Thiết kế bộ đo vận tốc của vật chuyển động tịnh tiến sử dụng cổng nối tiếp
Bộ Công Thương Trường:Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa:Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ BỘ ĐO VẬN TỐC CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN SỬ DỤNG CỔNG NỐI TIẾP GVHD: VŨ THỊ THU HƯƠNG Nhóm Nhận xét giáo viên hướng dẫn Lời Nói Đầu Ngày nay, vi điều khiển thâm nhập vào lĩnh vực vủa đời sống từ dân sự, quân đến an ninh quốc phịng, có mặt hầu hết ứng dụng hàng ngày từ thiết bị nhỏ điện thoại di động, máy nhắn tin, trò chơi điện tử, thiết bị gia dụng (máy giặt, điều hòa, tủ lạnh….) đến thiết bị lớn ôtô, tàu thủy, xe lửa, máy bay, hệ thống mạng điện thoại, điều khiển tự động nhà máy, điều chỉnh nhà máy điện hạt nhân, hệ thống điều khiển ánh sáng… Với loạt ứng dụng thú vị trên, chúng em xin giới thiệu ứng dụng nhỏ dùng vi điều khiển 8051 (cụ thể vi điều khiển AT89S52) để thiết kế đo vận tốc vật chuyển động tịnh tiến sử dụng cổng nối tiếp Do thời gian trình độ cịn hạn chế, cịn thiếu kinh nghiệm thực tế nên khơng tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để chúng em hồn thiện thiết kế Xin chân thành cảm ơn ! PHẦN I,CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN 8051 I-Giới thiệu tổng quan họ 8051 (AT 89S52) Họ vi điều khiển 8051 (còn gọi C51) họ vi điều khiển thông dụng Đây vi điều khiển bít sản xuất theo cơng nghệ CMOS Một số loại vi điều khiển thuộc họ 8051 thông dụng nhất: AT89C2051, AT89C4051, AT89C51, AT89S52… Trong AT89S52 vi điều khiển thơng dụng giá rẻ có nhiều chức đặc biệt có tích hợp sẵn nạp chíp Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm khối chức sau đây: CPU (Central Processing Unit) bao gồm: - Thanh ghi tích luỹ A - Thanh ghi tích luỹ phụ B, dùng cho phép nhân phép chia - Đơn vị logic học (ALU: Arithmetic Logical Unit) - Thanh ghi từ trạng thái chương trình (PSW: Progam Status Word) - Bốn băng ghi - Con trỏ ngăn xếp Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ ROM) gồm 8Kb Flash Bộ nhớ liệu (Bộ nhớ RAM) gồm 256 bytes Bộ UART (Universal Ansynchronous Receiver and Tranmitter) làm chức truyền nhận nối tiếp, nhờ khối AT89S52 giao tiếp với máy tính qua cổng COM Timer /Counter 16 bít thực chức định thời đếm kiện WDM (Watch Dog Timer) dùng để phục hồi lại hoạt động CPU bị treo nguyên nhân WDM AT89S52 gồm Timer 14 bít, Timer bít, ghi WDTPRG (WDT programable) điều khiển Timer bit ghi chức WDTRST (WDM register) Bình thường WDT không hoạt động (bị cấm), phép WDT, giá trị 1EH E1H cần phải ghi liên tiếp vào ghi WDTRST Timer 14 bit WDT đếm tăng dần sau chu kỳ đồng hồ giá trị 16383 xảy tràn Khi xảy tràn, chân RTS đặt mức cao thời gian 96.Tosc (Tossc=1/Fosc) AT89S52 reset Khi WDT hoạt động, ngoại trừ reset phần cứng reset WDT tràn khơng có cách cấm WDT, sử dụng WDT đoạn mã chương trình phải đặt khe thời gian từ lần WDT khởi tạo lại II- Sơ đồ chân chức Port (P0.0-P0.7 hay từ chân 32 đến chân 39): Gồm chân, chức xuất nhập ra, Port Bus đa hợp liệu địa (AD0-AD7), chức sử dụng AT89S52 giao tiếp với thiết bị có kiến trúc Bus Hình 1: Cấu trúc chân Port Port (P1.0-P1,7 hay từ chân