Thiết kế, chế tạo hệ đo đa kênh 8 bit dùng ADC0809 hiển thị kết quả trên LED 7seg.( Thông số đo là nhiệt độ từ cảm biến LM35 hoặc LM335)

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học kts,vxl Khoa Điện-Điện Tử Trần Ngọc Thái LỜI NÓI ĐẦU Trong những thập niên gần đây công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng phát triểnmạnh mẽ.. Ch

TRƯ ỜNG ĐẠI HỌC ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐI ỆN – ĐI ỆN TỬ

  

ĐỒ ÁN MÔN HỌC (VĐK + KTS)

Giảng viên hướng dẫn:Tr ần Ngọc Thái

Sinh viên th ực hiện: Trần Thị Ph ương Nga

Đào Thị Thùy Ngân Bùi Thị Ngoan

Lớp: ĐTK38

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng yên, ngày tháng năm 2010

Giáo viên hướng dẫn Trần Ngọc Thái

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

-BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KT HƯNG YÊN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

(VĐK+KTS)

Họ và tên sinh viên: 1, Trần Thị Phương Nga

ĐTK38

Khóa học: 2008-2011

Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ đo đa kênh 8 bit dùng ADC0809 hiển thị kết quả trên LED 7seg.

( Thông số đo là nhiệt độ từ cảm biến LM35 hoặc LM335)

Số liệu cho trước:

- Sử dụng Vi điều khiển tự chọn: AVR, PIC, 89C51

- Kết quả thu thập được so sánh với hai ngưỡng nhiệt độ max, min (lưu trong RAM), cảnh bảo

ngưỡng trên LED khi nhiệt độ ngoài ngưỡng max, min.

- 5V DC,12VDC

Nội dung cần hoàn thành:

1 Trần Ngọc Thái Ngày hoàn thành: /11/2010

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl) Khoa Điện-Điện Tử

Trần Ngọc Thái

LỜI NÓI ĐẦU Trong những thập niên gần đây công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng phát triểnmạnh mẽ Kỹ thuật điện tử đã có những bước phát triển đặc biệt mạnh, đặc biệt là trong

kỹ thuật điều khiển tự động với sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điềukhiển

Hòa cùng nhịp độ phát triển khoa học kỹ thuật thế giới, nhiều lĩnh vực khác cũng phát triển không ngừng đã làm cho thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng có được sự phát triển chóng mặt trong vài chục năm trở lại đây Khoa học kỹ thuật trở thành nền tảng vữngchắc thúc đẩy mạnh mẽ nắm vai trò quyết định trong cuộc “ đi tắt đón đầu” Nổi trội hơn

cả là ngành công nghệ thông tin và kỹ thuật điện tử

Hiện nay công nghệ nước ta được đánh giá là bắt kịp với công nghệ thế giới Đất nước

ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ nhưng ngân sách còn hạn hẹp chưa thể đáp ứng những điều kiện tốt nhất cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên, điều này là những khó khăn nhưng cũng chính là động lực cho chúng ta có những sáng tạo mới, ý tưởng mới giúpcho việc học của mình và bạn bè được tốt hơn Những lần đi thực tập hay làm đồ án môn học chính là lúc mà chúng ta được phát huy trí sáng tạo của sinh viên Hãy tự mình tạo ra môi trường học tập tốt nhất cho bản thân và bạn bè! Chính vì vậy trong lần làm đồ án mônhọc này, được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa điện_điện tử , đặc biệt là thầy Trần Ngọc Thái ,chúng em đã hoàn thành đề tài “ Nghiên cứu, chế tạo bộ đo

đa kênh 8bít sử dụng ADC0809 kết quả hiển thị trên led 7 đoạn (thông số đo lấy từ cảm biến nhiệt độ LM35)” đúng thời gian

