Xây dựng hệ thống đo thông số dùng chip PSOC

MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined LỜI CAM ĐOAN .Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU HÌNH ẢNH TRONG ĐỒ ÁN CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN CHƯƠNG TỔNG QUAN CHIP PSOC 11 1.1 Giới thiệu 11 1.2 Công cụ phát triển 15 CHƯƠNG CẤU TRÚC VI XỬ LÝ 17 2.1 Khối CPU 17 2.2 Ngắt điều khiển ngắt 19 2.2.1 Mô tả cấu trúc điều khiển ngắt 21 2.2.2 Các ghi ngắt điều khiển ngắt 22 2.3 Các cổng vào đa chức 24 2.3.1 Các loại vào 25 2.3.2 Các ngắt khối GPIO ghi 26 2.4 Khối tạo tần số dao động 29 2.4.1 Bộ tạo dao động bên (IMO - Internal Main Oscillator) .30 2.4.2 Bộ tạo dao động tốc độ thấp nội (ILO - Internal Low Speed Oscillator) 31 2.4.3 Bộ tạo dao động thạch anh 32 KHz 32 2.5 Reset 33 2.6 Hệ thống khối số 34 2.6.1 Các ghi số 35 2.6.2 Liên kết số toàn cục (Global Digital Interconnect - GDI) 36 2.6.3 Kết nối dãy khối số theo hàng(Array Digital Interconnect - ADI) 37 2.6.4 Vào/ra số 38 2.7 Hệ thống khối tương tự 40 2.7.1 Giao diện bus liệu tương tự 41 2.7.2 Giao diện với bus so sánh tương tự 41 2.7.3 Vào/ra tương tự 42 2.8 Truy nhập khối số lập trình 43 2.9 Các đường tín hiệu vào dùng chung (GIL) 43 2.10 Các khối số lập trình 45 2.11 Một số khối xử lý PSoC 48 2.11.1 Digital blocks 48 2.11.2 Analog blocks 48 2.11.3 Một số khuyếch đại 49 2.11.4 Các chuyển đổi tương tự sang số - ADC 49 2.11.5 Các chuyển đổi số sang tương tự DAC bit , bit, bit 51 2.11.6 GPIO 51 2.11.7 UART/Rx/Tx 52 CHƯƠNG THÔNG SỐ DÒNG ĐIỆN 53 3.1 Tần số 53 3.2 Dòng điện 54 3.2.1 Dòng điện xoay chiều 54 3.3 Cường độ dòng điện 54 3.4 Hiệu điện dòng điện 55 3.5 Tần số dòng điện xoay chiều 56 3.6 Tạo xung vuông 56 3.6.1 Tạo xung vuông chip PSoC 56 3.6.2 Tạo xung vuông IC 555 57 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO TẦN SỐ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BẰNG PSOC 59 4.1 Ý tưởng 59 4.2 Xây dựng hệ thống đo tần số dòng điện chip PSoC 60 4.2.1 Tín hiệu đưa vào .60 4.2.2 Đầu .60 4.2.3 Thiết kế hệ thống 61 4.2.3.1 Thiết kế phần cứng 61 4.2.3.2 Thiết kế phần mềm 80 4.2.3.3 Kết 83 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Hiện tự động hóa ứng dụng rộng rãi mặt sống từ sản xuất, an ninh quốc phòng đến lĩnh vực trước nghĩ đến nông nghiệp, y tế, viễn thông thiết bị gia dụng Ngày có nhiều thiết bị phục vụ cho xã hội đòi hỏi ngày cao chất lượng ứng dụng thực tế Vì thúc đẩy ngành công nghệ thông tin công nghệ điều khiển tự động ngày phát triển làm tảng cho phát triển dòng chip công nghệ khác Và chip PSoC ngoại lệ Chip PSoC thích hợp cho việc nghiên cứu chế tạo loại sản phẩm công nghệ cao Và phù hợp cho nghiên cứu nhóm sinh viên công nghệ điều khiển tự động Vì mà em chọn đồ án xây dựng hệ thống đo thông số điện dùng chip PSoC với hướng dẫn giảng viên ThS Phạm Đức Long Cấu trúc đồ án : Mở đầu Chương Tổng quan chip PSoC Chương Cấu trúc vi xử lý Chương Thông số dòng điện Chương Xây dựng hệ thống đo tần số dòng điện xoay chiều chip PSoC Kết luận Mặc dù có nhiều cố gắng với thời gian trình độ có hạn nên đồ án tốt nghiệp em chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô giáo bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, tháng 06 năm 2009 HÌNH ẢNH TRONG ĐỒ ÁN Hình 1.1 Sơ đồ khối tổng quát chip PSoC CY8C29466 Hình 2.1 Khối CPU chip PSoC CY8C29466 Hình 2.2 Sơ đồ khối điều khiển ngắt Hình 2.3 Khối tạo dao động Hình 2.4 Nối chân reset Hình 2.5 Sơ đồ khối mô tả cấu trúc khối số PSoC Hình 2.6 Cấu trúc dãy khối PSoC số Hình 2.7 Vào/ra số Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ thống tương tự chip PSoC Hình 2.9 Vào tương tự Hình 2.10 Truy nhận khối lập trình Hình 2.11 Các đường tín hiệu vào dùng chung Hình 2.12 Cách ghép nối Mux Hình 2.13 Mạch logic Hình 2.14 Mạch điểu khiển tín hiệu Hình 2.15 Sơ đồ khối UART\Rx\Tx Hình 3.1 Dòng điện xoay chiều hình sin, xung vuông xung nhọn Hình 3.2 Khối CmpLP Hình 3.3 Khối CmpPRG Hình 3.4 Mạch tạo xung vuông Hình 4.1 Dòng điện xoay chiều hình sin Hình 4.2 Sơ đồ mạch nguyên lý Hình 4.3 Mô hình chân LCD Hình 4.4 Max 232 Hình 4.5 Bố trí chân cổng COM Hình 4.6 Nối dây cho chế NONE XON/XOFF Hình 4.7 Nối dây cho chế CTS/RTS, CTS/RTS XON/XOFF Hình 4.8 Cấu tạo máy biến áp Hình 4.9 Mô chuyển đổi xung hình sin sang xung hình vuông Hình 4.10 Mô chương trình Hình 4.11 Lưu đồ thuật toán truyền liệu Hình 4.12 Lưu đồ thuật toán nhận liệu Hình 4.13 Cửa sổ phần mềm PSoCTM Designer Hình 4.14 Tài nguyên toàn cục Hình 4.15 Tham số khối CmpPRG Hình 4.16 Tham số khối Counter24 Hình 4.17 Tham số khối DigBuf Hình 4.18 Tham số khối LCD Hình 4.19 Tham số khối time8 Hình 4.20 Tham số khối UART Hình 4.21 Mô hình kết nối khối với bus Hình 4.22 Mô hình chân Hình 4.23 Lưu đồ thuật toán đọc tần số Hình 4.24 Hàm khởi tạo khối số tương tự Hình 4.25 Hàm dọc giá trị xung vuông Hình 4.26 Phần tính toán truyền liệu Hình 4.27 Giao diện chương trình đo tần số dòng điện xoay chiều Hình 4.28 Bản mạch Hình 4.29 Chương trình kết nối với máy tính Hình 4.30 Bảng sở liệu thu thực đo CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN Bảng 2.1 Các ghi CPU Bảng 2.2 Bảng ghi điều khiển ngắt Bảng 2.3 Bảng Vector ngắt Bảng 2.4 Các ghi vào đa chức Bảng 2.5 Các ghi GPIO Bảng 2.6 Thanh ghi IMO Bảng 2.7 Thanh ghi ILO Bảng 2.8 Các ghi dao động thạch anh Bảng 2.9 Bảng thống kê số ghi số Bảng 4.1 Nối chân LCD với chân chip PSoC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN PSoC DAC Programmable System on Chip Digital-to-analog converter FPGA Field-programmable gate array DSP Digital Signal Processing ADC Analog-to-digital converter IP Intellectual Properties HDL Hardware Description Languages CRC Cyclic redundancy check UART Universal asynchronous receiver/transmitter SPI Serial Peripheral Interface I/O Input/Output PC Program Counter SP Stack Pointer A Accumulator X Index F Flag ALU Arithmetic logic unit Z Zero C Carry ENSWINT Enable Software Interrupt GPIO General Purpose Input/Output CPU Central Processing Unit IMO Internal Main Oscillator ILO Internal Low Speed Oscillator IMO_TR Internal Main Oscillator Trim Register PLL Phase Lock Loop VDK Vi điều khiển GIE Global interrupt enable WDR Watch dog reset WDT Watch dog timer GDI Global Digital Interconnect ADI Array Digital Interconnect CT Continues Time - CT SC Switch Capacitor GIL Global input lines GIO Global input odd GIE Global input even PRS Pseudo Reed-Solomon GOL Global output lines IC Intergated-Circuit RPM Revolutions per minute EIA Electro Industrie American LCD Liquid crystal display PWM Pulse-width modulation 10 Begin S COM port open Đ Ngắt Rx COMplete Đọc vào byte Byte start S Đ Đặt cờ nhận địa S Cờ nhận địa Có cờ nhận liệu S Đ Xử lý liệu Đ So sánh địa xóa cờ nhận địa S Đúng địa Stop S Đ Đ Kết thúc xóa cờ nhận liệu Đặt cờ nhận liệu Trở Hình 4.12 Lưu đồ thuật toán nhận liệu 73 Sử dụng phần mềm phát triển miễn phí (PSoCTM Designer) hãng Cypress Micro System phát triển Sử dụng phần mềm để kết hợp phần cứng khối số khối tương tự nối chân chân vào chân dùng để ngắt phần mềm chip PSoC Một số hình ảnh trình thiết kế chương trình Hình 4.13 Cửa sổ phần