hiển thị nhiệt độ dùng lm35 và 89s52

sửa đầy đủ hiển thị nhiệt độ dùng lm35hiển thị nhiệt độ dùng lm35hiển thị nhiệt độ dùng lm35hiển thị nhiệt độ dùng lm35hiển thị nhiệt độ dùng lm35hiển thị nhiệt độ dùng lm35hiển thị nhiệt độ dùng lm35hiển thị nhiệt độ dùng lm35hiển thị nhiệt độ d

NH N XET C A GIAO VIÊN H Â U ƯỚ NG D N Ẫ

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… Ngày … tháng … năm 2017

Ch ky giáo viên ư

L I M Đ U Ờ Ở Ầ

Việt Nam ta ngày một phát triển và giàu mạnh Một trong những thay đổi đáng

kể là Việt Nam đã gia nhập WTO, một bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước, đểchúng ta-con người Việt có cơ hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại của thế giới, đặc biệt

là về các lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung và ngành Điện Tử nói riêng.

Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi không ngừng thì chúng ta sẽ sớmlạc hậu và nhanh chóng thụt lùi Nhìn ra được điều đó Trường Đại Học Sư Phạm KỹThuật Hưng Yên đã sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao Để

tăng chất lượng học tập của sinh viên nhà trường nói chung và khoa Điện-Điện Tử

nói riêng đã tổ chức cho sinh viên làm các Đồ Án Môn Học nhằm tạo nên tảng vữngchắc cho sinh viên khi ra trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm

Ngày nay lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sảnphẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như máy giặt, đồng hồđiện tử, ti vi nhằm giúp cho đời sống ngày càng hiện đại và tiện lợi hơn.Đề tài ứngdụng vi điều khiển trong đời sống thực tế rất phong phú và đa dạng nhằm đáp ứng chocuộc sống tiện nghi của con người.Với mục đích tìm hiểu và đáp ứng những yêu cầutrên chúng em đã lựa chọn một đề tài có tính ứng dụng trong thực tế, nhưng không

quá xa lạ đối với mọi người, đó là: “ Thiết kế mạch đo và hiển thị nhiệt độ dùng lm35 ”.

Trong su t th i gian th c hi n đ tài, chúng em đã g p m t s vố ờ ự ệ ề ặ ộ ố ướng m cắ

v ly thuy t và khó khăn trong vi c thi công s n ph m Tuy nhiên chúng em đãề ế ệ ả ẩ

đượ ự ảc s gi i đáp và hướng d n t n tình c a th y ẫ ậ ủ ầ Trần Ngọc Thái, s góp y ki nự ế

c a các b n trong l p Đủ ạ ớ ược nh v y chúng em xin chân thành c m n và mongư ậ ả ơ

mu n nh n đố ậ ược nhi u h n s giúp đ , ch b o c a th y cô và các b n trong đề ơ ự ỡ ỉ ả ủ ầ ạ ồ

