Thuyết minh đồ án: Thiết kế và thi công mạch đo điện áp một chiều, hiển thị Led 7 thanh

Với kết cấu nội dung gồm 6 phần, đồ án Thiết kế và thi công mạch đo điện áp một chiều, hiển thị Led 7 thanh giới thiệu đến các bạn những nội dung về lý thuyết liên quan các linh kện sử dụng trong mạch, các phương án thiết kế và mô phỏng, thiết kế mạch,... Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn đang học và nghiên cứu chuyên ngành Điện Điện tử.

Trường đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử    Thuyết minh đồ án Đề tài: thanh” “ Thiết kế và thi công mạch đo điện áp chiều, hiển thị Led Page NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… Hưng Yên, Ngày… tháng năm 2011 Giáo viên hướng dẫn Page MỤC LỤC PHẦN I : MỞ ĐẦU I.1 LỜI MỞ ĐẦU……………………… I.2 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI………… I.3 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỒ ÁN .6 PHẦN II:LÝ THUYẾT LIÊN QUAN II.1 CÁC LINH KỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH .7 II.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ VI SỬ LÝ 89C51 II.3.NGUYÊN LÍ CỦA MỘT SỐ LINH KỆN TRONG VIỆC DO LƯỜNG………… 18 II.3.1 CHIP ADC0804……………………….……………… …… ……………………18 II.3.2 CẤU TRÚC ẠNG MÃ HIỂN THỊ DỮ LIỆU TRÊN LED THANH………….22 II.4 CÁC LINH KỆN KHÁC……………………………………………….………………25 PHẦN III: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG………… ……………… 26 III.1 PHƯƠNG ÁN 26 III.2 PHƯƠNG ÁN ……………………………………………… ……………… …… 34 PHÂN IV: THIẾT KẾ MẠCH………… …………………………………….…… ……….32 IV.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ…………………………………………… ….…………………32 IV.2 SƠ ĐỒ MẠCH IN………………………………………………….…………………… 34 IV.4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN……………………………… ……………………36 PHẦN V: ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM VÀ MỞ RỘNG ĐỀ TÀI… … ………………………38 PHẦN VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………… …….…….…………………… 40 Page PHẦN I: MỞ ĐẦU I.1.Lời mở đầu Ngày với tiến khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành Kỹ thuật Điện tử Đời sống xã hội ngày phát triển cao dựa ứng dụng khoa học vào đời sống Vì mà công nghệ điện tử mang tính tự động ngày ứng dụng rộng rãi Trong có đóng góp không nhỏ kỹ thuật vi điều khiển Các vi điều khiển đựơc ứng dụng rộng rãi thâm nhập ngày nhiều lĩnh vực kỹ thuật đời sống xã hội Hầu hết thiết bị điều khiển tự động từ thiết bị văn phòng thiết bị gia đình dùng vi điều khiển nhằm đem lại tiện ghi cho người thời đại công nghiệp hoá, đại hoá Điện áp đại lượng quan trọng kĩ thuật điện–điện tử, mốn điều khiển thiết bị hay linh kiện điện tử ta phải quan tâm đến điện áp để điều khiển Thị trường sản xuất loại đồng hồ ,tuy đo điện áp ko thực xác, việc chế tạo loại thiết bị đo có độ xác cao cần thiết Sau thời gian học tập rèn luyện trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, chuyên ngành Kỹ thuật điện tử, được sự đồng ý của thầy Đỗ Thành Hiếu nhóm chúng em tiến hành thực hiện đồ án chuyên ngành: “ Thiết kế và thi công mạch đo điện áp chiều, hiển thị Led thanh” Với mong muốn đáp ứng yêu cầu đặt việc nghiên cứu, đo lường điện áp chiều Từ điều khiển sử lý điện cách xác Page I.2.Nhiệm vụ đề tài