Thiết kế và thi công mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo màu sắc trên băng tải

MỤC LỤCTrangLỜI NÓI ĐẦU7MỞ ĐẦU8CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM.121.1.Giới thiệu về băng tải .121.1.1.Giới thiệu chung.121.1.2.Cấu tạo của băng tải.121.2.Một số băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay.12CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.131.1.LÝ THUYẾT ÁNH SÁNG – SỰ HẤP THỤ VÀ PHẢN XẠ ÁNH SÁNG.131.1.1.Dạng sóng ánh sáng.131.1.2.Tính chất hạt.131.1.3.Sự hấp thụ và phản xạ ánh sáng.141.2.1.Giới thiệu sơ lược về bộ vi điều khiển 8051 (AT89S52).151.2.1.1.Đặc điểm IC vi điều khiển 8051.151.2.1.2.Cấu trúc bên trong IC AT89S52.161.2.1.3.Chức năng của các chân AT89S52.171.2.1.4.Tổ chức bộ nhớ221.2.1.5.Hoạt động của bộ định thời (Timer).281.2.1.6.Hoạt động của ngắt.311.2.2.Giới thiệu về LCD331.2.2.1.giới thiệu LCD.331.2.2.2.Chức năng các chân và mã lệnh LCD hiển thị ký tự.341.2.2.3.Sơ đồ khối351.2.2.4.Mã lệnh của LCD 1604.391.2.2.5.Giao tiếp của LCD với vi điều khiển401.2.2.6.Nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD.411.2.3.Động cơ điện một chiều.421.2.3.1.Cấu tạo chung của động cơ điện một chiều.421.2.3.2.Nguyên lý hoạt động.451.2.4.Relay.481.2.4.1.Cấu tạo491.2.4.2.Nguyên lý hoạt động.501.2.5.IC ổn áp.50CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH.522.1.THIẾT KẾ MÔ HÌNH532.1.1.Sơ đồ khối hệ thống532.1.2.Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in.542.2.TÓM TẮT THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH VDK.622.2.1.Tóm tắt thuật toán.622.2.2.Chương trình chính.64CHƯƠNG 3. BÁO CÁO KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.85TÀI LIỆU THAM KHẢO86WEBSITE THAM KHẢO86DANH MỤC HÌNH ẢNHTrangHình 2.1: Phổ ánh sáng.13Hình 2.2: sơ đồ khối của IC AT89s5216Hình 2.3: sơ đồ chân IC AT89S5218Hình 2.4: Cấu trúc của các chân trên Port 0.19Hình 2.5: Cấu trúc của các chân trên Port 1 và Port3.19Hình 2.6: Cấu trúc các chân trên Port220Hình 2.7: Bộ nhớ dữ liệu trong.23Hình 2.8: Truy cập bộ nhớ chương trình ngoài.26Hình 2.9: Truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài.27Hình 2.10: Hình dạng thực tế của LCD16x433Hình 2.11: Sơ đồ khối LCD.35Hình 2.12: Mối liên hệ giữa địa chỉ DDRAM và vị trí hiển thị của LCD.37Hình 2.13 : cực từ chính của động cơ.43Hình 2.14 : Lõi sắt phần ứng của động cơ44Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ điện một chiều.45Hình 2.16: Cực từ của động cơ một chiều.46Hình 2.17: Chiều từ thông.48Hình 2.18: hình dạng Relay thực tế.49Hình 2.19: cấu tạo của Relay.50Hình 2.20: IC ổn định điện áp.51Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống.53Hình 3.2: khối xử lý trung tâm.55Hình 3.3: khối điều khiển động cơ.57Hình 3.4: Khối cảm biến.58Hình 3.4: khối bàn phím.60Hình 3.5: khối nguồn.61Hình 2.6: Đồ hình trạng thái.64

