module với 8 kênh tương tự (8 bit; 0→5V) ghép nối với cổng RS-232 của PC

LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần công nghệ thơng tin có bước phát triển nhảy vọt, đặc biệt đời máy tính tạo cho xã hội bước phát triển mới, ảnh hưởng đến hầu hết vấn đề xã hội cơng nghiệp Máy tính phát triển vây việc kết nối điều khiển thiết bị ngày phát triển mạnh mẽ giúp điều khiển giám sát thiết bị thơng qua máy tính cách tối ưu Tiết kiêm thời gian tiền bạc Nhằm phục vụ nhu cầu trường cao đẳng, đại học đời mơn “ghép nối máy tính” Qua q trình học tập em nhận đề tài: “Xây dựng module với kênh tương tự (8 bit; 0→5V) ghép nối với cổng RS-232 PC Xây dựng phần mềm đơn giản máy tính cho phép đọc hiển thị kết từ kênh tương tự Nêu khă ứng dụng Module.” Nội dung bàn đề tài: - Tổng quan công nghệ - Giới thiệu chung cổng COM - Thiết kế phần cứng module - Lập trình phần mềm máy tính - Ứng dụng module Với kiến thức học trường chưa có nhiều kiến thức thực tế nên tránh khỏi thiếu sót Em mong có bảo hướng dẫn thầy cô để tập lớn em hồn thiện Sinh viên thực Đào Huy Cảnh Chương Giới thiệu chung 1.1 Tổng quan công nghệ Hiện việc ứng dụng thiết bị điện tử để đo khống chế mức chất lỏng thực cách đơn giản Có nhiều phương pháp đo mức chất lỏng khác Tuy có khác chúng chung điểm chung sử dụng cảm biến mức có đầu dạng tín hiệu điện dạng điện áp hay dạng dịng Từ dạng tín hiệu ta cần chuyển đổi thành dạng tín hiệu số qua trung tâm xử lý sau đưa hiển thị thơng số 1.1.1 Giới thiệu số linh kiện dùng module a/ ADC0809: ADC0809 biến đổi tương tự sang số bit, kênh làm việc độc lập Các đầu vào tương tự so sánh với điện 0V Việc chọn kênh thực qua điều khiển (chân A, B, C) Dải tín hiệu đầu vào tương tự điện áp nguồn ni +5V đo tín hiệu đến 5V tín hiệu số theo chuẩn TTL Độ phân giải bit Thời gian biến đổi 100μs/kênh Dòng điện tiêu thụ 0.3mA b/ Vi điều khiển 8051: Bộ vi điều khiển 8051 thành viên họ 8051 Hãng Intel ký hiệu MCS51 Hình 1.2: Sơ đồ khối bố trí bên 8051 Chíp 8051 phổ biến có ROM chíp dạng nhớ Flash Điều lý tưởng phát triển nhanh nhớ Flash xố vài giây tương quan so với 20 phút mà 8751 yêu cầu Vì lý mà AT89C51 để phát triển hệ thống dựa vi điều khiển yêu cầu đốt ROM mà có hỗ trợ nhớ Flash Tuy nhiên lại khơng u cầu xố ROM Lưu ý nhớ Flash ta phải xố tồn nội dung ROM nhằm để lập trình lại cho Việc xố nhớ Flash thực đốt PROM lý lại khơng cần đến xố Để loại trừ nhu cầu đốt PROM hãng Atmel nghiên cứu phiên AT 89C51 lập trình qua cổng truyền thơng COM máy tính IBM PC C/ RS-485: Truyền thơng nối tiếp khơng đồng nguyên lý giống RS422 Nó kết nối theo bus (nhiều thành viên) Số lượng thiết bị nối vào bus tùy thuộc vào khả cấp tải đếm Muốn thêm nhiều thành viên ta sử dụng thêm lặp lại RS485 chân OE ln mức khơng tích cực Khi cần truyền OE chuyển sang trạng thái tích cực Luôn trạng thái chờ nhận 1.2 Giới thiệu chung cổng COM 1.2.1 Lich sử đời thông số kỹ thuật Ghép nối qua cổng nối tiếp kỹ thuật sử dụng rộng rãi số lượng chủng loại thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng đứng hàng đầu khả ghép nối với máy tính Qua cổng ta ghép nối modem, chuột, biến đổi A/D, D/A, thiết bị bị đo lường chí máy in Ghép nối qua cổng nối tiếp liệu truyền qua cổng kiểu nối tiếp nghĩa thời điểm có bit truyền dọc theo đường dẫn Đặc điểm cho phép tạo khác biệt so với cách ghép nối nối khác chẳng hạn cách truyền thông theo kiểu song song nhiều bit gửi