Thiết kế bộ xử lý cân điện tử dùng vi điều khiển 8051 hiển thị dữ liệu ra màn LCD có gioa tiếp với máy tính qua cổng RS232

Ngµy nay víi sù ph¸t triÓn cña c«ng nghiÖp vi ®iÖn tö, kü thuËt sè c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn dÇn dÇn ®­îc tù ®éng hãa. Víi nh÷ng kü thuËt tiªn tiÕn cña vi xö lÝ, vi m¹ch sè ®­îc øng dông vµo lÜnh vùc ®iÒu khiÓn, th× c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn c¬ khÝ th« s¬, víi tèc ®é xö lÝ chËm ch¹p Ýt chÝnh x¸c ®­îc thay thÕ b»ng c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng víi c¸c lÖnh ch­¬ng tr×nh ®• ®­îc thiÕt lËp tr­íc.C©n xe còng nh­ viÖc c©n nh÷ng khèi l­îng lín lµ mét nhu cÇu cÇn thiÕt cho c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt muèn biÕt khèi l­îng hµng ho¸, s¶n phÈm hay nguyªn vËt liÖu, vµ c¶ cho nh÷ng lÜnh vùc kh¸c nh­ bÕn c¶ng, tr¹m c©n xe ph¸t hiÖn qu¸ t¶i cña c¶nh s¸t giao th«ng... Tuy ®• ®­îc sö dông réng r•i ë ViÖt Nam nh­ng hÇu hÕt c¸c hÖ thèng c©n xe ®Òu l¾p r¸p tõ c¸c thiÕt bÞ cã s½n tõ n­íc ngoµi nh­ loadcell, bé hiÓn thÞ (®Çu c©n)... PhÇn ®­îc chÕ t¹o ë ®©y cã thÓ lµ nÒn cÇu c©n, hép nèi loadcell ( Junction Box) vµ viÕt ch­¬ng tr×nh qu¶n lý tr¹m c©n...

Lời cam đoan

 Tôi xin cam đoan đồ án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi, và cha đợc công bố trên bất kỳ phơng tiện nào Những vấn đề đợc trình bày trong đồ án này không sao chép lại từ bất kỳ tài liệu nào, các tài liệu tôi đa ra ở phần cuối chỉ mang tính chất tham khảo. MụC LụC Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục hình vẽ 4

Danh mục bảng 6

A:Phần mở đầu 7

1 Đặt vấn đề 7

2 Giới thiệu đề tài 7

3 Mục đích nghiên cứa của đề tài: 8

B: Nội dung 9

Chơng I : Tổng quan về hệ thống cân điện tử 9

1.1 Hệ thống cân sử dụng Loadcell và ứng dụng 9

1.2 Sơ lợc các phơng pháp và cảm biến đợc dùng trong việc đo khối lợng 11

1.2.1 Nguyên lý đo khối lợng 11

1.2.2 Các phơng pháp đo khối lợng 11

1.3 Giới thiệu chung về loadcell 15

1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 15

1.4 Ví dụ về hệ thống ứng dụng cân điện tử: Hệ thống cân xe 21

1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống 21

1.4.2 Cầu cân 22

1.4.3 Cách bố trí Loadcell và trạm nối dây 23

1.4.4 Thiết bị chỉ thị khối lợng 24

1.4.5 Quản lý trạm cân dùng máy tính 25

Chơng II: Khảo sát vi điều khiển 8051, ADC 0809 ,LCD và các mạch khuếch đại .26 2.1 Khảo sất vi điều khiển 8051 26

2.1.1 Cấu trúc của 8051 26

2.1.2 Các chế độ định địa chỉ của 8051 và tập lệch của 8051 31

2.1.3 Các thanh ghi 31

2.1.4 Bộ Timer/ Counter và Các ngắt của 8051 32

2.2 Khảo sát bộ chuyển đổi ADC 42

2.2.1 Các phơng pháp chuyển đổi 42

2.2.2 Giới thiệu ADC 0809 43

2.3 Khảo sát LCD 47

2.4 Khảo sát mạch khuếch đại 50

2.4.1 Bộ khuếch đại không đảo : 51

2.4.2 Bộ khuếch đảo : 51

Chơng III Vi điều khiển Giao tiếp với máy tính 52

3.1 Truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển 52

3.1.1 Cơ sở của truyền thông nối tiếp 52

3.1.2 Tốc độ truyền dữ liệu 53

3.2 Các chuẩn giao tiếp dùng trong truyền thông nối tiếp 54

3.2.1 Chuẩn RS232 54

3.2.2 Bộ điều khiển đờng truyền MAX232 56

3.2.3 Các cổng COM của IBM PC và tơng thích 57

3.3 Các thanh ghi điều khiển thuyền thông nối tiếp 57

3.3.1 Bộ đệm dữ liệu nối tiếp(SBUF) 57

3.3.2 Thanh ghi điều khiển nối tiếp SCON 58

3.4 Lập trình 8051 truyền thông nối tiếp 60

3.4.1 Lập trình 8051 để truyền dữ liệu nối tiếp 60

3.4.2 Lập trình 8051 để nhận dữ liệu nối tiếp 61

3.5 Ngôn ngữ lập trình Visual basic 6.0 63

3.5.1 Giới thiệu 63

3.5.2 Truyền thông nối tiếp dùng VB 6.0 63

Chơng IV: Thiết kế và thi công 73

4.1 Nhiệm vụ 73

4.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống 73

4.3 Tính chọn các thiết bị 75

4.3.1 Khối cảm biến 75

4.3.2 Khối khuếch đại 76

4.3.3 Bộ ADC 77

4.3.4 Khối vi điều khiển 77

4.3.5 Khối hiển thị 78

4.3.6 Khối nguồn 79

4.3.7 Nút nhấn 81

4.3.8 Khối giao tiếp máy tính 82

4.3.9 Màn hình giao diện hiển thị khối lợng trên máy tính .83

4.4 Sơ đồ nguyên lý và giải thuật chơng trình 84

4.4.1 Sơ đồ nguyên lý 84

4.4.2.Chơng trình 85

C- Kết luận 98

Tài liệu tham khảo 100

Danh mục hình vẽ B: Nội dung Chơng I : Tổng quan về hệ thống cân điện tử 9

Hình 1.1 Sơ đồ khối của một hệ thống cân điện tử dùng loadcell 9

Hình1.2 Các dạng biến dạng cơ bản 13

Hình1.3 Cách ghép các phần tử áp điện 14

Hình 1.5a LoadCell khi không có lực tác dụng .16

Hình 1.5b LoadCell khi có lực tác dụng .16

Hình 1.5c Sơ đồ điện cho cảm biến Load Cell 16

Hình 1.6 Sơ đồ tính điện áp ra 17

Hình 1.7 Sơ đồ tơng đơng 17

Hình 1.8 Sơ đồ tính tổng trở 18

Hình 1.9 Đầu dây ra của Loadcell 19

Hình 1.10 hình dạng của một số loại Loadcell có trong thực tế 21

Hình1.11 Sơ đồ khối của một hệ thống cân xe 22

Hình1.12 Bàn cân trạm cân xe 23

Hình 1.13 Cách bố trí Loadcell 23

Hình 1.14 Một số loại Loadcell có tải trọng lớn 24

Hình 1.15 Một số thiết bị chỉ thị khối lợng trong thực tế 25

Chơng II:Khảo sát vi điều khiển 8051, ADC 0809 ,LCD và các mạch khuếch đại.26 Hình 2.1.Sơ đồ chân của 8051/8052 26

Hình 2.2 Mắc điện trở kéo cổng P0 28

Hình 2.3 Sơ đồ khối tổng quát của 8051/8052 30

Hình 2.4 Cấu tạo bộ định thời/ đếm 34

Hình 2.5: Các bít của thanh ghi TCON 34

Hình 2.6 Các bit của thanh ghi TMOD 36

Hình 2.7: Thực hiện chơng trình không ngắt(a) và có ngắt chơng trình(b) 37

Hình 2.8 Thanh ghi IE 38

Hình 2.9 Thanh ghi IP 39

Hình2.10 Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phơng pháp xấp xỉ liên tiếp 43