1.1 Giới thiệu về băng tải 12

1.1.1 Giới thiệu chung 12

1.1.2 Cấu tạo của băng tải 12

1.2 Một số băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay 12

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13

1.1 LÝ THUYẾT ÁNH SÁNG – SỰ HẤP THỤ VÀ PHẢN XẠ ÁNH SÁNG 13

1.1.1 Dạng sóng ánh sáng 13

1.1.2 Tính chất hạt 13

1.1.3 Sự hấp thụ và phản xạ ánh sáng 14

1.2.1 Giới thiệu sơ lược về bộ vi điều khiển 8051 (AT89S52) 15

1.2.1.1 Đặc điểm IC vi điều khiển 8051 15

1.2.1.2 Cấu trúc bên trong IC AT89S52 16

1.2.1.3 Chức năng của các chân AT89S52 17

1.2.1.4 Tổ chức bộ nhớ 22

1.2.1.6 Hoạt động của ngắt 31

1.2.2.5 Giao tiếp của LCD với vi điều khiển 40

1.2.2.6 Nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD 41

1.2.3 Động cơ điện một chiều 42

1.2.3.1 Cấu tạo chung của động cơ điện một chiều 42

2.1.2 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in 54

2.2 TÓM TẮT THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH VDK 62

2.2.1 Tóm tắt thuật toán 62

2.2.2 Chương trình chính 64

CHƯƠNG 3 BÁO CÁO KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

WEBSITE THAM KHẢO 86

DANH MỤC HÌNH ẢNHTrangHình 2.1: Phổ ánh sáng 13

Hình 2.2: sơ đồ khối của IC AT89s52 16

Hình 2.3: sơ đồ chân IC AT89S52 18

Hình 2.4: Cấu trúc của các chân trên Port 0 19

Hình 2.5: Cấu trúc của các chân trên Port 1 và Port3 19

Hình 2.6: Cấu trúc các chân trên Port2 20

Hình 2.7: Bộ nhớ dữ liệu trong 23

Hình 2.8: Truy cập bộ nhớ chương trình ngoài 26

Hình 2.9: Truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài 27

Hình 2.10: Hình dạng thực tế của LCD16x4 33

Hình 2.11: Sơ đồ khối LCD 35

Hình 2.12: Mối liên hệ giữa địa chỉ DDRAM và vị trí hiển thị của LCD 37

Hình 2.13 : cực từ chính của động cơ 43

Hình 2.14 : Lõi sắt phần ứng của động cơ 44

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ điện một chiều 45

Hình 2.16: Cực từ của động cơ một chiều 46

Hình 3.3: khối điều khiển động cơ 57

Hình 3.4: Khối cảm biến 58

Hình 3.4: khối bàn phím 60

Hình 3.5: khối nguồn 61

Hình 2.6: Đồ hình trạng thái 64

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 : Chức năng của các chân trên Port 3 21

Bảng 2.2: Bộ nhớ dữ liệu trên chip của AT89S52 26

Bảng 2.3: Truy xuất timer của AT89S52 30

Bảng 2.4: Thanh ghi TMOD 31

Bảng 2.5: Tóm tắt thanh ghi IE 32

Bảng 2.6: Tóm tắt thanh ghi IP 33

Bảng 2.7: Chức năng các chân LCD 35

Bảng 2.8: Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng 37

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, đất nước ta ngày càng phát triển Công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngàycàng được nâng cao để phát triển đất nước và cải thiện cuộc sống cho người dân Vìvậy việc ứng dụng khoa học kỹ thuật ngày càng rộng rãi, phổ biến và mang lại hiệu quảcao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế,kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội.

Trong các nhà máy,dây truyền sản xuất lớn sản phẩm dồi dào nên cần có nhiềubăng tải để vận chuyển sản phẩm.từ các vật liệu ban đầu,việc di chuyển các vật liệutrong dây truyền sản xuất,đến việc vận chuyển sản phẩm chúng ta đều có thể dùngbăng tải rất hiệu quả.giảm rất nhiều nhân công lao động tăng năng xuất lao động Tuynhiên trong các xí nghiệp vừa và nhỏ,các hợp tác xã hay hộ gia đình vẫn còn sản xuấttheo mô hình thủ công,chủ yếu dựa vào sức người lao động Vì vậy em đã lựa chọn đề

tài“thiết kế và thi công mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo màu sắc trên băngtải” em hy vọng với mô hình đơn giản này có thể áp dụng rộng rãi trong đời sống lao

động nhằm giảm thiểu lao động thủ công nâng cao năng xuất lao động,tăng lợi nhuậnkinh tế.

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của cô giáohướng dẫn th.s Nguyễn Thị Minh Tâm và các thầy cô giáo trong khoa Điện tử TrườngĐHCNHN đã giúp em hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp này.

Dù rất cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài này, nhưng do kiến thức, kinhnghiệm và thời gian còn hạn chế nên không thể tránh được những thiếu xót trong quátrình làm đề tài Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các quý thầy cô và các bạnđể giúp em hiểu sâu về vấn đề hơn và có những kinh nghiệm có ích cho bản thân chocông việc trong tương lai.

Em xin chân thành cảm ơn!!!

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Đình Thể

MỞ ĐẦU

a Đặt vấn đề.

Trong thời đại công nghiệp ngày nay, việc làm của con người ở trong các nhàmáy, các xí nghiệp đang được robot hóa và máy móc hóa nhằm đem đến độ chính xácvà tiết kiệm lâu dài về kinh phí sản xuất cho các chủ đầu tư Vì thế, em xin giới thiệumột mạch đơn giản được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy, các xí nghiệp đó làmạch đếm và phân loại sản phẩm.

Mạch đếm sản phẩm giúp ích rất nhiều cho con người trong việc rút ngắn thờigian sản xuất, tiết kiệm được sức khỏe con người, sử dụng ít nhân công từ đó làm giảmđi hao phí về tài chính cho các công ty.

Mạch đếm sản phẩm của em dưới đây chỉ là một mô hình thu nhỏ và điển hìnhcho các máy đếm sản phẩm trong công nghiệp, nhưng nó hội tụ đủ các tính năng cơbản của một máy đếm sản phẩm trong công nghiệp sản xuất và chế tạo.

b Mục đích yêu cầu phạm vi đề tài.

