinh viên CHƯƠNG II:LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 2.1 Các linh kiện sử dụng mạch Sử dụng vi điều khiển họ 8051 phần điều khiển Đo nhiệt độ cảm biến nhiệt LM35 thơng qua thiết kế mạch chuyển đổi ADC0804 Hiển thị led đoạn Ngồi cịn có số linh kiện phụ biến trở vi chỉnh, transistor thuận a564, điện trở 10k, 200 ơm, tụ hóa 10u, tụ gốm 33p, 104, thạch anh 2 Nguyên lý số linh kiện 2.2.1.Giới thiệu tổng quan họ Vi điều khiển 8051 AT89C51 vi điều khiển bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng cao, công suất thấp với KB PEROM (Flash Programeable and erasable read only memory) Các đặc điểm 8951 tóm tắt sau: - 4KB nhớ, lập trình lại nhanh, có khả ghi xóa tới 1000 chu kỳ - Tần số hoat động từ Hz đến 24 MHz - mức khóa nhớ lập trình - Timer/Counter 16 bit - 128 Byte RAM nội - Port xuất/nhập (I/O) bit - Giao tiếp nối tiếp - 64 KB vùng nhớ mã - 64 KB vùng nhớ liệu - Xử lý Boolean (hoạt động bit đơn) - 210 vị trí nhớ định vị bit - 4μs cho hoạt động nhân chia 2.2.2 Sơ đồ khối sơ đồ chân AT89C51 INT1\ INT0\ SERIAL PORT TEMER0 TEMER1 TEMER2 8032\8052 128 byte RAM 8032\8052 TEMER2 8032\8052 ROM 0K: Cất kết vào RAM (hàng đơn vị cất vào ô nhớ 30H, hàng chục cất vào ô nhớ 31H) INTERRUPT CONTROLOTHER REGISTER 128 byte RAM 8031\8032 Chia tiếp kết cho 10 số hàng chục 4K:8951 Gán A=P2 8K:8052 Cất kết vào RAM (hàng đơn vị cất vào ô nhớ 30H, hàng chục cất vào ô nhớ 31H) CPU Chia tiếp kết cho 10 số hàng chục BUS CONTROL Chia cho 10 số dư hàng đơn vị OSCILATOR Gán A=P2 EA\ RST ALE\ PSEN\ TEMER1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD Address\Data Hình 2.1 : Sơ đồ khối AT89C51 Hình 2.2 : Sơ đồ chân AT89C51 2.2.3 Chức chân AT89C51 Port (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức xuất nhập ra, port bus đa hợp liệu địa (AD0 – AD7), chức sử dụng AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngồi có kiến trúc bus Hình 2.3 : Port Port (P1.0 – P1.7 hay chân – 8): có chức xuất nhập theo bit byte Ngoài ra, chân P1.5, P1.6, P1.7 dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, chân P1.0 P1.1 dùng cho Timer Hình 2.4 : Port Port (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): port có cơng dụng kép Là đường xuất nhập byte cao bus địa thiết kế dùng nhớ mở rộng Hình 2.5 : Port Port (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): chân port chức xuất nhập cịn có số chức đặc biệt sau: Bit P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Tên RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD Chức chuyển đổi Dữ liệu nhận cho port nối tiếp Dữ liệu truyền cho port nối tiếp Ngắt bên Ngắt bên Ngõ vào Timer/Counter Ngõ vào Timer/Counter Xung ghi nhớ liệu Xung đọc nhớ liệu ngồi Hình 2.6: Port RST (Reset – chân 9): mức tích cực chân mức 1, để reset ta phải đưa mức (5V) đến chân với thời gian tối thiểu chu kỳ máy (tương đương 2µs thạch anh 12MHz XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có dao động chip, thường nối với dao động thạch anh có tần số lớn 33MHz, thôn thường 12MHz EA (External Access): EA thường mắc lên mức cao (+5V) mức thấp (GND) Nếu mức cao, vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội Nếu mức thấp, chương trình thi hành từ nhớ mở rộng ALE (Address Latch Enable): ALE tín hiệu để chốt địa vào ghi bên nửa đầu chu kỳ nhớ Sau đường port dùng để xuất nhập liệu nửa chu kỳ sau nhớ PSEN (Program Store Enable): PSEN điều khiển phép nhớ chương trình mở rộng thường nối với đến chân /OE (Output Enable) EPROM phép đọc bytes mã lệnh PSEN mức thấp thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân chương trình đọc từ EPROM qua Bus chốt vào ghi lệnh vi điều khiển để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình ROM nội, PSEN mức thụ động (mức cao) Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn chiều có dải điện áp từ 4V – 5.5V cấp qua chân 40 (Vcc) chân 20 (GND) 2.2.4 Giới thiệu IC ADC0804 Các chuyển đổi ADC thuộc thiết bị sử dụng rộng rãi để thu liệu Các máy tính số sử dụng giá trị nhị phân, giới vật lý đại lượng dạng tương tự (liên tục) Nhiệt độ, áp suất (khí chất lỏng), độ ẩm vận tốc số đại lượng vật lý giới thực mà ta gặp ngày Một đại lượng vật lý chuyển dòng điện điện áp qua thiết bị gọi biến đổi Các biến đổi coi cảm biến Mặc dù có cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng nhiều đại lượng tự nhiên khác chúng cho tín hiệu dạng dịng điện điên áp dạng liên tục Do vậy, ta cần chuyển đổi tương tự số cho vi điều khiển đọc chúng Một chip ADC sử dụng rộng rãi ADC0804 Hình 2.7: sơ đồ chân ADC0804 Chip ADC0804 chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 hãng National Semiconductor Chip nhiều hãng khác sản xuất Chip có điện áp ni +5V v độ phân giải bit Ngồi độ phân giải thời gian chuyển đổ i tham số quan trọng đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ đ ược cấp tới chân CLK CLK IN không bé 110µs Các chân khác ADC0804 có chức sau: CS (Chip select): Chân số 1, chân chọn Chip, đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804 Để truy cập ADC0804 th ì chân phải mức thấp RD (Read): Chân số 2, tín hiệu vào, tích cực mức thấp Các chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân giữ ghi RD sử dụng để có liệu chyển đổi tới đầu ADC0804 Khi CS = có xung cao xuống thấp áp đến chân RD liệu dạng số bit đưa tới chân liệu (DB0 – DB7) WR (Write): Chân số 3, chân vào tích c ực mức thấp dùng để báo cho ADC biết bắt đầu trình chuyển đổi Nếu CS = WR tạo xung cao xuống thấp ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin số nhị phân bit Khi việc chuyển đổi hoàn tất chân INTR ADC hạ xuống thấp CLK IN CLK R: CLK IN (chân số 4), chân vào nối tới đồng hồ ngo ài sử dụng để tạo thời gia n Tuy nhiên ADC0804 c ũng có tạo xung đồng hồ ri êng Để dùng đồng hồ riêng chân CLK IN CLK R (chân s ố 19) 10 3.2.4 Khối hiển thị Hình 3.4: Hình ảnh led số sơ đồ chân Khối có chức hiển thị nhiệt độ liệu lấy từ Port port vi xử lí AT89C51 3.2.4.1 Kết nối với Vi điều khiển Ngõ nhận tín hiệu điều khiển led đoạn có đường, dùng Port Vi điều khiển để điều khiển led đoạn Như led đoạn nhận liệu bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động bật tắt led led đơn nó, liệu xuất điều khiển led đoạn thường gọi “mã hiển thị led đoạn” Có hai kiểu mã hiển thị led đoạn: mã dành cho led đoạn có Anode(cực +) chung mã dành cho led đoạn có Cathode(cực -) chung Chẳng hạn, để thị số cần làm cho led vị trí b c, sử dụng led đoạn có Anode chung phải đặt vào hai chân b c điện áp 0V(mức 0) chân lại đặt điện áp 5V(mức 1), sử dụng led đoạn có Cathode chung điện áp(hay mức logic) hoàn toàn ngược lại, tức phải đặt vào chân b c điện áp 5V(mức 1) 3.2.4.2 Bảng mã hiển thị led đoạn: -Phần cứng kết nối với Port Vi điều khiển, để thuận tiện cho việc xử lí sau phần cứng nên kết nối sau: Px.0 nối với chân a, Px.1 nối với chân b, theo thứ tự Px.7 nối với chân h 18 -Dữ liệu xuất có dạng nhị phân sau : -Bảng mã hiển thị led đoạn dành cho led