Mạch mở rộng chân Ic 8051, Khối trung tâm 8051, Khối hiển thi LCD và giao tiếp máy tính, Khối ổn áp cho IC 8051

Nội dung báo cáo bao gồm: Mạch mở rộng chân Ic 8051, Khối trung tâm 8051, Khối hiển thi LCD và giao tiếp máy tính, Khối ổn áp cho IC 8051. Mỗi mạch đều có giải thích rõ ràng, nguyên lý hoạt động từng linh kiện cũng như toàn mạch. Đo, Kiểm tra hoạt động của từng linh kiện trong mạch cũng như hoạt động của toàn mạch.

1 Khối trung tâm IC 8051.

+Khối trung tâm: gồm IC trung tâm 8051 có nhiệm vụ tiếp nhân dữ liệu từ các

khối như cảm biến, bàn phím… và sau đó xử lý rồi đưa các tín hiệu điều khiển các thiết bị như quạt, đèn, máy phun sương… Các tín hiệu xuất ra ở các cổng của IC với mức điện áp phụ thuộc vào nội dung mà IC được lập trình hoạt động ở tần số thạch anh(12MHz) Sơ đồ chân của IC họ 8051:

74HC245.

+ Khối mở rộng chân IC: Do số lượng I/O của IC có hạn nên để đáp ứng nhu cầu sử

dụng, điều khiển, nhập dữ liệu với số lượng cổng nhiều, nên ta sẽ mở rộng các I/O của

IC bằng IC mở rộng chân 74HC245 Với nguyên lý làm việc như sau: khi 74HC245 được cấp nguồn thì 74HC245 đã hoạt động Nhưng để dữ liệu được truyền thì chân số

19 của 74HC245(CE) phải được set ở mức 0 và sau đó dữ liệu sẽ được truyền theo chiều từ A đến B hoặc ngược lại từ B đến A sẽ do mức điện áp của chân số 1 (DIR= direction) quyết định

+ DIR =1 : dữ liệu đi từ A đến B

+ DIR =0 : dữ liệu đi từ B đến A

Sơ đồ chân của 74HC245:

3 .Bàn phím.

+ Bàn phím: có nhiệm vụ nhập dữ liệu nhiệt

độ khống chế và độ ẩm khống chế Khi một nút bất

kỳ được nhấn quá một thời gian t >10ms thì giá trị

hàng và cột được quét sẽ được nhập và dữ liệu này

sẽ được đưa đến IC Dữ liệu nhập từ bàn phím sẽ

được IC xử lý…Sơ đồ chân:

4 .Khối hiển thị LCD

+ Khối hiển thị LCD: Có nhiệm vụ hiển thị nhiệt độ và độ ẩm hiện thời và

nhiệt độ, độ ẩm khống chế Khi được cấp nguồn và thiết lập sơ đồ chân giap tiếp theo kiểu 4bit(hoặc có thể là 8bit) dữ liệu từ IC sẽ được gửi đến LCD để hiển thị, trong đó các bit điều khiển là RS, RW, E và các bit dữ liệu là DB4, DB5, DB6, DB7 Sơ đồ kết nối:

5 .Khối nguồn ổn áp 5V cho IC 8051.

+ Khối nguồn ổn áp IC 7805: với giải áp đặt vào input của mạch là từ 5- 18V

cho qua IC 7805 sẽ được áp ra 5V, sau đó qua các tụ lọc, áp ở ngõ ra sẽ được cấp cho

IC Sơ đồ mạch:

- Đo đạc kiểm tra linh kiện rời:

o Tụ : dùng đồng hồ kim để thang đo trờ đặt vào 2 đầu tụ, nếu kim vọt lên

sau đó trờ về vị trí cũ từ từ thì tụ vẫn còn hoạt động tốt, còn các trường hợp như kim không về, kim trả về một nữa thì tụ đã bị rò hoặc bị thủng, tiến hành thay tụ để mạch hoạt động tốt

o IC 7805 : đo điện áp ngõ vào ở chân 1 và 2, đo điện áp ngõ ra ở chân 2

và chân 3 So sánh với nguyên lý hoạt động, nếu áp ra không được 5V thì IC đã hoạt động không chính xác Tiến hành thay thế IC khác để đảm bảo

o Trở : dùng VOM đo giá trị trở và so sánh với mạch màu trên trở So

sánh nếu sai lệch quá lớn thì phải thay trở khác

o LCD: kiểm tra LCD có hoạt động hay không? Cấp nguồn cho 2 chân

Anot và Cathode Nếu LCD sang đèn thì đèn viền của LCD còn hoạt động tốt Viết một vài dòng code đơn giản để thử hiển thị LCD

o Biến trở : dùng thang đo trở cuả VOM rồi tiến hành vặn nút xoay biến

trở để theo dõi sự thay đổi giá trị của biến trở

o Bàn phím: tiến hành đo thông mạch mỗi khi nút bấm được bấm.