Hình 2.11 Sơ đồ chân của ADC0809 44

Hình 2.12 Biểu đồ thời gian của ADC 0809 47

Hình 2.13 Sơ đồ chân của LCD: 48

Hình 2.14 Ghép nối LCD 50

Hình 2.15 Bộ khuếch đại không đảo : 51

Hình 2.16 Bộ khuếch đảo 51

Hình 3.1 Đầu nối DB - 25 của RS232 55

Hình3.2 Sơ đồ đầu nối DB - 9 của RS232 55

Hình3.3 a) Sơ đồ bên trong của MAX232 57

b) Sơ đồ nối ghép của MAX232 với 8051 theo moden không 57

Hình3.4: Cách chọn thêm thành phần microsoft comm control ở visual basic 6.0 64

Hình3.5 Thành phần Mscomm trong hợp công cụ (toolbox) 64

Chơng IV: Thiết kế và thi công 73

Hình 4.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống 74

Hình 4.2 Hình dạng và kích thớc của Loadcell VLC-A123 75

Hình 4.3: Sơ đồ mạch KĐ 77

Hình 4.4 Hình dạng của LCD 78

Hình 4.5 Sơ đồ ghép nối LCD và 8051 79

Hình 4.6 Các khối nguồn đợc sử dụng trong hệ thống 80

Hình 4.7 Nút nhấn 82

Hình 4.8 Sơ đồ khối giao tiếp máy tính 82

Hình 4.9 Màn hình giao diện hiển thị khối lợng 83

Hình 4.9 Giải thuật chơng trình viết cho vi điều khiển 85

Hình 4.10 Giải thuật trình ngắt 232 86

Hình 4.11 Giải thuật cho timer nhận(a) và hiển thị (b) 87

Hình 4.12 Giải thuật FORM 88

Danh mục bảng B: Nội dung 9

Chơng I : Tổng quan về hệ thống cân điện tử 9

Bảng1.1 Đặc trng vật lý của một số vật liệu áp điện Bảng 1.2 Các mầu thông dụng đầu ra của Loadcell 20

Chơng II:Khảo sát vi điều khiển 8051, ADC 0809 ,LCD và các mạch khuếch đại.26 Bảng 2.1 Các chức năng khác của cổng P3 29

Bảng 2.2: Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer 33

Bảng 2.3: Các bít của thanh ghi điều khiển trạng thái TCON 35

Bảng 2.4 Các bit của thanh ghi TMOD 36

Bảng 2.5 Các chế độ của TMOD 36

Bảng2.5 Bảng trạng thái của ADC0809 45

Bảng2.6 Bảng mô tả chân của LCD: 49

Bảng 3.1 Các giá trị của thanh ghi TH1 trong Timer1 cho các tốc độ baud khác nhau 54

Bảng 3 2 Các tín hiệu của các chân đầu nối DB - 9 trên máy tính IBM PC 55

Bảng 3.3 Các chế độ đóng khung dữ liệu 59

Bảng 3.4 : Bảng các đặc tính của điều khiển MSComm 66

Bảng 3.5 Bảng liệt kê các giá trị baud hợp lệ 67

Bảng 3.6 Bảng mô tả các giá trị chẳn lẽ hợp lệ: 68

A:Phần mở đầu 1 Đặt vấn đề Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần dần đợc tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến của vi xử lí, vi mạch số đợc ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác đợc thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chơng trình đã đợc thiết lập trớc Cân xe cũng nh việc cân những khối lợng lớn là một nhu cầu cần thiết cho các nhà máy sản xuất muốn biết khối lợng hàng hoá, sản phẩm hay nguyên vật liệu, và cả cho những lĩnh vực khác nh bến cảng, trạm cân xe phát hiện quá tải của cảnh sát giao thông

Tuy đã đợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam nhng hầu hết các hệ thống cân xe đều lắp ráp từ các thiết bị có sẵn từ nớc ngoài nh loadcell, bộ hiển thị (đầu cân) Phần đợc chế tạo ở đây có thể là nền cầu cân, hộp nối loadcell ( Junction Box) và viết chơng trình quản lý trạm cân

Vì các lí do trên và trên cơ sở lý thuyết đã học của môn đo lờng và vi điều khiển,

đồng thời đợc sự giúp đỡ của khoa Điện-Điện Tử Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật khi

nhận đề tài làm đồ án tốt nghiệp em đã tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế bộ xử lý cân

điện tử dùng vi điều khiển 8051 hiển thị dữ liệu ra màn LCD,có giao tiếp với máy tính qua cổng RS232 ” Cụ thể em sẽ thiết kế một cân điện tử có thể cân đợc tối đa

25000 Kg

2 Giới thiệu đề tài

- Tóm tắt nội dung đề tài:

-Nghiên cứu về hệ thống cân điện tử

-Nghiên cứu cấu trúc và tập lệch của 8051

-ứng dụng vi điều khiển trong hệ thống cân điện tử có giao tiếp với máy tính.

- Kết quả dự kiến:

-Xây dựng đợc sơ đồ nguyên lý chi tiết

-Xây dựng đợc la đồ thuật toán và viết chơng trình phần mềm

-Mô phỏng đợc chơng trình trên máy tính

3 Mục đích nghiên cứa của đề tài:

- Mục đích trớc hết khi thực hiện đề tài này là để hoàn tất chơng trình môn học để

đủ điều kiện ra trờng

- Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là em muốn phát huy những thành quả ứngdụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn, và đạthiệu quả sản xuất cao hơn

- Mặt khác đồ án này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viên khóasau, giúp họ hiểu rõ hơn về những ứng dụng của vi điều khiển

- Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để em tự kiểm tra lạinhững kiến thức đã đợc học ở trờng, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyếtmột vấn đề theo yêu cầu đặt ra Và đây cũng là dịp để em tự khẳng định mình tr ớc khi ratrờng để tham gia vào các hoạt động sản xuất của xã hội

B: Nội dung.

Chơng I : Tổng quan về hệ thống cân điện tử

1.1 Hệ thống cân sử dụng loadcell và ứng dụng

Sơ đồ khối của một hệ thống cân điện tử dùng loadcell nh sau :

Hình 1.1 Sơ đồ khối của một hệ thống cân điện tử dùng loadcell

Tùy theo yêu cầu và mục đích ứng dụng, khối xử lý đợc dùng là vi xử lý haymáy tính Nếu bộ xử lý sử dụng vi xử lý thì có thể có thêm khối truyền dữ liệu vềmáy tính, có thể có khối in ấn hoặc không tùy mục đích sử dụng

Dới tác dụng của khối lợng đặt bên trên, loadcell sẽ chuyển thành tín hiệu điện

ở ngõ ra Tín hiệu điện rất nhỏ này đợc khuếch đại lên nhiều lần trớc khi đa vào bộchuyển đổi A/D để chuyển thành tín hiệu số và đợc đa về bộ xử lý để xử lý theo ch-

ơng trình có sẵn và hiển thị hoặc có thêm việc in ấn Bộ xử lý cần thiết phải có thêm bộnhớ để lu trữ số liệu, ví dụ trong việc chỉnh 0 và trừ bì của cân

Do tính linh hoạt của bộ xử lý, tùy theo mục đích cụ thể mà chơng trình viết cho

bộ xử lý khác nhau Do đó, hệ thống cân này có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực cóliên quan đến việc đo khối lợng Ngoài ứng dụng trong việc cân xe, có thể kể ra các ví

dụ khác mà dùng hệ thống cân điện tử sử dụng loadcell nh sau:

- Trong hệ thống bán hàng có sử dụng cân điện tử loại này, việc tính tiền có thể

đ-ợc tự động hoàn toàn Hàng ở đây là những loại có thể cân đđ-ợc, có thể là rau quả, thủy sản Ngời sử dụng nhập vào bàn phím giá cả của một đơn vị cân và giá cả này có thể hiểnthị ra màn hình hoặc Led 7 đoạn Khi ngời dùng nhấn nút tính tiền trên bàn phím, bộ xử lý

sẽ nhân giá trị cân đợc với giá của một đơn vị cân này và hiển thị ra giá cả đã đ ợc tínhtoán cho số hàng ấy Sau khi để giá này hiển thị một khoảng thời gian vừa đủ cho ngờidùng đọc nó, hệ thống cân có thể sẽ hiển thị lại giá trị cân đợc Giá tiền này có thể đợc lu