đồng thời Ưu điểm kỹ thuật sử dụng đường truyền đường nhận việc điều khiển trở nên đơn giản Cổng có tên RS232 V.24 RS232 tên tiêu chuẩn quy định đặc tính cho cổng nối tiếp, V.24 tên cổng áp dụng nước Tây Âu RS232 chưa trở thành chuẩn thức nhiều cơng ty máy tính cơng ty sản xuất thiết bị đo lường áp dụng Điều cho thấy tính cần thiết tiện lợi nó, qua nhiều thiết bị ngoại vi nhiều nước khác nối với máy tính nối với mà khơng cần phải có thay đổi phần cứng So với khả ghép nối khác tốc độ truyền qua cổng nối tiếp chậm, tốc độ thường sử dụng 19600 bit/s/20m Tốc độ truyền modem đời đạt 56,6Kbit/s Về sau có số tiêu chuẩn nối tiếp khác đời RS422, RS485 cho phép truyền với tốc độ cao khoảng cách dài hơn: ví dụ RS422 10Mbit/s/hàng ngàn km Một số chuẩn khác cho phép sử dụng mạng máy tính RS232 có thời gian dài tồn dạng khơng thức, năm 1962 hiệp hội nhà công nghiệp điện tử (EIA-The Electronics Industries Association) ban hành tiêu chuẩn thức có tên RS232 áp dụng cho cổng nối tiếp máy tính Ngay sau RS232 đời xuất nhu cầu cải tiến Phiên RS232B, RS232C Phiên RS232B trở lên lỗi thời, RS232C đến cịn sử dụng Vì vậy, tiêu chuẩn sử dụng cho máy tính PC RS232C người ta gọi ngắn gọn RS232 tiêu chuẩn lúc ban đâù ban hành năm 1962 Việc thiết bị kế cổng RS232 tương đối dễ dàng, đặc biệt truyền liệu với tốc độ thấp tốc độ 110,1200 bit/s Khi linh kiện phần cứng đơn giản rẻ tiền Về mặt cấu tạo nhận đệm phát đệm tích hợp chung vi mạch chuyên dụng Cụ thể chip phát/bộ đệm tiếp nhận mức điện áp TTL lối vào biến đổi chúng sang mức phù hợp với chuẩn RS232 sau truyền Về phía nhận cách làm việc diễn ngược lại, mức điện áp theo RS232 tiếp nhận chuyển sang mức điện áp TTL để đưa vào máy tính Các phận nằm card vào maiboard nghĩa nằm phía sau cổng nối tiếp Một thông số quan trọng RS232 mức điện áp đường truyền RS232 sử dụng mức địên áp TTL giống cổng song song Chính sau đời RS232 xuất nhu cầu phải cải tiến Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn quy định rõ giá trị trở kháng tải đấu vào bus trở kháng phát đệm Hướng cải tiến mức điện áp tăng giá trị điện áp truyền để tăng khả chống nhiễu truyền xa Hình 1.3: Các mức điện áp chuẩn RS232 Từ sơ đồ ta thấy cải tiến RS232B làm tăng mức điện áp từ 5V đến -25V Trong đó: Mức logic tính từ -5V đến -25V Mức logic tính từ +5V đến +25V Các mức từ -3V đến +3V gọi trạng thái chuyển tiếp Các mức điện áp từ ±3V đến ±5V gọi khơng xác định Dữ liệu có mức điện áp rơi vào khoảng dẫn đến kết khơng dự tính tình trạng hoạt động hệ thống thiết bị kế sơ sài Điều đáng ý là: Mức ~ LOW, mức ~ HIGH trước đưa vào xử lý cịn có nhớ đảo cịn gọi nhớ chuẩn dạng tín hiệu Việc nâng mức điện áp chuẩn RS232B dẫn đến hạn chế tốc độ truyền, người ta thấy tốc độ truyền khoảng cách truyền phải có dung hồ RS232C chuẩn áp dụng Điện áp sử dụng ±12V Trong đó: -12V mức logic (HIGH) +12V mức logic (LOW) Cụ thể: +3V -> +12V mức +5V -> +12V mức tin cậy (của mức 0) -3V -> -12V mức -5V -> -12V mức tin cậy (của mức 1) 9600, 19200, 28800, , 56600 baud (bit/s) 1.2.2 Sơ đồ chân PC Cổng RS232 thể máy tính PC qua đầu nối có 25 chân Khác với đầu nối cổng song song, đầu nối cổng nối tiếp phích cắm cổng song song ổ cắm Hầu hết loại máy tính cá nhân chế tạo gần có hai cổng nối tiếp, hãn hữu có trường hợp có cổng Cổng đặt tên COM1 thường dùng cho chuột, cổng thứ hai gọi cổng COM2 thường dùng cho mục đích ghép nối khác Trong trường hợp có