o IC mở rộng chân 74HC245: cấp nguồn cho IC ở chân số 10 và 20 Nối

chân 1 xuống mức 0, nối hết chân A0-A7 xuống mass Sau đó tiến hành

đo đạc:

 Chân A1: 0.01V Chân B1: 0.03V

 Chân A2: 0.00V Chân B2: 0.01V

 Chân A3: 0.06V Chân B3: 0.01V

 Chân A4: 0.04V Chân B4: 0.01V

 Chân A5: 0.03V Chân B5: 0.01V

 Chân A6: 0.00V Chân B6: 0.01V

 Chân A7: 0.01V Chân B7: 0.01V

 Chân A8: 0.09V Chân B8: 0.01V

Nhận xét: hoạt động của IC 74HC245 khi ta kiểm tra rời hoạt động đúng theo

nguyên lý

- Hàn: trong quá trình hàn phải chú ý mối hàn bao quanh chân linh kiện để tránh trường hợp mạch bị hở

- Thực hiện tương tự cho 2 IC mở rộng chân 74HC245

- 7805: ổn áp 5V với các linh kiện phụ trợ được mắc theo mạch:

Tiến hành: Với áp đặt vào chân 1 và chân 2 của 7805 là 12V lấy ra từ Adapter12V.

Dùng VOM thang đo áp tiến hành đo que đỏ và chân 1, que đen chân 2 : áp thu được

là 11.56V Tiếp tục que đỏ đặt vào chân Anot của LED, que đen đặt vào chân Cathode của LED thu được giá trị 5.02V đó chính là điện áp ta dùng để cấp cho IC

Nhận xét: điện áp cung cấp cho IC ở mức 5.02V là thỏa mãn yêu cầu khi cấp nguồn

cho IC7805( 4.9-5.2V)

-8051: hoạt động cùng với các linh kiện phụ trợ là khối reset, khối tạo dao

động:

Tiến hành: đo nguồn cấp cho IC: dùng VOM thang đo áp, que đỏ chân

40, que đen chân 20, áp thu được là 4.97V

Nhận xét: điện áp cung cấp cho IC 8051 ở mức 4.97V là thỏa mãn yêu cầu khi

cấp nguồn hoạt động cho IC8051( 4.9-5.2V)

Tiến hành: đo mass cấp cho IC dùng VOM thang đo áp, que đỏ chân

20, que đen đặt vào mass của nguồn, áp thu được là 0.01V

Nhận xét: điện áp thu được là thỏa mãn sai số khi cấp mass cho IC(<0.02V)

Tiến hành: đo các mức logic ở cổng của IC bằng cách lập trình xuất ra

PORT1 của IC là giá trị 0xFF Que đỏ ở các cổng của IC, que đen chân 20, ta thu được:

P1_0: 4.82V P1_1: 4.89V P1_2: 4.72V P1_3: 5.00V

P1_4: 4.92V P1_5: 4.98V P1_6: 4.99V P1_7: 4.72V

Nhận xét: Giá trị đo được thỏa mãn với mức điện áp 1 trên toàn PORT1 là 0x

FF

Tiến hành: đo dạng sóng dao động của bộ dao động thạch anh cấp cho

IC Sử dụng máy hiện sóng cực dương nối với chân 18, cực âm nối với chân

20 Tính được tần số dao động của thạch anh là 12MHz

-74HC245: hoạt động với kiểu nổi dây như sau:

Tiến hành: Lập trình chọn mức áp cho chân CE là mức 0 Giá trị các chân từ A0-A7

là mức 1V Tiến hành đo đạc:

+ Đo nguồn cấp: Que đỏ chân 20, que đen chân 10 thì áp thu được là 5.02V

Nhận xét: thỏa yêu cầu nguồn cấp cho Ic( 4.9-5.2V).