án sau này

` Chúng em xin chân thành c m n!ả ơ Sinh viên th c hi nự ệ

1 Dương Đình Hung

2.Nguy n Đ c Khangê ư

Mục lục

Lời mở đầu ………2

CHƯƠNG I: Tổng quan về đề tài

1.1 Đặt vấn đề………5

1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ……… 5

1.3 Nhiệm vụ thiết kế……….6

1.4 Mục đích đề tài……….7

1.5 Ý nghĩa đề tài………7

CHƯƠNG II: Cơ sở lý thuyết 2.1 Giới thiệu chung về AT89C51……… 8

2.1.1 Cấu trúc chung bộ VĐK 80C51……… 9

2.1.1.2 Sơ đồ khối……….9

2.1.1.3 Sơ đồ chân tín hiệu………10

2.1.2 Các thanh ghi……….13

2.2 Giới thiệu về cảm biến nhiệt lm 35………14

2.3 Giới thiệu về ADC 0804………16

2.4 Giới thiệt về LCD……… 19

2.4.1 Hình dáng và cấu tạo……….20

2.4.2 Chức năng các chân……… 20

CHƯƠNG III: Thiết kế và thi công mạch 3.1 Sơ đồ khối……… 22

3.2 Chức năng từng khối……… 23

3.3 Quá trình đo nhiệt độ……… 26

3.4 Sơ đồ nguyên lí và nguyên lí hoạt động của mạch……….26

3.4.1 Sơ đồ nguyên lí……… 26

3.4.2 Nguyên lí hoạt động………28

3.4.3 Sơ đồ board mạch……… 28

3.5 Lưu đồ thuật toán………30

3.5.1 Chương trình……….31

CHƯƠNG IIII: Kết luận 4.1 Ưu điểm……… 34

4.2 Nhược điểm………34

4.3 Tính thực tế của sản phẩm đã thiết kế………34

4.4 Hướng cải tiếng và phát triển………34

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đ t v n đ ặ ấ ề

Nhiệt độ là một trong những đại lượng vật lý được quan tâm nhiều nhất Bởi vìnhiệt độ có vai trò quyết định trong nhiều tính chất của vật chất Một trong những đặcđiểm tác động của nhiệt độ là làm thay đổi một cách liên tục các đại lượng chịu sự ảnhhưởng của nó,ví dụ như áp suất ,thể tích của một chất khí Bởi vậy, trong các nghiêncứu khoa học , trong công nghiệp và đời sống hàng ngày việc đo nhiệt độ là điều rấtcần thiết Tuy nhiên, để đo được trị số chính xác của nhiệt độ lại là vấn đề không đơngiản

Cùng với sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các hệ vi xử lý, việc đo nhiệt độ

áp dụng vi xử lý, vi điều khiển đã mở ra nhiều hướng, đưa đến nhiều phương phápkhác nhau, linh hoạt và chính xác hơn Có nhiều cách để đo nhiệt độ, trong đó có thểliệt kê một số phương pháp sau đây:

- Phương pháp quang dựa trên sự phân bố bức xạ nhiệt do dao động

-Phương pháp quang dựa trên sự phân bố bức xạ nhiệt do dao động nhiệt (dohiệu ứng Doppler)

-Phương pháp cơ dựa trên sự dãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc khí (với ápsuất không đổi ) hoặc dựa trên tốc độ âm

-Phương pháp dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiệu ứng Sêbeck,hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh

1.2Các phương pháp đo nhiệt độ

Trước tiên nói về các cảm biến nhiệt độ,đó là các cảm biến được sử dụng vào cácquá trình nhiệt như: đốt nóng, làm lạnh, trao đổi nhiệt v v Đại lượng vào của cảmbiến nhiệt độ là nhiệt độ và đại lượng ra là tín hiệu điện (dòng,áp).Một số cảm biếnthường sử dụng:

+Nhiệt điện trở : Nguyên lý làm việc là có điện trở thay đổi theo sự thay đổinhiệt độ của nó.Tuỳ theo tác dụng nhiệt của dòng điện cung cấp chạy qua chuyển đổingười ta phân ra: Nhiệt điện trở đốt nóng và nhiệt điện trở không đốt nóng

• Nhiệt điện trở đốt nóng,dòng điện chạy qua rất lớn làm nhiệt độcủa nó tăng lên cao hơn nhiệt độ môi trường(100°C -800°C)nên có sự toả nhiệt ra môi trường xung quanh, như nhiệt dẫn,đối lưu, bức xạ

• Nhiệt điện trở không đốt nóng, dòng điện chạy qua rất nhỏkhông làm tăng nhiệt độ của điện trở và nhệt độ của nó bằngnhiệt độ môi trường Nhiệt điện trở loại này dùng để đo nhiệt độ

và các đại lượng cơ học như đo di chuyển

Nhiệt điện trở phân làm hai loại: Nhiệt điện trở dây(nhiệt điện trở đồng,nhiệt điện trở

Platin, nhiệt điện trở Niken) và nhiệt điện trở bán dẫn.

