Mạch đo nhiệt độ hiển thị số

Mạch đo nhiệt độ hiển thị số

0 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp HCM, tháng 12/2009 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ HiỂN THỊ SỐ GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: cô ĐẶNG NGỌC HẠNH SINH VIÊN: ĐÀO MINH VŨ 40603054 1 Lời cảm ơn Cám ơn cô Đặng Ngọc Hạnh đã giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp HCM, tháng 12/2009 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ HiỂN THỊ SỐ SINH VIÊN: ĐÀO MINH VŨ 40603054 GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: cô ĐẶNG NGỌC HẠNH 2 Nội dung 1. Lời nói đầu 2. Giới thiệu đề tài 3. Sơ đồ khối 4. Chức năng các khối 5. Sơ đồ nguyên lý 6. Giải thuật chương trình 7. Thi công lắp đặt 8. Kết luận 9. Tài liệu tham khảo 3 HIỂN THỊ LED 7 ĐOẠN NGUỒN THAM CHIẾU 0.64V Cảm biến LM35 AT89C51 Giải mả BCD 74LS47 ADC0804 1. LỜI NĨI ĐẦU:  Vấn đề đo nhiệt độ rất cần thiết trong nhiều lĩnh vực sản xuất cơng nghiệp và trong đời sống. Nắm được tầm quan trọng này, em đã chọn đề tài thiết kế mạch đo nhiệt độ và hiển thị số  Em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học ở trường, cùng với sự tìm tòi nghiên cứu để hồn thành tốt đồ án này  Tuy nhiên, đồ án chỉ giới hạn trong phạm vi là đồ án 1, nên tính hiệu quả thực tế của mạch khơng cao. 2. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI:  Kỹ thuật vi sử lý hiện nay rất phát triển, so với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi sử lý nhỏ gọn hơn rất nhiều, do nó được tích hợp lại và được lập trình để điều khiển.  Với tính ưu việt của vi xử lý thì trong phạm vi đồ án nhỏ này, nó được ứng dụng trong việc điều khiển khối chuyển đổi tương tự sang số và khối hiển thị số.  Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong dải từ 0 0 C – 100 0 C hiển thò số  Viết chương trình (phần mềm) và thiết lập phần cứng để đáp ứng các yêu cầu trên 3. SƠ ĐỒ KHỐI:  Khối cảm biến nhận nhiệt độ từ mơi trường bên ngồi chuyển thành mức điện áp DC tương ứng đưa vào khối chuyển đổi tương tự số.  Việc điều chỉnh nguồn tham chiếu cho ADC sẽ tạo ra độ phân giải cho mạch đo theo đúng u cầu. Hoạt động của ADC được điều khiển bởi vi xử lý 89C51 4  Vi điều khiển AT89C51 nhận dữ liệu dạng số từ khối chuyển đổi ADC và kèm theo các tín hiệu điều khiển led tới khối giải mã BCD  Khối hiển thị gồm 4 led 7 đoạn tương ứng số hàng chục, đơn vị, số lẻ và chữ o C 4. CHỨC NĂNG CÁC KHỐI: 4.1. Khối cảm biến nhiệt độ:  Có rất nhiều dụng cụ chun biệt hỗ trợ cho việc đo nhiệt độ như:  Cặp nhiệt điện  Nhiệt kế điện kế kim loại  Nhiệt điện trở kim loại  Nhiệt điện trở bán dẫn  Cảm biến thạch anh Việc sử dụng các IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ là một phương pháp thông dụng và rẻ tiền  Ngun lý hoạt động chung của IC cảm biến nhiệt:  IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng dòng điện hay điện áp. Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện, tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Đo tín hiệu điện ta biết được giá trò của nhiệt độ cần đo  Có rất nhiều loại IC cảm biến nhiệt, nhưng được sử dụng thơng dụng, rẻ tiền và dễ kiếm là IC LM35  LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ 10mV/1 o C. Sai số cực đại 1,5 0 C khi nhiệt độ lớn hơn 100 0 C. Phạm vi sử dụng –55 0 C – 150 0 C Tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của ngõ vào Giới hạn trong đề tài là đo nhiệt độ từ 0 0 C– 150 0 C +Vs (4V to20V) OUTPUT 0 mV+ 10mV/1 o C LM35 5 4.2. Khối chuyển đổi tƣơng tự số ADC:  Để kết nối giữa nguồn tín hiệu tượng tự với các hệ thống xử lý số người ta dùng các mạch chuyển đổi tương tự sang số (ADC) nhằm biến đổi tín hiệu tương tự sang số  Chuyển đổi ADC có rất nhiều phương pháp.Tuy nhiên,mỗi phương pháp đều có những thông số cơ bản khác nhau: + Độ chính xác của chuyển đổi AD. + Tốc độ chuyển đổi . + Dãi biến đổi của tín hiệu tương tự ngõ vào  Các phương pháp chuyển đổi AD:  Bộ biến đổi A/D loại “Tracking”  Bộ biến đổi A/D loại xấp xỉ liên tiếp  Bộ biến đổi A/D một độ dốc  Bộ biến đổi A/D tích phân hai độ dốc  Thơng số kỹ thuật ADC0804:  Độ phân giải 8bit (dữ liệu ngõ ra song song). ADC0804 hoạt động theo phương pháp xấp xỉ liên tiếp. Sự so sánh điện áp tín hiệu vào và tín hiệu ra nhỏ hơn hoặc lớn hơn sẽ điều khiển sự chỉ thị tăng hoặc giảm của SAR (thanh ghi xấp xỉ liên tiếp) và đồng thời điều khiển hoạt động theo điện áp đo Vi. Sai số lớn nhất cho bộ biến đổi A/D là +1/2 LSB bit nhỏ nhất.  Tốc độ biến đổi tc = nTh, Th là chu kỳ xung clock của bộ biến đổi, n là số bit  Lối vào điện áp vi phân  Tín hiệu tương thích TTL  Bộ phát xung nhịp trên chip  Dải điện áp vào 0V-5V (Nguồn đơn)  Khơng cần chỉnh offset  Có thể dùng mạch tạo clock trong chip hoặc clk ngồi, thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK R và CLK IN và khơng bé hơn 110μs 6 Sơ đồ chân  Chân số 6 và chân số 7 là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đó Vin = Vin (+) – Vin (-). Thông thường Vin (-) được nối mass, Vin (+) được dùng làm đầu vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số.  Chân số 20: Vcc là chân nguồn nuôi +5V. Chân này còn được dùng làm điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 để hở  Chân số 9: Vref/2 là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham chiếu.  chân số 18 – 11 (D0 - D7) là các chân ra dữ liệu số (D7 là bit cao nhất MSB và D0 là bit thấp nhất LSB). Độ phân giải 8 Bit → 256 mức ngõ ra → → Yêu cầu độ phân giải 0.5 o C, chọn Vref/2 = 0.64V → Vin = 0 - 1.28V → Nếu nhiệt độ đo là 0.5 o C thì Vin = 5mV → Dout = 1 → nhiệt độ tối đa ADC có thể chuyển đổi là 256 * 0.5 o C = 128 o C Bảng quan hệ điện áp Vref/2 với Vin Vref/2 (V) Vin (V) Kích thƣớc bƣớc (mV) Hở 0 – 5 5/256 = 19.53 2.0 0 – 4 4/256 = 15.62 1.5 0 – 3 3/256 = 11.71 1.28 0 – 2.56 2.56/256 = 10 0.64 0- 1.28 1.28/256=5 7  Tạo xung nhịp cho ADC: Xung nhịp cho A/D có thể được lấy từ nguồn bên ngoài như CPU clock hay đơn giản hơn là dùng mạch RC tạo self-clocking như hình. CLK IN (chân số 4) tạo nên mạch Schmitt trigger. R=10 k , C=150pF → tần số f=606 kHz thời gian chuyển đổi là 110 s.  Các chân chức năng:  Chân 1: CS chọn chip, đầu vào tích cực thấp để kích hoạt và truy cập ADC  Chân 2: RD là một tín hiệu vào tích cực thấp. khi CS=0, nếu có một xung cao xuống thấp đến chân RD thì tín hiệu ra 8 bit được đưa đến các chân DB0 – DB7  Chân số 3, chân vào tích cực thấp dùng để báo cho ADC biết bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0, khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì ADC bắt đầu quá trình chuyển đổi. Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì chân INTR xuống mức thấp.  Chân số 5 : là chân ra. Bình thường trạng thái cao, khi chuyển đổi hoàn tất thì xuống thấp để báo dữ liệu sẵn sàng để lấy đi. Timing diagrams 8  Hoạt động: CS=0→ truy cập ADC → cấp xung thấp tới WR → thực hiện chuyển đổi → chờ INTR=0 → cấp xung thấp tới RD → dữ liệu 8 bit tới DB0- DB7 Tuy nhiên ta có thể thực hiện chế độ free-running như hình vẽ 9 4.3. Khối điều khiển 8051: 4.3.1. Bộ nhớ dữ liệu trên chip: IC vi điều khiển 8051 thuộc họ MCS51 có các đặt điểm sau:  4 kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất)  128 byte RAM  4 port I/0 8bit  Hai bộ đònh thời 16bit  Giao tiếp nối tiếp [...]... Giải thuật chƣơng trình: START HIỂN THỊ KHỞI ĐỘNG ADC Cho phép led 1 P0← A BIẾN ĐẾM R5=250 DeLay LƯU LẠI GIÁ TRỊ NẠP ACC Cho phép led 2 A← B P0 ←A Chia A/2 R6 ← Số dư A ← số ngun Delay Chia tiếp A/10 A ← Số ngun B ← Số dư Cho phép led 3 A← R6 P0 ←A Hiền thị Lấy lại giá trị nạp ACC Delay R5 ↓ RET Y N R5=0 END 21 DELAY R1←10 R2←250 R2 ↓ R2=0 R1 ↓ R1=0 RET  Đầu tiên khởi động ADC CS=0, Nhận tín hiệu analog... phẩm làm ra chưa thực sự hồn hảo 25 8.2 Nội dung chính của đề tài này bao gồm những phần chính sau:        Khảo sát bộ vi điều khiển 8051 Các phương pháp chuyển đổi từ tương tự sang số Hệ thống đo nhiệt độ và các phương pháp đo nhiệt độ Xây dựng sơ đồ khối toàn mạch Xây dưng lưu đồ giải thuật Viết chương trình Thi công lắp ráp và kiểm tra 8.3 Đánh giá sản phẩm và q trình thực hiện đồ án: Do giáo... ghi ACC Để tạo độ ổn định hiển thị (do LM35 rất nhạy) nên ta delay 5s cho mỗi lần lấy mẫu tín hiệu, bằng cách dùng vòng lặp và lưu lại lại giá trị ACC để biến đổi Do mỗi led sáng delay 5ms, 4 led sáng mất 20ms, nên lặp vòng 250 lần để delay 5s cho mỗi lần lấy tín hiệu  Do giá trị nhận được gấp 2 lần nhiệt độ đo nên ta dùng phương pháp chia 2 Nếu số dư =1 thì ta xuất ra giá trị 5 ở số lẻ, nếu =0 thì... cơng lắp đặt: 7.1 Kiểm tra hoạt động của mạch trên testboard 24 7.2 Thiết kế mạch in: Mạch vi xử lý+ADC Mạch led 8 Kết luận: 8.1 Những thuận lợi và khó khăn:  Sau khi nghiên cứu lý thuyết và lựa chọn phương án thực hiện, cùng với u cầu của giáo viên hướng dẫn cần thêm cảm biến độ ẩm, thì việc lựa chọn IC ADC0809 là phương án tốt nhất IC0809 là IC chuyển đổi tương tự số ADC với 8 ngõ vào lựa chọn và... 4.75V – 5.25V Min 2V Max 0.8V 15 4.5 Hiển thị led 7 đo n:  Led 7 đo n có cấu tạo gồm 7 led đơn có xếp theo hinh 8 và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải  8 led đơn trên led 7 đo n có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung với nhau vào một điểm  Nếu led 7 đo n có Anode chung, đầu chung nay được nối với +Vcc Nếu led 7 đo n có Cathode chung, đầu chung... loại PNP nhận dòng từ vi điều khiển, led ON khi tín hiệu từ vi điều khiển đến transitor ở mức 0  Dùng IC7447 cho loại anod chung hoặc dùng IC7448 cho loại cathod chung 16 5 Sơ đồ ngun lý: 5.1 Khối nguồn Cầu diod tạo ra điện áp DC, qua tụ C lọc bỏ thành phần gợn sóng, sau đó qua IC7805 ổn áp ngõ ra 4.8V- 5.2V 17 5.2 Khối hiển thị: 4 led 7 đo n anod chung, được điều khiển ON/OFF bằng transistor nhận... hiệu từ P0.4─P0.7 của vi xử lý, Led 7 đo n sẽ được ON khi tin hiệu từ vi điều khiển đến transitor ở mức 0, đồng thời sử dụng IC74LS47 để giải mã BCD qua led 7 đo n 18 5.3 Khối cảm biến và chuyển đổi: Zener ổn áp tạo nguồn ổn định cùng với biến trở 1K để tạo điện áp ≈ 0,64V 19 5.4 Khối điều khiển: Điện trở thanh RP1 dùng để Kéo port lên nguồn,hạn dòng Cho led 7 đo n Điện trở thanh thường dùng khi cần... giá trị 5 ở số lẻ, nếu =0 thì xuất ra giá trị 0 Số ngun thu được tiếp tục chia cho 10 để tách chữ số hàng đơn vị và chục, sau đó xuất ra led tương ứng  Sử dụng phương pháp qt led với thời gian delay 5ms (sử dụng vòng lặp)  Để điều khiển led ta OR giá trị trong ACC với mã điều khiển led tương ứng #70XX,#0B0XX,#0D0XX,#0E0XX LED cuối cùng dùng để hiễn thị chữ C 22 ********Code chƣơng trình *******... mass  Vì led 7 đo n chứa bên trong nó các led đơn, do đo khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tin hiệu điều khiển  Dựa vào đặc tính sinh lý của mắt người, mỗi led delay khoảng 3-5ms, như thế mắt người sẽ có cảm giác 4 led cùng sang (phương pháp qt led)  Để điều khiển ON/OFF các... chân ngõ ra, tuy nhiên việc mơ phỏng IC này khơng thành cơng trong việc cấp xung nhịp, hơn nữa cảm biến độ ẩm khơng tìm được cả về lý thuyết lẫn linh kiện trên thị trường, nên em đã chuyển hướng sang nghiên cứu IC0804  Đồ án mơn học này là cơ hội cho em liên hệ thực tế về lý thuyết vi xử lý và một số IC khác, cũng như nâng cao hơn kỹ năng về thực tập điện tử, tuy nhiên do kinh nghiệm và tay nghề còn . biến nhiệt để đo nhiệt độ là một phương pháp thông dụng và rẻ tiền  Ngun lý hoạt động chung của IC cảm biến nhiệt:  IC đo nhiệt độ là một mạch. chuyển đổi tương tự sang số và khối hiển thị số.  Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong dải từ 0 0 C – 100 0 C hiển thò số  Viết chương trình (phần mềm)