Trong đồ án này em thực hiện mạch đếm sản phẩm bằng phương pháp đếmxung Như vậy mỗi sản phẩm đi qua trên băng chuyền phải có một thiết bị để nhận biếtsản phẩm,thiết bị này gọi là cảm biến Khi một sản phẩm đi qua cảm biến sẽ nhận vàtạo ra một xung điện đưa về khối xử lí để tăng dần số đếm Tại một thời điểm tức thời,để xác định được số đếm cần phải có bộ phận hiển thị Tuy nhiên mỗi khu vực sản xuấthay mỗi ca sản xuất lại yêu cầu với số đếm khác nhau vì thế phải có sự linh hoạt trongviệc cài đặt số đếm Bộ phận chuyển đổi trực quan nhất là bàn phím Khi cần thay đổisố đếm người sử dụng chỉ cần nhập số đếm ban đầu vào và mạch sẽ tự động đếm.khisản phẩm được đếm bằng với số đếm cài đặt thì mạch sẽ đếm lượt mới với số đếm banđầu Từ đây suy ra mục đích yêu cầu của đề tài:

- Số đếm phải chính xác, và thay đổi việc cài đặt số đếm ban đầu một cách linhhoạt.

- Bộ phận hiển thị rõ ràng

- Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm được sự an toàn, dễ sử dụng.- Giá thành không quá đắt.

Thực hiện đề tài “thiết kế và thi công mô hình hệ thống đếm và phân loại sản

phẩm” là một công việc để người thực hiện đề tài nghiên cứu kỹ khái niệm, nguyên lý

làm việc của hện thống phân loại và đếm sản phẩm tự động cũng như tập lệnh của viđiều khiển để đi đến chế tạo và đưa vào thực tế.

Sản phẩm của đề tài nếu được phát triển rộng, đi sâu hơn thì có thể ứng dụngbào trong thực tế sản xuất quy mô nhỏ cũng như trong sản xuất công nghiệp.

c Hướng giải quyết.

Để làm được mạch này cần thiết kế được hai phần chính là:Bộ phận cảm biến và bộ phận đếm,hiển thị.

- Bộ phận cảm biến:gồm phần phát và phần thu.phần phát dùng led phát sáng cácmàu tương ứng Phần thu dùng photoresistor để thu ánh sáng từ nguồn phát.- Bộ phận đếm và hiển thị: có nhiều phương pháp để thiết kế mạch hiển thị như:

sử dụng IC số, vi xử lý, vi điều khiển.mỗi phương pháp có những ưu và nhượcđiểm riêng.

- Khoảng cách đặt phần phát và phần thu xa nhau cho phép đếm những sảngphẩm lớn.

- Tổn hao công xuất bé, mạch có thể sử dụng pin hoặc acquy.- Khả năng đếm rộng.

 Mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí:

thuật vi xử lí còn có các ưu điểm sau:

- Mạch có thể thay đổi số đếm một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần mềm,mà phần cứng không cần thay đổi.

- Số linh kiện dùng trong mạch ít hơn.

- Mạch có thể lưu lại số liệu của các ca sản xuất.

- Mạch có thể điều khiển được nhiều dây truyền sản xuất cùng một lúc bằng phầnmềm.

- Mạch cũng có thể kết nối giao tiếp được với máy tính thích hợp cho nhữngngười quản lí tại phòng kỹ thuật nắm bắt tình hình sản xuất qua màn hình củamáy vi tính.

 Chính vì những ưu điểm này nên em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹthuật vi điều khiển.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢNPHẨM.

1.1.Giới thiệu về băng tải 1.1.1 Giới thiệu chung.

Hệ thống đếm và phân loại sản phẩm tự động được ứng dụng rất nhiều trong nềncông nghiệp hiện đại Hầu hết các nhà máy sản xuất với quy mô lớn đều sử dụng hệthống này do nó có nhiều lợi ích.

toàn,mà nếu thực hiện bằng lao động của con người thì sẽ vất vả, tốn kém vàthiếu chuẩn xác.

năng an toàn tiên tiến nhằm ngăn ngừa tai nạn.

động hoàn toàn hệ thống được trang bị phù hợp với tùy mục đích sử dụng.

1.1.2 Cấu tạo của băng tải.

Băng tải cấu tạo từ bông vải (CC), nylon (NN), polyester (EP), băng tải góc, băng tảidây đai baffle, vòng đai, (do việc vận chuyển vật liệu khác nhau và góc truyền của cáckích cỡ khác nhau, hình dạng và yêu cầu chiều cao của các mô hình khác nhau thườngđược sử dụng các loài như mô hình băng tải Băng tải hình xương cá, băng tải kiểuhình chữ U, vv, hoặc theo yêu cầu của người sử dụng) Waterstop, PVC băng toàn bộcác chất chống cháy…

1.2.Một số băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

môi trường) Tần số f và bước sóng λ của ánh sáng liên hệ với nhau qua biểu thức λ=v/

f , trong chân không λ=c/f.

Phổ ánh sáng được biểu diễn như hình 1:

Hình 2.1: Phổ ánh sáng.

