Trình bày quá trình thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng LM35 , ADC 0804 và hiển thị nhiệt độ trên màn hình LED 7 thanh từ ý tưởng tới hàn ghép mạch in hoàn thiện , bao gồm phân tích chức năng các chân, cấu hình các port, nguyên lý hoạt động , vv...
Mạch đo hiển thị nhiệt độ sử dụng Vi xử lý 89sc51(8051) MỤC LỤC Phần Giới thiệu ý tưởng xác định tiêu kỹ thuật sản phẩm 1.1 Phân tích nhu cầu cần thiết sản phẩm Các nhiệt kế học hóa học có từ lâu song với nhiều ứng dụng cần tới đo nhiệt độ chúng không phù hợp Nhiệt kế lò xo nhiệt kế thủy ngân Ngày với phát triển ngành vi điện tử, kĩ thuật số hệ thống điều khiển dần tự động hóa Với kĩ thuật tiến tiến vi xử lí, vi mạch số … ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, hệ thống điều khiển thô sơ, với tốc độ xử lí chậm xác thay hệ thống điều khiển tự động với lệnh chương trình thiết lập trước Áp dụng kiến thức học với việc tự tìm hiểu kiến thức mạng học hỏi kinh nghiệm từ bạn sinh viên khóa trước nhóm chúng em định thiết kế mạch đo hiển thị nhiệt độ 1.2 Các sản phẩm có thị trường Một số nhiệt kế điện tử bán thị trường - nhiệt kế điện tử dùng y tế loại nhiệt kế điện tử khác Nhận xét chung: Các loại nhiệt kế điện tử có thị trường hầu hết có giá thành cao, mang nặng tính quyền nhà sản xuất, muốn mở rộng ví dụ lập trình đưa vào mạch báo cháy 1.2.1 Sản phẩm Chức đo nhiệt độ hiển thị giá trị dạng số dễ đọc, lập trình để ghép nối với mạch khác Các tiêu kỹ thuật sản phẩm 1.2.2 Chức sản phẩm Sử dụng cảm biến để đo nhiệt độ môi trường bên hiển thị led đoạn 1.2.3 Chỉ tiêu kỹ thuật sản phẩm Nhiệt độ hiển thị với sai số ± 1oC, mạch chạy ổn định, tiết kiệm lượng 1.2.4 Các yêu cầu phi chức Kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ, độ bền cao, dễ chế tạo, hoạt động ổn định Phần Phân tích chức lập kế hoạch 2.1 Phân chia chức Hình Sơ đồ chức sản phẩm cảm biến nhiệt khối xử lý tín hiệu khối hiển thị 2.1.1 Cảm biến nhiệt độ Sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 - LM35 có chân : chân cấp nguồn chân xuất điện áp tùy theo nhiệt độ Nhiệt độ tăng 1C điện áp xuất chân out LM35 tăng 10mV 2.1.2 Xử lý tín hiệu Bao gồm ADC vi xử lý 89SC51 2.1.2.1 ADC Các chuyển đổi ADC thuộc thiết bị sử dụng rộng rãi để thu liệu Các máy tính số sử dụng giá trị nhị phân, giới vật lý đại lượng dạng tương tự (liên tục) Nhiệt độ, áp suất (khí chất lỏng), độ ẩm vận tốc số đại lượng vật lý giới thực mà ta gặp ngày Một đại lượng vật lý chuyển dòng điện điện áp qua thiết bị gọi biến đổi Các biến đổi coi cảm biến Mặc dù có cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng nhiều đại lượng tự nhiên khác chúng cho tín hiệu dạng dòng điện điên áp dạng liên tục Do vậy, ta cần chuyển đổi tương tự số cho vi điều khiển đọc chúng Một chip ADC sử dụng rộng rãi ADC0804 Hình dạng thực tế ADC0804 Sơ đồ chân ADC0804 Chip ADC0804 chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 hãng National Semiconductor Chip nhiều hãng khác sản xuất Chip có điện áp nuôi +5V độ phân giải bit Ngoài độ phân giải thời gian chuyển đổi tham số quan trọng đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK CLK IN không bé 110µs Các chân khác ADC0804 có chức sau: - CS (Chip select): Chân số 1, chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804 Để truy cập tới ADC0804 chân phải đặt mức thấp - RD (Read): Chân số 2, chân nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp Các chuyển đổi 0804 chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân giữ ghi Chân RD sử dụng phép đưa liệu chyển đổi tới đầu ADC0804 Khi CS = có xung cao xuống thấp áp đến chân RD liệu dạng số bit đưa tới chân liệu (DB0 – DB7) - WR (Write): Chân số 3, chân vào tích cực mức thấp dùng báo cho ADC biết để bắt đầu trình chuyển đổi Nếu CS = WR tạo xung cao xuống thấp ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị phân bit Khi việc chuyển đổi hoàn tất chân INTR ADC hạ xuống thấp - CLK IN CLK R: CLK IN (chân số 4), chân vào nối tới đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 c ũng có tạo xung đồng hồ riêng Để dùng đồng hồ riêng chân CLK IN CLK R (chân số 19) nối với tụ điện điện trở Khi tần số xác định biểu thức: F= Với R = 10 kΩ, C = 150 pF tần số f = 606 kHz thời gian chuyển đổi 110 µs - Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, chân tích cực mức thấp Bình thường chân trạng thái cao việc chuyển đổi tương tự số hoàn tất chuyển xuống mức thấp để báo cho CPU biết liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau INTR xuống thấp, cần đặt CS = gửi xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa liệu - Vin (+) Vin (-): Chân số chân số 7, đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin(+) – Vin(-) Thông thường Vin(-) nối tới đất Vin(+) dùng làm đầu vào tương tự chuyển đổi dạng số - Vcc: Chân số 20, chân nguồn nuôi +5V Chân dùng làm điện áp tham chiếu đầu vào Vref/2 để hở - Vref/2: Chân số 9, chân điện áp đầu vào dùng làm điện áp tham chiếu Nếu chân hở điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm dải đến +5V Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải đến +5V Chân Vref/2 dùng để thực điện áp đầu khác đến +5V Vref/2(v) Hở 2.0 1.5 1.28 1.0 0.5 Vin 0-5 0-4 0-3 0-2.56 0-2 0-1 Kích thước bước (mV) 5/256= 19.53 4/256 =15.62 3/256 =11.71 2.26/256= 10 2/256 =7.81 1/256 =3.90 - D0 – D7, chân số 18 – 11, chân liệu số (D7 bit cao MSB D0 bit thấp LSB) Các chân đệm ba trạng thái liệu chuyển đổi truy cập chân CS = chân RD đưa xuống mức thấp Để tính điện áp đầu ta tính theo công thức sau: Dout = Vin / Kích thước bước 2.1.2.2 Vi xử lý 89sc51 8051 vi điều khiển họ vi điều khiển MCS51 Intel sản xuất vào năm 1980 Họ MCS51 họ 8-bit có khả định địa 64KB nhớ chương trình 64KB nhớ liệu Một số chip 8051 thông dụng: * Kiến trúc phần cứng: ** Cấu hình chân: - VCC: Điện áp cung cấp - GND: Được nối đất - RST : ngõ vào RESET, chân RESET mức cao chu kỳ máy dao động chạy RESET chip - PSEN (Program Store ENable): nối với chân OE chip liệu bên ngoài, - ALE : (ALE : Adress Latch Enable) tín hiệu điều khiển xuất 8051, cho phép phân kênh bus địa bus liệu PORT0 - EA : (External Access): chọn nhớ giao tiếp EA=1: chọn nhớ nội, EA=0: chọn nhớ ngoại Cấu hình chọn nhớ ngoài: 10 - PORT 0: Port cổng bit I/O chiều, Khi mức logic viết vào PIN PORT 0, Pin sử dụng cổng vào trở kháng cao Port cấu hình thành bus ghép kênh bit địa chỉ/dữ liệu thấp trình truy nhập nhớ ngoài, chế độ PIN PORT kéo lên bên Ngoài PORT sử dụng để nạp liệu cho chip - PORT 1: Port cổng I/O chiều có trở treo bên Khi mức logic viết vào PIN PORT 1, PIN kéo lên trở treo bên trong, sử dụng cổng vào Ngoài PIN P1.0 P1.1 cấu hình đầu vào Timer (AT89S52, AT89C52) Các pin P1.5, P1.6, P1.7 (AT89S51, AT89S52) PIN MOSI, MISO, SCK sử dụng để nạp cho chip qua ISP (In- System Programing) - PORT : Port cổng I/O chiều có trở treo bên Khi mức logic viết vào PIN PORT 2, PIN kéo lên trở treo bên trong, sử dụng cổng vào Port cấu hình thành bus ghép kênh bit địa cao trình truy nhập nhớ với 16 bit địa - PORT : Port cổng I/O chiều có trở treo bên Khi mức logic viết vào PIN PORT 3, PIN kéo lên trở treo bên trong, sử dụng cổng vào 11 Ngoài Pin PORT có thêm chức đặc biệt khác: Mạch dùng để nạp code cho 89c51 2.1.3 Hiển thị LED đoạn hay LED (Seven Segment display) linh kiện phổ dụng , dùng công cụ hiển thị đơn giản 12 Trong LED bao gồm LED mắc lại với , mà có tên LED đoạn ,7 LED đơn mắc cho hiển thị số từ - , vài chữ thông dụng, để phân cách người ta dùng thêm led đơn để hiển thị dấu chấm (dot) Các led đơn gọi tên theo chữ A- B -C-D-E-F-G, dấu chấm dot Như muốn hiển thị ký tự ta cần cấp nguồn vào chân led sáng mong muốn Thông số : LED dù có nhiều biến thể tựu chung có loại : + Chân Anode chung (chân + led mắc chung lại với ) + Chân Catode chung (Chân - led mắc chung với ) 2.2 Lập kế hoạch Bảng Kế hoạch thực Mục Công việc Mô tả Người thực 13 Bắt đầu Kế hoạch kết thúc Chọn đề tài Tìm hiểu đề tài linh kiện Chạy mô máy tính thực tế Thiết kế mạch in Lắp ráp hoàn thiện sản phẩm Viết báo cáo Slide Xác định đề tài cho nhóm tham dự thi Các thành viên tìm tài liệu đề tài lên kế hoạch hoàn thành Dùng phần mềm proteus để chạy mô phỏng, MIDE để lập trình cho vi điều khiển cắm thử linh kiện lên Board chạy thử Dùng phần mềm Ocad Layout để thiết kế mạch in máy tính sau làm mạch thật bên Hàn linh kiện lên mạch in kiểm tra lần cuối Thế Tuần 16 Tuần 16 Cả nhóm Tuần 17 Tuần 18 Biểu, Thế, Bình, Phong, Hiển Tuần 18 Tuần 19 Tuần 20 21 Phong, Biểu Tuần 21 Tuần 21 Thế + Bình Tuần 22 Tuần 22 Hiển Hoàn thành báo cáo đề tài 14 Phần Lựa chọn phương án kỹ thuật 3.1 Sơ đồ khối sản phẩm Biến trở điều chỉnh LM35 ADC Trở băng 89sc51 Transistor chuyển mạch Led đoạn 3.2 Thuật toán, linh kiện, kiến trúc mạch Thuật toán lập trình cho vi điều khiển 8051 sử dụng hợp ngữ org 0000h ; // khoi dau chuong trinh nguon main: ; // bat dau ham chinh mov dptr,#led7seg ; // gan gia tri bang cho ghi dptr setb p3.0 ; // dua chan rd cua adc len muc cao setb p3.1 ; // dua chan wr cua adc len muc cao nop ; // khong lam gi ca clr p3.1 ; // dua chan wr cua adc xuong muc thap nop ; // khong lam gi ca setb p3.1 ; // dua chan wr cua adc len muc cao jb p3.2, $ ; // o day cho den chan intr cua adc xuong thap clr p3.0 ; // dua chan rd cua adc xuong muc thap nop ; // khong lam gi ca mov r3,p1 ; // nhan du lieu tu cong p1 chuyen vao ghi r3 mov r0,#250 ; // chuyen gia tri 250 vao ghi r0 hienthi: mov a, r3 ; // chuyen noi dung ghi r3 vao ghi a mov b,#10 ; // chuyen gia tri 10 vao ghi b div ab ; //chia a cho b movc a,@a + dptr ; // lay ma bit bang theo tri a, roi cho cat vao a setb p2.0 ; //cho led sang 15 mov p0, a ; //chuyen du lieu tu ghi a cho cong p0 de hien thi led doan so hang chuc call delay ; // goi ham tre clr p2.0 ;tat led mov a,b ; // chuyen noi dung ghi b vao ghi a movc a, @a + dptr ; //lay ma bit bang theo tri a, roi cho cat vao a setb p2.1 ; //cho led sang mov p0, a ; //chuyen du lieu tu ghi a cho cong p0 de hien thi led doan so hang don vi call delay ; // goi ham tre clr p2.1 ;tat led djnz r0, hienthi ; // lap lai hien thi cho den r0 bang jmp main ;lap lai ham main delay: ; // ham tao tre thoi gian mov r1, #10 ; // chuyen gia tri 10 vao ghi r1 lap: mov r2, #250 ; // chuyen gia tri 250 vao ghi r2 djnz r2, $ ; // giam r2 xuong djnz r1, lap ; // lap lai ham lap den r1 bang ret ; // quay lai sau lenh call led7seg: ; db 11000000b db 11111001b db 10100100b db 10110000b db 10011001b db 10010010b db 10000010b db 11111000b db 10000000b db 10011000b //bang giai ma led doan end Phần Thiết kế mạch 4.1 Sơ đồ nguyên lý 16 VC C R 10 R 270 R E S IS TO R S IP U 10 R 270 10 Q C 828 Q C 828 le d d o a n R 1k U U 6 R C 150p 19 rd k wr VC C 20 + IN -IN V R E F /2 C L K IN C LKR R D W R C S V C C /V R E F AD C 0804 R 1k D D D D D D D D B B B B B B B B IN TR 1 1 1 1 1 in t r AG N D G N D VO U T 12M H Z 500 P P P P P P P P 1 1 1 1 VC C 8051 33p /A /A /A /A /A /A /A /A D D D D D D D D P P P P P P P P 2 2 2 /A /A /A /A /A /A /A /A P /R XD P /TXD P /IN T P 3 /IN T P /T P /T P /W R P /R D ALE PSEN 2 2 2 2 1 1 1 1 rd wr in t r 30 29 EA R ST 40 0 0 0 0 X1 X2 31 33p C R 19 18 VC C C L M /TO 10 VS+ G N D U P P P P P P P P G N D VC C 20 3 3 3 3 R 1k C R C 10k VC C D 3v T it le S iz e A D a te : 1.1 Sơ đồ mô Proteus 17 D ocum ent N um ber W e d n e s d a y , J a n u a ry , R ev Sheet of Triển khai Hình ảnh làm thử sản phẩm 18 Thiết kế mạch in Thực nghiệm Sản phẩm hoàn thiện, lắp ráp linh kiện lên mạch in 19 Phần Kết luận & Lời cảm ơn • Sản phẩm sau hoàn thiện chạy yêu cầu mong muốn, trình làm đề tài thành viên học hỏi thêm nhiều kiến thức lập trình mạch, điều ý nghĩa chúng em định làm đề tài • Do thiếu kiến thức kinh nghiệm nên trình làm đề tài nhóm gặp nhiều khó khăn, mắc phải nhiều lỗi tiến hành làm thực tế • Trong sản phẩm nhiều lỗi thiếu sót, nhóm em mong thầy(cô) đóng góp ý kiến để sản phẩm hoàn thiện tương lai Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn thầy bớt chút thời gian đọc báo cáo đóng góp ý kiến cho đề tài - Nhóm BK-WIN - 20 [...]... trong, và có thể được sử dụng là cổng vào 11 Ngoài ra các Pin của PORT 3 cũng có thêm các chức năng đặc biệt khác: Mạch dùng để nạp code cho 89c51 2.1.3 Hiển thị LED 7 đo n hay LED 7 thanh (Seven Segment display) là 1 linh kiện rất phổ dụng , được dùng như là 1 công cụ hiển thị đơn giản nhất 12 Trong LED 7 thanh bao gồm ít nhất là 7 con LED mắc lại với nhau , vì vậy mà có tên là LED 7 đo n là vậy ,7 LED... là LED 7 đo n là vậy ,7 LED đơn được mắc sao cho nó có thể hiển thị được các số từ 0 - 9 , và 1 vài chữ cái thông dụng, để phân cách thì người ta còn dùng thêm 1 led đơn để hiển thị dấu chấm (dot) Các led đơn lần lượt được gọi tên theo chữ cái A- B -C-D-E-F-G, và dấu chấm dot Như vậy nếu như muốn hiển thị ký tự nào thì ta chỉ cần cấp nguồn vào chân đó là led sẽ sáng như mong muốn 2 Thông số : LED... Công vi c Mô tả Người thực hiện 13 Bắt đầu Kế hoạch kết thúc 1 2 3 4 5 6 Chọn đề tài Tìm hiểu đề tài và linh kiện Chạy mô phỏng trên máy tính và thực tế Thiết kế mạch in Lắp ráp hoàn thiện sản phẩm Vi t báo cáo và Slide Xác định đề tài cho nhóm tham dự cuộc thi Các thành vi n tìm tài liệu về đề tài và lên kế hoạch hoàn thành Dùng phần mềm proteus để chạy mô phỏng, MIDE để lập trình cho vi điều khiển... được vi t vào các PIN của PORT 0, Pin đó có thể được sử dụng là cổng vào trở kháng cao Port 0 cũng có thể được cấu hình thành bus ghép kênh 8 bit địa chỉ/dữ liệu thấp trong quá trình truy nhập bộ nhớ ngoài, ở chế độ này các PIN của PORT 0 sẽ được kéo lên bên trong Ngoài ra PORT 0 cũng được sử dụng để nạp dữ liệu cho chip - PORT 1: Port 1 là cổng I/O 2 chiều có trở treo bên trong Khi mức logic 1 được vi t... I/O 2 chiều có trở treo bên trong Khi mức logic 1 được vi t vào PIN của PORT 1, PIN đó được kéo lên bởi 1 trở treo bên trong, và có thể được sử dụng là cổng vào Ngoài ra các PIN P1.0 và P1.1 có thể được cấu hình là đầu vào của bộ Timer 2 (AT89S52, AT89C52) Các pin P1.5, P1.6, P1.7 (AT89S51, AT89S52) lần lượt là các PIN MOSI, MISO, SCK khi sử dụng để nạp cho chip qua ISP (In- System Programing) - PORT... 1 được vi t vào PIN của PORT 2, PIN đó được kéo lên bởi 1 trở treo bên trong, và có thể được sử dụng là cổng vào Port 2 cũng có thể được cấu hình thành bus ghép kênh 8 bit địa chỉ cao trong quá trình truy nhập bộ nhớ ngoài với 16 bit địa chỉ - PORT 3 : Port 3 là cổng I/O 2 chiều có trở treo bên trong Khi mức logic 1 được vi t vào PIN của PORT 3, PIN đó được kéo lên bởi 1 trở treo bên trong, và có thể... thành báo cáo về đề tài 14 Phần 3 Lựa chọn phương án kỹ thuật 3.1 Sơ đồ khối của sản phẩm Biến trở điều chỉnh LM35 ADC Trở băng 89sc51 Transistor chuyển mạch Led 7 đo n 3.2 Thuật toán, linh kiện, kiến trúc mạch Thuật toán lập trình cho vi điều khiển 8051 sử dụng hợp ngữ org 0000h ; // khoi dau chuong trinh nguon main: ; // bat dau ham chinh mov dptr,#led7seg ; // gan gia tri trong bang cho thanh ghi dptr... thử các linh kiện lên Board chạy thử Dùng phần mềm Ocad Layout để thiết kế mạch in trên máy tính sau đó làm mạch thật bên ngoài Hàn linh kiện lên mạch in và kiểm tra lần cuối Thế Tuần 16 Tuần 16 Cả nhóm Tuần 17 Tuần 18 Biểu, Thế, Bình, Phong, Hiển Tuần 18 Tuần 19 Tuần 20 21 Phong, Biểu Tuần 21 Tuần 21 Thế + Bình Tuần 22 Tuần 22 Hiển Hoàn thành báo cáo về đề tài 14 Phần 3 Lựa chọn phương án kỹ thuật 3.1... phẩm 18 Thiết kế mạch in 6 Thực nghiệm Sản phẩm hoàn thiện, lắp ráp linh kiện lên mạch in 19 Phần 5 Kết luận & Lời cảm ơn • Sản phẩm sau khi hoàn thiện đã chạy được như yêu cầu mong muốn, trong quá trình làm đề tài các thành vi n đã học hỏi được thêm nhiều kiến thức cả về lập trình và mạch, đó mới là điều ý nghĩa nhất khi chúng em quyết định làm đề tài • Do còn thiếu về cả kiến thức và kinh nghiệm nên... call led7seg: ; db 11000000b db 11111001b db 10100100b db 10110000b db 10011001b db 10010010b db 10000010b db 11111000b db 10000000b db 10011000b //bang giai ma led 7 doan end Phần 4 Thiết kế mạch 4.1 Sơ đồ nguyên lý 16 1 VC C R 10 R 4 270 R E S IS TO R S IP 9 U 10 R 5 270 1 10 2 9 3 8 4 7 5 6 Q 5 C 828 9 8 7 6 5 4 3 2 Q 4 C 828 le d 7 d o a n R 6 1k U 9 U 6 6 7 3 9 R 9 C 5 150p 4 19 rd 1 0 k wr VC C