thiết kế một bộ đo nhiệt độ sử dụng 8051 và LM35

MỞ ĐẦU Ngày với tiến khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành Kỹ thuật Điện tử, đời sống xã hội ngày phát triển dựa ứng dụng khoa học vào đời sống Vì mà công nghệ điện tử mang tính tự động ngày ứng dụng rộng rãi Trong có đóng góp không nhỏ kỹ thuật vi điều khiển Các vi điều khiển đựơc ứng dụng rộng rãi thâm nhập ngày nhiều lĩnh vực kỹ thuật đời sống xã hội Hầu hết thiết bị điều khiển tự động từ thiết bị văn phòng thiết bị gia đình dùng vi điều khiển nhằm đem lại tiện nghi cho người thời đại công nghiệp hóa đại hóa Với tính ưu việt vi xử lí này, chúng em dùng để tiến hành đo nhiệt độ, ứng dụng nhỏ vi xử lí ứng dụng Mục đích đề tài thiết kế đo nhiệt độ sử dụng 8051 LM35, cho kết hiển thị trực quan với độ xác cao Mặc dù cố gắng thiếu kinh nghiệm nên viết khó tránh khỏi sai sót, chúng em mong hướng dẫn bảo thêm thầy! Sinh viên thực : Đỗ Thanh Huy Cù Quang Anh PHẦN I: LÝ THUYẾT CHUNG I MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU -Sự cần thiết , quan trọng tính khả thi vào lợi ích mạch số , nhằm dùng kiến thức số học kỹ thuật số vào thực tiễn -Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động thiết bị cảm biến (cảm biến nhiệt LM35), ADC0808, AT89s52 - Yêu cầu : Đo sử dụng vi điều khiển họ 8051 đo nhiệt độ hiển thị LED dùng cảm biến LM35 II Ý NGHĨA - Thấy tính khoa học ứng dụng thực tế đề tài - 8051 họ vi điều khiển có nhiều tính năng, khả xử lí nhanh - Ứng dụng ADC việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Tín hiệu tương tự tín hiệu lấy dc từ cảm biến -Mạch hiển thị LED đoạn nên dễ dàng cho người sử dụng theo dõi nhiệt độ hiển thị III GIỚI HẠN ĐỀ TÀI - Đề tài “hiển thị nhiệt độ” đa dạng phong phú , nhiều loại dựa độ phức tạp công dụng Do trình độ có hạn nên đề tài nhiều thiếu sót, mong thầy bỏ qua PHẦN II : LÝ THUYẾT VÀ CÁC LINH KIỆN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các linh kiện sử dụng mạch - Sử dụng vi điều khiển họ 8051 - Đo nhiệt độ cảm biến LM35 thông qua thiết kế mạch chuyển đổi ADC0808 để chuyển tín hiệu tương tự sang tín hiệu số - Hiển thị LED đoạn II Các linh kiện sử dụng đo lường Giới thiệu dòng ADC 080x ADC 0808 ADC (Analog-to-Digital Converter) thiết bị chuyển đổi tín hiệu từ dạng liên tục (thường điện áp) sang dạng số Nó thành phần quan trọng thiếu hầu hết hệ thống số, ngành đo lường Vì vi điều khiển, vi xử lý, … làm việc với tín hiệu số tín hiệu thực ( điện áp, dòng điện, …) dạng tương tự, nên để dùng vi điều khiển để xử lý tín hiệu ta cần phải chuyển đổi sang dạng digital ADC phổ biến ứng dụng nhiều, ta kể đến dòng ADC080x National Semiconductor Hình : ADC0808 Dòng ADC080x National Semiconductor thuộc dòng CMOS 8-bit có nhiệm vụ chuyển đổi xấp xỉ điện áp từ tương tự sang số, sử dụng bậc thang phân áp điện, với tính sau: - Độ phân giải bit - Dễ dàng kết nối với vi điều khiển - Có thể hoạt động với điện áp từ 2.5-5.0V - Bộ tạo xung chip - Điện áp analog vào từ 0-5V với nguồn cung cấp 5V - Không cần “điều chỉnh không” - Độ rộng tiêu chuẩn 0.3 inch với 20 pin - Điện áp tham chiếu tùy chỉnh Với : IN0 tới IN7 : ngõ đầu vào tương tự DDR A,B,C : chân giải mã chọn ngõ vào Z1 tới Z8 : ngõ song song bit ALE : Cho phép chốt yêu cầu START : xung bắt đầu chuyển đổi CLK : xung dao dộng cho trình biến đổi A-D OE : Cho phép liệu đầu Ref+/- : Chân tham chiếu điện áp Bảng chọn kênh : Cấu trúc bên ADC0808 giản đồ xung hoạt động Dòng ADC NS hoạt