1.1.2 Tính chất hạt.

Tính chất hạt thể hiện qua sự tương tác của nó với vật chất Ánh sáng bao gồm

WØ=h λ

Với : h = 6,6256.10-24 Js : hằng số Planck

Vậy một điện tử sẽ được giải phóng nếu nó hấp thụ một photon có năng lượng

Bước sóng ngưỡng (bước sóng lớn nhất) của ánh sáng có thể gây nên hiện

Hiện tượng hạt dẫn điện được giải phóng dưới tác dụng của ánh sáng làm thayđổi tính chất điện của vật liệu gọi là hiệu ứng quang điện Đây là nguyên lý cơ bản củacảm biến quang.

Sự phản sạ ánh sáng xảy ra khi sóng ánh sáng chạm phải một bề mặt hoặc mộtranh giới khác không hấp thụ năng lượng bức xạ và làm bật sóng ánh sáng ra khỏi bềmặt đó Khả năng phản xạ (hoặc tán xạ) của các vật mạnh hay yếu phụ thuộc vào bướcsóng ánh sáng.

Màu sắc của đồ vật vừa phụ thuộc vào khả năng hấp thụ và khả năng phản chiếucủa các vật đó, vừa phụ thuộc vào cấu tạo của ánh sáng chiếu vào các đồ vật Vật cómàu trắng không hấp thụ bất kỳ ánh sáng nào mà lại phản chiếu tất cả các ánh sáng cóbước sóng khác nhau Vật màu đen có khả năng hấp thụ tất cả các bước sóng mà không

họ 8051 8052 có tất cả các đặc tính của 8051 ngoài ra còn có thêm 4 kbyteROM, 128 byte RAM và một bộ định thời.

1.2.1.2.Cấu trúc bên trong IC AT89S52.

Hình 2.2: sơ đồ khối của IC AT89s52

Phần chính của vi điều khiển AT89C51 là bộ xử lý trung tâm CPU (centralprocessing unit) bao gồm:

 Đơn vị logic học ALU (Arithermetic logical unit )

Hai bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm.

Các cổng ( Porto, Port1, Port2, Port3 ) sử dụng vào mục đích điều khiển

Trong vi điều khiển AT89S52 có hai thành phần quan trọng khác là bộ nhớ và cácthanh ghi.

Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh.Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong qua trình xử lý Khi CPU làm việc nólàm thay đổi nội dung của các thanh ghi.

1.2.1.3.Chức năng của các chân AT89S52.

a Sơ đồ chân của IC AT89S52.

Hình 2.3: sơ đồ chân IC AT89S52b Các Port của IC AT89S52.

 Port0 (P0.0-P0.7).

Port 0 gồm 8 chân, ngoài chức năng xuất nhập, Port 0 còn là bus đa hợp dữ liệuvà địa chỉ (AD0-AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi AT89S52 giao tiếp vớithíêt bị ngoài có các kiến trúc bus như mạch nhớ, mạch PIO…

Hình 2.4: Cấu trúc của các chân trên Port 0.

Bảng 2.1 : Chức năng của các chân trên Port 3.

P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0

PSEN ( progaram store enable ): PSEN là tín hiệu ra trên chân 29 Nó là tín hiệu

điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE(Ouput Enable ) của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh.

PSEN sẽ ở mức tháp trong thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân của chương trình đượcđọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lênh của AT89S52 sẽ giải mã lệnh.Khi thi hành chương trình trong ROM nội ( AT89S52) sẽ ở mức thụ động (mức cao).

ALE ( Address Latch Enable ): tín hiệu ra ALE tên chân 30 tương hợp với các

thiết bị làm việc với các xử lý 8585, 8088, 8086 dùng ALE một cách tương tự cho làmviệc giải các kênh, các bus địa chỉ và dữ liệu khi port0 được dùng trong chế đọ chuyểnđổi của nó: vừa là bus dữ liệu và là bus thấp của địa chỉ ALE là tín hiệu để chốt địa chỉvào một thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó, các đường port0dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa sau chu kỳ của bộ nhớ.

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ băng 1/16 lần tần số dao động trên chíp và cóthể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống Nếu xung trên AT89S52 là 12MHzthì ALE có tần số 2MHz Chỉ trừ khi thi hành lệnh MOVX, một xung ALE bị mất Chânnày cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong AT89S52.

EA ( External Acces): tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức

cao (+5V) hoặc mức thấp (GND) Nếu ở mức cao, AT89S52 thi hành chương trình từROM nội trong khoảng địa chỉ thấp (4K) Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thihành từ bộ nhớ mở rộng

SRT ( Reset): ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của AT89S52 Khi tín hiệu

này được nối lên mức cao ( trong it nhất 2 chu ki máy ), các thanh ghi trong AT89S52tải các giá trị thich hợp để khởi đọng hệ thống.

Các ngõ vào bộ dao động trên chip: Như đã thấy trong các hinh trên, AT89S52

có một bộ dao động trên chip Nó thường được nối với thạnh anh giữa hai chan 18 và 19.Các tụ giữ cũng cần thiết Tần số thông thường là 12MHz.

Các chân nguồn: AT89S52 vận hành với nguồn đơn +5V, Vcc được nối vào

chân 40 và Vss (GND ) được nối vào chân 20.

1.2.1.4.Tổ chức bộ nhớ

a Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu nội trú.

