Thiết kế mạch đo và khống chế nhiệt độ trong phòng dùng 8051

MỤC LỤC MỞ ĐẦU Ngày nay, việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào trình sản xuất vấn đề nhiều quan tâm,nghiên cứu nhà khoa học giới nước Nhiệt độ thông số quan trọng ảnh đến đặc tính vật chất nên trình kỹ thuật đời sống ngày hay gặp yêu cầu đo nhiệt độ Vì vậy,trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp nay,nhất nghành công nghiệp luyện kim, chế biến thực phẩm… vấn đề đo khống chế nhiệt độ đặc biệt trọng đến yếu tố định đến chất lượng sản phẩm Nắm tầm quan trọng ,em tiến hành nghiên cứu thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ tự động, với mong muốn giải yêu cầu trên, lấy làm đồ án tốt nghiệp cho Những kiến thức lực đạt trình học tập trường đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án tốt nghiệp lần Vì chúng em cố gắng tận dụng tất kiến thức học trường với tìm tòi nghiên cứu,để hoàn thành tốt đồ án Những sản phẩm hay kết đạt ngày hôm không lớn lao Nhưng thành năm học tập Là thành công em trước trường Tuy nhiên không tránh thiếu sót , em mong thầy cô bạn đóng góp ý kiến giúp đỡ để rút học cho GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI I Đặt vấn đề Ngày với phát triển công nghiệp vi điện tử,kỹ thuật số hệ thống điều khiển tự động hóa Với kỹ thuật tiên tiến vi xử lí, vi mạch số… ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển,thì hệ thống điều khiển khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp xác thay hệ thống điều khiển tự động với lệnh chương trình thiết lập trước Trong trình sản xuất nhà máy,xí nghiệp nay,việc đo khống chế nhiệt độ yêu cầu cần thiết quan trọng Vì nắm bắt nhiệt độ làm việc hệ thống, dây chuyền sản xuất … giúp ta hư hỏng cố xảy Để đáp ứng yêu cầu đo khống chế nhiệt độ tự động, có nhiều phương pháp để thực hiện, nghiên cứu khảo vi điều khiển 8051 nhóm thực nhận : ứng dụng vi điều khiển 8051 vào việc đo khống chế nhiệt độ tự động phương pháp tối ưu Được đồng ý môn Kỹ Thuật Máy Tính, em tiến hành thực đề tài : “ Khảo sát ứng dụng vi điều khiển thiết kế mạch khống chế nhiệt độ phòng” II Giới thiệu đê tài Với thời gian tháng thực đồ án, trình độ chuyên môn có hạn, chúng em cố gắng để hoàn thành đồ án cách tốt nhất, giải vấn đề sau : - Thiết kế mạch đo nhiệt độ dải từ 0oC – 99oC hiển thị số - Điều khiển nhiệt độ theo mong muốn - Viết chương trình để đáp ứng yêu cầu - Thiết kế phần cứng demo  Cấu trúc tổng quan : - Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ Nhiệt độ môi trường MẠCH ĐIỆN Khối hiển thị Khối điều khiển - Ứng dụng vi điều khiển vào thực tế - Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động thiết bị cảm biến (cảm biến nhiệt)và ứng dụng thực tiễn CHƯƠNG I : KHẢO SÁT VI ĐIỀU KHIỂN VÀ IC 0851 I.1 Nguồn gốc đời vi điều khiển Trong thập niên cuối kỉ XX, từ đời công nghệ bán dẫn, kĩ thuật điện tử có phát triển vượt bậc Các thiết bị điện tử sau tích hợp với mật độ cao cao diện tích nhỏ, nhờ thiết bị điện tử nhỏ nhiều chức Các thiết bị điện tử ngày nhiều chức giá thành ngày rẻ hơn, điện tử có mặt khắp nơi Bước đột phá công nghệ điện tử, công ty trẻ tuổi Intel cho đời vi xử lý Đột phá chỗ: "Đó kết cấu logic mà thay đổi chức chương trình không phát triển theo hướng tạo cấu trúc phần cứng thực theo số chức định trước đây"(trích từ dòng 17 đến 19, trang 3, 'Kĩ thuật VI XỬ LÝ lập trình ASSEMBLY cho hệ vi xử lý', tác giả Đỗ Xuân