+ Đo mass: que đen chân 10, que đỏ chân mass của nguồn cấp Áp thu được là 0.00V

Nhận xét: thỏa yêu cầu mass của IC số < 0.02V.

+Đo áp ra qua các chân B0-B7:

 Chân A1: 5.02V Chân B1: 4.98V

 Chân A2: 4.98V Chân B2: 4.9V

 Chân A3: 4.78V Chân B3: 4.87V

 Chân A4: 4.99V Chân B4: 4.93V

 Chân A5: 4.92V Chân B5: 4.95V

 Chân A6: 4.9V Chân B6: 5.02V

 Chân A7: 4.89V Chân B7: 5.01V

 Chân A8: 5.04V Chân B8: 4.9V

Nhận xét: Giá trị đo được ở đầu B so sánh với đầu A về mức logic là đúng theo như

nguyên lý hoat động của IC74HC245

- Tiến hành giả lập tín hiệu đối với IC mở rộng 74HC245:

 Chân A1: mức 0 Chân B1: 0.02V

 Chân A2: mức 1 Chân B2: 4.92V

 Chân A3: mức 0 Chân B3: 0.01V

 Chân A4: mức 1 Chân B4: 4.93V

 Chân A5: mức 0 Chân B5: 0V

 Chân A6: mức 1 Chân B6: 5.02V

 Chân A7: mức 0 Chân B7: 0.01V

 Chân A8: mức 1 Chân B8: 4.9V Nhận xét: IC hoạt động theo đúng như nguyên lý Dữ liệu sẽ được truyền từ A đến B

Tiến hành thay đổi giá trị đầu vào và đo đạc giá trị đầu ra:

Thay đổi giả lập ngõ vào Kết quả đo đạc

 Chân A1: mức 1 Chân B1: 5.00V

 Chân A2: mức 0 Chân B2: 0.01V

 Chân A3: mức 1 Chân B3: 4.80V

 Chân A4: mức 0 Chân B4: 0.00V

 Chân A5: mức 1 Chân B5: 4.85V

 Chân A6: mức 0 Chân B6: 0.02V

 Chân A7: mức 1 Chân B7: 4.6V

 Chân A8: mức 0 Chân B8: 4.85V Nhận xét: khi tiến hành thay đổi tín hiệu giả lập đầu vào thì tín hiệu đầu ra cũng thay đổi theo như đúng nguyên lý hoạt động

10 Khối nguồn ổn áp 5V:

-Nguyên lí làm việc của khối: Chuyển đổi từ 12V xuống còn 5V để cung cấp nguồn cho các thiết bị hoạt động.

*Đo ,kiểm tra điều kiện làm việc của IC 7805:

+Đầu vào luôn lớn hơn đầu ra 3V

+IC 7805 phải lớn hơn điện áp cần ổn áp 1,5-2V

+Họ IC 78xx chỉ cho dòng điện tiêu thụ khoảng 1A trở xuống khi giáp IC trong mạch thì Vin đến Vout từ 3,5 đến 5V khi đó IC mới phát huy tác dụng

*Đo,kiểm tra nguyên lí làm việc:

+Cấp đầu vào từ nguồn 12V qua diode,diode có tác dụng chặn dòng nếu cấm ngược chiều

+Sau đó qua tụ C48 dùng để lọc nguồn đầu vào cho 7805,sau đó qua tụ C24 là

tụ lọc nhiễu cho đầu vào 7805

+Sau đó đi qua IC ổn áp 7805 có đầu vào lớn hơn 7V đầu ra 5V ,500mA sau đó qua tụ C59 và C37 có tác dụng giống như tụ C48 và tụ C24

+Dùng đồng hồ thang đo áp,đặt chân 1 vào điện áp một chiều 12V,chân 2 nối mass,đặt que đỏ vào chân 3,qua đen vào mass,quan sát điện áp ra 4,9V là đạt

11.Khối cảm biến nhiệt độ:

-Nguyên lí làm việc của khối:LM35 nhận tín hiệu nhiệt độ đo được chuyển thành tín hiệu điện áp sau đó qua khối khuếch đại LM385 để khuếch đại tín hiệu

* Đo ,kiểm tra điều kiện làm việc của LM35:

+Nhiệt độ :[-55;150] (V)

*Nguyên lí làm việc của LM35:

Cứ mỗi 1 độ C tăng lên thì Vout tăng them 10mV

*Đo đạc,kiểm tra LM35:

+Que đỏ đặt ở chân Vcc,que đen ở chân GND,V=5,01(V) thuộc khoảng [4;20]V nên đạt

+Que đỏ đặt ở chân Vout,que đen ở chân GND,Vout=0,3 V ứng với 30 độ C(nhiệt độ ngoài trời)

+Tiếp tục tăng nhiệt độ đo được Vout=0,73V ứng với nhiệt độ 73 độ C nên linh kiện đạt.