Tất cả các bộ Flash Microcontrollers của Atmel dều tổ chức các vùng địa chỉ táchbiệt đố với bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu, được mô tả ở hình dưới đây Cácvùng nhớ chương trình và dữ liệu tách biệt cho phép bộ nhớ dữ liệu được truy cập bởiđịa chỉ 8 bit, có thể được lưu trữ với tốc độ cao và được vận hành bởi một bộ CPU 8 bit.Tuy nhiên, địa chỉ bộ nhớ dữ liệu 16 bit cũng có thể được tạo ra thông qua thanh ghi contrỏ dữ liệu (DPTR).

Bộ nhớ chương trình có thể chỉ được đọc Chúng có thể là bộ nhớ chương trình64 Kbyte có khả năng định địa chỉ trực tiếp Để đọc được nội dung từ bộ nhớ chươngtrình ngoài cần xác định trạng thái phù hợp cho chân /PSEN.

Bộ nhớ dữ liệu chiếm một vùng địa chỉ riêng biệt so với bộ nhớ chương trình.64Kbyte bộ nhớ ngoài có thể được định địa chỉ trực tiếp trong vùng bộ nhớ dữ liệungoài, CPU tạo ra tin hiệu đọc và ghi (/RD, /WR) để truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài.

Bộ nhớ chương trinh ngoài và bộ nhớ dữ liệu ngoài có thể được kết hợp bởi cáctin hiệu /RD và /PSEN để đưa vào một cổng AND và sử dụng đầu ra của cổng này đểđọc nội dung từ bộ nhớ dữ liệu/ chương trình ngoài.

Hình 2.7: Bộ nhớ dữ liệu trong.

AT89S52 có bộ nhớ dữ liệu chiếm một khoảng không gian bộ nhớ độc lập với bộnhớ chương trình Dung lương của RAM nội trú ở họ VĐK này là 128 byte, được địnhđịa chỉ từ 00h đến 7Fh.phạm vi địa chỉ từ 80h đến Ffhdanhf cho SFR Tuy nhiên bộ VĐK cũng có thể làm việc với RAM ngoại trú có dung lượng cực đại là 64 Kbyte đượcđịnh địa chỉ từ 0000h đến FFFFh.

- Vùng thứ hai có độ lớn16 byte được định địa chỉ từ 20h đén 2Fh, cho phép truycạp trực tiếp bằng địa chỉ mức bit Bộ V ĐK cung cấp các lệnh có khả năng truycập tới vùng nhớ 128 bit này (nếu truy cập ở dạng mức bit thì vùng này có địa chỉđược định từ 00h đến 7Fh) ở mức bit, ở vùng nhớ này địa chỉ được truy xuất dướidạng byte hay bit tùy vào lệnh cụ thể Chẳng hạn, để đặt bit tại địa chỉ 5Fh cómức logic 1, ta thực hiện lệnh: SETB 5Fh Sau khi thực hiện lệnh này, mặc dầu

5Fh là địa chỉ mức cao nhát trong byte có địa chỉ 2Bh, nhưng nó không làm ảnhhưởng tới các bit khác trong byte này.

Đây là ưu điểm rõ nét của bộ VĐK khi thực hiện việc truy xuất các bit riêng rẽthông qua phần mềm Các bit có thể được đặt, xóa hay thực hiện chức năng AND, OR…chỉ thông qua 1 lệnh Ngoài ra các cổng xuất/ nhập cũng có thể được định địa chỉ dạngbit, điều này làm đơn giản việc giao tiếp bằng phần mềm với các thiết bị xuất/ nhập đơnbit.

Vùng nhớ còn lại gồm 80 byte có địa chỉ từ 30h đến 7Fh được dành riêng chongười sử dụng để lưu trữ dư liệu Đây có thể là vùng RAM đa mục đích Có thể truy cậpvùng nhớ này bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các thanh ghi (R0 hoặc R1)ở dạng mức byte.

Bảng 2.2: Bộ nhớ dữ liệu trên chip của AT89S52

Bank thanh ghi 0 (mặc định cho R7)

R0-b Bộ nhớ chương trình ngoài và bộ nhớ dữ liệu ngoại trú.

 Bộ nhớ chương trình ngoại trú.

Hình 2.8: Truy cập bộ nhớ chương trình ngoài.

Bộ nhớ chương trình ngoài là bộ nhớ chỉ đọc, được cho phép bởi tín hiệu /PSEN.Khi có một EPROM ngoài việc sử dụng, cả P0 và P2 đều không còn là các cổng I/Onữa Khi bộ V ĐK truy cập bộ nhớ chương trình ngoại trú, nó luôn sử dụng kênh địa chỉ16 bit thông qua P0 và P2.

Một chu kì máy của bộ V ĐK có 12 chu kì dao động Nếu bộ dao động trên chíp

có tần số 12MHz, thì một chu kì máy dài 1μss Trong một chu kì máy điển hình, ALE

có hai xung và hai bytecuar lệnh được đọc từ bộ nhớ chương trình (nếu lệnh chỉ có mộtbyte thì byte thứ hai được loại bỏ) Khi truy cập bộ nhớ chương trình ngoại trú bộ VĐKphát ra hai xung chốt địa chỉ trong mỗi chu kì máy Mỗi xung chốt tồn tại trong hai chukì dao động từ P2- S1 đến P1- S2, và từ P2- S4 đến P1- S5.