đoạn có Anode chung (các led đơn sáng mức 0): Số hiển thị led Mã hiển thị led đoạn dạng Mã hiển thị led đoạn dạng thập đoạn nhị phân lục phân hgfedcba 11000000 C0 11111001 F9 10100100 A4 10110000 B0 10011001 99 10010010 92 11000010 82 11111000 F8 10000000 80 10010000 90 A 10001000 88 B 10000011 83 C 11000110 C6 D 10100001 A1 E 10000110 86 F 10001110 8E 19 Bảng mã hiển thị led đoạn dành cho led đoạn có Cathode chung (các led đơn sáng mức 1): Số hiển thị led Mã hiển thị led đoạn dạng Mã hiển thị led đoạn dạng thập đoạn nhị phân lục phân 00111111 3F 00000110 06 01011011 5B 01001111 4F 01100110 66 01101101 6D 01111101 7D 00000111 07 A B C D E F 01111111 01101111 01110111 01111100 00111001 01011110 01111001 01110001 20 7F 6F 77 7C 39 5E 79 71 2.5 Mơ mạch hình ảnh thực tế Hình3.5 : Hình ảnh mơ 3.2.6 Ngun lý hoạt động mạch Khi ta cấp nguồn cho mạch LED hiển thị nhiệt độ xe Khi nhiệt độ xe thay đổi ± làm cho trở kháng cảm biến LM35 thay đổi dẫn đến điện áp đầu vào V in ADC thay đổi Điện áp V in vào ADC so sánh với Ud ADC Ud thay đổi từ 0V đến 2(Vref/2) Ban đầu Ud = 0, Vin > Ud Ud cộng thêm giá trị ∆U U d = U d + ∆U ∆U = , : 2(Vref / 2) 256 = 10mV đồng thời giá trị đếm tăng thêm Quá trình so sánh đến U d =Vin dừng Khi giá trị đếm giá trị thập phân Giá trị thập phân đưa qua giải mã, giải mã nhị phân đưa chân AD – AD7 Dãy mã nhị phân gửi đến Port AT89C51, VXL tính tốn thực lệnh để xuất giá trị đến LED đoạn LED hiển thị nhiệt độ vừa thay đổi Trình bày theo mạch sau : 21 - lm35 đo nhiệt độ gửi tín hiệu điện đến chân số ADC0804 biến trở vi chỉnh chuyển điện áp 1,28v đến chân số ADC0804 - nhờ cổng P3 AT89C51 điêu khiển ADC,ADC chuyển đổi xác dạng điện áp sang dạng số gửi cổng P1 AT89C51,AT89C51 suất led số nhờ cổng P2,P0 3.2.7 Lưu đồ thuật tốn chương trình Bắt đầu Nạp giá trị ban đầu LM35 chuyển t° → Điện áp u Adc 0804 chuyển đổi Tính tốn đưa tín hiệu số Xuất LED đoạn Giải thuật đọc ADC ADC chuyển u → bit nhị phân Gán đọc liệu = P1 Chia cho 10 số dư hàng đơn vị Chia tiếp kết cho 10 số hàng chục Cất kết vào chương trình hiển thị 22 Giải thuật xuất LED Chọn liệu cần hiển thị Xuất hàng đơn vị led Tạo trễ Delay Xuất hàng chục led Tạo trễ Delay 23 3.2.8.Hình ảnh thực tế • Mạch in Hình 3.6 : Hình ảnh mạch in 24 • Hình ảnh 3D Mặt trước Hình 3.7 : Hình ảnh 3D mặt trước thiết kế mạch in 25 Mặt sau Hình 3.8 : Hình ảnh 3D mặt sau thiết kế mạch in 26 • Hình ảnh sau hồn thiện Hình 3.9 : Hình ảnh mạch hồn thiện 27 PHỤ LỤC 3.3.Code chương trình //GIAO VIEN HUONG DAN : TRAN VAN THOAN //SINH VIEN THUC HIEN : VU VAN TINH (10612063) // THIẾT KÊ,NGHIÊN CỨU MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ NGỒI XE TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ #include #define docdulieu P1 #define ngat P3_7 #define doc P3_6 #define viet P3_5 #define dung P3_4 #define suat P0 #define led1 P2_7 #define led2 P2_6 #define led3 P2_5 #define led4 P2_4 //============================================= // khai bao bien va hang so #define N unsigned int nhietdo,i; const unsigned char LED_code[12]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x9C,0xC6 }; unsigned char hangchuc,hangdonvi; //KHAI BÁO PHAN HIEN THI TU DEN // khai bao cac ham void Delay(unsigned int); void Convert(); void Hienthi(); void QuetLED(unsigned char,unsigned char,unsigned char,unsigned char); //============================================= // dinh nghia cac ham void main() 28 { nhietdo=0; Convert(); while(1) { for(i=0;i