đến chân 8) : Có chức xuất nhập theo bit byte Ngoài ra, chân P1.5, P1.6, P1.7 dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, chân P1.0 P1.1 dùng cho Timer Hình 2: Cấu trúc chân Port Port 3 Port (P2.0- P2.7 hay từ chân 21 đến chân 28): Là Port có cơng dụng kép: đường xuất nhập byte cao bus địa thiết kế dùng nhớ mở rộng Hình 3: Cấu trúc chân Port Port (P3.0- P3.7 hay từ chân 10 đến chân 17): Mỗi chân Port ngồi chức xuất nhập cịn có chức riêng: Bit P3.0 P3.1 Tên RXD TXD Chức Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 INT0 INT1 T0 T1 WR P3.7 RD Ngắt bên Ngắt bên Ngõ vào Timer/Counter Ngõ vào Timer/Counter Xung ghi nhớ liệu bên Xung đọc nhớ liệu bên RST (Reset- chân 9): Mức tích cực chân mức 1, để reset ta phải đưa mức 1(5V) đến chân với thời gian tối thiểu chu kỳ máy( tương đương 2µs thạch anh 12MHz XTAL1, XTAL2: AT89S52 có dao động chip, thường nối với dao động thạch anh có tần số lớn 33MHz, thông thường 12MHz EA (External Access): EA thường mắc lên mức cao (+5V) mức thấp (GND) Nếu mức cao, vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội Nếu mức thấp, chương trình thi hành từ nhớ mở rộng ALE (Address Latch Enable): ALE tín hiệu để chốt địa vào ghi bên nửa đầu chu kỳ nhớ Sau đường port dùng để xuất nhập liệu nửa chu kỳ sau nhớ PSEN (Program Store Enable): PSEN điều khiển phép nhớ chương trình mở rộng trường nối đến chân /OE (Output Enable) EPROM phép đọc bytes mã lệnh PSEN mức thấp thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân chương trình đọc từ EPROM qua Bus chốt vào ghi lệnh vi điều khiển để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình ROM nội, PSEN mức thụ động (mức cao) 10 Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn chiều có dải điện áp từ 4V-5.5V cấp qua chân 40 (Vcc) chân 20 (GND) II,CẤU TRÚC IC MAX 232 Bộ vi điều khiển AT89s52 có khả giao tiếp với thiết bị ngồi qua cổng nối tiếp Vấn đề trở ngại giao tiếp với máy tính mức logic vi điều khiển cổng COM khác cụ thể sau: Đối tượng Mức logic Cổng COM (Mức RS232) Mức điện áp tương ứng -12 V đến -3V +3V đến +12V Vi Điều khiển (Mức TTL) +5V 0V Khắc phục vấn đề này, người ta sử dụng vi mạch MAX 232 để chuyển đổi mức điện áp chuẩn Vi mạch có chứa hai chuyển đổi mức logic từ TTL sang RS232 ngược lại Hình mạch giao tiếp vi điều khiển với máy tính qua cổng RS232C sử dụng vi mạch đổi mức MAX232 Hình 6: Truyền thông qua cổng nối tiếp Như thực chất việc truyền thông qua cổng nối tiếp thực chất việc truyền mã ASCII ký tự.Để gửi cho máy tính kí tự từ ‘0’ đến ‘9’ ta phải truyền mã ASCII chúng từ 0x30 đến 0x39 Để kiểm tra xem máy tính có nhận kí tự mà vi điều khiển truyền tới chưa, ta phải cho máy tính thi hành Chương trình nhận số liệu qua cổng nối tiếp chương trình viết ngơn ngữ lập trình Basic, Pascal, C, C++ Trong Windows có cung cấp sẵn cho công cụ truyền tin qua cổng nối tiếp Hyper Terminal PHẦN II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Dựa nguyên tắc xác định vân tốc chuyển động.ta thực việc xác định vận tốc mơ hình co xư dụng led thu phát hồng ngoại đưa tín hiệu vào môt vi điều khiển 89s52 xử lý đưa kết cổng nối tiếp Để đo