Để địa chỉ hóa bộ nhớ chương trình ngoại trú, byte thấp của địa chỉ (A0…A7) từbộ đếm chương trình của bộ VĐK được xuất qua cổng P0 tại các trạng thái S2 và S5của chu kì máy, byte cao của địa chỉ (A8 A15) từ bộ đếm chương trình được xuất quacổng P2 trong khoảng thời gian của cả chu kì máy Tiếp theo xung chốt, bộ VĐK phát raxung chọn /PSEN Mỗi chu kì máy của chu kì lệnh gồm hai xung chọn, mỗi xung chọntồn tại trong 3 chu kì dao động từ P1- S3 đến hết P1- S4 và từ P1- S6 đến hết P1- S1 củachu kì máy tiếp theo Trong khoảng thời gian phát xung chọn thì byte mã lệnh được đọctừ bộ nhớ chương trình để nhập và on chip.

Bộ nhớ dữ liệu ngoại trú

Hình 2.9: Truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài.

Bộ nhớ dữ liệu ngoại trú được cho phép bởi các tín hiệu /WR và /RD ở các chânP3.6 và P3.7 VĐK truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài bằng địa chỉ hai byte ( thông qua cổngP0 và P2) hoặc 1 byte ( thông qua cổng P0).

Từ sơ đồ trên ta thấy:

 /EA được nối với +Vcc để cho phép vi điều khiển với bộ nhớ chương trình nội trú

 /RD nối với đường cho phép xuất dữ liệu (/OE_ Output data Enable) của Ram.

 /WR nối với đường cho phép ghi dữ liệu (/WE_Write datab Enable) của Ram.

Nguyên lý truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoại trú được thể hiện bằng các đồ thị thờigian Tuy nhiên, tùy thuộc vào nhiệm vụ đọc dữ liệu từ bộ nhớ hay ghi dư liệu vào bộnhớ mà nguyên lý truy cập bộ nhớ dữ liệu là khác nhau.

- Quá trình đọc dữ liệu ngoại trú, bộ vi điều khiển phát ra một xung chốt địa chỉ(ALE) cho chốt bên ngoài (LATCH) trong mỗi chu kỳ máy, tồn tại trong 2 chu kỳdao động từ P2_S4 đến P1- S5 Để địa chỉ hóa bộ nhớ dữ liệu ngoài, byte thấpcủa địa chỉ từ thanh ghi con trỏ (DPL) hoặc Ri của VĐK được xuất qua cổng P0trong khoảng các trạng thái S5 của chu kì máy trong chu kì lệnh Tiếp theo bytethấp của địa chỉ từ bộ nhớ chương trình (PCL) cũng được xuất qua cổng P0 đuatới bộ đếm chương trình để thực hiện lệnh tiếp theo Byte cao của địa chỉ từ

DPTR (DPH) của VĐK được xuất qua cổng P2 trong khoảng thời gian từ S5 đếnS4 của chu kì máy tiếp theo Sau đó byte cao của địa chỉ từ PC (PCH) cũng đượcxuất qua cổng P2 để đưa đến bộ đếm chương trình Nếu địa chỉ có độ dài 1 bytethì nó được xuất qua cổng P0 từ DPL hoặc Ri Tiếp theo xung chốt, VĐK xuất ratín hiệu điều khiển /RD để cho phép đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài Xung /RD tồntại trong 3 trạng thái của mỗi chu kì máy từ P1- S1 đến P2- S3, và trong khoảngthời gian này dữ liệu từ bộ nhớ ngoài được đọc vào VĐK.

- Quá trình ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài trú:

Tương tự như qua trình đọc dữ liệu, nhưng ở đây chúng ta dùng tin hiệu điều

khiển ghi /WR.

Các thanh ghi chức năng đặc biệt.

Các thanh ghi nội trú của AT89S52 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh Ví dụlệnh “ INC A ” sẽ tăng nội dung thanh ghi tích lũy A lên 1 đơn vị Tác động này đượcngầm định trong mã lệnh.

Các thanh ghi trong AT89S52 được định dạng như một phần của RAM trên chip.Vì vậy mỗi thanh ghi sẽ có một địa chỉ (ngoại trừ thanh ghi trực tiếp, sẽ không có lợi khiđặt chung vào trong RAM trên chip) Đó là lý do để AT89S52 có nhiều thanh ghi Cũngnhư R0 đến R7, có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt ở vùng trên của RAM nội từ địa chỉ80h đến FFh Chú ý rằng hầu hết địa chỉ từ 80h đến FFh không được định nghĩa Chỉ có21 địa chỉ SFR là được định nghĩa.

Ngoài trừ thanh ghi tích lũy A có thể truy xuất ngầm như đã nói, đa số các SFRđược truy xuất dùng địa chỉ trực tiếp Chú ý rằng một vài SFR có thể được địa chỉhoasbit hoặc byte Người thiết kế phải thạn trọng khi truy xuất bit va byte.

1.2.1.5.Hoạt động của bộ định thời (Timer).

a Giới thiệu:

Một định nghĩa đơn giản của timer là một chuỗi các flip – flop chia đôi tần số nốitiếp nhau, chúng nhận tín hiệu vào làm nguồn xung nhịp Ngõ ra của tần số cuối làmnguồn xung nhịp cho flip – flop báo tràn của timer (flip – flop cờ) Giá trị nhịp phân

trong các flip – flop của timer có thể xem như số đếm số xung nhịp từ khi khởi độngtimer Vi dụ timer 16 bit sẽ đếm lên từ 0000h đến FFFFh Cờ báo tràn sẽ lên 1 khi sốđếm tràn từ FFFFh đến 0000h.

AT89S52 có 2 timer 16 bit, mỗi timer có 4 cách làm việc Người ta sử dụng cáctimer để định khoảng thời gian: đếm sự kiện hoặc tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trongAT89S52.

Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở một khoangđều đặn và đặt cờ tràn timer Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương trình để thực hiệnmột tác động như kiểm tra trạng thái của các cửa ngõ vào hoặc gửi các sự kiện ra cácngõ ra Các ứng dụng khác có thể sử dụng viêc tạo xung nhịp đều đặn của timer để đothời gian trôi qua giữa hai sự kiện.

Đếm sự kiện dùng để xác định số lần xảy ra của một sự kiện Một sự kiện là bấtcứ tác động ngoài nào có thể cung cấp một chuyển trạng thái trên một chân củaAT89S52 Các timer cũng có thể cung cấp xung nhịp tốc độ baud cho port nối tiếp trongAT89S52.

Truy xuất timer của AT89S52 dùng 6 thanh ghi chức năng đặc biệt cho trongbảng 2.3:

Bảng 2.3: Truy xuất timer của AT89S52

TH1 Byte cao của timer 1 8Dh

b Thanh ghi chế độ timer (TMOD).

Thanh ghi TMOD chứa hai nhóm 4 bit dùng để đặt chế độ làm việc cho timer 0và timer 1.

Bảng 2.4: Thanh ghi TMOD

INT1 ở mức cao

1= bộ đếm sự kiện

0= bộ định khoảng thời gian

1.2.1.6.Hoạt động của ngắt.

Ngắt là hoạt động ngừng tạm thời một chương trình này để thi hành một chươngtrịnh khác Các ngắt có một vai trò quan trọng trong thiết kế và khả năng thực thi của vi

điều khiển Chúng cho phép hẹ thống đáp ứng không cùng lúc tới một công việc và giảiquyết một công việc đó trong khi một chương trình khác đang thực thi.

Một hệ thống được điều khiển bằng ngắt cho ảo giác là làm nhiều việc đồng thời.dĩ nhiên CPU mỗi lần không thể thực thi một chương trình để thực thi một chương trìnhkhác, rồi quay vê chương trình ban đầu Chương trình giải quyết ngắt được gọi làchương trình phục vụ ngắt.

Tất cả các ngắt sẽ không được đặt sau khi reset hệ thống và cho phép ngắt riêng rẽbởi phần mềm.

 Cho phép và không cho phép ngắt.

Mỗi nguông ngắt được cho phép hoặc không cho phép từng ngắt một qua thanhghi chức năng đặc biệt cố định địa chỉ IE (Intereup Enable): cho phép ngắt ở địa chỉA8h Cũng như các bit cho phép mỗi nguồn ngắt, có một bit cho phép hoặc cấm toàn bộđược xóa để cấm tất cả ngắt hoặc được đặt lên 1 để cho phép tất cả các ngắt.

Bảng 2.5: Tóm tắt thanh ghi IE

Bit Ký hiệu

Địa

chỉ Mô tả (1= cho phep, 0 = cấm)

Địa

chỉ Mô tả (1 = cho phép, 0= cấm)

Các ngắt ưu tiên được xóa sau khi reset hệ thống để đặt tất cả các ngắt ở mức ưutiên thấp hơn.

ISR thực thi và đáp ứng ngắt ISR hoàn tất bằng lệnh RETI Điều này làm lấy lạigiá trị cũ của PC từ ngăn xếp và lấy lại trạng thái ngắt cũ Chương trình lại tiếp tục thi

1.2.2 Giới thiệu về LCD1.2.2.1.giới thiệu LCD.

Là một thiết bị thông dụng dùng để hiển thị thông tin đặc biệt hiển thị các chữcái LCD1604 có 16 cột và 4 hàng Nó có thể hiển thị tối đa 64 ký tự cùng lúc (16 ký tựở mỗi hàng)

0= thanh ghi lệnh1=thanh ghi dữ liệu

1= đọc từ LCD module

 Ghi chú: ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các

chân DBx Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua các chân DBx.

1.2.2.3.Sơ đồ khối

Hình 2.11: Sơ đồ khối LCD.

a Các thanh ghi

Chíp HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng : Thanh ghi lệnh IR (Instructor Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register).

 Thanh ghi IR: Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám

đường bus DB0-DB7 Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng.Người dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR.Nghĩa là, khi ta nạp vào thanh ghi IR một chuỗi 8 bit, chíp HD44780 sẽ tra bảngmã lệnh tại địa chỉ mà IR cung cấp và thực hiện lệnh đó.

VD : Lệnh “hiển thị màn hình” có địa chỉ lệnh là 00001100 (DB7…DB0).

 Thanh ghi DR: Thanh ghi DR dùng để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng RAM

DDRAM hoặc CGRAM (ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu từ 2 vùngRAM này gởi ra cho MPU (ở chế độ đọc) Nghĩa là, khi MPU ghi thông tin vàoDR, mạch nội bên trong chíp sẽ tự động ghi thông tin này vào DDRAMhoặc CGRAM Hoặc khi thông tin về địa chỉ được ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉnày trong vùng RAM nội của HD44780 sẽ được chuyển ra DR để truyền choMPU.

=> Bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữ 2thanh ghi này khi giao tiếp với MPU Bảng 2.8 tóm tắt lại các thiết lập đối vớihai chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp.

Bảng 2.8: Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng.

b Cờ báo bận BF: (Busy flag)

Khi thực hiện các hoạt động bên trong chíp, mạch nội bên trong cần một khoảngthời gian để hoàn tất Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chip như thế, LCD bỏqua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF (thông qua chân DB7 khi có thiết lập

RS=0, R/W=1) lên để báo cho MPU biết nó đang “bận” Dĩ nhiên, khi xong việc, nó sẽđặt cờ BF lại mức 0

c Bộ đếm địa chỉ AC : (Address Counter)

Như trong sơ đồ khối, thanh ghi IR không trực tiếp kết nối với vùng RAM(DDRAM và CGRAM) mà thông qua bộ đếm địa chỉ AC Bộ đếm này lại nối với 2vùng RAM theo kiểu rẽ nhánh Khi một địa chỉ lệnh được nạp vào thanh ghi IR, thôngtin được nối trực tiếp cho 2 vùng RAM nhưng việc chọn lựa vùng RAM tương tác đãđược bao hàm trong mã lệnh

Sau khi ghi vào (đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) 1 đơn vịvà nội dung của AC được xuất ra cho MPU thông qua DB0-DB6 khi có thiết lập RS=0và R/W=1.

d Vùng RAM hiển thị DDRAM : (Display Data RAM)

Đây là vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa là ứng với một địa chỉ của RAM làmột ô kí tự trên màn hình và khi bạn ghi vào vùng RAM này một mã 8 bit, LCD sẽhiển thị tại vị trí tương ứng trên màn hình một kí tự có mã 8 bit.

Hình 2.12: Mối liên hệ giữa địa chỉ DDRAM và vị trí hiển thị của LCD.

Vùng RAM này có 80x8 bit nhớ, nghĩa là chứa được 80 kí tự mã 8 bit Nhữngvùng RAM còn lại không dùng cho hiển thị có thể dùng như vùng RAM đa mục đích

 Lưu ý: Để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa chỉ cho AC theo mã

HEX

e Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM

Vùng ROM này dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/kí tự,và định địa chỉ bằng 8 bit Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu kí tự 5x8 và 32 mẫu kí tự kiểu5x10 (tổng cộng là 240 thay vì 2^8 = 256 mẫu kí tự) Người dùng không thể thay đổivùng ROM này.

Bảng 2.9: Bảng ký tự CGROM

1.2.2.4.Mã lệnh của LCD 1604.

Bảng 2.10: mã lệnh của LCD 1604.

Xóa màn hình đưacon trỏ về vị trí đầu

(address 0)

con trỏvề vị trí

trí đầu (address 0)

lập chếđộ

Thiết lập hướngdịch con trỏ (I/D),

dịch hiển thị (S).

Bật/tắt hiển thị,con trỏ;bật/tắt chế

độ nhấp nháy củacon trỏ.

con trỏ/hiển thị

Thiết lập chiềudịch chuyển củacon trỏ và hiển thị

Thiết lập độ dàicủa dữ liệu, sốdòng và font chữ

0 µsThiết

lập địachỉCGRA

lập địachỉDDRA

40µs

Đọc cờbáo bận

và địachỉCGRAM/DDR

Đọc cờ báo bận vàđịa chỉCGRAM/DDRAM(tùy thuộc vào lệnh

trước đó).Ghi

Đọc dữ liệu từCGRAM hoặc

1.2.2.5.Giao tiếp của LCD với vi điều khiển

LCD sẽ bị hỏng nghiêm trọng, hoặc hoạt động sai lệch nếu bạn vi phạm khoảngđặc tính trong bảng 2.10.

Bảng 2.11: Maximun rating

Đặctính điện làm việc điển hình: (Đo trong điều kiện hoạt động Vcc = 4.5V đến 5.5V, T =

Bảng 2.12: Miền làm việc bình thường.

Chân cấp nguồn Vcc-GND 2.7V đến 5.5V

Dòng điện ngõ vào (input leakage

1.2.2.6.Nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD.

 Một chương trình hiển thị ký tự lên LCD sẽ đi theo 4 bước sau: