Thiết kế mạch đo nhiệt độ 4 kênh trong dải từ 0 đến 140 oc

Thiết kế mạch đo nhiệt độ 4 kênh trong dải từ 0 đến 140 oc

MỤC LỤC: - Phần 1: Giới thiệu đề tài…………………………………………….Trang 1 1. Đặt vấn đề………………………………………………… Trang 1 2. Mục tiêu…………………………………………………… Trang 1 3. Phương án thực hiện…………………………………… …Trang 1 - Phần 2: Nội dung……………………………………………………Trang 2 Chương 1: Giới thiệu linh kiện……………………………… Trang 2 1. Giới thiệu ADC0809…………………………………Trang 2 PHẦN 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1. Đặt vấn đề: - Bằng cách nào có thể đo, và hiển thị được nhiệt độ? Việc đo và hiển thị đó dùng để ứng dụng vào việc gì? - Những vấn đề trên sẽ được giải đáp trong đồ án môn học 1 này. 2. Mục tiêu: - Thiết kế mạch đo nhiệt độ 4 kênh trong dải từ 0 đến 140 o C. - Đo và hiển thị đúng nhiệt độ hiện tại ở nơi đang khảo sát. - Cảnh báo nếu nhiệt độ vượt mức ngưỡng nguy hiểm( ở đề tài này chọn ngưỡng nguy hiểm là 50 độ C). 3. Phương án thực hiện: Có nhiều phương án khác nhau để thực hiện việc đo và hiển thị nhiệt độ: - Sử dụng IC các IC số hay vi điều khiển. - Hiển thị trên led 7 đoạn, LCD, led ma trận… Ở đây em sử dụng vi điều khiển và hiển thị trên LCD vì kỹ thuật vi xử lý hiện nay rất phát triển, so với kỹ thuật sử dụng IC số thì vi điều khiển được tích hợp nhiều hơn, nhỏ gọn hơn và quan trọng nhất là được lập trình để điều khiển. Mạch sử dụng vi điều khiển khá đơn giản, không phức tạp, cồng kềnh như kỹ thuật dùng IC số và mang tính thực tế cao hơn PHẦN 2. NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 1. Giới thiệu ADC0809: Bộ ADC 0809 là một thiết bị CMOS tích hợp với một bộ chuyển đổi từ tương tự sang số 8 bit, bộ chọn 8 kênh với một bộ logic điều khiển tương thích. Bộ chuyển đổi ADC 8 bit này dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ tiếp. Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất kỳ kênh nào trong các ngõ vào tương tự một cách độc lập. Thiết bị này loại trừ khả năng cần thiết điều chỉnh điểm 0 bên ngoài và khả năng điều chỉnh tỉ số làm tròn ADC 0809 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xử lý. Page 3 ADC0809 28 15 1 14 IN2 IN1 IN0 A B C ALE 2-1 2-2 2-3 2-4 2-8 REF 2-6 START IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 EOC 2-5 OE CLK VCC REF GND 2-7 1.1. Sơ đồ chân ADC 0809: * Ý nghĩa các chân: . IN 0 đến IN 7 : 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 : xung bắt đầu chuyển đổi. . CLK : xung đồng hồ. . REF (+): điện thế tham chiếu (Vref+). . REF (-) : điện thế tham chiếu (Vref-). . VCC : nguồn cung cấp. 1.1.2 Các đặc điểm của ADC 0809: . Độ phân giải 8 bit. Page 4 . Tổng sai số chưa chỉnh định ± ½ LSB; ± 1 LSB. . Thời gian chuyển đổi: 100µs ở tần số 640 kHz. . Nguồn cung cấp + 5V. . Điện áp ngõ vào 0 – 5V. . Tần số xung clock 10kHz – 1280 kHz. . Nhiệt độ hoạt động - 40 o C đến 85 o C. . Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng. . Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang. 1.1.3. Nguyên lý hoạt động: ADC 0809 có 8 ngõ vào tương tự, 8 ngõ ra 8 bit có thể chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự để chuyển đổi sang số 8 bit. Các ngõ vào tương tự được chọn bằng cách giải mã. Chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự được thực hiện nhờ 3 chân ADD A , ADD B , ADD C như bảng trạng thái sau: A B C Ngõ vào được chọn 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Page 5 Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống của xung start, ngõ ra EOC sẽ xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock (tính từ cạnh xuống của xung start). Lúc này bit có trọng số lớn nhất (MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bit còn lại ở mức 0, đồng thời tạo ra điện thế có giá trị Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vào Vin. + Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1. + Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 0. Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trị Vref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vào Vin. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi xác định được bit cuối cùng. Khi đó chân EOC lên mức 1 báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi. Trong suốt quá trình chuyển đổi chân OE được đặt ở mức 1, muốn đọc dữ liệu ra chân OE xuống mức 0. Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có 1 xung start tác động thì ADC sẽ ngưng chuyển đổi. Mã ra N cho một ngõ vào tùy ý là một số nguyên. )()( )( ).(256 −+ − − − = refref refIN VV VV 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. - Gi trị bước nhỏ nhất Page 6 1 LSB = 12 5 8 − = 0,0196 V/byte Vậy với 256 bước Vin = 5V. Áp vào lớn nhất của ADC0809 là 5V. • Biểu đồ thời gian của ADC 0809. Hình 1.1 Biểu đồ thời gian của ADC 0809 1.2. Mạch tạo xung clock cho ADC 0809: Xung nhịp cho ADC có thể được lấy từ nguồn bên ngoài như CPU clock hay có thể dùng các mạch tạo dao động sau: 1.2.1Sử dụng mạch dao động dùng các cổng not để tạo dao động cho ADC như sau: Page 7 Vcc Vref + IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Tần số dao động của mạch là f = RC3 1 . Tần số dao động chuẩn là 640 kHz. Suy ra 640 = RC3 1 Với R từ 100Ω đến vi kΩ chọn R =1 kΩ ⇒ C = 500 PF. • Sơ đồ kết nối mạch như sau: Page 8 CLK 8255 8255 0809 Hình 1.2 Sơ đồ kết nối mạch chuyển đổi ADC 0809. 1.2.2.Mạch dao động RC tạo xung clock: Ở đây tôi sử dụng mạch này để tạo dao động cho ADC làm việc. Hình 1-3: mạch dao động cho ADC0809 Tần số của mạch dao động: f = RC.8,0 1 Ta chọn các giá trị linh kiện R và C sao cho xung clock tạo được có tần số khoảng 640kHz để chu kỳ chuyển đổi là 100us. Page 9 PC5 PC4 PC2 PC1 PC0 PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 OE ALE Start C B A D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Để thực hiện các việc chuyển đổi nhận dữ liệu từ ADC ta thực hiện các bước sau: • Khởi tạo 8255. • Chọn ngõ vào tương tự, ví dụ như chọn Ino bằng cách gửi giá trị 0000 = 00 H ra 4 bit thấp của portc. • Chốt địa chỉ đồng thời kích xung clock bằng cách gửi gi trị 0001 = 01 H ra 4 bit cao của portc. • Trì hoãn trong khoảng thời gian 200µs để ADC thực hiện xong hoàn toàn việc chuyển đổi. • Nhận dữ liệu từ ADC vào port tương ứng. 2. Giới thiệu vi điều khiển AT89C52: 2.1. Giới thiệu: Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống. Theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó. Trong các thiết bị điện và điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển, điều khiển hoạt động của TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thọai, lò vi-ba … Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự động. Các hệ thống càng “thông minh” thì vai trò của hệ vi điều khiển càng quan trọng. 