Tiến, nhà xuất Khoa học kĩ thuật) Tức phần cứng đóng vai trò thứ yếu, phần mềm (chương trình) đóng vai trò chủ đạo chức cần thực Nhờ vi xử lý có mềm dẻo hóa chức Ngày vi xử lý có tốc độ tính toán cao khả xử lý lớn Vi xử lý có khối chức cần thiết để lấy liệu, xử lý liệu xuất liệu sau xử lý Và chức Vi xử lý xử lý liệu, chẳng hạn cộng, trừ, nhân, chia, so sánh.v.v Vi xử lý khả giao tiếp trực tiếp với thiết bị ngoại vi, có khả nhận xử lý liệu mà Để vi xử lý hoạt động cần có chương trình kèm theo, chương trình điều khiển mạch logic từ vi xử lý xử lý liệu cần thiết theo yêu cầu Chương trình tập hợp lệnh để xử lý liệu thực lệnh lưu trữ nhớ, công việc thực hành lệnh bao gồm: nhận lệnh từ nhớ, giải mã lệnh thực lệnh sau giải mã Để thực công việc với thiết bị cuối cùng, chẳng hạn điều khiển động cơ, hiển thị kí tự hình đòi hỏi phải kết hợp vi xử lý với mạch điện giao tiếp với bên gọi thiết bị I/O (nhập/xuất) hay gọi thiết bị ngoại vi Bản thân vi xử lý đứng nhiều hiệu sử dụng, phần máy tính, hiệu ứng dụng Vi xử lý lớn Vi xử lý kết hợp với thiết bị khác sử hệ thống lớn, phức tạp đòi hỏi phải xử lý lượng lớn phép tính phức tạp, có tốc độ nhanh Chẳng hạn hệ thống sản xuất tự động công nghiệp, tổng đài điện thoại, robot có khả hoạt động phức tạp v.v Bộ Vi xử lý có khả vượt bậc so với hệ thống khác khả tính toán, xử lý, thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt hiệu toán hệ thống lớn.Tuy nhiên ứng dụng nhỏ, tầm tính toán không đòi hỏi khả tính toán lớn việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc Bởi hệ thống dù lớn hay nhỏ, dùng vi xử lý đòi hỏi khối mạch điện giao tiếp phức tạp Các khối bao gồm nhớ để chứa liệu chương trình thực hiện, mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập điều khiển trở lại, khối liên kết với vi xử lý thực công việc Để kết nối khối đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường thành phần vi xử lý, nhớ, thiết bị ngoại vi Hệ thống tạo phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp vấn đề trình độ người thiết kế Từ thực tế đó, Con người sang tạo vi điều khiển để giảm bớt lãng phí Bộ vi điều khiển có chip vi xử lý(CPU), nhớ Ram,Rom, cổng vào định thời Nói cách khác, xử lý,ram,rom,cổng vào định thời tất nhúng chip vi điều khiển Do vậy, người thiết kế ko cần phải bổ xung them nhớ , cổng vào định thời hệ thống hoạt động I.2 Tìm hiểu chip 8051 I.2.1 Đặc điểm chung - Thuộc họ MOS-51 - Có dung lượng nhớ 4Kb flash ROM để lưu trữ mã lệnh (chương trình), thời gian ghi xóa lên đến 1000 lần - Tần số làm việc: 0Hz – 20Mhz - Bộ nhớ RAM nội 128 byte, bit - Cung cấp 32 tín hiệu điều khiển I/O - Có timer/counter 16 bit - Có nguồn ngắt - Hỗ trợ truyền thông nối tiếp bất đồng - Có 40 chân - Sử dụng điện áp cung cấp 5VDC I.2.2 Cấu trúc I.2.2.1 Cấu trúc bên 8051 Phần vi điều khiển 8051 xử lí trung tâm(CPU: central processing unit) bao gồm : - Thanh ghi tích lũy A - Thanh ghi tích lũy phụ B,dung cho phép nhân chia - Đơn vị logic học(ALU : Arithmetic Logical Unit) - Từ trạng thái chương trình( PSW : Program Status Word) - Bốn băng ghi - Con trỏ ngăn xếp - Ngoài có nhớ chương trình, giải mã lệnh, điều khiển thời gian logic Đơn vị xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ giao động,ngoài có khả đưa tín hiệu giữ nhịp bên Chương trình chạy dừng lại nhờ khối điều khiển ngắt bên trong.Các nguồn ngắt : biến cố bên ngoài, tràn đếm định thời giao diện nối tiếp Hai định thời 16 bit hoạt động đếm.Các cổng (port 0,port 1, port 2, port 3) Sử dụng vào mục đích điều khiển Ở cổng có thêm đường dẫn điều khiern dùng để trao đổi với nhớ bên ngoài, để đầu nối giao diện nối tiếp, đường ngắt dẫn bên Giao diên nối tiếp có chứa truyền nhận không đồng bộ, làm việc độc lập viuws nhau.Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp đặt vảy rộng ấn định định thời Trong vi điều khiển 8051 có hai thành phần quan trọng khác liệu ghi : Bộ nhớ gồm có nhớ RAM nhớ ROM.Các ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trình xử lí Khi CPU làm việc làm thay đổi nội dung ghi I.2.2 2Chức chân vi điều khiển U1 39 38 37 36 35 34 33 32 P0 /AD0 P0 1/AD1 P0 2/AD2 P0 3/AD3 P0 4/AD4 P0 5/AD5 P0 /AD6 P0 7/AD7 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 19 18 31 P2.0 /A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6 /A14 P2.7/A15 P3.0 /RXD P3.1/T XD P3.2/INT P3.3/INT P3.4/T P3.5/T P3.6 /WR P3.7/RD XT AL1 XT AL2 ALE/PROG PSEN 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 30 29 EA/VPP RST AT 89C51 Hình 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển - Port : port có chức chân từ 32 đến 39 thiết kế cỡ nhỏ(không dùng nhớ mở rộng) có chức đường IO Đối với thiết kế cỡ lớn(với nhớ mở rộng) kết hợp kênh bus - Port : port port I/O chân từ đến Các chân ký hiệu P1.0,P1.1,P1.2… dùng cho thiết bị cần Port chức khác, dùng giao tiếp với thiết bị - Port : port port công dụng kép chân từ 21 đến 28 dùng đường xuất nhập byte cao bus địa đối cới thiết kế dùng đếm mở rộng - Port : port port công dụng kép chân 10 đến 17 Các chân port có nhiều chức năng,các công dụng chuyển đổi có liên hệ với đặc tính đặc biệt 8051 bảng sau : Bit 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 nhận liệu nối tiếp Ngõ xuất liệu nối tiếp Ngõ vào ngắt cứng thứ Ngõ vào ngắt cứng thứ Ngõ vào Timer/Counter thứ Ngõ vào Timer/Counter thứ Ngõ điều khiển ghi liệu lên nhớ Ngõ điều khiển đọc liệu từ nhớ bên PSEN ( Program Store Enable) : 8051 có tín hiệu điều khiển PSEN lè tín hiệu chân 29 Nó tín hiệu điều khiển phép nhớ chương trình mở rộng thường nối đến chân OE(Output Enable) EPROM phép đọc byte mã lệnh PSEN mức thấp thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân chương trình đọc từ EPROM qua bus chốt vào ghi lệnh 8051 để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình ROM nội (8051) PSEN mức thụ động( mức cao) - ALE (Address Latch Enable) : tín hiệu ALE chân 30 tương hợp với thiết bị làm việc với xử lí 8585,8086,8088 8051dùng ALE cách tương tự cho làm việc giải kênh bus địa liệu port0 dùng cho chế độ chuyển đổi nó: Vừa bus liệu vừa bit thấp địa ALE tín hiệu để chốt địa vào ghi bên nửa đầu chu kỳ nhớ Sau đó, đường port0 dùng để xuất nhập liệu nửa sau chu kỳ nhớ 10 47 III.5.2 Sơ đồ mạch in - Sử dụng phần mềm protues : 48 III.5.3 Sơ đồ khối 49 START Nạp giá trị đầu Mode Đọc ADC Tăng to đặt T0 đo > tomax Giảm to đặt Khối xử lý Hiển thị nhiệt độ đặt Hiển thị to đo 50 To < tomin Hiển thị cảnh báo III.5.4 Giải thuật chương trình - Giải thuật chương trình đọc A/D chương trình đổi số nhị phân BCD: Bắt đâu Đọc liệu A/D Chia số cần đổi cho 10 số dư hàngđơn vị Chia tiếp kết cho 10 số hàng trục trăm Thoát - Giải thuật xuất LED : Bắt Đầu Chọn liệu cần hiển thị Lấy mã LED đưa LED chọn LEDkế Hiển thị 51 - Giải thuật chương trình so sánh điều khiển : START So sánh nhiệt độ đặt với nhiệt độ Cấp nguồn cho phần công suất Thoát - Giải thuật chương trình tăng giảm : Start N Nhấn Nút Y Y Nhấn tăng Tăng đơn vị N Giảm đơn vị Y Nhấn giảm N Gọi chương trình hiển thị 52 - Giải thích chương trình: Cảm biến LM35 biến đổi nhiệt độ môi trường thành giá trị điện áp xuất chân đưa vào ADC Thao tác chuyển đổi nhiệt độ đo thành điện áp cấp vào chân IN ADC, từ điện áp cấp vào ADC lại chuyển qua chân BD để truyền sang cổng P2 Vi diều khiển dạng bít Điều khiển chân WR, RD, INT0 vi mạch biến đổi tương tự – số ADC0804 để ADC biến đổi điện áp lấy từ chân IC cảm biến nhiệt độ LM35: - WR=0: cho phép ADC biến đổi - WR=1:không cho phép ADC biến đổi - Chân RD INT0 = 0: cho phép ADC xuất giá trị cổng VDK nhận Đợi sau biến đổi xong thực đọc liệu từ ADC vào Port vi điều khiển, gán giá trị đọc cho biến x Qua chương trình chuyển đổi lại chuyển đổi ngược lại từ dạng bít nhận sang dạng điện áp chuyển từ điện áp sang nhiệt độ hiển thị Led Ta điều chỉnh nhiệt độ khống chế tăng lên giảm xuống phím nhấn Thao tác khống chế thực mô qua led đỏ, vàng, xanh Thực so sánh nhiệt độ đặt trước (nhiệt độ khống chế)và nhiệt độ đo : nhiệt độ đo lớn nhiệt độ đặt trước mạch gửi tín hiệu để điều khiển thiết bị bên quạt gió, máy làm lạnh hoạt động để làm giảm nhiệt độ, thao tác khống chế mô đèn Led xanh 53 Chương trình phần mềm #include int array[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; sbit rd=P3^7; //Read signal P3.7 sbit wr=P3^6; //Write signal P3.6 sbit intr= P3^5; //INTR signal P3.4 dong sbit led0=P2^0; sbit led1=P2^1; sbit led2=P2^2; //dieu khien led doan sbit led3=P2^3; sbit d1=P2^4; sbit d2=P2^5; //dieu khien led vang, xanh, sbit d3=P2^6; sbit tang=P3^0; sbit giam=P3^1; sbit chedo=P3^2; sbit batdau=P3^3; sbit ketthuc=P3^4; unsigned int adc_avg,nhietdo,dc; void delay() { unsigned int i; for(i=1;i100) dc=27; } if (giam==0) // neu phim giam duoc an { while (giam==0){}//cho phim nha dc ; if (dc[...]... cần mạch ADC có tốc độ cao 33 Hình 3.3 Sơ đồ chuyển đổi ADC dùng phương pháp song song  Hoạt động : Mạch bao gồm : khối so sánh song song và mạch mã hóa Tín hiệu tương tự được đưa vào các mạch so sánh cùng một lúc, các trạng thái ra của mạch so sánh được đưa vào các Flip-Flop D để đưa đến bộ mã hóa, đầu ra của mạch mã hóa chính là đầu ra của ADC Mạch so sánh và mạch mã hóa là loại mạch có tốc độ xử... C=10µF và R=10KΩ - Các ngõ vào bộ dao động trên chip : 11 Như đã thấy trong hình trên, 8051 có một bộ dao động trên chip.Nó thường được nối với thạch anh giữa 2 chân 18 và 19 Tần số thạch anh thông thường là 12MHz Mạch dao động được đưa vào hai chân này thông thường được kết nối với dao động thạch anh như sau: Ghi chú: C1,C2= 30pF±10pF (thường được sử dụng với C1,C2 là tụ 33pF) dùng ổn định dao động... trễ chỉ vài chục ns, nhờ vậy sự chuyển đổi xẩy ra rất nhanh Tuy nhiên với mạch ADC nhanh ở 3 bit thì nó đòi hỏi bảy bộ so sánh khi ở 6 bit thì cần đến 63 bộ so sánh đó là nhược điểm của ADC dùng phương pháp song song 34 Bảng sự thật của mạch chuyển đổi : 35 CHƯƠNG III : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG III.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch - Sử dụng vi điều khiển họ 8051 - Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt LM35... nên có thể đạt tốc độ rất cao Tuy nhiên mạch ADC xấp xỉ liên tiếp lại không thể đáp ứng tín hiệu tương tự vào biên đổi cực nhanh II.3.3 Phương pháp song song( Paralled method) Mạch ADCdùng nguyên tắc chuyển đổi song song hay còn gọi là phương pháp ADC nhanh, có cấu trúc mạch điện phức tạp nhưng tốc độ chuyển đổi rất cao Trong vài trường hợp người ta cần mạch chuyển đổi ADC có tốc độ rất cao vì những... định xem kết quả của nó có nằm trong tầm xác định không Khi các số không dấu được cộng, bit OV có thể được bỏ qua Các kết quả lớn hơn + 127 hoặc nhỏ hơn – 128 sẽ set bit OV 18 Thanh ghi B : Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích lũy A cho các phép toán nhân và chia Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trị không dấu 8 bit trong A và B rồi trả về kết quả nguyên trong A và phần dư trong B Thanh... dữ liệu vào ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu, và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp sẽ đọc dữ liệu và giảm SP Ngăn xếp của 8051 ược giữ trong RAM nội và được giới hạn các địa chỉ có thể truy xuất bằng địa chỉ gián tiếp Chúng là 128 byte đầu của 8051 Để khởi động lại SP với ngăn xếp bắt đầu tại 60H, các lệnh sau đây được dùng :... mức cao, 8051 thi hành chương trình tử ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp ( 4k) Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng Nếu AE được nối mức thấp bộ nhớ bên trong chương trình 8051 bị cấm và chương trình thi hành từ EPROM mở rộng.Người ta còn dùng chân AE làm chân cấp điên áp 21v khi lập trình cho EPROM trong 8051 - RST(Reset) : Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8051 Khi... dung ở địa chỉ 05H vào thanh ghi tích lũy MOV A,R5 Đây là lệnh một byte dùng địa chỉ thanh ghi.Tất nhiên,thao tác tương tự có thể được ghi bằng lệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm bên trong byte thứ 2 : MOV A,05H Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn các lệnh tương ứng nhưng dùng địa chỉ trực tiếp Các giá trị dữ liệu được dùng thường xuyên nên dùng một trong các thanh ghi... xuất dùng địa chỉ trực tiếp Chú ý rằng một vài SFR có thể có được địa chỉ hóa bit hoặc byte.Người thiết kế phải thận trọng khi truy xuất bit và byte Ví dụ lệnh sau : SETB 0E0H  sẽ thiết lập bit 0 trong thanh ghi tích lũy,các bit khác không thay đổi Ta thấy rằng E0H đồng thời là địa chỉ byte của thanh ghi tích lũy và là địa chỉ bit có trọng số nhỏ nhất trong thanh ghi tích lũy Vì lệnh SETB chỉ tác động... lên mức cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy), các thanh ghi trong 8051 được tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Việc kết nối chân RESET đảm bảo hệ thống bắt đầu làm việc khi Vi điều khiển được cấp điện, hoặc đang hoạt động mà hệ thống bị lỗi cần tác động cho Vi điều khiển hoạt động trở lại, hoặc do người sử dụng muốn quay về trạng thái hoạt động ban đầu - Vì vậy chân RESET được kết nối như ... yêu cầu đo khống chế nhiệt độ tự động, có nhiều phương pháp để thực hiện, nghiên cứu khảo vi điều khiển 8051 nhóm thực nhận : ứng dụng vi điều khiển 8051 vào việc đo khống chế nhiệt độ tự động phương... khối mạch đo nhiệt độ Nhiệt độ môi trường MẠCH ĐIỆN Khối hiển thị Khối điều khiển - Ứng dụng vi điều khiển vào thực tế - Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động thiết bị cảm biến (cảm biến nhiệt )và ứng... dụng mạch - Sử dụng vi điều khiển họ 8051 - Đo nhiệt độ cảm biến nhiệt LM35 thông qua thiết kế mạch chuyển đổi ADC0804 - Hiển thị led đo n III.2 Nguyên lý số linh kiện phục vụ cho công việc đo