Với trình độ và thời gian còn nhiều hạn chế, chúng em đã cố gắng nhưng không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý thầy cô và bạn bè đóng góp ý kiến để đề tài ngày càng hoàn thiện và đến được với thực tế Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hưng Yên ngày25 tháng 11 năm 2010

Trần Thị Phương Nga Đào Thị Thuỳ Ngân

MỤC LỤC

CHƯƠNG I DẪN NHẬP 1.Cơ sở thực tiễn của đề tài ………5

2.Mục đích yêu cầu của đề tài……….5

3.Xây dựng sơ đồ khối tổng quát………6

CHƯƠNG II:LÝ THUYẾT THIẾT KẾ 1.Khối cảm biến………8

2.Khối chuyển đổi tương tự sang số……….9

2.1 Mạch tạo xung clock cho ADC……… 17

2.2 Mạch test giá trị đầu ra của ADC……….18

3.Khối vi xử lý ……….18

3.1Giới thiệu bộ vi điều khiển AT89C51……… 18

3.2 Sơ đồ khối họ vi điều khiển AT89C51……… 20

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl) Khoa Điện-Điện Tử

4.Khối nguồn ………28

5 Hiển Thị trên led 7 đoạn………29

CHƯƠNG III.THIẾT KẾ MẠCH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 1.Mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động ……….32

2.Sơ đồ mạch board……….34

3.Lưu đồ thuật toán……… 36

4.Viết chương trình ……… 37

Chương IV: TỔNG KẾT 5.1 Kết quả thu được……… 41

5.2 Hướng phát triển của đề tài……… 41

5.3 Kết luận ……….42

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP

1.Cơ sở thực tiễn của đề tài:

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngày khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử

mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản

lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng

nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Trong đời sống xã hội ,ngày càng phát triển ,xuất phát từ những nhu cầu thực tế chúng em đã nghiên cứu và hoàn thành mạch đo nhiệt độ Nó có ứng dụng rất lớn trong các doanh ngiệp sản xuất với độ chính xác cao

2.Mục đích nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu , chế tạo bộ đo đa kênh 8 bít ADC 0809 kết quả hiển thị trên led 7 đoạn

Mục đích của đề tài:

- Giải quyết được vấn đề đo lường nhiệt độ

- Chuyển đổi kết quả từ tương tự sang số

- Chuyển đổi và hiển thị trên led 7 đoạn

- Và có các ngưỡng cảnh báo khi nhiệt độ quá ngưỡng (khi t<12 và t>40 lần lượt cócảnh báo)

- Mạch điện phải an toàn ,dễ sử dụng

3.Các phương pháp lựa chọn phương án thiết kế và sơ đồ khối:

a.Phương pháp lựa chọn:

Để đo lường nhiệt độ người ta có thể chọn nhiều loại cảm biến nhiệt khácnhau ,mỗi loại thì đếu có một ưu điểm riêng biết khác nhau và phù hợp với từng nhu cầuriêng Ở đây nhu cầu của mình là đo nhiệt độ môi trường nên mình sử dụng LM35 là tối

ưu nhất vì: đây là loại cảm biến có độ chính xác c,có thể đo nhiệt độ trong dải từ -55 độ C_150 độ C.Tầm hoạt động tuyến tính ,tiêu tán công suất thấp …

Tương tự vậy ta chuyển đổi từ tương tự sang số cũng có nhiều loại IC nói chung giốngnhau như:ADC0808, ADC0809, ADC0804.Nhưng ở đây tôi dùng con ADC 0809 vì nó có

8 đầu vào tương tự nên ta có thể sử dụng như hệ đo đa kênh ,chọn lần lượt từng kênh đầuvào thỏa mãn yêu cầu của bài toán

Còn vấn đề hiển thị trên led 7 đoạn hay LCD thì với quy mô của đề tài thì ta dungled 7 đoạn là hợp lý,vừa tiết kiệm đươc vấn đề kinh tế b.Sơ đồ khối của mạch nhiệt độ