Tên đề tài: “Thiết kế và thi công mạch đo điện áp chiều, hiển thị Led thanh” Dữ liệu cho trước Các tài liệu tham khảo, tài liệu chuyên môn Trang thiết bị, máy móc xưởng thực tập Các chip vi điều khiển thuộc họ 8051 Nội dung cần hoàn thành - Phần lí thuyết: Tính cấp thiết đề tài Giới thiệu chung vi điều khiển Thiết kế mạch điều khiển Lập lưu đồ thuật toán và viết chương trình điều khiển Quyển thuyết minh vẽ mô tả đầy đủ nội dung đề tài - Sản phẩm: Hoạt động chính xác và ổn định Đạt yêu cầu kĩ thuật và mỹ thuật Page I.3 Mục đích, yêu cầu đồ án: -Mục đích: tạo thiết bị đo điện áp có độ xác cao -Sơ đô khối mạch đo điện áp: Nguồn Khối Khối Khối Điện áp sử ADC hiển thị lý đo AT89c5 PHẦN II: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN Page II.1 Các linh kiện sử dụng mạch - Sử dụng vi điều khiển họ 8051 -ADC 0804 - Hiển thị led đoạn II.2.Các đặc điểm hệ vi sử lý 89C51 Vi điều khiển (VĐK) hệ vi xử lý tổ chức chíp Nó bao gồm: + Bộ vi xử lý + Có 40 chân + kbyte ROM 1, ghi xoá 1000 lần + kbyte EPROM + Dải tần số hoạt động từ 0MHz đến 24Mhz + Có port xuất nhập (I/O) bit + Có 128 byte RAM + định thời 16 bit + Mạch giao tiếp nối tiếp + Không gian nhớ chương trình (mã) 64k byte + Không gian nhớ Data 64k byte + Bộ xử lý bit thao tác bit riêng + 210 vị trí nhớ định địa chỉ, vị trí bit + Các ghi chức năng, chế điều khiển ngắt + Các thời gian dùng limh vực chia tần số tạo thời gian thực + Có thể lập trình qua cổng nối tiếp + Bộ vi điều khiển lạp chương trình để điều khiển thiết bị thông tin, viễn thông thiết bị đo lường,thiết bị điều chỉnh nhuu ứng dụng công nghệ thong tin kỹ thuật điều khiển tự động xem VĐK hệ VXL on-chíp AT89C51, có đầy đủ chức hệ VXL bit, điều khiển hệ lệnh, có số lệnh đủ mạnh, cho phép lập trình hợp ngữ (Assemply) Page Cơ cấu tạo AT89C51 Hình1.1 : Sơ đồ chân 89C51 Page Hình 1.2 : Sơ đồ khối 89C51 Page + GND(chân 20): Chân nối với 0v + potr 0(chân 32 – chân 29) port port xuất nhập bit hai chiều Port cấu hình làm bus địa chỉ( byte thấp) bus liệu đa hợp truy xuất nhớ liệu nhớ chương trình Port nhận byte mã lập trình cho Flash xuất byte mã kiểm tra chương trình ( điện trở kéo lên bên cần đến kiểm tra chương trình) + Port 1( chân 1- 8): port port xuất nhập bit hai chiều Port1 nhận byte địa thấp thời gian lập trình cho Flash + Port ( chân 21 – 28): Port port xuất nhập bit hai chiều Port tạo byte cao bus địa thời gian tìm nạp lệnh từ nhớ chương trình thời gian truy xuất nhớ liệu ngoài, sử dụng địa 16 bit Trong thời gian truy xuất nhớ liệu sử dụng địa bit, port phát nội dung ghi đặc biệt, port nhận bits địa cao vài tín hiệu điều khiển thời gian lập trình cho Flash kiểm tra chương trình + Port ( chân 10- 17): Port nhận vài tín hiêu điều khiển cho việc lập trình Flash kiểm tra chương trình Port port xuất nhập bit hai chiều, port làm chức khác AT89C51 chức nêu sau: Chân 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 Ngõ vào port nối tiếp Ngõ port nối tiếp Ngõ vào ngắt Ngõ vào ngắt Ngõ vào bên định thời Ngõ vào bên định thời Điều khiển ghi nhớ liệu Điều khiển đọc nhớ liệu + RST ( chân 9) Ngõ vào reset Mức cao chân hai chu kỳ máy dao động hoạt động reset AT89C51 + ALE/PROG( chân 30) ALE xung ngõ để chốt byte thấp địa xuất nhớ Chân làm ngõ vào chân lập trình (PROG) thời gian lạp trình cho Flash Khi hoạt động bình thường xung ngõ có tần số không đổi 1/6 tần số mạch dao động, dùng cho mục đích định thời bên Khi cần, hoạt Page 10 II 4.Các linh kiện khác – – – Các loại điện trở, tụ điện, LED, led Thạch anh 12Mhz để tạo dao động IC ổn áp LM7805 tạo nguồn có điện áp 5V không đổi Page 25 PHẦN 3: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CHO MẠCH Theo yêu cầu đề tài thiết bị đo điện áp cần đạt dải đo từ -150V chiều sử dụng thang đo tạo sai số lớn Do sơ đồ mạch chia thàng hai thang đo Thang đo 1:từ 0-15V Thang đo 2:từ 0-150V III.1 Phương án - Điện áp đặt vào chân Vref/2 1,28v 10mv Như điện áp đầu vào qua mạch phân áp với hai điện trở R1=500k, R2=55,6K cao 25,6V.Như giá trị đầu vào cao tương ứng cong thức Vin=Uđo.R2R1+R2 = 25,6.55,6K500k+55,6k≈5v Chương trình nạp cho chip: Page 26 $include(reg51.inc) org 0000h x: setb p2.7 call delay clr p2.7 call delay setb p2.7 mov a,p1 mov b,#100 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p2,a mov a,b mov b,#10 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p3,a mov a,b mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p0,a jmp x maled: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h delay: mov r0,#10 w3:mov r1,#100 w2:mov r2,#100 w1:djnz r2,$ djnz r1,w2 djnz r0,w3 ret end Page 27 – Đánh giá phương pháp: Phương pháp lắp ghép tạo cho người lập trình mọt cách dễ dàng lại có hạn chế cách chọn điện trở cho mạch phân áp điện áp 1,28V cho ADC0804 Nếu không chọn tạo sai số lớn cho phép đo III.2 Phương án Page 28 - Điện áp đặt vào chân Vref/2 0v 19.53mv Như điện áp đầu vào qua mạch phân áp với hai điện trở R1=200k, R2=100K cao 15V.Như giá trị đầu vào cao tương ứng cong thức Vin=Uđo.R2R1+R2 = 15K.100K200k+100k=5v Page 29 – Chương trình nạp cho chip: $include(reg51.inc) org 0000h x: setb p2.7 call delay clr p2.7 call delay setb p2.7 mov a,p1 mov b,#17 div ab mov r1,a mov b,#10 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p2,a mov a,b mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p3,a mov a,r1 mov b,#17 mul ab mov b,a mov a,p1 subb a,b mov b,#10 mul ab mov b,#17 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr Page 30 mov p0,a jmp x maled: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h delay: mov r0,#10 w3:mov r1,#100 w2:mov r2,#100 w1:djnz r2,$ djnz r1,w2 djnz r0,w3 ret end – Đánh giá phương pháp : Phương pháp có độ xác cao chân Vref/2 để hở , chân không bị ảnh hưởng nguông nuôi Với hai giá trị R1,R2 chọn rễ ràng 200k 100k - Lựa chọn: Qua hai phương pháp ta thấy phương pháp cho giá trị đo xác dễ dàng kết nối nên ta chọn phương pháp để tiến hành làm mạch Page 31 PHẦN IV: THIẾT KẾ MẠCH IV.1 Sơ đồ nguyên lý Page 32 IV.2 Sơ đồ mạch in Page 33 Boad mạch Mạch hiển thị lép đoạn Page 34 IV.3 Lưu đồ thuật toán Begin Read ADC=a a1=a17 b1= a%17 a2=a110 Hiển thị số Hàng đơn vị a3=a1%10 Hiển thị số Hàng trăm Hiển thị số Hàng chục End IV.4 Chương trình điều khiển $include(reg51.inc) org 0000h Page 35 x: setb p2.7 call delay clr p2.7 call delay setb p2.7 mov a,p1 mov b,#17 div ab mov r1,a mov b,#10 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p2,a mov a,b mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p3,a mov a,r1 mov b,#17 mul ab mov b,a mov a,p1 subb a,b mov b,#10 mul ab mov b,#17 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p0,a jmp x maled: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h Page 36 delay: mov r0,#10 w3:mov r1,#100 w2:mov r2,#100 w1:djnz r2,$ djnz r1,w2 djnz r0,w3 ret end Page 37 PHẦN IV: ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM VÀ MỞ RỘNG ĐỀ TÀI IV.1 ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM - Sản phẩm hoạt động ổn định độ xác cao,có độ xác mà loại đồng hồ số đươc - Sai số hai thang đo không đáng kể vào khoảng 0,1v - Thiết bị đo so sánh tham chuẩn với số loại đông hồ khác số lẫn cho giá trị xác cao hẳn IV.2 MỞ RỘNG ĐỀ TÀI - Đề tài phát triển thành thiết bị đo điện áp xoay chiều,đo dòng điện,điện trở - Dựa nguyên lí mạch chuyển đổi thành mạch đo nhiệt độ,mạch đo lưu lượng nước,sức gió… Page 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Kĩ thuật vi điều khiển- Lê Văn Doanh- Phạm Khắc Chương- NXB Khoa học kĩ thuật 2.Vi điều khiển với lập trình C- Ngô Diên Tập 3.Các cảm biến kĩ thuật đo lường điều khiển - Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thạc Sơn- NXB Khoa học kĩ thuật Page 39 [...]... như một bộ tạo dao động trên chip Hình1.3: Bộ tạo dao động 2.Tổ chức bộ nhớ của 89C51 Page 11 7F RAM ĐA DỤNG 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1F 7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07 7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 16 0E 06 7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 3D 35 2D 25 1D 15 0D 05 7C 74 6C 64 5C 54 4C 44 3C 34 2C 24 1C 14 0C 04 7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 3B 33 2B 23 1B 13 0B 03 7A... Các loại điện trở, tụ điện, LED, led 7 thanh Thạch anh 12Mhz để tạo dao động IC ổn áp LM7805 tạo ra nguồn có điện áp 5V không đổi Page 25 PHẦN 3: CÁC PHƯƠNG ÁN THI T KẾ VÀ MÔ PHỎNG CHO MẠCH Theo yêu cầu của đề tài thì thi t bị đo điện áp cần đạt được dải đo từ 0 -150V một chiều nhưng nếu sử dụng trên cùng một thang đo sẽ tạo ra sai số lớn Do vậy sơ đồ mạch sẽ được chia thàng hai thang đo Thang đo 1:từ... cho 256 đối với ADC 8 bít II.3.1.1 Nguyên lý đo và chuyển đổi tương tự/số của ADC Khi điện áp đầu vào que đo thông qua mạch phân áp sẽ đưa điện áp tới đầu vào Vin cua ADC0804 sao cho điện áp vào lớn nhất là 5V, khi đó ứng với mỗi giá trị đầu vào Vin thì ADC0804 sẽ chuyển đổi từ giá trị tương tự là điện áp xang số, ứng với mỗi giá trị số sẽ là một giá trị điện áp tương ứng Vì chân Vref/2 để hở do vậy kích... phân giải) là 19,53m V khi đó điện áp đầu vào là 5V tương ứng với giá trị thập phân là 256 với công thức D out = V in kich thuocbuoc = 519,53.10-3 =256 Tương tự các giá trị điện áp khác được chuyển đổi tương tự II.3.2 Cấu trúc và dạng mã hiển thị dữ liệu trên led 7 thanh 1.Dạng Led Page 21 -Led anot chung Đối với dạng led anot chung chân com phải có mức logic bằng 1 để led sáng tương ứng các chân từ... nhưng lại có hạn chế là cách chọn điện trở cho mạch phân áp và điện áp 1,28V cho ADC0804 Nếu không chọn đúng sẽ tạo ra sai số lớn cho phép đo III.2 Phương án 2 Page 28 - Điện áp đặt vào chân Vref/2 là 0v khi đó là 19.53mv Như vậy điện áp đầu vào qua mạch phân áp với hai điện trở R1=200k, R2=100K cao nhất là 15V.Như vậy giá trị đầu vào cao nhất tương ứng bằng cong thức Vin=Uđo.R2R1+R2 = 15K.100K200k+100k=5v... Thang đo 2:từ 0-150V III.1 Phương án 1 - Điện áp đặt vào chân Vref/2 là 1,28v khi đó là 10mv Như vậy điện áp đầu vào qua mạch phân áp với hai điện trở R1=500k, R2=55,6K cao nhất là 25,6V.Như vậy giá trị đầu vào cao nhất tương ứng bằng cong thức Vin=Uđo.R2R1+R2 = 25,6.55,6K500k+55,6k≈5v Chương trình nạp cho chip: Page 26 $include(reg51.inc) org 0000h x: setb p2 .7 call delay clr p2 .7 call delay setb p2 .7. .. Vref/2 (chân 9) để hở 8 Chân Vref/2 Chân 9 là một điện áp đầu vào được dùng cho điện áp tham chiếu Nếu chân này hở (không được nối) thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC 0804 nằm trong dải 0 đến +5v (giống như chân VCC) Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến V in cần phải khác ngoài dải 0 đến 5v Chân Vref/2 được dùng để thực thi các điện áp đầu vào khác ngoài dải 0 - 5v Ví dụ, nếu dải... lép 7 đo n Page 34 IV.3 Lưu đồ thuật toán Begin Read ADC=a a1=a 17 b1= a% 17 a2=a110 Hiển thị số Hàng đơn vị a3=a1%10 Hiển thị số Hàng trăm Hiển thị số Hàng chục End IV.4 Chương trình điều khiển $include(reg51.inc) org 0000h Page 35 x: setb p2 .7 call delay clr p2 .7 call delay setb p2 .7 mov a,p1 mov b,# 17 div ab mov r1,a mov b,#10 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p2,a mov a,b mov dptr,#maled... $include(reg51.inc) org 0000h x: setb p2 .7 call delay clr p2 .7 call delay setb p2 .7 mov a,p1 mov b,# 17 div ab mov r1,a mov b,#10 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p2,a mov a,b mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p3,a mov a,r1 mov b,# 17 mul ab mov b,a mov a,p1 subb a,b mov b,#10 mul ab mov b,# 17 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr Page 30 mov p0,a jmp x maled: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h... 03 7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 12 0A 02 79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01 78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08 00 BANK 3 18 17 BANK 2 10 0F BANK 1 08 07 Bank thanh ghi 0 ( mặc định cho R0-R7) 00 CẤU TRÚC RAM NỘI Page 12 Bộ nhớ bên trong chip bao gồm ROM, RAM va EPROM RAM trên chip bao gồm vùng RAM đa chức năng, vùng RAM với từng bit được định địa chỉ, các dây thanh ... hiện đồ án chuyên ngành: “ Thi ́t kế và thi công mạch đo điện áp chiều, hiển thi Led thanh Với mong muốn áp ứng yêu cầu đặt việc nghiên cứu, đo lường điện áp chiều Từ điều khiển sử lý điện. .. I.2.Nhiệm vụ đề tài Tên đề tài: Thi ́t kế và thi công mạch đo điện áp chiều, hiển thi Led thanh Dữ liệu cho trước Các tài liệu tham khảo, tài liệu chuyên môn Trang thi t bị, máy móc xưởng thực... 89C51 Page 11 7F RAM ĐA DỤNG 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1F 7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07 7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 16 0E 06 7D 75 6D 65 5D