vận tốc vật chuyển động tịnh tiến ta thưc hiên theo thiết kế sau: Dùng hai led thu hồng ngoại hai led phát hồng ngoại Khi led thu nhận đươc tia hồng ngoại led phát điện trở hai cực led nhỏ Điện áp đặt vào chân IT0 nhỏ ~o tức điện áp mưc thấp Khi có vật chạy qua led thu led phát hồng ngoại cản trở tia hồng ngoại đến led thu ,điện trở hai cực led thu tăng lên lớn điện áp chân IT0 (IT1) lớn ~ Vcc tức điện áp chân cao ,xuất thay đổi điện áp sườn.Lúc có tín hiệu 10 vào IC Chương trình nap sẵn IC thực tính tốn đưa kết cổng nối tiếp PHẦN III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG I,SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 11 II,CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 1,PHẦN VISUA BASIC Private Sub Command1_Click() End 12 End Sub Private Sub Form_Load() MSComm1.CommPort = MSComm1.Settings = "9600,n,8,1" Me.MSComm1.RThreshold = MSComm1.InputLen = MSComm1.PortOpen = True End Sub Private Sub MSComm1_OnComm() If Me.MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then Label3.Caption = Asc(MSComm1.Input) End If End Sub 2,CODE C #include unsigned char v ; sbit x = P3^2; sbit y = P3^3; unsigned int s ; void delay(unsigned int time) { while (time ) { TH0 = -1000/256; TL0 = -1000%256; TR0 = 1; while (!TF0); TR0 = 0; TF0 = 0; } } void send(unsigned char a) { SBUF=a; while(TI==0){} TI=0 } 13 void main(void) { TMOD=0x21; TH1=TL1=-3; SCON=0x50; TR1=1; while(1) { while(x==0) { } while(y==0) { delay(1); s++; } v= 20/s ; send(v); } } PHẦN IV KẾT LUẬN - Ưu điểm : Với mơ hình đo đươc vận tốc vật chuyển động xác đưa kết nhanh chóng mà khơng cần qua tính tốn khác 14 - Nhược điểm : mơ hình đo vận tơc chuyển động vật có kich thước nhỏ chuyển động khơng q nhanh.Chưa có tính ứng dụng cao vào thực tế - Hướng phát triển đề tài : Với đề tài phát triển thành nhiều ứng dụng thực tế Với việc xác định vận tốc chuyển động thông qua hệ thống tự đông cần thiết.Mô hình phát triển đươc áp dụng nhiều thưc tế ta xác định cách xác tốc độ mơt chun đơng ma chẳng hạn ta khơng thể đến gần nó…và ứng dụng giao thông để xác định vận tốc phương tiên tham gia giao thông… Chúng em xin chân thành cảm ơn cô Vũ Thị Thu Hương trực tiếp hướng dẫn chúng em trình thực đề tài Tài liệu tham khảo 1.Vi điều khiển cấu trúc lập trình ứng dụng (Kiều Xuân Thực – Vũ Thị Thu Hương – Vũ Trung Kiên) 2.Giáo trình đo lường điều khiển máy tính(Vũ Thị Thu Hương) Họ vi điều khiển 8051 (Tống Văn On – Hoàng Đức Hải) Internet: dientuvietnam.net 15 diendandientu.com dientuvienthong.net 16 ... vân tốc chuyển động. ta thực việc xác định vận tốc mơ hình co xư dụng led thu phát hồng ngoại đưa tín hiệu vào mơt vi điều khiển 89s52 xử lý đưa kết cổng nối tiếp Để đo vận tốc vật chuyển động tịnh. .. dụng nhỏ dùng vi điều khiển 8051 (cụ thể vi điều khiển AT89S52) để thiết kế đo vận tốc vật chuyển động tịnh tiến sử dụng cổng nối tiếp Do thời gian trình độ hạn chế, thiếu kinh nghiệm thực tế nên... } } PHẦN IV KẾT LUẬN - Ưu điểm : Với mơ hình đo đươc vận tốc vật chuyển động xác đưa kết nhanh chóng mà khơng cần qua tính tốn khác 14 - Nhược điểm : mơ hình đo vận tơc chuyển động vật có kich