mềm PSoCTM Designer 74 Hình 4.14 Tài nguyên toàn cục Hình 4.15 Tham số khối CmpPRG 75 Hình 4.16 Tham số khối Counter24 Hình 4.17 Tham số khối DigBuf Hình 4.18 Tham số khối LCD 76 Hình 4.19 Tham số khối time16 Hình 4.20 Tham số khối UART 77 Hình 4.21 Mô hình kết nối khối với bus 78 Hình 4.22 Mô hình chân 79 4.2.3.2 Thiết kế phần mềm Thiết kế phần mềm chip PSoC Thiết kế phần mềm PSoC sử dụng phần mềm PSoCTM Designer ngôn ngũ lập trình C để phát triển Tạo lên kết khối số tương tự để tạo lên chương trình Begin Khởi tạo khối số tương tự, CmpLP, Time16, Counter24, UART, LCD Giatri = S Xung =1 Đ Time16≤1s S Đ Giatri = giatri + Time16=1s S Đ Hiển thị Hình 4.23 Lưu đồ thuật toán đọc tần số 80 Trở Hình 4.24 Hàm khởi tạo khối số tương tự Hình 4.25 Hàm dọc giá trị xung vuông 81 Hình 4.26 Phần tính toán truyền liệu Thiết kế chương trình đọc tín hiệu từ cổng COM ngôn ngữ lập trình Visual Basic Visual Basic: Là ngôn ngữ lập trình có đặc điểm: Trình tự thực module không định trước cần phải viết phần mã lệnh khác chạy để đáp ứng kiện Các đặc điểm Visual Basic 6.0 :  VB có sẵn tập công cụ Công cụ giúp thao tác với CSDL Công nghệ ActiveX cho phép sử dụng chức có sẵn chương trình khác MS Word, MS Excel Các công cụ giúp dễ dàng truy nhập liệu Internet, tạo ứng dụng cung cấp dịch vụ Internet 82 Sử dụng phần mềm Microsoft Visual Basic 6.0 để thiết kế giao diện chương trình dọc tín hiệu từ cổng COM Hình 4.27 Giao diện chương trình đo tần số dòng điện xoay chiều 4.2.3.3 Kết Một số hình ảnh sau hoàn thành Hình 4.28 Bản mạch 83 Hình 4.29 Chương trình kết nối với máy tính Hình 4.30 Bảng sở liệu thu thực đo Tính toán sai số : Theo tiêu chuẩn Việt Nam sai số tần số dòng điện sinh hoạt 50 ± 0.5hz Trong trình đo tần số thực lấy 10 giá trị liên tiếp (hình trên) sai số trình đo thấy sai số 50 ± 1hz 84 KẾT LUẬN Qua thời gian thực đồ án tốt nghiệp với nỗ lực thân giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn ThS Phạm Đức Long thầy cô giáo môn Công nghệ Điều khiển tự động, thầy cô khoa bạn bè tham gia góp ý, chỉnh sửa đến hôm em xin hoàn thành đồ án với đề tài : “Xây dựng hệ thống đo thông số điện dùng chip PSoC” Và qua đạt số kết hạn chế sau Kết đạt Thực nhiệm vụ đồ án đặt đo thông số dòng điện xoay chiều cụ thể đo tần số dòng điện Qua đồ án em hiểu thêm nguyên lý hoạt động, đặc tính kỹ thuật, cấu trúc chip khả lập trình PSoC Tìm hiểu ứng dụng thiết kế cài đặt hiển thị dòng chữ lên hình LCD Nghiên cứu phát triển chip PSoC, ngôn ngữ lập trình cho chip PSoC số ứng dụng Nghiên cứu truyền tin nối tiếp qua giao diện Max - 232 tần số dòng điện xoay chiều Hiểu thêm ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 xây dựng chương trình dọc tín hiệu từ cổng COM Hạn chế Trong trình tính toán đo đạc có nhiều phần chưa trình tính toán sai số chuyển đổi chưa xác 85 Trong trình chuyển đổi tần số dòng điện từ xung hình sin sang xung vuông chưa thực chuẩn xác dẫn đến việc đo tần số không xác sai số lớn chưa xác với máy đo khác Trong trình truyền tín hiệu có nhiễu tín hiệu dẫn đến trình đọc tín hiệu vào chưa xác Chương trình đơn giản giao diện chưa thân thiện với người dùng Hướng phát triển Hoàn thiện, mở rộng thêm chức chương trình Em xin chân thành cảm ơn! 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Đức Long, Tập giảng giáo trình ghép nối thiết bị ngoại vi, 2008 [2] DataSheet_CY8C29x66 [3] Http://alldatasheet.com [4] Http://Cypress.com [5] Http://www.caulacbovb.com [6] Http://dientuvietnam.net [7] Http://ebook.com.vn [8] Http://www.ictu.edu.vn [9] Http://vi.wikipedia.org 87