+Cặp nhiệt điện:Nguyên lý làm việc dựa trên 2 hiệu ứng:Thomson và Seebek ứng dụng của cặp nhiệt điện chủ yếu để đo nhiệt độ, ngoài ra nó còn dược dùng để đocác đại lượng không điện và điện khác như: đo dòng điện ở tần số cao,đo hướngchuyển động và lưu ượng của các dòng chảy, đo di chuyển , đo áp suất nhỏ

+Cảm biến nhiệt độ dùng đặc tính diode và tranzitor

Đo nhiệt độ là nhiệm vụ thường gặp trong các ngành nhiệt học, hoá học ,luyệnkim Tuỳ theo nhiệt độ đo mà có thể dùng các phương pháp đo khác nhau.Thôngthường nhiệt độ đo được chia thành 3 giải : Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt

độ cao.ở nhiệt độ trung bình và thấp, phương pháp đo thường là tiếp xúc nghĩa là cácchuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần đo Đối với nhiệt độ cao,đo bằngphương pháp không tiếp xúc, nghĩa là dụng cụ đo đặt ngoài môi trường đo

Một trong số những cách đó là đo nhiệt độ không tiếp xúc sử dụng cảm biếnLM35

1.3Nhiệm vụ thiết kế

Thiết kế hệ bộ VXL đo nhiệt độ sử dụng VĐK89C51 và cảm biến LM35 giảiquyết những vấn đề sau:

- Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong dải từ 0oC-100oC và hiển thị

- Viết chương trình phần mềm giải quyết những vấn đề trên

1.4Mục đích đề tài

Khi nghiên cứu đồ án này chúng em đã:

Hiểu được cách thức và chế độ hoạt động của VĐK AT89C51

Hiểu được cách thức hoạt động của cảm biến nhiệt độ LM 35.

Thiết kế, chế tạo được mạch đo nhiệt độdùng AT89C51

1.5 Ý nghĩa đề tài

+ Ý nghĩa lý luận:

Toàn bộ chương trình và bản thuyết minh của đề tài sẽ trở thành tài liệu nghiên cứu, tham khảo nhanh, dễ hiểu, thiết thực cho các bạn sinh viên, những người thích tìm hiểu về đề tài này của chúng em.

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Gi i thi u v chung AT89C51 ớ ệ ề

AT9C51 là m t h vi tính 8 bit đ n chíp CMOS có hi u su t cao,công ộ ệ ơ ệ ấ

su t ngu n tiêu th th p và có 4Kbyte b nh ROM Flash xoá đ ấ ồ ụ ấ ộ ớ ượ ậ c l p trình đ ượ c Chip này đ ượ ả c s n xu t d a vào công ngh b nh không m t ấ ự ệ ộ ớ ấ

n i dung có đ tích h p cao c a Atmel ộ ộ ợ ủ

Chip AT89C51 cũng tương thích với tập lệnh và các chân ra của chuẩn công nghiệp MCS-51 Flash trên chip này cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình lại trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình bộ nhớ không mất nội dung qui ước Bằng cách kết hợp một CPU linh hoạt 8 bit với Flash trên một chip đơn thể, Atmel 89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip mạnh cho ta một giải pháp có hiệu quả về chi phí và rất linh hoạt đối với các ứng dụng điều khiển.

AT89C51 có các đặc trưng sau: 4Kbyte Flash, 128 byte Ram, 32 đường xuất nhập, hai bộ định thời / đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt 2 mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song công, mạch dao động và tạo xung clock trên chip

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:

- 4 KB bộ nhớ có thể lập trình lại nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi- xoá

- Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 2 bộ Timer/counter 16 Bit

- 128 Byte RAM nội

- 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

- Giao tiếp nối tiếp

- 64 KB vùng nhớ mã ngoài

- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

2.1.1 Cấu trúc chung bộ VĐK 80C51

2.1.1.2 Sơ đồ khối

2.1.1.3 Sơ đồ chân tín hiệu

- RxD (Pin 10 - P3.0): Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp.

- TxD (Pin 11 - P3.1): Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp.

- /INT0 (Pin 12 - P3.2): Ngắt ngoài 0.

- /INT1(Pin 13 - P3.3): Ngắt ngoài 1.

- T0 (Pin 14 - P3.4): Chân vào 0 của bộ Timer/Counter 0.

- T1(Pin 15 - P3.5): Chân vào 1 của bộ Timer/Counter 1.

- /Wr (Pin 16 - P3.6): Ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài.

- /Rd (Pin 17 - P3.7): Đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài.

- RST (Pin 9): Chân vào Reset, tích cực ở mức logic cao trong khoảng 2 chu kỳ máy.

- XTAL1(Pin 19): Chân vào mạch khuếch đaị dao động

- XTAL2 (Pin 18): Chân ra từ mạch khuếch đaị dao động.

- /PSEN (Pin 29): Chân cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài (ROM ngoài)

Mô tả chức năng một số chân quan trọng:

- Vcc: Chân cung cấp điện.

- GND: Chân nối đất.

- Port 0: Port 0 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều cực D hở Port 0 còn được cấu hình làm bus địa chỉ (byte thấp) và làm bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài Port 0 cũng nhận các byte mã trong khi lập trình cho Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình.

- Port 1: Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 1, các chân này được kéo lên mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào Khi làm nhiệm vụ là các port nhập, các chân của port 1 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong.

 Port 2: Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 2, các chân này được

sử dụng như là các ngõ vào Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port

2 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong Port 2 tạo ra byte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài, và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit.

 Port 3: Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 3, các chân này được kéo lên mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 3 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong Port 3 còn được sử dụng làm các chức năng khác của AT89C51

 RST: Ngõ vào Reset Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi

bộ dao động đang hoạt động sẽ Reset AT89C51.

Chân reset có tác dụng reset cho chíp, mức tích cực của chân này là mức 1,

để reset ta phải đưa mức 1 (5v) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ

máy ( tương đương 2µs – tương đương với thạch anh 12Mhz ).

 ALE: ALE là một xung ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch Enable) cho phép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ

ngoài Chân này cũng được dùng làm ngõ vào xung lập trình (PROG) trong thời gian lập trình cho Flash.

Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số bằng

1/6 tần số của mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục đích định thời từ bên ngoài và tạo xung Clock Tuy nhiên cần lưu ý là một

xung ALE sẽ bị bỏ qua trong mỗi chu kì truy xuất của bộ nhớ dữ liệu ngoài Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu hoá

bằng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ byte là 8E(h) Khi bit này được set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực thi lệnh MOVX hoặc MOVC Ngược lại chân này sẽ được kéo lên mức cao Việc set bit

không cho phép hoạt động chốt byte thấp của địa chỉ sẽ không có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi chương trình ngoài.

 XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và ngõ vào đến mạch tạo xung Clock bên trong chip.

 XTAL2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại đảo của mạch dao động.

Thạch anh dao động tần số 12 Mhz

Hình 1.1 kết nối của mạch dao động

2.1.2 Các thanh ghi

Bộ đếm chương trình (Program couter- PC) 0000h

PSW (Thanh ghi trạng thái chương trình) 00h

SP (Stack pointer – Thanh ghi ngăn xếp) 07h

All ports (Các port P0,1,2,3) FFh

IP (Thanh ghi ưu tiên ngắt) XXX00000b

IE (Thanh ghi điều khiển ngắt ) 0XX00000b

All timer registers ( tất cả các thanh ghi của bộ

PCON (CMOS) 0XXX0000b

2.2 Giới thiệu về cảm biến nhiệt LM35

LM35 là họ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao có điện áp đầu ra tỷ lệ tuyếntính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Họ cảm biến này cũng không yêu cầu cănchỉnh ngoài vì vốn nó đã được căn chỉnh

Hình 1.2 Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ LM 35

LM35 là cảm biến nhiệt độ analog ,nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệuđiện thế ngõ ra của LM35

Đơn vị nhiệt độ : 0C

Có mức điện áp thay đổi trực tiếp theo 0C ( 10 mV/0C)

Có hiệu năng cao,công suất tiêu thụ là 60 uA

Sản phẩm không cần phải căn chỉnh nhiệt đội khi sử dụng

Độ chính xác thực tế : 1/4 0C ở nhiệt độ phòng và ¾ 0C ở ngoài khoảng -55 0Ctới 150 0C

Chân + Vs (1) là chân cung cấp điện áp cho LM 35 DZ hoạt động từ 4 – 20VChân Vout ( 2) là chân điện áp đầu ra LM35 được đưa vào chân Analog của các

C m bi n LM35ả ế là b c m bi n nhi t m ch tích h p chính xác cao mà đi nộ ả ế ệ ạ ợ ệ

áp đ u ra c a nó t l tuy n tính v i nhi t đ theo thang đ Celsius Chúng cũngầ ủ ỷ ệ ế ớ ệ ộ ộkhông yêu c u cânch nh ngoài vì v n chúng đã đầ ỉ ố ược cân ch nh.ỉ

* Phối hợp tín hiệu và nối ghép LM35 với 80C51

Phối hợp tín hiệu là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thunhận dữ liệu Hầu hết các bộ cảm biến đều đưa ra tín hiệu dạng điện áp, dòng điện,dung kháng hoặc trở kháng Tuy nhiên, chúng ta cần chuyển đổi các tín hiệu này vềđiện áp để đưa đến đầu vào của bộ chuyển đổi ADC Sự chuyển đổi (biến đổi) này

được gọi chung là phối hợp tín hiệu.

ADC0804 có độ phân dải 8 bit với tối đa có 256 mức (28), và LM35 (hoặc ML34) tạo

ra điện áp 10mV

2.3 Giới thiệu về ADC 0804

Các b chuy n đ i ADC độ ể ổ ượ ử ục s d ng h t s c r ng rãi Máy tính s làm vi c trênế ư ộ ố ệcác giá tr nh phân, tuy nhiên, trong th c t , các đ i lị ị ự ế ạ ượng v t ly đ u d ngậ ề ở ạ

tương t (liên t c) Nhi t đ , áp su t, đ m, t c đ là m t trong nh ng d iự ụ ệ ộ ấ ộ ẩ ố ộ ộ ư ạ

lượng v t ly c a th gi i th c mà ta thậ ủ ế ớ ự ường g p hàng ngày M t đ i lặ ộ ạ ượng v t lyậ

được chuy n v dòng đi n ho c đi n áp qua m t thi t b để ề ệ ặ ệ ộ ế ị ược g i là b bi nọ ộ ế

d i B bi n đ i cũng có th đổ ộ ế ổ ể ược xem là b c m bi n M c du ch có các b c mộ ả ế ặ ỉ ộ ả

bi n nhi t, t c đ , áp su t, ánh sáng và nhi u đ i lế ệ ố ộ ấ ề ạ ượng t nhiên khác, nh ngự ưchúng đ u có m t đi m chung là cho ra các tín hi u dòng đi n ho c đi n áp ề ộ ể ệ ệ ặ ệ ở

d ng liên t c Do v y, c n m t b chuy n đ i t orng t s đ b vi đi u khi nạ ụ ậ ầ ộ ộ ể ổ ư ự ố ể ộ ề ể

có th đ c để ọ ược chúng Chip ADC đượ ử ục s d ng r ng rãi hi n nay đó là ADC804.ộ ệChip ADC0804 là b chuy n đ i tộ ể ổ ương t s thu c h ADC800 c a hãngự ố ộ ọ ủNational Semiconductor Chip này cũng được nhi u hãng khác s n xu t Chip cóề ả ấ

di n áp nuôi +5V và đ phân gi i 8 bit Ngoài đ phân gi i thì th i gian chuy nệ ộ ả ộ ả ờ ể

d i cũng là m t tham s quan tr ng khi đánh giá b ADC Th i gian chuy n đ iổ ộ ố ọ ộ ờ ể ổ

được đ nh nghĩa là th i gian mà b ADC c n đ chuy n m t đ u vào t orng tị ờ ộ ầ ể ể ộ ầ ư ựthành m t s nh phân Đ i v i ADC0804 th i gian chuy n đ i ph thu c vàoộ ố ị ố ớ ờ ể ổ ụ ộ

t n s đ ng h đầ ố ồ ồ ược c p t i chân CLK và CLK IN và không bé h n 1 lOps Cácấ ớ ơchân c a ADC0804 có ch c năng.ủ ư

Hình 1.3 S đ các chân c a ADC 0804ơ ồ ủ