động tương thích tốt với hầu hết vi điều khiển nên ứng dụng rộng rãi Giới thiệu chung họ vi điều khiển 8051 IC 89s52 2.1 Giới thiệu Vi điều khiển máy tính tích hợp chíp, thường sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất, hệ thống bao gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng giá thành thấp (khác với vi xử lý đa dùng máy tính) kết hợp với khối ngoại vi nhớ, mô đun vào/ra, mô đun biến đổi số sang tương tự tương tự sang số, Ở máy tính mô đun thường xây dựng chíp mạch Vi điều khiển thường dùng để xây dựng hệ thống nhúng Nó xuất nhiều dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v Điển hình số kể đến dòng vi điều khiển MCS-51 Intel hay gọi Intel 8051 Intel 8051 - vi điều khiển đơn tinh thể kiến trúc Harvard, Intel phát triển vào năm 1980, để dùng hệ thống nhúng Những phiên phổ biến năm 1980 đầu năm 1990, dẫn xuất tương thích nhị phân nâng cao phổ biến ngày Kiến trúc bên 8051 bao gồm đặt tính sau: - 8-bit ALU, ghi 8-bit, 8-bit data bus 2x16-bit địa bus/program - 32 ghi (4 bit-định địa 8-bit) - băng ghi chuyển đổi nhanh, băng ghi - bus địa 16-bit - 128 bytes RAM chip (IRAM) - KiB ROM chip - Bốn cổng vào 8-bit - đếm/định thời 16-bit 2.2 Sơ đồ cấu trúc chung họ 8051 -Trong sử dụng vi điều khiển AT89S52, vi điều khiển thuộc họ 8051 AT89S52 cung cấp đặc tính chuẩn như: KByte nhớ đọc cóthể xóa lập trình nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường I/O, 3TIMER/COUNTER 16 Bit, vectơ ngắt có cấu trúc mức ngắt, Port nối tiếpbán song công, mạch dao động tạo xung Clock dao động ON-CHIP Hình ảnh sơ đồ vi điều khiển 2.3 Sơ đồ chân họ 8051 : - - Chức : Chân 40 nối dương nguồn 5V Chân 20 nối đất (Mass,GND) Chân 29 (PSEN): tín hiệu điều khiển xuất 8051, cho phép chọn nhớ nối chung với chân OE (output) EPROM phép đọc byte chương trình ( đọc lệnh- khác với đọc liệu) Chân 30 (ALE) tín hiệu điều khiển xuất 8051, cho phép kênh Bus địa Bus liệu Port Chân 31 (EA) đưa xuống thấp cho phép chọn nhớ mã 8051 P0 từ chân 39-> 32 tương ứng chân P0_0 -> P0_7 + Cách : Dùng IC giải mã BCD sang LED Sử dụng IC giải mã 7447 để giả mã từ mã BCD sang mã LED7 Đối với cách trông ổn Vừa tiếp kiệm chân vi xử lý tránh dòng dồn vi xử lý (dòng dồn 7447) Đây cách mà người thiết kế thường dùng hệ thống cần đến thị Thông thường thiết kế, LED dùng để thị giá trị giá trị số từ đến cần phải thị kí tự đơn giản A đến F hệ thống để báo trạng thái hệ thống Các giá trị thị bao gồm nhiều chữ số tức phải dùng đến nhiều LED7 ghép lại thị nhiều số Ví dụ muốn thị số 123 chả hạn phải dùng đến LED ghép lại Như để ghép nhiều LED thay chung ta phải dùng chân riêng rẽ cho LED Ví dụ để thị chữ số lên LED (123 chả hạn) ta 3x8 = 24 chân liệu điều khiển để thị chữ số Như tốn chân vi xử lý, người ta dùng chung đường liệu cho LED thiết kế thêm tín hiệu điều khiển cấp nguồn riêng rẽ cho LED cấp nguồn cho chân Anot chung hay Katot chung Nhìn sơ đồ ta thấy kiểu ghép nối LED Các đường liệu vào LED chung với chân điều khiển nguồn cho LED riêng rẽ điều khiển transitor ( khuếch đại dòng) Như mạch tiếp kiệm nhiều chân vi xử lý Đối với mạch cách ghép nối tối đa có 11 chân vi xử lý chân liệu LED chung chung ghép nối qua cách : Thứ dùng vào trực tiếp chân vi xử lý thứ qua IC đệm hay IC giải mã Nhưng thiết kế không người ta cho trực tiếp chân liệu vào trực tiếp vi xử lý mà người ta phải cho qua IC đệm hay giải mã hệ thống lớn Chỉ mạch đơn giản người ta cho vào trực tiếp vi xử lý.Thông thường