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl) Khoa Điện-Điện Tử

CHƯƠNG II:LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

1Khối cảm biến (LM35):

* Dải nhiệt độ và sự thay đổi trở kháng theo nhiệt độ của LM35

Các bộ biến đổi (Transducer) chuyển đổi các đại lượng vật lý ví dụ như nhiệt độ, cường độ ánh sáng, lưu tốc và tốc độ thành các tín hiệu điện phụ thuộc vào bộ biến đổi màđầu ra có thể là tín hiệu dạng điện áp, dòng, trở kháng hay dung kháng Ví dụ, nhiệt độ được biến đổi thành về các tín hiệu điện sử dụng một bộ biến đổi gọi là Thermistor (bộ cảm biến nhiệt), một bộ cảm biến nhiệt đáp ứng sự thay đổi nhiệt độ bằng cách thay đổi trở kháng nhưng đáp ứng của nó không tuyến tính

Bảng 3.6.2: Trở kháng của bộ cảm biến nhiệt theo nhiệt độ

Bảng 3.6.3: Hướng dẫn chọn loạt các cảm biến nhiệt họ LM35

*LM35

LM35 là một họ IC cảm biến nhiệt độ sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựa trên các chất bán dẫn dễ bị tác động bởi sự thay đổi của nhiệt độ , đầu ra của cảm biến là điện áp(V) tỉ lệ với nhiệt độ mà nó được đặt trong môi trường cần đo

Họ LM35 có rất nhiều loại và nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl) Khoa Điện-Điện Tử

Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ chế tạo chống nhiễu tôt, mạch sử lý đơn giản

Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền

Thiết bị này loại trừ khả năng cần thiết điều chỉnh điểm 0 bên ngoài và khả năng điều chỉnh tỉ số làm tròn ADC0809 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xử lý

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl) Khoa Điện-Điện Tử

*Ý nghĩa các chân:

+IN0 đến IN7 : 8 ngõ vào tương tự +A,B,C :giải mã chọn một trong 8 ngõ vào +Z-1 đến Z-8 :Ngõ ra song song 8 bit

+ALE :Cho phép chốt địa chỉ

+START :Cho phép chuyển đổi +CLK :xung đồng hồ

+REF (+) :điện thế tham chiếu (+)+REF(-) :điện thế tham chiếu (- )

+VCC :nguồn cung cấp *.Các đặc điểm của ADC0809:

+) Độ phân giải 8 bít +) Tổng sai số chưa chỉnh định ±1/2 LSB; ±1 LSB

+) Thời gian chuyển đổi 100 s ở tần số 640 KHz

+) Nguồn cung cấp +5V

+) Điện áp ngõ vào 0 ÷ 5V

+) Tần số xung clock 10 ÷ 1280 KHz

+) Nhiệt độ hoạt động -400 C đến 850c

+) Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng

+) Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl) Khoa Điện-Điện Tử

Sau khi tách xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh sườn xuống củaxung start, ngõ ra OEC sẽ xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock (tính từ sườn xuốngcủa xung start).Lúc này bít có trọng số lớn nhất (MSB) được đặt lên mức 1 , tất cả các bítcòn lại ở mức 0 đồng thời tạo ra điện thế có giá trị Vref/2, điện thế này được so sánh vớiđiện thế vào IN

+) Nếu Vin > Vref/2 thì bít MSB vẫn ở mức 1

+) Nếu Vin < Vref/2 thì bít MSB ở mức 0

Tương tự như vậy bít kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trịVref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vào Vin.Quá trình cứ tiếp tục như vậycho đến khi xác định được bít cuối cùng.Khi đoc chân EOC lên mức 1 báo cho

đã kết thúc chuyển đổi

Trong suốt quá trình chuyển đổi chân OE được đặt ở mức 1, muốn đọc dữ liệu rachân OE xuống mức 0

Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có 1 xung start tác động thì ADC sẽ ngưngchuyển đổi

