bai_tap_lon_nguyen_manh_ha

Đồ án môn: Vi xử lý và Đo lờng Sinh viên: nguyễn mạnh hà B CễNG NGHIP TRNG I HC CễNG NGHIP H NI KHOA IN T NG HO ---------***--------- BI TP LN Mụn Vi x lý v o lng Giỏo Viờn Hng Dn : Nhúm Sinh Viờn thc hin : Nguyn Mnh H . Lp : LT C H 3K2 H Ni, 2009 1 Đồ án môn: Vi xử lý và Đo lờng Sinh viên: nguyễn mạnh hà Đồ án môn: Vi Xử Lý và Đo Lờng. Yêu cầu của đề bài 1. Phần cứng: + Bộ Vi điều khiển 8051. + Bộ nhớ chơng trình Rom 8k byte từ địa chỉ 0000H + Bộ nhớ dữ liệu Ram 4k byte về địa chỉ tùy chọn. + Cổng vào ra tơng tự gồm n kênh nhận tín hiệu nhiệt độ từ 0~5V, tơng ứng trong tr- ờng hợp m từ các cổng vào ra và các mạch điều khiển. + Thiết bị đo nhiệt độ tùy chọn. 2. Phần mềm: + Tín hiệu cho phép chạy và dừng chơng trình ( tín hiệu dừng khẩn). + Đọc tín hiệu từ n kênh đo, lu trữ trong vùng Ram. + Sau mỗi lần đọc đánh giá, giá trị trung bình của nhiệt độ và gửi kết quả ra cổng hiển thị Led. + So sánh nhiệt độ trung bình với từng kênh, nếu cao hơn hoặc thấp hơn gửi kết quả báo ra từng kênh. (giá trị cho phép này đặt tại ô nhớ của Ram). + Chơng trình dừng lại báo động bằng còi nếu xảy ra các điều kiện sau: - Giá trị trung bình hoặc giá trị min hoặc max tơng ứng cho trớc. Các giá trị min hoặc max này đặt trong hai ô nhớ của Ram. Có i kênh đo vợt quá hoặc nhỏ hơn giá trị giới hạn cho phép so với giá trị trung bình. - n = số d ( phép chia STT:3) +5. - m= số d ( phép chia STT:4) - 0 từ 0~200 C - 1 từ 0~300 C - 2 từ 0~400 C - 3 từ 0~500 C - i= phần nguyên của phép chia n:2 Yêu cầu viết 30~40 trang. ************************************************************************** Phần bài làm 1) Xử lý số liệu: Sinh viên: nguyễn mạnh hà có STT=22. Số kênh đo là n = số d(14/3)+5= 6 kênh. Giải đo nhiệt độ là m = số d(14/4) = 2. Suy ra giải đo là 0~400 C Số kênh vợt quá hoặc nhỏ hơn giá trị giá trị cho phép so với giá trị trung bình. i = 6/2 = 3 kênh. 2) Tính toán và chọn thiết bị. + EEPROM 28C64 8k byte Bộ nhớ EEPROM 8K 28C64 Đây là bộ nhớ không bay hơi có thể đọc và ghi đ ợc bằng ch ơng trình nh bộ RAM mà không cần sử dụng những mạch nạp chuyên dụng, nh ng có khả năng bảo vệ dữ liệu khi mất nguồn. - A0 A12 : là 12 bit dùng để xác định địa chỉ của các vùng nhớ trong EEPROM. 2 Đồ án môn: Vi xử lý và Đo lờng Sinh viên: nguyễn mạnh hà - /OE : Output Enable, cho phép đọc dữ liệu từ EEPROM ra Data Bus. - /WR : Write Enable, cho phép ghi dữ liệu vào EEPROM. - /CE : Dùng để chọn chip. - D0 D7 : l_ các chân nối vào Data Bus của hệ thống. Sơ đồ chân của 28C64. U 2 5 2 8 C 6 4 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 5 2 4 2 1 2 3 2 1 1 1 2 1 3 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 2 2 7 A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 1 0 A 1 1 A 1 2 D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 C E O E W E + RAM 6264 8k byte. Vi mạch 6264 đ ợc dùng làm bộ nhớ dữ liệu ngoài cho các vi điều khiển. - A0 A12 : là 13 bit dùng để xác định địa chỉ của các vùng nhớ trong RAM. - /OE : Output Enable, cho phép đọc dữ liệu từ RAM ra Data Bus. - /WE : Write Enable, cho phép ghi dữ liệu vào RAM. - CS1, CS2 : Dùng để chọn chip. - D0 D7 : là các chân nối vào Data Bus của hệ thống. Sơ đồ chân của 6264: U 2 6 6 2 6 4 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 5 2 4 2 1 2 3 2 1 1 1 2 1 3 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 2 2 7 2 0 2 6 A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 1 0 A 1 1 A 1 2 D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 O E W E C S 1 C S 2 + Chip 8051 intel. II, CC BC TIN HNH GII QUYT BI TON: 1, S khi bi toỏn: 3 Đồ án môn: Vi xử lý và Đo lờng Sinh viên: nguyễn mạnh hà Ghi chỳ: -Sensor1: Sensor nhit S dung Cảm biến nhiệt độ ta chọn loại PT100, vì giải đo nhiệt độ lớn nên ta không thể dùng cảm biến nhiệt độ loại LM35, LM34, LM335, u ra ca cm bin l tớn hiu analog c a vo b chuyn i ADC0809 chuyn tớn hiu v digital ri a vo IC 8051 s lớ kt qu o -Chun hoỏ : B chun hoỏ o lng Tu vo tng tớn hiu v yờu cu bi toỏn m ta la chn mch chun hoỏ sao cho phự hp -ADC: B chuyn i t tng t sang s -IC 8051: CPU ca mch -LED: B LED 7 thanh 2, La chn thit b : -Tỡm hiu v la chn thit b sao cho phự hp vi cụng ngh bi toỏn. -V s cu to v thuyt minh nguyờn lớ hot ng ca thit b. -Nờu ra u-nhc im ca tng thit b khi s dng vo bi toỏn. -xỏc nh tớn hiu u vo-ra ca thit b. 3, Gii quyt bi toỏn: -Xỏc nh chõn kt ni v tin hnh ghộp ni thit b da trờn s khi ca bi toỏn. -Tin hnh lp trỡnh cho IC 8051 o nhit . hin th LED -V s d nguyờn lý thit b o nhit . III, KT LUN: Sensor LM335 Chun hoỏ ADC 0808 IC 8051 LED 4 §å ¸n m«n: Vi xư lý vµ §o lêng Sinh viªn: ngun m¹nh hµ -Ý nghĩa khi làm bài tâp lớn mơn vi điều khiển. -Nêu ra ý kiến đóng góp để cải tiến cơng nghệ của bài tốn. PhÇn i. ĐO NHIỆT ĐỘ I. Hệ Thống Đo Lường 1. Giới thiệu Để thực hiện phép đo của một đại lượng nào đó thì tuỳ thuộc vào đặc tính của đại lượng cần đo,điều kiện đo,cũng như độ chính xác theo yêu cầu của một phép đo mà ta có thể thực hiện đo bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sỡ của các hệ thống đo lường khác nhau. Sơ đồ khối của một hệ thống đo lường tổng quát _ Khối chuyển đổi: làm nhiệm vụ nhận trực tiếp các đại lượng vật lý đặc trưng cho đối tượng cần đo biến đổi các đại lượng thành các đại lượng vật lý thống nhất(dòng điện hay điện áp) để thuận lợi cho việc tính toán. _ Mạch đo: có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu nhận được từ bộ chuyển đổi sao cho phù hợp với yêu cầu thể hiện kết quả đo của bộ chỉ thò. _ Khối chỉ thò:làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận được từ mạch đo để thể hiện kết quả đo. 2. Hệ thống đo lường số Hệ thống đo lường số được nhóm áp dụng để thực hiện luận văn nầy vì có các ưu điểm:các tín hiệu tương tự qua biến đổi thành các tín hiệu số có các xung rỏ ràng ở trạng thái 0,1 sẽ giới hạn được nhiều mức tín hiệu gây sai số .Mặt khác ,hệ thống này tương thích với dữ liệu của máy tính,qua giao tiếp với máy tính ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật. 5 Chuyển đổi Mạch đo Chỉ thò §å ¸n m«n: Vi xư lý vµ §o lêng Sinh viªn: ngun m¹nh hµ a. Sơ đồ khối Hình 5.1 Sơ đồ khối của hệ thống đo lường số b. Nguyên lý hoạt động Đối tượng cần đo là đại lượng vật lý,dựa vào các đặc tính của đối tượng cần đo mà ta chọn một loại cảm biến phù hợp để biến đổi thông số đại lượng vật lý cần đo thành đại lượng điện ,đưa vào mạch chế biến tín hiệu(gồm:bộ cảm biến,hệ thống khuếch đại,xử lý tín hiệu). Bộ chuyển đổi tín hiệu sang số ADC(Analog Digital Converter) làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và kết nối với vi xử lý. Bộ vi xử lý có nhiệm vụ thực hiện những phép tính và xuất ra những lệnh trên cơ sở trình tự những lệnh chấp hành đã thực hiện trước đó. Bộ dồn kênh tương tự (multiplexers) và bộ chuyển ADC được dùng chung tất cả các kênh . Dữ liệu nhập vào vi xử lý sẽ có tín hiệu chọn đúng kênh cần xử lý đê đưa vào bộ chuyển đổi ADC và đọc đúng giá trò đặc trưng của nó qua tính toán để có kết quả của đại lượng cần đo. Cảm biến Chế biến tín hiệu Cảm biến Chế biến tín hiệu . . . . ADC Vi điều Khiển Hiển thị Sử dụng Chương trình đại lượng đại lượng Hình:Sơ đồ khối của hệ thống đo lường số 6 §å ¸n m«n: Vi xư lý vµ §o lêng Sinh viªn: ngun m¹nh hµ II. Các Phươg Pháp Đo Nhiệt Độ Đo nhiệt độ là một phương thức đo lường không điện,đo nhiệt độ được chia thành nhiều dãi: + Đo nhiệt độ thấp + Đo nhiệt độ trung bình + Đo nhiệt độ cao. Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ các dụng cụ hổ trợ chuyên biệt như: + Cặp nhiệt điện + Nhiệt kế điện kế kim loại + Nhiệt điện trở kim loại + Nhiệt điện trở bán dẫn + Cảm biến thạch anh. I . Khèi ®o nhiƯt ®é. I.1. §Ỉc ®iĨm cđa PT100: ë nhiƯt ®é 0 C th× PT100 cã ®iƯn trë lµ 100º Ω. §iƯn trë cđa PT100 tû lƯ thn víi nhiƯt ®é vµ ®ỵc tÝnh theo c«ng thøc sau: R(t) = R nom (1+a.t+b.t 2 ). Trong ®ã: R(t) lµ ®iƯn trë cđa PT100 ë nhiƯt ®é t C.º R nom lµ ®iƯn trë cđa PT100 ë nhiƯt ®é 0 C.º a, b lµ c¸c tham sè: a = 3.90830*10 -3 . b = -5.77500*10 -7 . §å thÞ thĨ hiƯn ®iƯn trë cđa PT100 øng víi nhiƯt ®é tõ -100 C~500 C.º º Tõ c«ng thøc trªn ta cã thĨ tÝnh ®ỵc ë nhiƯt ®é 400 C th× PT100 cã ®iƯn trë Rt=247.092º Ω I.2. §å thÞ thĨ hiƯn ®iƯn trë cđa PT100 øng víi nhiƯt ®é tõ 0 C~400 C.º º PHẦN II. GIỚI THIỆU VỀ ADC 0808 7 Đồ án môn: Vi xử lý và Đo lờng Sinh viên: nguyễn mạnh hà + Thiết bị chuyển đổi tơng tự sang số, ta chọn loại ADC0808: - Điện áp đầu vào (0->5V) VDC - Có 8 kênh đầu vào IN0-> IN7 - Độ phân giải bit (có 8 bit đầu ra). - Điện áp chuẩn U ref =5VDC - Tần số xung nhịp, f clk =500KHz, cao nhất là 640KHz. - Sai số lợng tử là 1LSB. - IN0->IN7: là 8 kênh đầu vào. - DB0->DB7: là 8 bit đầu ra. - -Vref, +ref: là cấp điện áp chuẩn. - Clock: là chân cấp xung nhịp cho ADC. - ALE: là chân chốt địa chỉ kênh đợc chọn để biến đổi. - Start: là chân ra lệnh cho ADC bắt đầu biến đổi. - EOC (End Off Conversion): chân báo kết thúc quá trình chuyển đổi. - Enable: là chân cho phép mở đệm đầu ra để đọc kết quả biến đổi. U 5 A D C 0 8 0 8 7 1 0 1 1 1 21 3 1 6 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 1 2 3 4 5 9 6 1 7 1 4 1 5 8 1 8 1 9 2 0 2 1 E O C C L K V C C + V R E FG N D - V R E F A L E A D D C A D D B A D D A I N 0 I N 1 I N 2 I N 3 I N 4 I N 5 I N 6 I N 7 O E S T A R T D B 0 D B 1 D B 2 D B 3 D B 4 D B 5 D B 6 D B 7 - Chọn kênh biến đổi ADC: ADDC ADDB ADDA Kênh 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 )()( )( ).(256 + = refref refIN VV VV N Trong đó Vin là điện áp ngõ vào. Nếu chọn Vref(-) = 0 thì: N = 256. )( + ref in V V Vref(+) = 5VDC. 1 LSB = 12 5 8 = 0,0196 V/byte. Biểu đồ thời gian của ADC 0808. 8 Đồ án môn: Vi xử lý và Đo lờng Sinh viên: nguyễn mạnh hà *) Để 8051 có thể đọc đợc giá trị nhiệt độ từ PT100 thì ta phải làm một mạch điện chuẩn hoá tín hiệu đầu vào thành tín hiệu điện áp rồi biến đổi sang tín hiệu số. Nhiệt độ đo Điện trở PT100 (Rt) Đầu ra chuẩn hoá Đầu ra của ADC0808 0 C 100 0 VDC 00H = 0 400 C 247.092 4.902 VDC FAH = 250 X C Rt U VDC kenh Ta lấy số tròn 250, tơng ứng ta phải chỉnh các biến trở của bộ chuẩn hoá sao cho thoả mãn bảng thông số trên. Bộ chuẩn hoá ta dùng khuếch đại thuật toán loại LM324, mắc thành mạch khuếch đại vi sai. + Trong mạch còn có các vi mạch: chốt địa chỉ 74HC373, giải mã địa chỉ 74HC139, led bẩy thanh sử dụng loại Catốt chung . *) Mch to xung clock cho ADC 0808: 9 Đồ án môn: Vi xử lý và Đo lờng Sinh viên: nguyễn mạnh hà 3. Các sơ đồ mạch điện. 3.1 Sơ đồ mạch điện chuẩn hoá tín hiệu điện áp dùng khuếch đại vi sai: - + U 3 A L M 3 2 4 3 2 1 4 1 1 - 1 2 V R 7 5 0 K R 8 1 0 K R 1 1 1 0 K + 1 2 V R 4 0 1 0 k R 9 1 0 K R 6 5 0 K R 5 2 K R 1 0 1 0 K - 1 2 V R 1 1 K - 1 2 V R 3 7 1 0 k R 3 9 0 0 - + U 2 A L M 3 2 4 3 2 1 1 1 4 + 1 2 V + 1 2 V - 1 2 V R 2 1 K + 1 2 V I N 0 _ A D C - + U 1 1 A L M 3 2 4 3 2 1 4 1 1 - + U 1 A L M 3 2 4 3 2 1 41 1 S E N S O R - 1 P T 1 0 0 1 2 + 1 2 V R 3 9 2 0 k R 3 8 1 0 k + Đây là một mạch chuẩn hoá cho Sebsor-1 đầu ra nối với chân IN0_ADC của ADC0808 Với các sensor 2->7 tơng tự. + Sử dụng mạch khuêch đại vi sai với khuếch đại thuật toán LM324. + Điều chỉnh các biến trở để khi nhiệt độ tăng từ 0~400 C thì đầu ra tăng từ 0~4,902V đ a đến ADC 0808. + Hệ số khuếch đại tầng 1 là: K1=(1+R 8 /R 7 ) = (1+R 9 /R 7 )=1,2 ; chọn R 7 và R 8 sao cho R 7 =R 8 ta chọn R 8 =R 9 =10k. +Tầng 2 là mạch trừ. Hệ số khuếch đại tầng 2 là: K2=R 40 /R 10 =1; chọn R 40 ; R 11 ; R 10 ; R 37 với điều kiện R 40 *R 11 =R 10 *R 37 ; và ta chọn R 40 =R 11 =R 10 =R 37 =10k. + Tầng 3 là mạch khuếch đại đảo. Hệ số khuếch đại tầng cuối là: K3=-(R 6 +R 39 )/R 38 . + Khi nhiệt độ tăng từ 0~400 C thì điện trở của PT100 tăng từ 100 ~247.092, điện áp ra của cầu đo tăng từ 0~411mV, để tơng ứng đầu ra là 0~4,902V, thì ta phải điều chỉnh hai biến trở R 5 và R 6 sao cho K1*K2*K3=5/0.411=12,165. **************************************************************************** 3.2 Sơ đồ mạch nguồn ổn áp C 1 2 1 0 0 0 u f J 5 2 2 0 V A C 1 2 R 2 0 3 3 0 + - ~ ~ D 9 D I O D E B R I D G E _ 1 3 2 4 + 1 2 V C 1 8 4 7 0 u f J 4 5 V D C 1 2 + 5 V D 1 0 L E D U 1 7 L M 7 9 1 2 C / T O 2 2 0 2 3 1 I N O U T G N D C 1 6 1 0 4 U 1 8 L M 7 8 0 5 / T O 1 3 2 V I N G N D V O U T C 1 5 1 0 4 U 1 6 L M 7 8 1 2 / T O 1 3 2 V I N G N D V O U T + 5 V C 1 1 1 0 0 0 u f C 1 4 4 7 0 u f T 1 T R A N S F O R M E R C T 2 2 0 V A C 1 5 V 0 V 4 1 5 V - 1 2 V C 1 7 1 0 4 + - ~ ~ D 8 D I O D E B R I D G E _ 1 3 2 4 C 1 3 4 7 0 u f + Nguồn đối xứng +12V, -12V dùng để cấp nguồn cho khuếch đại thuật toán LM324. 10 . gian. 4.4 Các thanh ghi cơ sở của bộ định thời. Cả hai bộ định thời Timer 0 v Timer 1 đều có độ d i 16 bít đ ợc truy cập nh hai thanh ghi tách biệt. n riêng về từng thanh ghi. 4.5 Các thanh ghi của bộ Timer 0. Thanh ghi 16 bít của bộ Timer 0 đ ợc truy cập nh byte thấp v byte cao. Thanh ghi byte