nhiều cổng đánh dấu tiếp COM3 COM4 Đa số máy tính sử dụng đầu nối chân cho COM1 đầu nối 25 chân cho cổng COM2, số trường hợp sử dụng hai đầu Hình 1.4 Sắp xếp chân cổng nối tiếp RS - 232 chân cho cổng nối tiếp thường không nhiều Tiêu chuẩn áp dụng cho cổng nối tiếp quy định sử dụng đầu nối 25 chân, với tên gọi chức cụ thể cho chân Cho đến quy định mang tính lịch sử, thực tế có đường dẫn sử dụng Đầu nối theo tiêu chuẩn 25 chân có kích thước lớn chiếm chỗ nhiều lại có nhiều chân khơng dùng đến, xu hướng sử dụng đầu nối chân ngày phổ biến Các chân chức đầu nối 25 chân chân mô tả bảng sau: Bảng 1.1 Các chân chức đầu nối 25 chân chân Chân Chân Chức Ký hiệu Ghi FG Chân thường nối với - Frame Ground vỏ Đất vỏ máy Transmit Data TxD Dữ liệu gửi từ DTE tới Receiver Data DCEliệu gửi từ DCE tới RxD Dữ Request To Send RTS DTE đặt đường lên mức Clear To Send hoạt đặt đường lên mức CTS DCE => DSR => hoạt Xoá để gửi Data Set Ready Dữ liệu sẵn sàng SG sẵn tín hiệu so Tất Tính hoạt động giống CTS nhưngkích hoạt DTE Signal Ground Data Carier Detect DCD sánh tín hiệu mang liệu Phát 20 Data Terminal Ready DTR Tính (Đầu cuối liệu sẵn Ring Indicate bit chẵn lẻ =1; Nếu số lẻ => bit chẵn lẻ =0 Ở nơi nhận kiểm tra kí tự nhận đếm số 1, sau so sánh với bit chẵn lẻ Nếu kết trùng khớp khung truyền coi khơng mắc lỗi, ngược lại phát lệnh u cầu truyền lại khung truyền Nếu tỷ lệ mắc lỗi nhiều tốc độ truyền giảm Kỹ thuật mã lỗi chẵn lẻ theo kiểu có đặc điểm đơn giản, trường hợp bị mắc lỗi lần liền lỗi liền lai không phát Nhưng thực tế với bit truyền khả bị mắc lỗi nhỏ xem khơng xảy Chính vậy, cách mã lỗi theo kiểu dùng phổ biến kỹ thuật truyền liệu qua cổng nối tiếp Tốc độ truyền: Để đánh giá chất lượng truyền liệu qua cổng nối tiếp thông số đặc trưng quan trọng tốc độ truyền/nhận liệu Trong kỹ thuật truyền liệu qua cổng nối tiếp ta thấy có bit bắt đầu, bit dừng Trong số trường hợp có bit chẵn lẻ bổ xung vào, có tới 10 bit truyền có bit liệu, cịn trường hợp sử dụng bit dừng có tới 11 bit truyền có bit liệu Như có 10 kí tự gửi giây có 11 bit sử dụng cho kí tự tốc độ truyền thông 110 bit/s Như tốc độ truyền bit tốc độ truyền kí tự khác Ngoài tốc độ truyền bit người ta sử dụng tốc độ baud Đây tên nhà kỹ thuật người Pháp giành nhiều công sức để nghiên cứu truyền thông người ta lấy tên ông để làm đơn vị truyền liệu Thông thường tốc độ bit tốc độ baud đồng nhất, trường hợp có mơdem có thêm q trình biến đổi tín hiệu nên tốc độ khác Bảng 1.2 Tốc độ bps liên quan với số kí tự truyền Tốc độ bps 110 300 600 1200 2400 4800 9600 19200 56600 Kí tự /s 11 30 60 120 240 480 960 1920 5660 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1 Cơ sở thiết kế Sau trình tìm hiểu phân tích đề tài ta xây dựng module ghép nối có sơ đồ khối sau: P C RS-232 VĐK ADC0809 Hình 2.1: Sơ đồ khối module ghép nối 0:5V 2.2 Mạch thiết kế Sau trình thiết kế ta sơ đồ nguyên lý module sau: +5V P P P P P P P P C 10 uF R ST R 100 K 0 0 0 0 A0 A1 A2 O E S TAR T O EC D E 3 3 3 3 2 19 18 Y 31 0 0 0 0 P P P P P P P P 1 1 1 1 /A /A /A /A /A /A /A /A D D D D D D D D P P P2 P2 P2 P2 P2 P2 /A /A /A /A /A /A /A /A P /R XD P /T XD P /IN T P 3 /IN T P /T P /T P /W R P /R D X1 X2 ALE PSEN 2 2 2 2 1 1 1 1 U 11A R xD TxD 150pF IN IN IN IN IN IN IN IN 10 A0 A1 A2 7414 R 26 26 27 28 12 16 VC C C 20 15K O E S TAR T 30 29 2 2 D D D D D D D D R EF+ R EF- EO C A A A A O S LE E TA R T VC C AD C 0809 EA R ST C 30 p 8051 VC C VC C R 27 20K VC C R 28 20K IN VC C R 29 20K IN R 30 20K IN IN U TxD _M ax 13 P1 TxD _M ax R xD _M ax TxD C C 11 10uF 10uF 11 10 R IN R IN R 1O U T R 2O U T T IN T IN T1O U T T2O U T C C C C V V 1 2 + - 12 R xD 14 R xD _Max VC C + + - VC C R 31 20K VC C R 32 20K IN VC C R 33 20K IN M A X232 C 10uF C 10 10uF +5V Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý module kênh tương tự R 34 20K IN 1 1 2 C LK 11 VC C 20 C 21 30 p +5V P P P P P P P P G N D R ST IN IN IN IN IN IN IN IN 40 U U VC C +5 V IN 8 P P P P P P P P 0 0 0 0 O EC CHƯƠNG XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIÊU KHIỂN 3.1 Giao diện phần mềm máy tính Hình 3.1: Giao diện phần mềm hệ thống đo kênh tương tự 3.2 Code chương trình Dim du_lieu Dim kenh_1 As Integer Dim kenh_2 As Integer Dim kenh_3 As Integer Dim kenh_4 As Integer Dim kenh_5 As Integer Dim kenh_6 As Integer Dim kenh_7 As Integer Dim kenh_8 As Integer Dim x As Integer Private Sub Form_Load() MSComm1.Settings = "9600,n,8,1" MSComm1.CommPort = MSComm1.PortOpen = If MSComm1.PortOpen = False Then MSComm1.PortOpen = True End If End Sub Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer) MSComm1.PortOpen = False End Sub Private Sub MSComm1_OnComm() If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then du_lieu = du_lieu & MSComm1.Input kenh_1 = Asc(Mid(du_lieu, 1, 1)) / 51 kenh_2 = Asc(Mid(du_lieu, 2, 1)) / 51 kenh_3 = Asc(Mid(du_lieu, 3, 1)) / 51 kenh_4 = Asc(Mid(du_lieu, 4, 1)) / 51 kenh_5 = Asc(Mid(du_lieu, 5, 1)) / 51 kenh_6 = Asc(Mid(du_lieu, 6, 1)) / 51 kenh_7 = Asc(Mid(du_lieu, 7, 1)) / 51 kenh_8 = Asc(Mid(du_lieu, 8, 1)) / 51 End If End Sub Private Sub Timer1_Timer() Text1(0).Text = kenh_1 Text1(1).Text = kenh_2 Text1(2).Text = kenh_3 Text1(3).Text = kenh_4 Text1(4).Text = kenh_5 Text1(5).Text = kenh_6 Text1(6).Text = kenh_7 Text1(7).Text = kenh_8 End Sub 3.3 Ứng dụng module Module này sử dụng kết hợp với cảm biến nhiệt hay cảm biến mức… có đầu dạng điện áp dải từ 0:5V để tạo thành hệ thống đo nhiệt độ hay đo mức kênh KẾT LUẬN Trong thời gian làm tập lớn “Xây dựng module với kênh tương tự (8 bit; 0→5V) ghép nối với cổng RS-232 PC Xây dựng phần mềm đơn giản máy tính cho phép đọc hiển thị kết từ kênh tương tự Nêu khă ứng dụng Module.” với hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo môn giúp đỡ bạn lớp em hoàn thành nội dung cuả tập lớn Bài tập lớn thực nội dung sau: - Tổng quan công nghệ - Giới thiệu chung cổng COM - Thiết kế phần cứng module - Lập trình phần mềm máy tính - Ứng dụng module Tuy nhiên hạn chế mặt thời gian kiến thức thực tế thân nên q trình tính tốn, thiết kế, lập trình khơng tránh khỏi thiếu sót Em xin chân thành cảm ơn! Hải phòng, ngày 18 tháng năm 2011 Sinh viên thực Đào Huy Cảnh ... “Xây dựng module với kênh tương tự (8 bit; 0→5V) ghép nối với cổng RS-232 PC Xây dựng phần mềm đơn giản máy tính cho phép đọc hiển thị kết từ kênh tương tự Nêu khă ứng dụng Module. ” với hướng... thuật Ghép nối qua cổng nối tiếp kỹ thuật sử dụng rộng rãi số lượng chủng loại thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng đứng hàng đầu khả ghép nối với máy tính Qua cổng ta ghép nối modem, chuột, biến... lường chí máy in Ghép nối qua cổng nối tiếp liệu truyền qua cổng kiểu nối tiếp nghĩa thời điểm có bit truyền dọc theo đường dẫn Đặc điểm cho phép tạo khác biệt so với cách ghép nối nối khác chẳng