 Mã ra N cho một ngõ vào là một số nguyên tùy ý:

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)

Khoa Điện-Điện Tử

b Đặc điểm của bộ chuyển đổi:

 Trái tim của hệ thống thu dữ liệu của chíp đơn này là bộ chuyển đổi analogthành digital 8 bít của nó.Bộ thiết kế để cho nhanh, chính xác,và có thể lặp lạinhiều chuyển đổi trên phạm vi rộng của nhiệt độ.Bộ chuyển đổi được chia làm

ra mạng bậc thang 256R đã không là lý do nạp biến trên điện áp tham chiếu

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl) Khoa Điện-Điện Tử

Hình 1 và hình 4 Nút nhấn điện trở ở đáy và điện trở ở đỉnh của mạng bậc thang ở hình 1 là không cùng giátrị như chỗ còn lại của mạng.Sự khác nhau trong những điện trở này là nguyên do đặc tínhđầu ra để cân xứng với những điểm zero và full-scale của đường cong chuyển giao.Sựchuyển tiếp đầu ra đầu tiên xuất hiện khi tín hiệu analog đạt đến +1/2 LSB và nhữngchuyển tiếp đầu ra tiếp theo xuất hiện cứ 1 LSB muộn hơn lên đến full-scale  Thanh ghiphép tính xấp xỉ liên tục(SAR): thực hiện 8 lặp đi lặp lại đến xấp xỉ điện áp vào.Đối vớibất cứ kiểu chuyển đổi SAR nào n lặp lại đối với yêu cầu chuyển đổi nbít.Hình 2 trình bày

ví dụ tiêu biểu của bộ chuyển đổi 3 bít.Trong ADC0808;ADC0809 kỹ thuật phép tính xấp

xỉ là tùy thuộc vào 8 bít đã sử dụng mạng 256R

Hình 2 Thanh ghi phép tính xấp xỉ liên tục của bộ chuyển đổi A/D(SAR) thì lại đặt trên sườndương của xung bắt đầu chuyển đổi SC.Sự chuyển đổi bắt đầu trên sườn đi xuống của xung bắt đầu chuyển đổi.Sự chuyển đổi theo quá trình sẽ bị gián đoạn do nhận được xung bắt đầuchuyển đổi mới.Sự chuyển đổi liên tục có thể được hoàn thành do liên kết end-off-

conversion(EOC) đầu ra với SC đầu vào.Nếu thường dùng trong chế độ này xung chuyển đổi bắt đầu bên trong nên được áp dụng sau khi tăng năng lượng end-off- conversion(EOC)

sẽ xuống thấp giữa 0 và 8 nhịp đồng hồ sau sườn tăng lên của bắt đầu chuyển đổi

Phần quan trọng nhất của bộ chuyển đổi A/D là bộ so sánh.Thực ra phần này chịutrách nhiệm đối với nền tảng chính xác của toàn bộ sự chuyển đổi Nó còn được gọi là bộ

so sánh độ lệch (dirft) có ảnh hưởng lớn đến năng lực lặp lại của thiết bị.Bộ so sánh ổnđịnh ngắt (chopper-stabilized) cung cấp phương pháp hiệu quả nhất về thỏa mãn tất cả nhu

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl) Khoa Điện-Điện Tử

Bộ so sánh ổn định ngắt chuyển đổi tín hiệu đầu vào DC thành tín hiệu AC,Tín hiệu nàysau đó cung cấp(fed) qua bộ khuyếch đại AC cao hơn và có mức DC được phục hồi.Kỹthuật này giới hạn sự sai lệch thành phần của bộ khuyếch đại bởi sự sai lệch thành phần

DC mà không được truyền nhờ bộ khuyếch đại AC.Điều này làm cho toàn bộ bộ chuyểnđổi A/D cực kỳ nhạy cảm với nhiệt độ,lệch lâu dài và tín hiệu vào,ra nhiều lỗi.Hình 4trình bày đường cong lỗi tiêu biểu đối với ADC0808 khi được đo với cách dùng các thủtục được thảo ra trong AN179