người ta dùng thêm IC đệm hay giải mã ULN2803, 74LS47 Đối với phương pháp ghép LED điều khiển thị số 123 chả hạn Nếu nhìn thấy LED thị giống chúng chung đường liệu Nhưng Nếu chung ta cho thời điểm LED sáng thấy khác Số 123 thị lên LED Đó thuật toán quét LED dựa vào tượng lưu ảnh mắt quét với tần số lớn Như phương pháp tiếp kiệm số lượng lớn chân vi xử lý đồng thời tiếp kiệm lượng tiêu thụ phương pháp quét LED thời gian ngắn Khi tối đa thời điểm có LED sáng toàn Cần phải tính toán giá trị dòng vào cho LED cho LED sáng đẹp cách thêm bớt điện trở Cảm biến nhiệt LM35 4.1 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ LM35 LM35 cảm biến nhiệt độ bán dẫn thông dụng hãng National Semiconductor Đặc tính LM35 : • • • • Chuẩn hóa theo thang đo nhiệt đọ Cesius Đầu tuyến tính 10mV/1độC Dải nhiệt độ đo từ -55 tới 150 độ tùy theo kiểu đóng vỏ Dòng tiêu thụ nhỏ cỡ 60uA, nên nhiệt tự tỏa nhỏ không ảnh hưởng đến kết đo Sai số nhỏ , khoảng 0.5độ C PHẦN III: NỘI DUNG THIẾT KẾ Sơ đồ nguyên lý • Phân tích mạch : Cảm biến nhiệt LM35 nối với đầu vào IN0 tương ứng với chân chọn địa đầu vào ADD A = ADD B = ADD C = 0; Đầu số ADC0808 nối với Port 8051 Vì cảm biến LM35 làm loại LM35DZ với dải nhiệt độ max 128 độ C nên giá trị điện áp max 1.28V tương ứng với giá trị số đầu 255.= > cần đưa điện áp tham chiếu Vref(+) = 1.28V, Vref(-) = Nguồn xung chuyển đổi clock với tần số 640Khz Khối hiển nối với port P0 hiển thị theo phương pháp quét a not Hoạt động Ta đặt cho hệ thống dải đo từ 15 0C đến 400C hệ thống đo khoảng báo xử lý tượng xảy ra, • hệ thống đo đo giá trị khoảng hệ thống xử lý đưa cảnh báo loa, hệ thống hoạt động mà ấn stop giá trị đo lưu lại cho lần đo Việc đo tính toán thực qua thiết bị cảm biến IC, transistor , số thiết bị khác Hình ảnh mô altium Code chương trình /* 8051 project 7seg demo created by hoangloc360 */ #include //#include "delay.c" #define ALE P2_3 #define OE P2_6 #define START P2_4 #define EOC P2_5 #define CLK P2_7 #define SEL_A P2_0 #define SEL_B P2_1 #define SEL_C P2_2 #define ADC_DATA P3 /* -void delay_us(unsigned int n) -* I/P Arguments: unsigned int * Return value : none * description : This function is used generate delay in us It genarates a approximate delay of 10us for each count, if 5000 is passed as the argument then it generates a delay of apprx 50ms -*/ void delay_us(unsigned short us_count) { while(us_count!=0) { us_count ; } } /* -void delay_ms(unsigned int n) * I/P Arguments: unsigned int * Return value : none * description: This function is used generate delay in ms It genarates a approximate delay of 1ms for each count, if 1000 is passed as the argument then it generates delay of apprx 1000ms(1sec) -*/ void delayms(unsigned int time) { unsigned int i=0 , j=0; for(i=0; i[...]... 4 Cảm biến nhiệt LM35 4.1 Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ LM35 LM35 là cảm biến nhiệt độ bán dẫn thông dụng của hãng National Semiconductor Đặc tính của LM35 : • • • • Chuẩn hóa theo thang đo nhiệt đọ Cesius Đầu ra tuyến tính 10mV/1độC Dải nhiệt độ đo được từ -55 tới 150 độ tùy theo kiểu đóng vỏ Dòng tiêu thụ rất nhỏ cỡ 60uA, nên nhiệt tự tỏa rất nhỏ hầu như không ảnh hưởng đến kết quả đo Sai số nhỏ... không ảnh hưởng đến kết quả đo Sai số nhỏ , chỉ khoảng 0. 