ĐỀ BÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 LED 7 thanh để hiển thị số đo và cảnh báo tần số lưới điện công nghiệp, khoảng đo 4555Hz. Hệ thống gồm có : + 01 Vi điều khiển 89C51RD2. + Ghép nối 04 LED bảy thanh. + Ghép nối mạch chuẩn hóa đo tần số. + Ghép nối 2 đèn LED cảnh báo ngưỡng thấp , ngưỡng cao. + Hai nút ấn RUN, STOP. Hoạt động: Khi ấn RUN ,hệ thống thực hiện đo tần số; còn khi ấn, STOP hệ thống lưu lại giá trị đo cuối cùng.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
ĐỒ ÁN
MÔN: VI XỬ LÝ VÀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN
ĐỀ TÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối với LED 7 thanh để hiển thị số
đo tần số lưới điện công nghiệp với khoảng đo (45 – 55) Hz.
ĐỀ BÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 LED 7 thanh để hiển thị
số đo và cảnh báo tần số lưới điện công nghiệp, khoảng đo [45-55]Hz Hệ thốnggồm có :
+ 01 Vi điều khiển 89C51RD2
+ Ghép nối 04 LED bảy thanh
+ Ghép nối mạch chuẩn hóa đo tần số
+ Ghép nối 2 đèn LED cảnh báo ngưỡng thấp , ngưỡng cao
+ Hai nút ấn RUN, STOP
Hoạt động: Khi ấn RUN ,hệ thống thực hiện đo tần số; còn khi ấn, STOP hệ
thống lưu lại giá trị đo cuối cùng
Trang 22.1.sơ đồ khối, nguyên lý
2.2.xây dựng thuật toán
2.3.viết chương trình
Chương 3 : kết luận
3.1.về cơ sở lý thuyết
3.2.về thực nghiệm
Trang 3Chương I: Cơ sở lý thuyết 1.1.mục đích và yêu cầu
Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 LED 7 thanh để hiển thị số đo vàcảnh báo tần số lưới điện công nghiệp, khoảng đo [45-55]Hz Hệ thống gồm có :+ 01 Vi điều khiển 89C51RD2
+ Cổng truyền thông
+ Ghép nối 04 LED bảy thanh
+ Ghép nối mạch chuẩn hóa đo tần số
+ Ghép nối 2 đèn LED cảnh báo ngưỡng thấp , ngưỡng cao
+ Hai nút ấn RUN, STOP
Hoạt động: Khi ấn RUN ,hệ thống thực hiện đo tần số; còn khi ấn, STOP hệ
thống lưu lại giá trị đo cuối cùng
1.2 Khái quát về họ Vi điều khiển 8051
AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chấtlượng cao, công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasableread only memory)
Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:
- 4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có khả năng ghi xóa tới
1000 chu kỳ
- Tần số hoat động từ 0 Hz đến 24 MHz
- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình
Trang 4- 2 bộ Timer/Counter 16 bit
- 128 Byte RAM nội
- 4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit
- Giao tiếp nối tiếp
- 64 KB vùng nhớ mã ngoài
- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài
- Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)
- 210 vị trí nhớ có thể định vị bit
Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51
Sơ đồ khối của AT89C51
OTHER REGISTER 128 byte RAM
128 byte RAM
0K:
8031\8032 4K:8951 8K:8052
Trang 5Sơ đồ chân của AT89C51
Chức năng các chân của AT89C51
+ Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập ra,
port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này sẽ được
sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus
Port 0
Trang 6+ Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit
và byte Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩnISP, 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2
Port 1
+ Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép Là
đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộnhớ mở rộng
Port 2
Trang 7+ Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức
năng xuất nhập ra còn có một số chức năng đặc biệt sau:
Bit Tên Chức năng chuyển đổi
P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp
P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp
P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0
P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1
P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0
P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1
P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
Port 3
+ RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta
phải đưa mức 1 (5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy (tươngđương 2µs đối với thạch anh 12MHz
+ XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thường
được nối với một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thônthường là 12MHz
+ EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc
mức thấp (GND) Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từROM nội Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng
Trang 8+ ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một
thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó các đường port 0dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ
+ PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ
nhớ chương trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (OutputEnable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh PSEN sẽ ở mứcthấp trong thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từEPROM qua Bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển để giải
mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ động(mức cao)
+ Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V –
5.5V được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND)
1.3 Các linh kiện được sử dụng
1.3.1 led 7 thanh
Tổng quan
Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình
và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bênphải của led 7 đoạn
8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) được nốichung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện
8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa rangoài để kết nối với mạch điện Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung, đầuchung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái
Trang 9sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0.Nếu led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối xuốngGround (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt củacác led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.
Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảmbảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led Nếu kết nối
tín hiệu điều khiển
Sơ đồ vị trí các led
Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòngđiện qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5V
Trang 10Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b.Tương tự với các chân và các led còn lại.
Kết nối với Vi điều khiển
Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của led 7 đoạn có 8 đường, vì vậy có thểdùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khiển led 7 đoạn Như vậy led 7đoạn nhận một dữ liệu 8 bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắtcủa từng led led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra điều khiển led 7 đoạn thườngđược gọi là "mã hiển thị led 7 đoạn" Có hai kiểu mã hiển thị led 7 đoạn: mãdành cho led 7 đoạn có Anode(cực +) chung và mã dành cho led 7 đoạn cóCathode(cực -) chung Chẳng hạn, để hiện thị số 1 cần làm cho các led ở vị trí b
và c sáng, nếu sử dụng led 7 đoạn có Anode chung thì phải đặt vào hai chân b và
c điện áp là 0V(mức 0) các chân còn lại được đặt điện áp là 5V(mức 1), nếu sửdụng led 7 đoạn có Cathode chung thì điện áp(hay mức logic) hoàn toàn ngượclại, tức là phải đặt vào chân b và c điện áp là 5V(mức 1)
Bảng mã hiển thị led 7 đoạn:
Phần cứng được kết nối với 1 Port bất kì của Vi điều khiển, để thuận tiệncho việc xử lí về sau phần cứng nên được kết nối như sau: Px.0 nối với chân a,Px.1 nối với chân b, lần lượt theo thứ tự cho đến Px.7 nối với chân h
Dữ liệu xuất có dạng nhị phân như sau : hgfedcba
Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn có Anode chung (các led đơn sáng ở mức 0):
Số hiển thị trên led
Trang 121.3.2 Tụ điện.
Tụ điện là một linh kiện thụ động cấu tạo của tụ điện là hai bản cực bằngkim loại ghép cách nhau một khoảng d ở giữa hai bản tụ là dung dịch hay chấtđiện môi cách điện có điện dung C Đặc điểm của tụ là cho dòng điện xoaychiều đi qua, ngăn cản dòng điện một chiều
Hình 1.12: Tụ điện
Khi tụ nạp điện thì tụ sẽ bắt đầu nạp điện từ điện
áp là 0V tăng dần đến điện áp UDC theo hàm số mũđối với thời gian t Điện áp tức thời trên hai đầu tụcủa tụ được tính theo công thức:
Uc (t) = UDC(1-e-t/)
Khi tụ xả điện thì điện áp trên tụ từ trị số VDC sẽ giảm dần đến 0V theo hàm
số mũ đối với thời gian t Điện áp trên hai đầu tụ khi xả được tình theo côngthức:
Trang 13Trong điện-điện tử, opto còn gọi là bộ cách ly quang
(opto-isolator), là một linh kiện dùng để truyền tín hiệu điện bằng cách chuyển tín hiệu sang ánh sáng và sau đó mới truyền đi Mục đích là để tạo ra sựcách ly về điện giữa đầu vào và đầu ra Cấu tạo của opto gồm một LED
Trang 14phát và một LED thu là photo diot hay photo transitor, cả hai được tích hợp nằm bên trong một vỏ bọc kín.
Opto rất hay được sử dụng trong các hệ thống điện-điện tử công suất lớn, dùng để ngăn các xung điện áp cao hay các phần mạch điện công suất lớn có thể làm hư hỏng các ngõ điều khiển công suất nhỏ trênmột bo mạch (như các các ngõ ra của Vi Xử Lý)
Sơ đồ nguyên lý của một opto như sau:
Trang 151.3.5.IC MAX232
Max232 là IC chuyên dùng cho giao tiếp giữa RS232 và thiết bị ngoại vi.Max232 là IC của hãng Maxim Đây là IC chay ổn định và được sử dụng phổbiến trong các mạch giao tiếp chuẩn RS232 Giá thành của Max232 phù hợp(12K hay 10K) và tích hợp trong đó hai kênh truyền cho chuẩn RS232 Dòngtín hiệu được thiết kế cho chuẩn RS232 Mỗi đầu truyền ra và cổng nhận tínhiệu đều được bảo vệ chống lại sự phóng tĩnh điện ( hình như là 15KV) Ngoài
ra Max232 còn được thiết kế với nguồn +5V cung cấp nguồn công suất nhỏ
Trang 16Chương 2 Xây dựng hệ thống 2.1 Sơ đồ khối và mạch nguyên lý
a.sơ đồ khối , nguyên lý
Trang 172.2 Xây dựng thuật toán
Chương trình chính
TO
Chương trình ngắt Timer0
Trang 18RET
Trang 19Chương trình tính Tần số
RET
FL= (FREQ_H,FREQ_L)*100/T_lm (Lấy 2 số sau dấu ‘,’) FH= (FREQ_H,FREQ_L)/T_lm
Trang 20P2.2=1 P0 = maled (a) Delay ( ) P2.2=0
P2.3 =1 P0 = maled (b) Delay ( ) P2.3 =0
P2.1= 1 P0= maled(b) Delay( ) P2.1 =0
P2.0=1 P0=maled(a) Delay( ) P2.0=0
RET FL/10
FH/10 Chương trình hiển thị
Trang 22; -chuong trinh phuc vu
shf equ 34h ;chon led de quet
thp2 equ 50h ;hang chuc cua tan so
thp1 equ 51h ;hang don vi cua tan so
dv equ 52h ;chu so sau dau ',' thu nhat
ch equ 53h ;chu so sau dau ',' thu hai
digit equ 54h
T_up equ 36h
T_lm equ 37h ;100*10 ms lay mau mot lan
Trang 23ZOV equ 00h
ON equ P1.4
OFF equ P1.5
CB_Cao equ P1.6 ;LED bao vuot nguong cao
CB_Thap equ P1.7 ;LED bao vuot nguong thap
; -chuong trinh
clr EA ;cam tat ca cac ngat
mov digit,#0f7h ;bat led thp2 dau tien
mov F_Max,#55 ;dat can tren canh bao
mov F_Min,#45 ;dat can duoi canh bao
mov shf,#thp2 ;byte de dieu khien hien thi cac led 7 thanhmov TMOD,#11h ;khoi tao timer0,timer1 o che do 16 bitmov TH0,#HIGH(-10000)
mov TL0,#LOW(-10000) ;khoi tao ngat 10ms de tinh toan va hienthi
mov TH1,#00h
mov TL1,#00h
Trang 24setb IT0 ;thiet lap ngat ngoai theo suon xuong
setb PX0 ;cho piority cua INT0 cao nhat
setb ET0 ;cho phep ngat ngoai Timer1
setb TF0 ;dung co bao ngat
Trang 25; -cac lenh trong chuong trinh ngat nhu lenh nhay toi chuong trinh phuc
vu ngat, cac lenh xoa bo dem
Trang 26; -tinh chu so hang chuc cua tan so va luu vao byte
ch -; -tinh chu so hang don vi cua tan
so -; -tinh chu so sau dau phay thu nhat va thu
Trang 29; -; -hien thi tan
Trang 30end
Trang 32Chương 3: Kết luận 3.1.về cơ sở lý thuyết
Sau khi thực hiện đồ án chúng em rút ra được những ưu,nhược điểm của mạchnhư sau:
3.1.1.Ưu điểm
Mạch có cấu tạo gồm những thành phần gồm những linh kiện đơn giản,rẻtiền
Khả năng đáp ứng nhanh với sự thay đổi của đối tượng cần đo
Mạch hiển thị LED 7 đoạn nên dễ dàng cho người sử dụng theo dõi tần số
Mạch chưa có chức năng bảo vệ ngắn mạch
Chưa có các khối nguồn tạo điện áp ra cho IC rõ ràng
Độ tin cậy của mạch chưa được cao do hạn chế về kinh nghiệm cũng nhưgiới hạn về trình độ chuyên môn còn yếu
Trang 333.2.Thực nghiệm
Khi tần số điện áp lưới ở dưới khoảng 45 :55 Hz đèn đỏ cảnh báo ở mức thấp
Trang 34Khi điện áp lưới ở mức 45→55 Hz đèn không nháy.mạch chạy ổn định
Trang 35Khi tần số lưới điện ở cao hơn mức 45: 55 Hz đèn xanh cảnh báo mức cao sang