2.2.Lịch sử phát triển của các bộ vi điều khiển Bộ vi điều khiển thực ra, là một loại vi xử lí trong tập hợp các bộ vi xử lý nói chung. Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lí, từ những năm 70 do sự phát triển và hoàn thiện về công nghệ vi điện tử dựa trên kỹ thuật MOS (Metal-Oxide- Semiconductor) , mức độ tích hợp của các linh kiện bán dẫn trong một chip ngày càng cao. Năm 1971 xuất hiện bộ vi xử lí 4 bit loại TMS1000 do công ty texas Instruments vừa là nơi phát minh vừa là nhà sản xuất. Nhìn tổng thể thì bộ vi xử lí chỉ có chứa trên một chip những chức năng cần thiết để xử lí chương trình theo một trình tự, còn tất cả bộ phận phụ trợ khác cần thiết như : bộ nhớ dữ liệu , bộ nhớ chương trình , bộ chuển đổi AID, khối điều khiển, khối hiển thị, điều khiển máy in, hối đồng hồ và lịch là những linh kiện nằm ở bên ngoài được nối vào bộ vi xử lí. Mãi đến năm 1976 công ty INTEL (Interlligen-Elictronics). Mới cho ra đời bộ vi điều khiển đơn chip đầu tiên trên thế giới với tên gọi 8048. Bên cạnh bộ xử lí trung tâm 8048 còn chứa bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình, bộ đếm và phát thời gian các cổng vào và ra Digital trên một chip. Các công ty khác cũng lần lược cho ra đời các bộ vi điều khiển 8bit tương tự như 8048 và hình thành họ vi điều khiển MCS-48 (Microcontroller-sustem-48). Page 10 [...]... LCD 4. 3 Giao tiếp Vi điều khiển với LCD 4. 4 Các lệnh điều khiển LCD: Lệnh RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 NOP Clear 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 Page 30 Cloc k 0 165 display Cursor home Entry mode set Display control Cursor display/shif t Function set Set CGRAM Set DDRAM addr Buzy flag & addr Read data Write data Mô tả: 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 3 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 3 0 0 0 0 0 0 1 D C B 3 0 0 0 0... reset Nội dung 00 00H 00 H 00 H 00 H 07 H 00 00H FFH XXX 000 00B 0XX 000 00B 00 H 00 H 00 H 0XXXXXXB 0XXX 000 0B Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên là thanh ghi đếm chương trình, nó được đặt lại 00 00H Khi RST trở lại mức thấp, việc thi hành chương trình luôn bắt đầu ở địa chỉ đầu tiên trong bộ nhớ trong chương trình: địa chỉ 00 00H Nội dung của RAM trên chip không bị thay đổi bởi lệnh reset 2.3.5 Hoạt động của bộ... 0 0 0 1 0 3 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 3 0 0 0 0 0 0 1 D C B 3 0 0 0 0 0 1 S/ C R/ L 0 0 3 0 0 0 0 1 DL N F 0 0 3 0 0 0 1 0 0 1 Display data RAM address 3 0 1 BF Address counter 0 1 1 1 0 Read data Write data 3 3 Character generator RAM 3 Để điều khiển LCD thì có các IC chuyên dụng được tích hợp bên dưới LCD có mã số 44 7 801 đến các IC 44 7 809 Trong IC này có bộ nhớ RAM dùng để lưu trữ dữ liệu cần hiển thị... khiển 30p 40 19 XTAL1 12MHz 30p 18 29 30 31 9 RD\WR\ T1 T0 INT1 INT0 TXD RXD Vcc XTAL2 PSEN\ ALE EA\ RET 17 16 15 14 13 12 11 10 Vss Po.7 Po.6 Po.5 Po .4 Po.3 Po.2 Po.1 Po .0 P2.7 P2.6 P2.5 P2 .4 P2.3 P2.2 P2.1 P2 .0 P1.7 P1.6 P1.5 P1 .4 P1.3 P1.2 P1.1 P1 .0 32 33 34 35 36 37 38 39 8 7 6 5 4 3 2 1 28 27 26 25 24 23 22 21 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 