2.1Mạch tạo xung clock cho ADC0809

Sử dụng mạch dao động dung các cổng not để tạo dao động cho ADC0809 như sau :

2.Mạch test giá trị đầu ra của ADC 0809

3.Khối vi xử lý:

3.1 Giới thiệu bộ vi điều khiển 89c51

Họ vi điều khiển MCS-51 do Intel sản xuất đầu tiên vào năm 1980 là các IC thiết

kế cho các ứng dụng hướng điều khiển Các IC này chính là một hệ thống vi xử lýhoàn chỉnh bao gồm các các thành phần của hệ vi xử lý: CPU, bộ nhớ, các mạch giaotiếp, điều khiển ngắt

MCS-51 là họ vi điều khiển sử dụng cơ chế CISC (Complex Instruction SetComputer), có độ dài và thời gian thực thi của các lệnh khác nhau Tập lệnh cung cấpcho MCS-51 có các lệnh dùng cho điều khiển xuất / nhập tác động đến từng bit.MCS-51 bao gồm nhiều vi điều khiển khác nhau, bộ vi điều khiển đầu tiên là

8051 có 4KB ROM, 128 byte RAM và 8031, không có ROM nội, phải sử dụng bộ nhớngoài Sau này, các nhà sản xuất khác như Siemens, Fujitsu, … cũng được cấp phéplàm nhà cung cấp thứ hai

MCS-51 bao gồm nhiều phiên bản khác nhau, mỗi phiên bản sau tăng thêm một số

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl) Khoa Điện-Điện Tử

1.2 Vi điều khiển AT89C51

AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS có các

128 Byte RAM nội

-4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

-2 bộ Timer/counter 16 Bit

-6 nguồn ngắt

-Giao tiếp nối tiếp điều khiển bằng phần cứng

-64 KB vùng nhớ mã ngoài - 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài

-Cho phép xử lý bit

-210 vị trí nhớ có thể định vị bit

-4 chu kỳ máy (4 µs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc chia

-Có các chế độ nghỉ (Low-power Idle) và chế độ nguồn giảm (Power-down) Ngoải ra, một

số IC khác của họ MCS-51 có thêm bộ định thời thứ 3 và

256 byte RAM nội

Sơ đồ chân

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl) Khoa Điện-Điện Tử

Sơ đồ chân IC AT 89C51

Vi xử lý AT8951 có 40 chân thì có 32 chân dành cho các cổng P0, P1, P2 và P3 với mỗi cổng có 8 chân Các chân còn kại được dành cho nguồn Vcc, đất GND, các chân giao động XTLA1 và XTLA2, tái lập RST, cho phép chốt địa chỉ ALE, truy cập được địa

chỉ ngoài EA, cho phép cất chương trình PSEN

3.3.Chức năng các chân của AT 89C51:

Mặc dù các thành viên của họ MSC-51 có nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn như hai hàng chân DIP (Dual In-Line Pakage) dạng vỏ dẹt vuông QFP (Quad Flat Pakage) và dạng chíp không có chân đỡ LLC (Leadless Chip Carrier) và đều có 40 chân cho các chứcnăng 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

Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển

-Chức năng xuất/nhập : các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài vào để xử

lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để điều khiển led đơnsáng tắt

-Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc Port 0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối với bộ nhớ ngoài), đồng thờiPort 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài

- Chức năng là bus địa chỉ cao (A8-A15): khi kết nối với bộ nhớ ngoài có dung lượng lớn,cần

2 byte để định địa chỉ của bộ nhớ, byte thấp do P0 đảm nhận, byte cao do P2 này đảm nhận Port 3 (P3):

Port 3 gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17):

- Chức năng xuất/nhập

- Với mỗi chân có một chức năng riêng thứ hai như trong bảng sau: