VĐK AT89s52 và IC chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ADC 08xx để chuyển đổi và xử lý tín hiệu sau đó hiển thị lên LCD
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ LỜI NĨI ĐẦU Nhiệt độ thơng số quan trọng có ảnh hưởng lớn tới môi trường, sống hoạt động sản xuất hàng ngày Ngày với biến đổi ngày xấu khó lường thời tiết việc đo nhiệt độ môi trường trở nên quan trọng Do vấn đề đo nhiệt độ quan tâm để thực hành kiểm tra đồng thời cơng cụ để lập trình đo nhiệt độ thiết bị dân dụng công nghiệp Để đo lường nhiệt độ dùng nhiều loại cảm biến nhiệt khác, loại có ưu điểm riêng phù hợp với nhu cầu riêng Trong phạm vi đề tài đo nhiệt độ môi trường bình thường chúng em sử dụng LM 35 loại cảm biến có độ xác cao, tầm hoạt động tuyến tính từ - 128 độ C, tiêu tán công suất thấp, thông dụng… Trong đồ án môn học chúng em sử dụng VĐK AT89s52 IC chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ADC 08xx để chuyển đổi xử lý tín hiệu sau hiển thị lên LCD Mục đích đề tài hướng đến tạo bước đầu cho sinh viên thử nghiệm ứng dụng thiết bị đo lường thực tiễn để tìm tịi, phát triển nhiều ứng dụng khác sống hàng ngày cần đến SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐỒN ĐỨC VIỆT Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ MỤC LỤC trang Lời nói đầu……………………………………………………………………… Mục Lục………………………………………………………………………… Phần I Giới thiệu tổng quan khối……………………………………… I II III IV V Sơ đồ khối tổng quát……………………………………………… Cảm biến LM35………… ………………………………………… IC chuyển đổi tín hiệu ADC 0804………………………………… VĐK AT89s52…………………………………………………… .10 Khối hiển thị LCD………………………………………………….13 Phần II Thiết kế thi công mạch…………………………………………….18 I II Sơ đồ nguyên lý……………………………………………… ….18 Mạch in…………………………………………………………….19 SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐỒN ĐỨC VIỆT Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ Phần I Giới thiệu tổng quan khối I Sơ đồ khối tổng quát Cảm biến nhiệt LM35 Khối chuyển đổi ADC0804 Vi điều khiển AT89s52 Khối hiển thị LCD SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ Nguyên lý hoạt động: - Cả m biến nhiệt LM35 chuyển nhiệt độ mơi trường thành dạng điện áp, sau đưa qua khối chuyển đổi ADC - ADC 0804 chuyển điện áp sang dạng số sang Vi Điều Khiển AT89s52 - Cuối Vi điều khiển AT89s52 xử lý theo yêu cầu người dùng hiển thị lên LCD II Cảm biến LM35 LM35 họ IC cảm biến nhiệt độ sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựa chất bán dẫn dễ bị tác động thay đổi nhiệt độ, đầu cảm biến điện áp (V) tỉ lệ với nhiệt độ mà đặt mơi trường cần đo Họ LM35 có nhiều loại nhiều kiểu đóng vỏ khác SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ Đặc điểm bật cảm biến Đo nhiệt độ với thang đo nhiệt bách phân (0 C) Độ phân giải : 10mV/10C Khả đo nhiệt độ khoảng: - 55 đến +150 (0 C) Nguồn áp hoạt động : 4V đến 30V Điện áp đầu : +6V đến -1V Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, bền Thường dùng: Đo nhiệt độ khơng khí, dùng thiết bị đo, bảo vệ mạch điện tử III IC chuyển đổi tín hiệu ADC 0804 Giới thiệu chuyển đổi ADC Bộ chuyển đổi ADC chuyển đổi tín hiệu dạng tương tự sang dạng số để làm việc với CPU Ứng dụng chủ yếu mô tả cách thức tối ưu hóa ADC (Analog to DigitalConvertor) phần cứng để khơng làm thay đổi chất làm cho hoạt động tốt Phương pháp phụ thuộc vào nhiễu bên ADC nhiễu bên : trở kháng , nguồn , vịng dây ăngten Tìm hiểu ADC0804 IC ADC0804 chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 hãng National Semiconductor Chip nhiều hãng khác sản xuất IC có điện áp ni +5V độ phân giải bit Ngồi độ phân giải thời gian chuyển đổi tham số quan trọng đánh giá ADC SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK CLK IN không bé 110μs Sơ đồ chân ADC 0804 Chức chân ADC0804: CS (Chip select) Chân số 1, chân chọn Chip, đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kíchhoạt chip ADC0804 Để truy cập ADC0804 chân phải mức thấp SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ RD (Read) Chân số 2, tín hiệu vào, tích cực mức thấp Các chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân giữ ghi RD sử dụngđể có liệu chuyển đổi tới đầu ADC0804 Khi CS = cómột xung cao xuống thấp áp đến chân RD liệu dạng số bit đưatới chân liệu (DB0 – DB7) WR (Write) Chân số 3, chân vào tích cực mức thấp dùng để báo cho ADC biết bắt đầu trình chuyển đổi Nếu CS = WR tạo từ xung cao xuống xung thấp ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin số nhị phân bit Khi việc chuyển đổi hồn tất chân INTR ADC hạ xuống mức thấp CLK IN CLK R CLK IN (chân số 4), chân vào nối tới đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 có tạo xung đồng hồ riêng Để dung đồng hồ riêng chân CLK IN CLK R (chân số 19) nối với tụ điện điện trở (như hình vẽ): SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ Ngắt INTR (Interupt) Chân số 5, chân tích cực mức thấp Bình thường chân trạng thái caovà việc chuyển đổi hồn tất xuống thấp để báo cho CPU biết l dữliệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau INTR xuống thấp, cần đặt CS = gửi xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa liệu Vin (+) Vin (-) Chân số chân số 7, đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin (+)Vin (-) Thông thường Vin (-) nối tới đất Vin (+) dùng làm đầu vào tương tự chuyển đổi dạng số Vcc Chân số 20, chân nguồn nuôi +5V Chân dùng làm điện áp tham chiếu đầu vào Vref/2 để hở SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ Vref/2 Chân số 9, chân điện áp đầu vào dùng làm điện áp tham chiếu Nếu chân hở điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm dải - +5V Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải - +5V Chân Vref/2 dùng để thực điện áp đầu khác - +5V D0 - D7 D0 - D7, chân số 18 – 11, chân liệu số (D7 bit cao MSB D0 bit thấp LSB) Các chân đệm ba trạng thái liệu chuyển đổi truy cập chân CS = chân RD đưa xuống mức thấp SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ IV Vi điều khiển AT89s52 AT89s52 thu ộc họ 8051 có 40 chân cho chức khác vào I/O, đọc RD, ghi WR, địa chỉ, liệu ngắt Sơ đồ chân 89s52 Chức chân 89S52 Cổng P0 Cổng P0 gồm chân (từ chân 32 đến 39) Nó dùng cổng đầu ra, để sử dụng chân cổng P0 làm đầu ra, vừa làm đầu vào chân phải nối tới điện trở kéo bên Điều thực tế cổng P0 máng mở khác với cổng P1, P2, P3 Khái niệm máng mở sử dụng chip MOS chừng mực giống Collector hở chip TTL SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐỒN ĐỨC VIỆT Page 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ Cổng P1 P2 Cổng P1 chiếm tất chân (chân đến chân 8), P2 (chân 21 đến 28), sử dụng đầu vào đầu So với cổng P0 cổng khơng cần điện trở kéo có điển trở kéo bên Cổng P1: Chân T2 T2EX dùng cho timer/ counter Hai chức khảo sát phần Timer Chân SS\, MOSI, MISO, SCK truyền liệu theo chuẫn SPI đồng thời có chức kết nối với mạch nạp chương trình + Cổng P3: Tích hợp chức đặc biệt Xem bảng: SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ Chân /PSEN (Program Store Enable) Là chân điều khiển đọc chương trình nhớ ngồi, phép đọc byte mã lệnh ROM /PSEN mức thấp thời gian đọc mã lệnh Mã lệnh đọc từ nhớ qua bus liệu (port 0) ghi lệnh để giải mã.khi thực chương trìnhROM nội /PSEN mức cao + Chân ALE (Address Latch Enable) ALE tín hiệu điều khiển chốt địa chỉcó tần số 1/6 tần số dao động vi điều khiển.Tín hiệu ALE dùngđể cho phép vi mạch chốt bên 74373, 74573 chốt byte địa thấp rakhỏi bus đa hợp địa chỉ/dữ liệu (Port 0) + Chân /EA(External Access) Tín hiệu cho phép chọn nhớ chương trình nhớ hay vi điều khiển Nếu /EA mức cao (nối với VCC), vi điều khiển thi hành chương trình ROM nội Nếu /EA mức thấp(nối GND)thì vi điều khiển thi hành chương trình nhớ ngồi + XTAL1,XTAL2 AT89S52 có dao động chíp , thường đượcnối với dao động thạch anh có tần số lớn 33MHz, thơng thường là12MHz + V CC , GND AT89S52 dùng nguồn chiều có dải điện áp từ 4V đến 5,5V cấp qua chân 40 20 SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐỒN ĐỨC VIỆT Page 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ V Khối hiển thị LCD + Phân loại LCD Có thể chia module LCD làm hai loại là: Loại hiển thị kí tự gồm có kích cỡ 16x1 (16 ký tự dòng), 16x2,16x4, 20x1, 20x2, 20x4, 40x1, 40x2, 40x4 Mỗi ký tự tạo ma trận điểm sáng kích thước 5x7 5x10 điểm ảnh Loại hi ển thị đồ họa đen trắng màu, gồ m c ó kích cỡ 1,47inch(128x128 điểm ảnh); 1,8 inch(128x160 điểm ảnh) dùng điện thoại di động, máy ảnh số, camera SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ + Sơ đồ chân LCD Chân Vcc, Vss Vee: + Vcc,Vss: Cấp nguồn dương 5v đất tương ứng + Vee: Dùng để điều khiển độ tương phản LCD Chân chọn ghi RS(Resistor Select): Có ghi quan trọng LCD, chân RS dùng để chọn ghi sau: SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ + Nếu RS= ghi mà lệnh chọn phép người dùng gửi lệnh chẳng hạn xóa hình, đưa trỏ đầu dịng… + Nếu RS=1 ghi liệu chọn cho phép người dung gửi liệu cần hiển thị lên LCD Chân đọc /ghi (R/W): Đầu vào đọc/ghi cho phép người dùng: + Ghi thông tin lên LCD R/W = + Đọc thông tin từ LCD R/W = Chân cho phép E ( Enable): Chân cho phép E sử dụng LCD để chốt thông tin hữu chân liệu Khi liệu cấp đến chân liệu xung mức cao xuống thấp phải áp đến chân nàyđể LCD chốt liệu chân liệu Xung phải rộng tối thiểu 450 ns Chân D0-D7: + Đây chân liệu bit, dùng gửi thông tin lên LCD đọc nội dung ghi LCD + Để hiển thị chữ cái, số, gửi mã ASCII chữ từ A đến Z, a đến f số 0-9 đến chân bật RS=1 + Cũng có mã lệnh mà gửi đến LCD để xóa hình đưa trỏ đầu dòng nhấp nháy trỏ SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ Gửi mã lệnh liệu đến LCD có kiểm tra cờ bận Để gửi mã lệnh liệu không kiểm tra cờ bận (Busy Flag), cần đặt độ trễ lớn trình xuất liệu lệnh LCD Tuy nhiên có mộ tcách tốt hiển thị cờ bận trước xuất lệnh liệu tới LCD Sử dụng RS=0 để kiểm tra bit cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhận thơngtin Cờ bận D7 đọc R/W=1 RS=0 sau: SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ + Nếu R/W = 1, RS = D7 = (cờ bận 1) LCD bận cơng việc bên không nhận thông tin + D7 = LCD sẵn sàng nhận thông tin Nên kiểm tra cờ bận trước ghi liệu lên LCD SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ Phần II Thiết kế thi công mạch I Sơ đồ nguyên lý SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ II Mạch in SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 19 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 20 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 21 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT Page 22 ... – KHOA ĐIỆN TỬ Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Đối với ADC0 804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân... KHOA ĐIỆN TỬ RD (Read) Chân số 2, tín hiệu vào, tích cực mức thấp Các chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân giữ ghi RD sử dụngđể có liệu chuyển đổi tới đầu ADC0 804 Khi CS = cómột xung... chuyển đổi ADC Bộ chuyển đổi ADC chuyển đổi tín hiệu dạng tương tự sang dạng số để làm việc với CPU Ứng dụng chủ yếu mô tả cách thức tối ưu hóa ADC (Analog to DigitalConvertor) phần cứng để không