5độ C PHẦN III: NỘI DUNG THIẾT KẾ 1 Sơ đồ nguyên lý • Phân tích mạch : Cảm biến nhiệt LM35 được nối với đầu vào IN0 tương ứng với chân chọn địa chỉ đầu vào ADD A = ADD B = ADD C = 0; Đầu ra số của ADC0808 được nối với Port 1 của 8051 Vì cảm biến LM35 làm loại LM35DZ với dải nhiệt độ max là 128 độ C nên giá trị điện áp max là 1.28V tương ứng với giá... port P0 và được hiển thị theo phương pháp quét a not Hoạt động Ta đặt cho hệ thống trong dải đo từ 15 0C đến 400C nếu hệ thống đo được trong khoảng này và báo về bộ xử lý thì sẽ không có hiện tượng gì xảy ra, • khi hệ thống đo đo được giá trị ngoài khoảng này thì hệ thống sẽ xử lý và đưa ra cảnh báo ở ngoài loa, nếu hệ thống đang hoạt động mà ấn stop thì giá trị đo được sẽ được lưu lại cho lần đo tiếp... LED7 (Thường hay thiết kế theo kiểu bơm dòng cho LED) Thông thường trong các mạch thiết kế thực tế người thiết kế thường hay sử dụng loại Anot chung Phương pháp ghép nối là cấp dòng, đảo trạng thái thông qua đệm và quét LED 3.2 Ghép nối led 7 thanh Để ghép nối với LED7 có thể có nhiều cách, nhưng phải đảm bảo sao có thể điều khiển tắt mở riêng từng LED đơn trong đó để tạo ra các số và các ký tự mong... của số và kí tự mà mỗi thanh được cấu tạo bởi một hay nhiều LED đơn Các LED đơn đó được ghép và được đặt tên bằng các chữ cái a g và có một dấu chấm dot ( dấu chấm này có thể sáng và tắt tùy theo yêu cầu) được cấu tạo bởi 1 LED đơn Qua đó người ta chỉ cần 8 bit tương ứng với 8 LED đơn để điều khiển được và hiện thị số từ 0 đến 9 và các kí tự từ A đến F Ở trên là hình dạng LED7 ngoài thực tế và trong... Timer 0 đầu vào timer 0 P3.5 – T1 : Timer 1 đầu vào timer 1 P3.6 – WR : Điều khiển ghi dữ liệu P3.7 – RD : Điều khiển đọc dữ liệu Chân 18,19 nối với thạch anh tạo thành mạch dao động cho vi điều khiển, vi xử lý Tần số thạch anh thường dùng trong các ứng dụng là 12Mhz và 11.092MHz (Giao tiếp với cổng COM), tần số tối đa là 24Mhz - - • - 2.4 Cổng vào ra song song (I/O Port) 8051 có 4 cổng vào ra song... drain, với chức năng vào, P0 là cổng cao trở Nếu muốn sử dụng cổng P0 làm cổng vào /ra thông dụng thì ta phải thêm trở tử 4K7 đến 10K Các cổng P1, P2, P3 đều có điện trở pullup bên trong, do đó có thể dùng với chức năng cổng vào/ra thông thường mà không cần thêm điện trở bên ngoài Cổng truyền thông nối tiếp ( Serial Port) : Cổng nối tiếp trong 8051 chủ yếu được dùng trong các ứng dụng có yêu cầu truyền... sang LED 7 thanh Sử dụng IC giải mã 7447 để giả mã từ mã BCD sang mã LED7 Đối với cách này thì trông rất ổn Vừa tiếp kiệm được chân vi xử lý và tránh được dòng dồn về vi xử lý (dòng ở đây được dồn về 7447) Đây là cách mà người thiết kế thường dùng trong các hệ thống cần đến hiện thị Thông thường các thiết kế, LED 7 thanh được dùng để hiện thị các giá trị các giá trị số từ 0 đến 9 và đôi khi cần phải... P2, P3 tất cả các cổng này đều là cổng ra vào 2 chiều 8 bit Các bít của mỗi cổng là một chân trên chíp như vậy mỗi cổng sẽ có 8 chân trên chíp Hướng dữ liệu dùng cổng đó làm cổng ra hay cổng vào là độc lập giữa các cổng và giữa các chân trong cùng 1 cổng Các chân P0 không có điện trở treo cao (pullup resistor) bên trong, mạch lái tạo mức cao chi có khi sử dụng cổng này với tính năng là bus dồn kênh... dùng chung các đường dữ liệu cho các LED 7 thanh và thiết kế thêm các tín hiệu điều khiển cấp nguồn riêng rẽ cho từng LED 7 một hay là cấp nguồn cho các chân Anot chung hay Katot chung Nhìn trên sơ đồ trên ta thấy được kiểu ghép nối giữa các LED Các đường dữ liệu vào của 3 LED được chung với nhau và các chân điều khiển nguồn cho các LED được riêng rẽ và được điều khiển bằng transitor ( khuếch đại dòng)