A15 A 14 A13 A12 A11 A 10 A9 A8 20 Hình 2 : Sơ Đồ Chân 805 1... Vout Chân 3: GND Độ phân giải ADC được tính theo công thức: SS = Trong đó: - SS: step size -n: số bit của ADC( với ADC 08 09 n = 8) Theo thông số của cảm biến LM35 thì hệ số chuyển đổi nhiệt sang tín hiệu điện áp tương tự kà 10mV/ 1oC, tầm nhiệt độ đo được từ -5 0oC đến 15 0oC Page 28 Để đo và hiển thị đúng nhiệt độ đo thì độ phân giải của ADC phải trùng với độ phân giải của cảm biển LM35 Từ đó ta tính được:... ghi thứ nhất được khởi động vì nó đặt chế độ hoạt động Ví dụ các lệnh sau khi khởi động timer 1 như timer 16 bit (chế độ 1) có xung nhịp từ bộ dao động trên chíp cho việc địng khoảng thời gian Page 23 MOV TMOD, #00 0 100 00B Lệnh này sẽ đặt M1 =0 vả M0=1 cho chế độ 1, C/T =0 và GATE =0 cho xung nhịp nội và xóa các bit chế độ timer 0 Dĩ nhiên timer thật sự không bắt đầu định thời cho đến khi bit điều khiển... (đếm xung ngoại) 0= bộ định khoảng thời gian (đếm xung nội) 5 M1 1 Bit chọn mode của timer1 4 M0 1 Bit chọn mode của timer0 00 : chế độ 0 : timer 13 bit 01 : chế độ 1 : timer 16 bit 10: chế độ 2 : tự động nạp lại 8255A bit 11: chế độ 3 : tách timer 3 GATE 0 Bit (mở) cổng (như trên) 2 C/T 0 Bit chọn counter/timer (như trên) 1 M1 0 Bit chọn mode của timer0 0 M0 0 Bit chọn mode của timer0 Bảng : Tóm tắt... dao động danh định là 12 MHz, tìm tốc độ baud chế độ 0 là 1 MHz Page 26 Dao động trên chip Xung nhịp tốc độ baud 12 a Chế độ 0 64 Dao động trên chip SMOD =0 Xung nhịp tốc độ baud 32 SMOD=1 b Chế độ 2 32 Dao động trên chip SMOD =0 16 Xung nhịp tốc độ baud SMOD=1 c Chế độ 1 và 3 Hình 10 Các nguồn tạo xung nhịp cho port nối tiếp Mặc nhiên, sau khi reset hệ thống, tốc độ baud chế độ là 2 tần số bộ dao động... phân trong các flip-flop của timer có thể xem như số đếm số xung nhịp (hoặc các sự kiện) từ khi khởi động timer Ví dụ timer 16 bit sẽ đếm lên từ 00 00H đến FFFFH Cờ báo tràn sẽ lên 1 khi số đếm tràn từ FFFFH đến 00 00H 805 1/ 803 1 có 2 timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc Người ta sử dụng các timer để : a) định khoảng thời gian, b) đếm sự kiện hoặc c) tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trong 805 1/ 803 1... ở địa chỉ D0H chứa các bit trạng thái như bảng tóm tắt sau: Bit Ký hiệu Địa chỉ Ý nghĩa PSW.7 CY D7H Cờ nhớ PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ PSW.5 F0 D5H Cờ 0 PSW .4 RS1 D4H Bit 1 chọn bank thanh ghi PSW.3 RS0 D3H Bit chọn bank thanh ghi 00 =bank 0; địa chỉ 00 H -07 H 01 =bank 1: địa chỉ 08 H-0FH 10= bank 2:địa chỉ 10H-17H 11=bank 3:địa chỉ 18H-1FH PSW.2 OV D2H Cờ tràn PSW.1 D1H Dự trữ Page 15 PSW .0 P D0H Cờ Parity . thời SCON SBUF PCON(HMOS) PCON(CMOS) 00 00H 00 H 00 H 00 H 07 H 00 00H FFH XXX 000 00B 0XX 000 00B 00 H 00 H 00 H 0XXXXXXB 0XXX 000 0B Bảng Trạng thái các thanh ghi sau khi reset Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên. đáp trong đồ án môn học 1 này. 2. Mục tiêu: - Thiết kế mạch đo nhiệt độ 4 kênh trong dải từ 0 đến 1 40 o C. - Đo và hiển thị đúng nhiệt độ hiện tại ở nơi đang khảo sát. - Cảnh báo nếu nhiệt độ. ra 6 40 = RC3 1 Với R từ 100 Ω đến vi kΩ chọn R =1 kΩ ⇒ C = 500 PF. • Sơ đồ kết nối mạch như sau: Page 8 CLK 8255 8255 08 09 Hình 1.2 Sơ đồ kết nối mạch chuyển đổi ADC 08 09. 1.2.2 .Mạch dao động