*Đo,kiểm tra điều kiện làm việc LM385:

Vcc=[4,9; 5,2] (V)

*Nguyên lí làm việc của LM385:

Khi giá trị của biến trở RV2 thay đổi thì hệ số khuếch đại Av thay đổi làm Vout thay đổi

Vout=(1+RV2/R23)Vin

*Đo,kiểm tra LM385:

+Que đỏ đặt ở chân Vcc,que đen ở chân GND,Vcc=5,01V thuộc khoảng [4,9;5,2]V nên linh kiện đạt

+Que đỏ đặt ở chân số 1 của LM385,que đen ở chân GND,Vout=2,19V (ứng với nhiệt độ 30 độ C sau khi đi qua LM35),Vout=2,7V với nhiệt độ 73 độ C sau khi

đi qua LM35 nên linh kiện đạt

*Khối chuyển đổi tương tư-số ADC:

-Nguyên lí:Chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số nhưng cần phải cấp xung clock vào chân số 10 của ADC

*Điều kiện làm việc của 74HC14:

+Vcc=[4,9;5,2] V

+Nhiệt độ làm việc -40 đến 125 độ C

*Nguyên lí làm việc của 74HC14:

+Tạo tần số ra chân 2 với f=10 đến 1280 KHz

*Đo đạc và kiểm tra:

+Que đỏ đặt chân 14,que đen chân 7 của 74HC14 -> Vcc=5,08 V thuộc [4,9;5,2]V

+Que đỏ đặt vào chân 1,que đen chân 7 của 74HC14 ta có được điện áp nạp xả của tụ

+Que đỏ đặt vào chân 2 ,que đen chân 7 của 74HC14 quan sát dạng sóng xung vuông với f=632KHz để cấp xung clock cho chân 10 của ADC -> đạt.

*Khối ADC:

+Cung cấp nguồn [4,9;5,2]V vào chân Vcc chân 11

+Chân số 13 (GND) nối với mass (0;0,1) V

+Chân số 10 được nối với bộ cấp xung clock tần số fClk=640 KHz

Kênh A0A1A2 MSB…LSB Giá trị áp (V)

0 000 10011011 2,95V

2 010 10001001 2,61V

7 111 10011101 2,99V

4 100 01001011 1,4V

12.Khối cảm biến độ ẩm:

-Nguyên lí làm việc của khối:Trong khối sử dụng HS1101 là cảm biến điện dung,khi độ ẩm thay đổi thì điện dung của HS1101 thay đổi,do vậy để đo được

độ ẩm người ta thiết kế mạch đo điện dung của HS1101.Trong thực tế thì người

ta thường ghép nối HS1101 và IC NE555 khi đó giá trị điện dung của HS1101 thay đổi làm thay đổi tần số đầu ra của IC NE555,như vậy ta chỉ cần đo tần số đầu ra là có thể đo điện dung của HS1101

Tần số dao động của mạch được tính bằng công thức:

f=1/[C%RH(R9+R50)ln2]

13.Khối giao tiếp máy tính:

Cắm mạch vào cổng usb

- Que đỏ đặt tại (+), đen tại GND, đo được 4.87V => đạt

- Ðo 2 chân đầu ra GND và VCC đo được 4,87V => đạt

- Kiểm tra truyền và nhận của mạch:

+Nối truyền và nhận với nhau( Rx nối với Tx) nhằm mục đích khi gửi 1 kí

tự từ máy tính và xem máy tính có nhận đúng với dữ liệu gửi đi hay không +Sử dụng phần mềm Hercules để test mạch

+ Cổng com kết nối hiện tại là 4

+ Sau khi cài đặt các thông số, bắt đầu gửi dữ liệu test

+ Sau khi test kết quả gửi và nhận của mạch PL2303 với máy tính thì dữ liệu nhận về máy tính giống với dữ liệu gửi đi từ máy tính

Như vậy mạch hoạt động tốt