Nguồn cung cấp

Bộ nhớ

Nút nhấn

ựHiển thị

In ấn

lại và nếu đợc nối đến máy tính của quầy thu tiền, khách hàng có thể nhận đợc bảng báocáo bao gồm trọng lợng cân đợc, giá cả của một đơn vị cân và tổng số tiền phải trả cho sốhàng đó

- Cân cũng là một trong những biện pháp để phát hiện ra sản phẩm trong hệthống đếm tự động Khi phát hiện có khối lợng quy định thì mới đếm Điều này sẽ tránh

đợc việc đếm sai nếu cùng một lúc có hai sản phẩm hoặc vật thể khác không phải là sảnphẩm che cảm biến quang

- Một ứng dụng khác của hệ thống cân này có thể kể ra là dùng trong bu điện Saukhi cân kiện hàng và xác định nơi cần gửi Ngõ ra của hệ thống cân này thờng đợc nối đến

hệ thống in bu phí lên nhãn dán vào kiện hàng gửi đi

-Ngoài ra ứng dụng phổ biến của cân điện tử đã đợc sử dụng nhiều trong các nhàmáy ở nớc ta là ứng dụng trong việc đóng gói sản phẩm Ngời dùng có thể nhập vàokhối lợng cho một gói hàng hay bao gạo khi đạt đến giá trị quy định này, ngõ ra của

bộ xử lý có thể đợc dùng để điều khiển việc rót hàng hay dây chuyền để đóng gói sảnphẩm, có thể là bằng cách kích các relay để làm đóng, mở các valve selenoid dùng khínén

Điều quan trọng trong các ứng dụng này là chơng trình điều khiển viết cho bộ

xử lý và cách giao tiếp với các thiết bị bên ngoài Phần này thì khác nhau đối với cácứng dụng cụ thể khác nhau

Nội dung của luận văn này đề cập đến hệ thống cân xe đã đợc sử dụng phổ biến

ở nớc ta

1.2 Sơ lợc các phơng pháp và cảm biến đợc dùng trong việc đo khối lợng.

1.2.1 Nguyên lý đo khối lợng.

Trong vật lý cơ học, mối quan hệ giữa lực và khối lợng đợc xác định bằng địnhluật II Newton, mà theo đó lực tác dụng vào vật thể có khối lợng m sẽ bằng tích sốkhối lợng và gia tốc của nó, tức là:

F = ma (1.1)

Trong đó:- F: Lực tác dụng (N)

- m: Khối lợng của vật(Kg)-a: Gia tốc của vật (m/s 2)Trọng lực là một trờng hợp của công thức này Dới tác dụng của sức hút trái đất,vật có khối lợng sẽ chịu tác dụng của trọng lực P = m.g với g là gia tốc trọng trờng làmột số cố định ở từng khu vực Các phơng pháp đo khối lợng là dựa vào quan hệ này

Công thức (1) không có nghĩa là không có lực trên vật thể nếu không có gia tốc mà

nó chỉ có nghĩa là không có lực cân bằng thực Hai lực cân bằng và đối nhau tác độnglên một vật thể sẽ cân bằng, không tạo nên gia tốc

Do tác động của lực vào thanh L, làm xuất hiện sức căng, tơng ứng cũng làm thay

đổi giá trị điện trở điện của thanh Cảm biến sức căng hoạt động dựa trên nguyên tắc này,cho phép biến đổi giá trị  nhỏ thành sự thay đổi tơng ứng giá trị điện trở điện của thanh

Có hai loại cảm biến sức căng :

- Loại gắn trực tiếp trên cần đàn hồi của bộ đo lực, ở vị trí cần đo sức căng Khi lựctác động làm căng hoặc cong cần đàn hồi , cũng trực tiếp làm căng cảm biến

- Loại gián tiếp đợc liên kết cơ học với yếu tố đàn hồi, thờng sử dụng để đo những

độ lệch tổng cộng của yếu tố đàn hồi

Thừa số cảm biến sức căng G đợc quy định là tỷ số của sự biến đổi đơn vị của điện

trở so với sức căng :

G = (R / R) / (L / L) (1.3)trong đó : R = sự thay đổi của điện trở ()

R = điện trở của cảm biến sức căng ()

L = sự thay đổi chiều dài (m)

L = Chiều dài của cảm biến (m)Khi tác dụng một lực f lên tiết diện cắt ngang A, ứng suất S = f/A (N/m2) ở thanh

đàn hồi, tỷ số của ứng suất S trên sức căng  là hằng số và đợc gọi là modun đàn hồi:

E = S /  = constant (1.4)

Đối với thanh đàn hồi có chiều dày là h và chiều rộng là b, có cảm biến sức cănggắn trực tiếp trên bề mặt ở vị trí cách điểm lực tác động là L, ứng suất đợc xác định theobiểu thức :

S = 6f.L / b.h2 (1.5)

Từ các biểu thức trên, suy ra :

R/R = (6G.L / b.h2 E).f (1.6)

Từ biểu thức rõ ràng có mối quan hệ tuyến tính giữa lực tác động và sự thay đổi giátrị điện trở đơn vị của cảm biến Bằng phép đo R ta có thể xác định độ lớn lực tác dụng.

Đó chính là nguyên tắc hoạt động của cảm biến sức căng

Cảm biến sức căng cho phép sử dụng để đo lực tác động do trọng lợng của vậttrong các bài toán cân

b Cảm biến áp điện.

Cảm biến áp điện hoạt động dựa trên nguyên lý của hiệu ứng áp điện

Phần tử cơ bản của một cảm biến áp điện có cấu tạo tơng tự một tụ điện đợc chế tạobằng cách phủ hai bản cực lên hai mặt đối diện của một phiến vật liệu áp điện mỏng Vậtliệu áp điện thờng dùng là thạch anh vì nó có tính ổn định và độ cứng cao Tuy nhiên hiệnnay vật liệu gốm (ví dụ gốm PZT) do có u điểm độ bền và độ nhạy cao, điện dung lớn, ítchịu ảnh hởng của điện trờng ký sinh, dễ sản xuất và giá thành chế tạo thấp cũng đợc sửdụng đáng kể

Đặc trng vật lý của một số vật liệu áp điện đợc trình bày trên bảng 1.1

Bảng1.1.Đặc trng vật lý của một số vật liệu áp điện

Dới tác dụng của lực cơ học, tấm áp điện bị biến dạng, làm xuất hiện trên hai bảncực các điện tích trái dấu Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai bản cực tỉ lệ với lực tác dụng

Các biến dạng cơ bản xác định chế độ làm việc của bản áp điện Trên hình 1.2 biểudiễn các biến dạng cơ bản của bản áp điện

Hình1.2 Các dạng biến dạng cơ bản.

a.Theo chiều dọc, b.Theo chiều ngang, c.Cắt theo bề dày, d.Cắt theo bề mặt

Trong nhiều trờng hợp các bản áp điện đợc ghép thành bộ theo cách ghép

nối tiếp hoặc song song

Hình1.3 Cách ghép các phần tử áp điệna.Hai phần tử song song, b.Hai phần tử nối tiếp, c.Nhiều phần tử song song

c Cảm biến áp từ

 Hiệu ứng từ giảo

Dới tác động của từ trờng, một số vật liệu sắt từ thay đổi tính chất hình học hoặctính chất cơ học (hệ số Young) Hiện tợng này đợc gọi là hiệu ứng từ giảo Khi có tácdụng của lực cơ học gây ra ứng lực trong vật liệu sắt từ làm thay đổi đờng cong từ hoá củachúng, khi đó dựa vào sự thay đổi của độ từ thẩm hoặc từ d có thể xác định đợc độ lớn củalực tác dụng từ đó có thể xác định đợc khối lợng của vật gây ra lực tác dụng Đây là hiệuứng từ giảo nghịch

 Cảm biến dựa trên hiện tợng từ giảo

- Cảm biến từ thẩm biến thiên

Cấu tạo của cảm biến gồm một cuộn dây có lõi từ hợp với một khung sắt từ tạothành một mạch từ kín (hình 1.4) Dới tác dụng của lực F, lõi từ bị biến dạng kéo theo sựthay đổi độ từ thẩm , làm cho từ trở mạch từ thay đổi do đó độ tự cảm của cuộn dây cũngthay đổi Sự thay đổi tơng đối của L, R hoặc  tỉ lệ với ứng lực , tức là với lực cần đo F:

Hình 1.4 Cảm biến từ thẩm biến thiên

- Cảm biến từ d biến thiên

Phần tử cơ bản của cảm biến từ d biến thiên là một lõi từ làm bằng Ni tinh

khiết cao, có từ d Br Dới tác dụng của lực cần đo, thí dụ lực nén (dù < 0), Br tăng

1.3 Giới thiệu chung về loadcell.

1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

Trong cảm biến cân (Load Cell) thờng sử dụng cảm biến sức căng mắc theo sơ đồcầu Trong đó sử dụng hai cảm biến sức căng R1 và R3 gắn ở mặt trên Hai cảm biến sứccăng khác R2, R4 gắn ở mặt dới (hình 1.5b) Sơ đồ nối điện cho trên hình 1.5c, trong đócác cảm biến sức căng đợc mắc theo sơ đồ cầu Wheatstone

Hình 1.5a LoadCell khi không có Hình 1.5b.LoadCell khi có

lực tác động lực tác động

Hình 1.5c Sơ đồ điện cho cảm biến Load CellKhi không có lực tác động vào cảm biến (hình 1.5a), các cảm biến sức căng R1-4 ởtrạng thái với sức căng cân bằng và điện thế ra bằng 0 Khi có lực tác động, làm uốn congthanh đàn hồi, dẫn đến việc tăng sức căng các cảm biến R1-R3 và giảm sức căng các cảmbiến R2-R4 Kết quả, điện trở R1-R3 tăng và R2-R4 giảm, dẫn đến lệch cầu và ở lối ra xuấthiện điện thế tỷ lệ với lực tác động Điện thế này sẽ đợc khuếch đại tới giá trị cần thiết.Cách dùng bốn cảm biến bố trí trên 4 nhánh cầu đợc ứng dụng rộng rãi trong cácloadcell thực tế Thông thờng 4 cảm biến này đợc bố trí trên hai mặt của loadcell, và nhvậy sẽ có hai cảm biến điện trở bị dãn ra và 2 cảm biến điện trở sẽ co lại khi có lực tácdụng Do đó ta có quan hệ sau :

Sự thay đổi của điện áp ra theo biến dạng của các điện trở này có thể đợc tính

nh sau :

Hai điện trở R1 và R2 thờng đợc dùng trong mục đích cộng các tín hiệu từ các loadcelllại với nhau, Rl là tải

Sơ đồ tơng đơng Thevenin cho mạch trên đợc vẽ nh sau:

ở đây R0 là tổng trở ra của loadcell

2 R2 R R I

I

V a     (1.12)

2 R2 R R I I

Hình 1.6 Sơ đồ tính điện áp ra

Hay: R R R V

R

2 1

Hình 1.8 Sơ đồ tính tổng trở áp dụng định luật kierhoff cho ba vòng kín nh hình vẽ,ta có:

0 0 2

1

).

R

V I R R R

R R

R R R

R R R R R I

2 2

2 2

1 0

Đây chính là tổng trở ra của loadcell

Nh vậy điện áp rơi trên tải RL là:

R-R

R+RR-R

I2

I1-I2

R R R

R R

R R R

R V R R

R

R V V

L

L

L

L L

2 2 1 0

0

.

(1.23)

Từ biểu thức trên ta có thể nhận thấy là điện áp ra VL không thay đổi tuyến tính theo sựthay đổi của điện trở cảm biến Hệ thống làm tuyến tính hoá sự thay đổi này thì do nhàsản xuất thiết kế

b Một số Loadcell thực tế

Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau nh KUBOTA (của Nhật),Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques Inc, Tedea – V Huntleigh .Mỗi loại loadcell đợc chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịulực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của Loadcell có màu sắc khácnhau.Có thể kể ra nh sau:

Hình 1.9 Đầu dây ra của Loadcell

Bảng 1.2 Các mầu thông dụng đầu ra của Loadcell

Các màu sắc này đều đợc cho trong bảng thông số kỹ thuật khi mua từng loại loadcell

Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell đợc cho trong catalogue của mỗi loadcell

và thờng có các thông số nh : tải trọng danh định , điện áp ra danh định ( giá trị này cóthể là từ 2 miliVolt / Volt đến 3 miliVolt/Volt hoặc hơn tuỳ loại loadcell), tầm nhiệt độhoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu đợc quá tải (Với giá trị điện

áp ra danh định là 2mili Volt / Volt thì với nguồn cung cấp là 10 Volt thì điện áp ra sẽ là

20 mili Volt ứng với khối lợng tối đa.)

Exc+

Sig+

Exc-R4

R3

Tuỳ ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác nhau.Hình dạng Loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng Sau đây làhình dạng của một số loại Loadcell có trong thực tế

Hình 1.10 hình dạng của một số loại Loadcell có trong thực tế.

1.4 Ví dụ về hệ thống ứng dụng cân điện tử: Hệ thống cân xe

1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống.

Mặc dù hệ thống này đã đợc sử dụng khá phổ biến trong các trạm cân xe, nhng việclấy và xử lý số liệu từ Loadcell do một bộ phận thực hiện thờng gọi là đầu cân, mà bộphận này hầu hết là đợc mua từ nớc ngoài Và nh vậy sơ đồ khối của một hệ thống cân xegồm những thành phần nh sau :

Hình1.11 Sơ đồ khối của một hệ thống cân xe

Tùy theo yêu cầu của từng trạm cân mà có thêm bộ hiển thị từ xa hay không

Sau đây là mô tả chi tiết các khối trong hệ thống trên

1.4.2 Cầu cân.

Cầu cân bao gồm một bộ phận thờng làm bằng sắt hay những loại chịu lực tốt,còn gọi là bàn cân Bên dới bàn cân này đợc bố trí thờng là 4 Loadcell Số lợng

Máy tính PC/AT

RemoteDisplay

Loadcell bố trí này tuỳ thuộc vào tải trọng xe, chiều dài xe, có thể là 6 , 8 Loadcell Khi xe tải chạy lên bàn cân, dới tác dụng của trọng lực xe, mỗi Loadcell bị nén và sinh

ra một điện áp sai lệch, điện áp này đợc dẫn về hộp nối để cộng các tín hiệu từ cácLoadcell này lại trớc khi đa về đầu cân xử lý Tùy theo yêu cầu và vị trí cụ thể mà cócác dạng cầu cân khác nhau

Phần lớn các trạm cân xe ở nớc ta bàn cân đợc bố trí theo dạng sau :

Hình1.12 Bàn cân trạm cân xe

1.4.3 Cách bố trí Loadcell và trạm nối dây.

Trong hệ thống cân xe, số lợng Loadcell sử dụng phụ thuộc vào tải trọng chịu

đựng, chiều dài xe Loadcell có thể đợc lắp nh hình sau :

Hình 1.13 Cách bố trí Loadcell

Do sử dụng nhiều Loadcell trong hệ thống cân nên cần phải cộng các tín hiệu ratrớc khi đa về đầu cân để xử lý Nếu đầu cân không có chức năng này ta phải dùngthêm hộp nối (Junction box) để kết nối hệ các Loadcell trên

Sau đây là hình dạng một số loại Loadcell có tải trọng lớn thờng đợc sử dụngtrong các trạm cân xe :

Hình 1.14 Một số loại Loadcell có tải trọng lớn

Ngoài bộ phận chính là những tấm điện trở dán, một số loại Loadcell còn có thêmthiết bị bảo vệ quá tải có thể là các lò xo nh những hình ở trên

1.4.4 Thiết bị chỉ thị khối lợng.

Cũng nh Loadcell, thiết bị chỉ thị khối lợng (đầu cân) có nhiều loại, do nhiềuhãng sản xuất khác nhau Tùy mỗi loại và yêu cầu cho từng công việc mà đầu cân cónhiều chức năng khác nhau Tuy nhiên các chức năng cơ bản của một đầu cân là lấy tínhiệu điện áp từ Loadcell, biến đổi A/D, xử lý và hiển thị khối lợng cân đợc ra đèn led 7

đoạn hoặc màn hình tinh thể lỏng, có thể truyền dữ liệu về máy tính hoặc ra máy in Ngoài

ra còn có các chức năng nh “Auto Zero”., “Tare”., “Clear”

Hình 1.15 Một số thiết bị chỉ thị khối lợng trong thực tế

Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu của trạm cân mà có thể có thêm thiết bị hiển thị từ xahay không

1.4.5 Quản lý trạm cân dùng máy tính.

Mặc dù một số đầu cân có chức năng in ấn , nhng để in những bảng báo cáo

nh phiếu xuất kho, tính giá tiền cho khối lợng hàng cân đợc một cách tự động, cũng

nh chức năng lu trữ dữ liệu thành file thì trang bị một máy tính cho trạm cân là mộtyêu cầu cần thiết

Số liệu cân đợc từ đầu cân đợc truyền về máy tính thờng là mã ASCII theochuẩn RS232 hoặc RS485 Dữ liệu truyền theo kiểu bất đồng bộ và tốc độ baud thay

đổi đợc thờng là 1200, 2400, 4800, 9600 bit/giây Chơng trình viết cho máy tính thờng

để hiện giá trị này ra màn hình Tùy theo yêu cầu cụ thể của nhà máy hoặc trạm cân

mà chơng trình đợc viết cho in ra những bảng báo cáo khác nhau theo mẫu đợc quy

định sẵn của nhà máy Các bảng báo cáo này có thể đợc lu lại thành file trong máy tính

để khi cần thiết có thể gọi ra đợc Ngoài ra chơng trình máy tính có thể cho biết đợc số

xe đã đợc cân trong ngày cùng với tên khách hàng hoặc biển số xe cũng nh tổng lợnghàng đã xuất hay nhập trong ngày, tháng, năm thậm chí có thể phát hiện xe nào chởhàng quá tải Hơn thế nữa những dữ liệu này có thể truyền về trung tâm xử lý nếumáy tính đó đợc nối mạng Tất cả các công việc này tùy theo yêu cầu của trạm cân màviết chơng trình cho máy tính phù hợp

Chơng II:Khảo sát vi điều khiển 8051, ADC 0809 ,LCD và các mạch

khuếch đại 2.1 Khảo sất vi điều khiển 8051

IC vi điều khiển 8051/8031 thuộc họ MCS51 có các đặt điểm sau :

- 4 Kbyte ROM (đợc lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051)

- 128 Byte RAM

- 4 Port 8bit

- Hai bộ định thời 16bit

- Giao tiếp nối tiếp

- 64KB không gian bộ nhớ chơng trình mở rộng

- 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng

- 1 Bộ xử lí luận lí (thao tác trên các bit đơn)

- 210 Bit đợc địa chỉ hóa

- Bộ nhân / chia 4s

2.1.1 Cấu trúc của 8051

a Sơ đồ chân và chức năng.

Hình 2.1.Sơ đồ chân của 8051/8052

Nhóm chân nguồn, dao động và điều khiển

- VCC : Chân số 40 cung cấp điện áp

nguồn nguồn +5V 0.5 cho chíp.±0.5 cho chíp

- GND : Chân số 20 là chân đất.(hay

chân nối mass)

- XTAL1 và XTAL2 : 8051 có một bộ dao động trên chíp nhng vẫn cần có một bộ

dao động đồng hồ bên ngoài để kích hoạt Bộ dao động thạch anh ngoài thờng đợc nối tớicác chân vào XTAL1 ( chân 19 ) và XTAL2 ( chân 18 )

-RST : Khởi động lại ( RESET ) đó là chân vào số 9, mức tích cực cao, bình thờng

ở mức thấp Khi có xung cao đặt tới chân này thì bộ VĐK sẽ kết thúc mọi hoạt động hiệntại và tiến hành khởi động lại Quá trình xảy ra hoàn toàn tơng tự nh khi bật nguồn KhiRESET, mọi giá trị trên các thanh ghi sẽ bị Xóa

-EA (External Access) : Tín hiệu vào EA trên chân 31 thờng đợc mắc lên mức cao

(+5V) hoặc mức thấp (GND) Nếu ở mức cao, 8051 thi hành chơng trình từ ROM nội Nếu

ở mức thấp, chơng trình chỉ đợc thi hành từ bộ nhớ mở rộng

- PSEN (Program Store Enable ) : PSEN là tín hiệu ra trên chân 29 Nó là tín hiệu

điều khiển để cho phép bộ nhớ chơng trình mở rộng và thờng đợc nối đến chân OE(Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh

-ALE: Tín hiệu ra ALE trên chân 30 tơng hợp với các thiết bị làm việc với các xử lí

8585, 8088, 8086 8051 dùng ALE một cách tơng tự cho làm việc giải các kênh các bus

Với các điện trở kéo ngoài, khi khởi động lại, cổng P0 đợc cấu hình làm cổng ra,hình 2.2 thể hiện mắc điện trở kéo cổng P0

P0.6

P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5

P0.78051

Hình 2.2 Mắc điện trở kéo cổng P0

P0 làm cổng vào: Khi có các điện trở nối tới cổng P0 để tạo thành cổng vào thì cầnphải lập trình bằng cách ghi 1 tới tất cả các bít của cổng

- Cổng P1

Cổng P1 cũng có 8 chân từ chân 1 đến chân 8 và có thể sử dụng làm đầu vào hoặc

ra Khác với cổng P0, cổng P1 không cần đến điện trở kéo vì nó đã có các điện trở kéo bêntrong Khi RESET cổng P1 đợc cấu hình làm cổng ra

Cổng P1 làm đầu vào: Để chuyển cổng P1 làm đầu vào cần lập trình bằng cách ghi

1 đến tất cả các bít của cổng

- Cổng P2

Cổng P2 cũng có 8 chân từ chân 21 đến chân 28 và có thể sử dụng làm đầu vàohoặc ra Cũng giống nh cổng P1, cổng P2 không cần đến điện trở kéo Khi RESET cổngP2 đợc cấu hình làm cổng ra

Để cổng P2 làm đầu vào thì cần đợc lập trình bằng cách ghi 1 đến tất cả các bít củacổng

- Cổng P3

Cổng P3 chiếm 8 chân từ chân 10 đến chân 17 và có thể sử dụng làm đầu vào hoặcra Tuy nhiên đây không phải là ứng dụng chủ yếu Cổng P3 có thêm 1 chức năng quantrọng khác là cung cấp 1 số tín hiệu đặc biệt, chẳng hạn nh ngắt Bảng 2.1 giới thiệu cácchức năng khác của cổng P3

Bảng 2.1 Các chức năng khác của cổng P3

P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7

Nhận dữ liệu ( RXD )Phát dữ liệu ( TXD )Ngắt 0 ( INT0 ) Ngắt 1( INT1 )

Bộ định thời 0 ( T0 )

Bộ định thời 1 ( T1 )Ghi ( WR )

Đọc ( RD )

1011121314151617

b.Sơ đồ khối của 8051/8052

Sơ đồ khối tổng quát:

Hình 2.3 Sơ đồ khối tổng quát của 8051/8052

Vi điều khiển (VĐK) 8051/52 đợc chế tạo theo cấu trúc của một hệ vi tính gồmcác khối sau:

- Bộ xử lý trung tâm CPU(central Processorr Unit):Dùng để điều khiển toàn vimạch trong việc thực hiên lệnh và xử lý số học và logic

- Bộ nhớ dữ liệu ( RAM) bên trong :(128 byte cho 8051 va 256 byte cho 8052)dùng làm các thanh ghi thông dụng, thanh ghi đặc biệt SFR và xử lý bit để ghi nhớ dữliệu cho chơng trình

- Bộ nhớ chơng trình(ROM) bên trong: (4Kbyte cho 8051 va 8Kbyte cho 8052)dùng để ghi nhớ chơng trình

- Cổng trao đổi tin vào ra dữ liệu và địa chỉ(P0-P3): Dùng để trao đổi tin songsong về dữ liệu và địa chỉ

- Cổng trao đổi tin nối tiếp: Dùng trao đổi tin nối tiếp nhận vào từ chân RXD và đ a

BUS CONTROL

SERIAL PORT

EXTERNAL

INTERRUPTS

CPU

ON - CHIP RAM

ETC TIMER 0 TIMER 1

ch ơng trình

- Khối định thời gian bộ đếm timer/couter 0,1 và 2:Dùng để định thời gian đếmxung ngoài vào các chân T0,T1,T2.

- Khối điều khiển ngắt: Dùng để ngắt chơng trình khi có xung ngoài hay khi có

- Chế độ định địa chỉ thanh ghi

- Chế độ định địa chỉ gián tiếp thanh ghi

- Chế độ định địa chỉ chỉ số thanh ghi

- Thanh ghi từ trạng thái chơng trình PSW

Thanh ghi từ trạng thái chơng trình PSW hay còn gọi là thanh ghi cờ là thanh ghi 8bít lu giữ trạng thái hoạt động tạm thời của chơng trình Thanh ghi PSW có 8 bít nhng chỉ

có 6 bít đợc 8051 sử dụng

- Thanh ghi con trỏ ngăn xếp SP

Là 1 thanh ghi 8 bít và luôn chỉ đến không gian nhớ trong đó giá trị của các thanhghi quan trọng đợc chứa, giữ tạm thời khi chơng trình rẽ nhánh để thực hiện một chơngtrình con và 1 chơng trình phục vụ ngắt.

Thanh ghi con trỏ ngăn xếp tự động tăng hoặc giảm 1 đơn vị tơng ứng với mỗi lệnhPUSS và POP, lệnh gọi chơng trình con CALL, trở về từ chơng trình con RET, đờng ngắtRETI và phục vụ ngắt

- Thanh ghi con trỏ chơng trình PC

Đây là thanh ghi 16 bít luôn chỉ tới lệnh tiếp theo sẽ đợc thực hiện trong khônggian nhớ chơng trình khi chơng trình đang thực hiện Thanh ghi con trỏ này không thểtruy nhập trực tiếp đợc tuy nhiên nó có thể thay đổi đợc khi sử dụng các lệnh rẽ nhánh ch-

ơng trình

- Thanh ghi con trỏ dữ liệu DPTR

Là thanh ghi 16 bít đợc sử dụng để chỉ đến địa chỉ dữ liệu 8 bít trong không giannhớ dữ liệu Khi không sử dụng cho mục đích này có thể sử dụng nh hai thanh ghi 8 bítriêng rẽ

2.1.4 Bộ Timer/ Counter và Các ngắt của 8051.

a Bộ Timer/ Counter ( bộ định thời/ bộ đếm )

8051/8031 có 2 timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc Ngời ta sử dụng cáctimer để : a) định khoảng thời gian, b) đếm sự kiện hoặc c) tạo tốc độ baud cho port nốitiếp trong 8051/8031

Truy xuất timer của 8051dùng 6 thanh ghi chức năng đặc biệt cho trong bảng 2.2:

Bảng 2.2: Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer

từng bitTCON

88H89H8AH8BH8CH8DH

CóKhôngKhôngKhôngKhôngKhông

Cấu tạo timer 0, timer 1.

Trong vi mạch VĐK có 1 bộ đếm xung thời gian ( định thời ) và đếm xung ngoài( Counter ) Đó là bộ đếm 16 bít, có 4 chế độ hoạt động ( do thanh ghi TMOD điều khiển)

Bộ đếm này có thể hoạt động cho chế độ định thời ( timer ) hay ở chế độ bộ đếm(counter) ở chế độ định thời dùng để đếm chuỗi xung nhịp của VĐK với tần số chia cho

12 ở chế độ đếm xung ngoài ,bộ đếm trên đếm xung ngoài vào các lối vào T0, T1

Cấu trúc chung:

Hình 2.4 Cấu tạo bộ định thời/ đếmCác VĐK 8051/ 8052 đều có hai bộ timer/ counter 0,1 Mỗi bộ có cấu trúc nh hình2 4 gồm nguồn xung đếm, hai bộ đếm 8 bít TH, TL và cơ cấu điều khiển gồm các thanhghi ở chế độ TMOD và điều khiển trạng thái TCON

XTAL

C/T=1 T1,2

Các thanh ghi đếm

Mỗi một timer/ counter có 3 thanh ghi: thanh ghi đệm dữ liệu và đếm TL ( 8 bít ),

TH ( 8 bít ), thanh ghi chế độ TMOD ( 8 bít ) và thanh ghi điều khiển TCON

- Thanh ghi điều khiển trạng thái TCON

Thanh ghi này có các bít nh hình 2.5 và đặc tính các bít nh bảng 2.3 Thanh ghi này

là thanh ghi xử lý bít, có thể xóa ( bởi lệnh CLR ) hay xác lập ( bởi lệnh SETB ) từng bít

Hình 2.5: Các bít của thanh ghi TCON

Bảng 2.3: Các bít của thanh ghi điều khiển trạng thái TCON

Ký hiệu Vị trí ý nghĩa

Bít trạng thái cờ đếm tràn của timer1 Xác lập bởi phần cứngkhi đếm tràn về 0000H Xóa bởi lệnh hay xử lý ngắt chơngtrình

TR1 TCON.6 Bít điều khiển timer 1 Xác lập/ xóa bởi lệnh để khởi động hay

dừng đếm cho timer1

Bít trạng thái cờ đếm tràn của timer0 Xác lập bởi phần cứngkhi đếm tràn về 0000H Xóa bởi lệnh hay xử lý ngắt chơngtrình

TR0 TCON.4 Bít điều khiển timer 0 Xác lập/ xóa bởi lệnh để khởi động hay

dừng đếm cho timer 0

IE1 TCON.3 Bít trạng thái cờ ngắt sờn xung 1 Xác lập bởi phần cứng khi

phát hiện ngắt ngoài INT1 Xóa khi xử lý ngắt

IT1 TCON.2 Bít điều khiển ngắt ngoài 1 Xác lập/ xóa bởi lệnh để chỉ sờn

xuống/ mức thấp của ngắt ngoàiIE0 TCON.1 Bít trạng thái cờ ngắt sờn xung 0 Xác lập bởi phần cứng khi

phát hiện ngắt ngoài INT0 Xóa khi xử lý ngắt

IT0 TCON.0 Bít điều khiển ngắt ngoài 0 Xác lập/ xóa bởi lệnh để chỉ sờn

xuống/ mức thấp của ngắt ngoài

-Thanh ghi chế độ timer (TMOD)

Hình 2.6 Các bit của thanh ghi TMOD

Cả hai bộ timer/couter 0,1 của họ 8051 chỉ có một thanh ghi điều khiển chế độTMOD nh hình 2.6.Trong đó 4 bit cao dùng cho timer 1,4 bit thấp cho timer 0

Chức năng của các bit đợc thể hiện ở bảng

Bảng 2.4 Các bit của thanh ghi TMOD

Bit Tên Timer Chức năng

7 Gate 1 Khi GATE =1 Timer chỉ làm việc khi ITN0

6 C/T 1 Bit điều khiển đếm xung cho timer(=0) hay đếm xung ngoài

cho couter (=1)

5 M1 1 Bit chọn chế độ của timer 1

4 M0 1 Bit chọn chế độ của timer 1

3 Gate 0 Khi GATE =1 Timer chỉ làm việc khi ITN1

2 C/T 0 Bit điều khiển đếm xung cho timer(=0) hay đếm xung ngoài

cho couter (=1)

1 M1 0 Bit chọn chế độ của timer 0

0 M0 0 Bit chọn chế độ của timer 0

Các chế độ timer

Hai bit M0,M1 xác định chế độ làm việc cho bộ định thời nh bảng 2.5

Bảng 2.5 Các chế độ của TMOD

0 0 0 Hai thanh ghi TH,TL là bộ đếm 13 bit

0 1 1 Hai thanh ghi TH,TL là bộ đếm 16 bit

1 0 2 TL là bộ đếm 8 bit ,TH đa giá trị nạp lại cho TL

1 1 3 TH,TL là hai bộ đếm độc lập 8 bit

b Các ngắt của 8051.

Ngắt là sự đáp ứng các sự kiện bên trong hoặc bên ngoài nhằm thông báo cho bộ vi

điều khiển biết thiết bị đang cần đợc phục vụ

Hình 2.7: Thực hiện chơng trình không ngắt(a) và có ngắt chơng trình(b)

ở 8051 có 5 nguồn ngắt:

- 2 ngắt ngoài

- 2 ngắt từ timer

- 1 ngắt port nối tiếp

Tất cả các ngắt sẽ không đợc đặt sau khi reset hệ thống và cho phép ngắt riêng rẽbởi phần mềm

Các thanh ghi quy định ngắt

- Cho phép và không cho phép ngắt.

Mỗi nguồn ngắt đợc cho phép hoặc không cho phép từng ngắt một qua thanh ghichức năng đặt biệt cố định địa chỉ bit IE ở hoặc cấm toàn bộ đợc xóa để cấm tất cả cácngắt hoặc đợc đặt lên 1 để cho phép tất cả các ngắt

ES D4 Cho phép(ES=1) hay cấm(ES1=0) ngắt nối tiếp

ET1 D3 Cho phép(ET1=1) hay cấm(ET1=0) ngắt timer 1

EX1 D2 Cho phép(EX1=1) hay cấm(EX1=0) ngắt ngoái int1

ET0 D1 Cho phép(ET0=1) hay cấm(ET0=0) ngắt timer 0

EX0 D0 Cho phép(EX0=1) hay cấm(EX0=0) ngắt ngoái int0

bHình 2.8 Thanh ghi IE a.Các bit của IE b.Chức năng của các bit

- Ưu tiên ngắt

Mỗi nguồn ngắt đợc lập trình riêng vào một trong hai mức u tiên qua thanh ghichức năng đặc biệt đợc địa chỉ bit IP (Interrupt priority : u tiên ngắt) ở địa chỉ B8H

PS D4 Ưu tiên ngắt nối tiếp

PT1 D3 Ưu tiên ngắt timer1: PT1=0 u tiên mức thấp

PT1=1u tiên mức caoPX1 D2 Ưu tiên ngắt ngoai int1: PX1=0 u tiên mức thấp

PX1=1u tiên mức caoPT0 D1 Ưu tiên ngắt timer0: PT0=0 u tiên mức thấp

PT0=1u tiên mức caoPX0 D0 Ưu tiên ngắt ngoai int0: PX0=0 u tiên mức thấp

PX0=1u tiên mức caoHình 2.9 Thanh ghi IP a.Các bit của PI b.Chức năng của các bit

Ngắt có mức u tiên cao hơn có thể ngắt chơng trình phục vụ ngắt có mức u tiênthấp hơn Sau khi chơng trình ngắt có mức u tiên cao hơn đợc phục vụ sẽ quay trở về thựchiện tiếp chơng trình phục vụ ngắt có mức u tiên thấp hơn tại vị trí bị gián đoạn

Khi không sử dụng thanh ghi u tiên ngắt thì thứ tự u tiên ngắt mặc định nh sau:INT0 -> T0 -> INT1 -> T1 -> S

Các ngắt u tiên đợc xóa sau khi reset hệ thống để đặt ở tất cả các ngắt ở mức u tiênthấp hơn

2.1.5 Phần mềm mô phỏng

Ngời ta đã viết chơng trình mô phỏng cấu trúc và hoạt động của VĐK trên máytính PC để học tập và lập trình cho VĐK.Nghĩa là chúng ta có thể :

- Mô tả cấu trúc và hoạt động của các khối của VĐK 8051/8052 bằng chơng trìnhcủa PC.

- Mô tả hoạt động của hệ lệch của VĐK sang hệ lệch của máy tính Nói khác đi,các lệch của VĐK 8051/52 đợc dịch chéo sang hệ lệch của PC và thực hiện chúng trên PC

Do đó chơng trình viết cho VĐK 8051/52 đợc dịch, liên kết và chạy thử trên PC theo từngbớc và cả chơng trình

Nh vậy, không cần VĐK 8051/52, với chơng trình mô phỏng VĐK 8051/52, chúng

ta cố thể tìm hiểu về cấu trúc, hoạt động và lập trình cho vđk 8051/52 chỉ trên PC Với

ch-ơng trình đã hợp dịch và liên kết (đuôi HEX) trên PC băng chch-ơng trình mô phỏng, ngời ta

có thể nạp vào VĐK đê chạy hay có thể chuyển sang bộ nhớ RAM ngoài để chạy trên hệVĐK

Có hai loại chơng trình mô phỏng cho 8051/52, loại trên môi trờng hệ điều hànhMS_DOS và loại trên môi trờng hệ điều hành WINDOWS

Loại trên môi trờng hệ điều hành MS_DOS, thông dụng có hai chơng trình SIM51

và AVSIM

Loại trên môi trờng hệ điều hành WINDOWS : 8051 IDE, 8052 SIMULATOR,PINNACLE ,PROTEUS

Đặc điểm của chơng trình mô phỏng trên MSDOS là:

- Thực hiện chơng trình trong môi trờng MS_DOS bằng lệch MSDOS Prompt

- Trong quá trình hợp dịch, liên kết,biến đổi dữ liệu phải gõ t bàn phím từng tên

ch-ơng trình và tên các tệp tch-ơng ứng Trên màn hình có thông báo lỗi khi biên dịch chch-ơngtrình nguồn có dạng hợp ngữ (đuôi ASM)

- Chơng trình mô phỏng hiện lên màn hình toàn bộ hay từng các bộ phận (các thanhghi, vùng nhớ, các timer/counter, các cổng song song ,nối tiếp ) để ngời sử dụng theo dõi

sự thay đổi nội dung của chúng trong quá trình thực hiện lệnh của chơng trình đã biêndịch, kết nối

Đặc điểm của chơng trình mô phỏng trên môi trờng WINDOWS:

- Thực hiện trên môi trờng WINDOWS nên không phải chuyển sang môi trờngDOS

- Trong quá trình hợp dịch liên kết, biến đổi dữ liệu không phải gõ từ bàn phímtừng tên chơng trình và tên các tệp tơng ứng mà chỉ cần nháy đúp chuột vào tên hay biểu t-ợng của các chơng trình cần thực hiện Trên màn hình có báo lỗi khi biên dịch chơng trìnhnguồn dạng hợp ngữ (đuôi.ASM )

- Phải gọi hiển thị từng bộ phận của vi điều khiển của chơng trình mô phỏng lênmàn hình Ta không có một bức tranh toàn cảnh về cấu trúc của VDK Điều này hạn chế

và có khó khăn cho việc theo dõi kết quả thực hiện lệnh của chơng trình, tuy nhiên chúng

ta có thể theo dõi một cách tờng minh sự thay đổi của các thanh ghi

Và các bộ phận của VĐK nh định thời/đếm, trao đổi tin nối tiếp, ngắt

Tuy có hạn chế này chơng trình mô phỏng trên WINDOWS vẫn đợc a chuộng hơnvì việc sử dụng đơn giản thuận tiện và nhanh chóng, chỉ nháy chuột thay cho gõ từng ký tựcủa lệnh và tên tệp từ bàn phím nh chơng trình trong môi trờng MSDOS

Trong tài liệu này chúng ta chỉ nghiên cứu chơng trình mô phỏng trên môi trờngWINDOWS

 Chơng trình mô phỏng PINNACLE 52

Chơng trình PINNACLE 52 là một IDE (thiết bị tích hợp ) gồm :

- Chơng trình soạn thảo (EDIT) chơng trình

- Chơng trình biên dịch (compiler), kết nối và xếp đặt lại (relocatable) chơng trìnhhợp ngữ

- Chơng trình biến đổi dạng HEX sang BIN và ngợc lại

- Chơng trình mô phỏng (simulator) để chạy thử trên PC (chạy từng bớc, từng

ch-ơng trình con ,và cả chch-ơng trình

 Chơng trình mô phỏng PROTEUS

Trong thiết kế và chạy mô phỏng sơ đồ điện tử mới xuất hiện chơng trình môphỏng proteus có cả mô phỏng mạch với vi điều khiển các loại nh MCS-51 của INTEL,PIC của MICROCHIP, AVR của ATMEL, MC68H11 của motorola chơng trình này cònmô phỏng đợc các mạch số và tơng tự thay cho WORKBENCH và CIRCUITMAKER,PROTEL

Nhợc điểm cơ bản của PROTEUS là không hợp dịch dợc các ngôn ngữ khác nhautrên dao diện mà chỉ chạy mô phỏng đợc chơng trình dạng đuôi HEX Muốn chạy đợcmạch vi điều khiển các loại ta phải :

- Thiết kế mạch nguyên lý với chơng trình ISIS

- Viết chơng trình và hợp dịch thành file Hex với các chơng trình hợp dịch tơngứng với ngôn ngữ đó

VD: - PINNACLE cho họ MCS-51 của INTEL

- AVR STUDIO cho AVR của ATMEL

- MPASM cho PIC của MICROCHIP

2.2 Khảo sát bộ chuyển đổi ADC.

Các bộ chuyển đổi ADC thuộc trong những thiết bị đợc sử dụng rộng rãi nhất để thudữ liệu Các máy tính số sử dụng các giá trị nhị phân, nhng trong thế giới vật lý thì mọi

đại lợng ở dạng tơng tự (liên tục) nh nhiệt độ, áp suất (khí hoặc chất lỏng), độ ẩm và vậntốc và một số đại lợng vật lý khác Một đại lợng vật lý đợc chuyển về dòng điện hoặc điện

áp qua một thiết bị đợc gọi là các bộ biến đổi Các bộ biến đổi cũng có thể đợc coi nh các

bộ cảm biến Mặc dù chỉ có các bộ cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng và nhiều đạilợng tự nhiên khác nhng chúng đều cho ra các tín hiệu dạng dòng điện hoặc điện áp ởdạng liên tục Do vậy, ta cần một bộ chuyển đổi tơng tự số sao cho bộ vi điều khiển có thể

đọc đợc chúng

2.2.1 Các phơng pháp chuyển đổi.

- Phơng pháp chuyển đổi ADC dùng tín hiệu dốc đơn (Single ramp converter)

- Phơng pháp chuyển đổi ADC dùng tín hiệu dốc đôi:

- Phơng pháp tích phân (Intergration method)

- Phơng pháp ADC xấp xỉ liên tiếp(Successive- Approximation ADC)

- Phơng pháp song song (paralled method)

2.2.2 Giới thiệu ADC 0809.

Bộ ADC 0809 là một thiết bị CMOS tích hợp với một bộ chuyển đổi từ tơng tự sang số

8 bit, bộ chọn 8 kênh và một bộ logic điều khiển tơng thích Bộ chuyển đổi AD 8 bit nàydùng phơng pháp chuyển đổi xấp xỉ tiếp Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất kỳ kênh nàotrong các ngõ vào tơng tự một cánh độc lập

Thiết bị này loại trừ khả năng cần thiết điều chỉnh điểm 0 bên ngoài và khả năng điềuchỉnh tỉ số làm tròn ADC 0809 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xử lý

a Phơng pháp chuyển đổi xấp xỉ liên tiếp.

Đây là một trong những phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi Tuy nhiên,mạch điện cóphức tạp nhng thời gian chuyển đổi ngắn hơn Phơng pháp chuyển đổi ADC xấp xỉ liêntiếp có thời gian chuyển đổi cố định không phụ thuộc vào điện áp ngõ vào

_+

Hình2.10 Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phơng pháp xấp xỉ liên tiếp.

Nguyên lý hoạt động:

Khi tác động cạnh xuống của xung start thì ADC bắt đầu chuyển đổi -Mạch logic

điều khiển đặt bit có nghĩa lớn nhất(Most Signifi cant Bit )của thanh ghi điều khiển lênmức cao và tất cả các bit còn lại ở mức thấp.Số nhị phân ra ở mạch thanh ghi điềukhiển đợc qua mạch DAC để tạo ra điện áp tham chiếu V’a

Nếu V’a >Va thì ngõ ra bộ so sánh xuống mức thấp ,làm cho mạch logic điều khiểnxóa bit MSB xuống mức thấp

Nếu V’a<Va thì ngõ ra của bộ so sánh vẫn ở mức cao và làm cho mạch logic điềukhiển giữ bit MSB ở mức cao

Tiếp theo mạch logic điều khiển đa bit có nghĩa kế bit MSB lên mức cao và tạo ởngõ ra khối DAC một điện áp tham chiếu v’a rồi đem so sánh tơng tự nh bit MSB ởtrên Quá trình này cứ tiếp tục cho đến bit cuối cùng trong thanh ghi điều khiển Lúc

đó v’a gần bằng Va ngõ ra của mạch logic điều khiển báo kết thúc chuyển đổi

Nh vậy mạch đổi ra n bit chỉ mất n chu kỳ xung clock nên có thể đạt tốc độ rất cao.Tuy nhiên mạch ADC xấp xỉ liên tiếp lại không thể đáp ứng với tín hiệu tơng tự vàobiến đổi cực nhanh

b Giới thiệu ADC 0809

1

14

- 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 : xung bắt đầu chuyển đổi

- CLK : xung đồng hồ

- REF (+) : điện thế tham chiếu (+)

- REF (-) : điện thế tham chiếu (-)

- VCC : nguồn cung cấp

 Các đặc điểm của adc 0809:

- Độ phân giải 8 bit

- Tổng sai số cha 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 – V 5V

- Tần số xung clock: 10kHz – V 1280 kHz

- Nhiệt độ hoạt động: - 40oC đến 85oC

- Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng

- Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang

 Nguyên lý hoạt động:

ADC 0809 có 8 ngõ vào tơng tự, 8 ngõ ra 8 bit có thể chọn 1 trong 8 ngõ vào tơng tự

để chuyển đổi sang số 8 bit

Các ngõ vào đợc chọn bằng cách giải mã Chọn 1 trong 8 ngõ vào tơng tự đợc thựchiện nhờ 3 chân ADDA , ADDB , ADDC nh bảng trạng thái sau:

Bảng2.5 Bảng trạng thái của ADC0809

A B C Ngõ vào đợc chọn0

0001111

00110011

01010101

IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống của xungstart, ngõ ra EOC sẽ xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock (tính từ cạnh xuống củaxung start) Lúc này bit có trọng số lớn nhất (MSB) đợc đặt lên mức 1, tất cả các bit cònlại ở mức 0, đồng thời tạo ra điện thế có giá trị Vref/2, điện thế này đợc so sánh với điện thếvào in.

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

+ Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 0

Tơng tự nh vậy bit kế tiếp MSB đợc đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trị Vref/4 và cũng sosánh với điện áp ngõ vào Vin Quá trình cứ tiếp tục nh vậy cho đến khi xác định đợc bitcuối cùng Khi đó chân EOC lên mức 1 báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi

Trong suốt quá trình chuyển đổi chân OE đợc đặt ở mức 1, muốn đọc dữ liệu ra chân OExuống mức 0

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

đổi

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

) ( )

ref IN V V

V V N

Trong đó Vin: điện áp ngõ vào hệ so sánh

Vref(+): điện áp tại chân REF(+)

Vref(-): điện áp tại chân REF(-)

Nếu chọn Vref(-) = 0 thì N = 256

) (

ref

in V V

Vref(+) = Vcc = 5V thì đầy thang là 256

- Giá trị bớc nhỏ nhất

1 LSB =

1 2

 Biểu đồ thời gian của ADC 0809.

Hình 2.12 Biểu đồ thời gian của ADC 0809

- Dễ dàng lập các ký tự và đồ hoạ

Cấu trúc LCD

LCD: