Báo cáo TN mạch đếm và phân loại sản phẩm

Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Mục lục  Lời nói đầu Phần 1: Lý thuyết – giới thiệu linh kiện mạch Chương 1: PIC 16F877a Tổng quát vi điều khiển PIC 1.1 Giới thiệu vi điều khiển PIC 1.1.1 Tổ chức phần cứng 1.1.2 Một số đặc tính vi điều khiển PIC 1.1.3 Những đặc tính ngoại vi 1.1.4 Đặc điểm tương tự 1.1.5 Các đặc điểm đặc biệt 1.1.6 Công nghệ CMOS 1.2 Giới thiệu PIC16F8XX PIC 16F877a Sơ đồ khối tính chân PIC 16F877a 2.1 Sơ đồ khối 2.2 Sơ đồ chân 2.3 Tổ chức nhớ 2.3.1 Bộ nhớ chương trình 2.3.2 Bộ nhớ liệu 2.3.3 Bộ nhớ EEROM 2.4 Các cổng xuất nhập 2.4.1 Port A 2.4.2 Port B 2.4.3 Port C 2.4.4 Port D 2.4.5 Port E 2.5 Các chân dao động (OSC1 – OSC2) chân RESET 2.6 Các định thời 2.6.1 Timer 2.6.2 Timer 2.6.3 Timer 2.7 ADC 2.8 Truyền dẫn nối tiếp USART 2.8.1 USART bất đồng 2.8.1.1 USART truyền bất đồng SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Page 1 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm 2.8.1.2 USART nhận bất đồng 2.8.2 USART đồng 2.8.2.1 Truyền liệu chế độ MASTER 2.8.2.2 Nhận liệu chế độ MASTER 2.8.3 USART chế độ Slave 2.8.3.1 Truyền liệu chế độ Slave 2.8.3.2 Nhận liệu chế độ Slave 2.9 I2C 2.9.1 I2C Master Mode 2.9.2 Truyền liệu 2.9.3 Nhận liệu 2.10 Ngắt Chương 2: IC giải mã led đoạn – 74247 Led đoạn IC 74247 Chương 3: IC TL082 Chương 4: IC ổn áp Chương 5: 2SC1815 Phần 2: Thi công – tình toán khối mạch • • • Yêu cầu đồ án Ưu nhược điểm đồ án Giới hạn hướng phát triển thêm đồ án Chương 1: Sơ đồ khối Chương 2: Mạch nguyên lý Tìm hiểu khối vi điều khiển Pic 16f877a Tìm hiểu khối hiển thị Tìm hiểu khối bàn phím Tìm hiểu khối phân loại sản phẩm Tìm hiểu khối nguồn SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Page 2 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Chương 4: Lưu đồ giải thuật chương trình Lưu đồ giải thuật phần phân loại sản phẩm Lưu đồ giải thuật phần hiển thị Chương 5: Chương trình hoạt động Phần 3: Lời kết Kết luận Tài liệu tham khảo Với phát triển không ngừng khoa học công nghệ, cu ộc s ống người ngày trở nên tiện nghi đại Điều đem lại cho nhiều giải pháp tốt hơn, đa dạng việc xử lý vấn đ ề tưởng chừng phức tạp gặp phải sống Việc ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật đại tất lĩnh vực r ất ph ổ biến toàn giới, thay dần phương thức thủ công , l ạc h ậu ngày cải tiến đại hơn, hoàn mỹ Cùng với phát triển chung đó, nước ta mạnh mẽ ti ến hành công công nghiệp hóa đại hóa đất nước để theo kịp phát tri ển nước khu vực giới Trong lĩnh v ực điện tử ngày đóng vai trò quan trọng vi ệc phát tri ển kinh t ế đ ời s ống người Sự phổ biến đóng góp không nhỏ tới phát tri ển tất ngành sản xuất, giải trí Với ứng dụng rộng rãi đời sống nay, đặc biệt ngành công nghiệp, việc phân loại đếm sản phẩm có tầm h ết s ức quan SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Page 3 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm trọng, để hiểu rõ tầm quan tr ọng v ấn đề này, chúng em chọn đề tài tốt nghiệp “Đếm phân loại sản phẩm” Trong thời gian ngắn thực đề tài cộng với kiến thức nhi ều hạn chế, nên tập đồ án không tránh khỏi thi ếu sót, nhóm th ực hi ện r ất mong đóng góp ý kiến thầy cô bạn sinh viên Nhóm thực đề tài: Tô Văn Tủm Nguyễn Trần Nhân Tâm Phần Lý thuyết Giới thiệu linh kiện mạch Chương PIC 16F877A Tổng quát vi điều khiển PIC 1.1 Giới thiệu vi điều khiển PIC PIC viết tắt “Programable Intelligent Computer”, tạm dịch “máy tính thông minh khả trình” hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển họ PIC1650 thiết kế để dùng làm thiết bị ngoại vi cho SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Page 4 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm vi điều khiển CP1600 Vi điều khiển sau hãng Microchip nghiên cứu phát triển thêm từ hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày • Cách phân lọai PIC theo chữ cái: Các họ PIC xxCxxx đưa vào nhóm, gọi OPT (One Time Programmable) : nạp chương trình cho lần Nhóm thứ hai có chữ F LF:chúng ta gọi nhóm nhóm Flash ,nhóm cho phép ghi xóa nhiều lần mạch điện tử thông thường • Cách phân lọai PIC theo hai số sản phẩm :  Loại thứ dòng PIC (Base_line), gồm PIC 12Cxxx,  có độ dài lệnh 12 bit Loại thứ hai dòng PIC 10F, 12F , 16F, gọi dòng phổ thông (Mid Range), có độ dài lệnh 14 bit  Loại thứ ba dóng PIC 18F (High End) , độ dài lệnh 16 bit PIC 16F877A dòng PIC phổ biến , đủ mạnh tính năng, nhớ đủ cho ứng dụng thông thường 1.1.1 Tổ chức phần cứng Tổ chức phần cứng vi điều khiển thiết kế theo hai kiến trúc: Harvard Von Neumann.Tổ chức phần cứng PIC16F877A thết kế theo kiến trúc Harvard SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Page 5 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Hình 1.1.1: Kiến trúc Harvard Von Neumann Trên hình vẽ ta thấy, cấu trúc Von Neumann nhớ chương trình nhớ liệu nằm chung nhớ CPU truy cập vào hai nhớ thông qua bus, thời điểm CPU truy cập vào hai nhớ Đối với cấu trúc Harvard, nhớ liệu nhớ chương trình tổ chức riêng Do đó, thời điểm, CPU tương tác với hai nhớ, tốc độ xử lý vi điều khiển nhanh Vì PIC16F877A thiết kế với kiến trúc Harvard nên có tập lệnh rút gọn RISC (reduced instruction set computer) nên tập lệnh PIC16F877A lệnh nhân, chia mà phép nhân chia thay thực liên tiếp nhiều phép cộng trừ cần lệnh ADD lệnh SUBB đủ 1.1.2 Một số đặc tính vi điều khiển PIC Đây vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh thực thi chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép 20 MHz với chu kì lệnh 200ns Bộ nhớ chương trình SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Page 6 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm 8Kx14 bit, nhớ liệu 368 byte RAM nhớ liệu EEPROM với dung lượng 256byte Số PORT I/O với 33 pin I/O • Các đặc tính ngoại vi bao gồm khối chức sau:  Timer0: đếm bit với chia tần số bit  Timer1: đếm 16 bit với chia tần số, thực chức đếm dựa vào xung clock ngoại vi vi điều khiển hoạt động chế độ sleep  Timer2: đếm bit với chia tần số, postcaler  Hai Capture/so sánh/điều chế độ rông xung  Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI I2C  Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với bit địa  Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với chân điều          khiển RD, WR, CS bên Các đặc tính Analog: kênh chuyển đổi ADC 10 bit Hai so sánh Bên cạnh vài đặc tính khác vi điều khiển như: Bộ nhớ flash với khả ghi xóa 100.000 lần Bộ nhớ EEPROM với khả ghi xóa 1.000.000 lần Dữ liệu nhớ EEPROM lưu trữ 40 năm Khả tự nạp chương trình với điều khiển phần mềm Nạp chương trình mạch điện ICSP (In Circuit Serial      1.1.3   Programming) thông qua chân Watchdog Timer với dao động Chức bảo mật mã chương trình Chế độ Sleep Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác Những đặc tính ngoại vi Timer0 : 8- bit định thời/ đếm với 8- bit prescaler Timer1 : 16- bit định thời/ đếm với prescaler, có th ể tăng lên suốt chế độ Sleep qua thạch anh/ xung clock bên  Timer2 : 8- bit định thời/đếm với 8- bit, prescaler postscaler  Hai module Capture, Compare, PWM  Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12.5ns SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Page 7 Đồ án tốt nghiệp       1.1.4       Đếm phân loại sản phẩm Compare có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200ns Độ phân giải lớn PWM 10bit Có 13 ngõ I/O điều khiển trực tiếp Dòng vào dòng lớn : 25mA dòng vào cho chân 20mA dòng cho chân Đặc điểm tương tự 10 bit, với kênh chuyển đổi tương tự sang số (A/D) Brown – out Reset (BOR) Module so sánh tương tự Hai so sánh tương tự Module điện áp chuẩn VREF lập trình PIC Có thể lập trình ngõ vào đến từ ngõ vào PIC điện áp bên  Những ngõ so sánh sử dụng cho bên 1.1.5 Các đặc điểm đặc biệt  Có thể ghi/ xoá 100.000 lần với kiểu nhớ chương trình       Enhanced Flash Ghi/ xoá với kiểu nhớ EPROM EPROM lưu trữ liệu 40 năm Có thể tự lập trình lại điều khiển phần mềm Mạch lập trình nối tiếp qua chân Nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp Watchdog Timer (WDT) với dao động RC tích hợp sẵn Chip cho hoạt động đáng tin cậy  Có thể lập trình mờ bảo vệ  Tiết kiệm lượng với chế độ Sleep  Có thể lựa chọn dao động  Mạch dở sai (ICD : In- Circuit Debug) qua chân 1.1.6 Công nghệ CMOS  Năng lượng thấp, tốc độ cao Flash/ công nghệ EPROM  Việc thiết kế hoàn toàn tĩnh  Khoảng điện áp hoạt động từ 2V đến 5.5V  Tiêu tốn lượng thấp 1.2 Giới thiệu PIC 16F8XX PIC 16F877a SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Page 8 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm PIC16F8X nhóm PIC họ PIC16XX họ Vi điều khiển 8-bit, tiêu hao lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công ngh ệ CMOS, ch ống tĩnh điện tuyệt đối Nhóm bao gồm thiết bị sau: • • • • PIC16F83 PIC16CR83 PIC16F84 PIC16CR84 Tất PIC16/17 có cấu trúc RISC PIC16CXX đặc tính n ổi bậc, mức ngăn xếp Stack, nhiều nguồn ngắt tích hợp bên lẫn Có cấu trúc Havard với bus liệu bus thực thi ch ương trình riêng bi ệt cho phép độ dài lệnh 14-bit bus liệu 8-bit cách bi ệt T ất lệnh chu kỳ lệnh ngoại trừ l ệnh rẽ nhánh ch ương trình chu kỳ lệnh Chỉ có 35 lệnh lượng l ớn ghi cho phép đáp ứng cao ứng dụng Họ PIC16F8X có nhiều tính đặc biệt làm giảm thi ểu thi ết bị ngoại vi, kinh tế cao, có hệ th ống bật đáng tin c ậy s ự tiêu th ụ lượng thấp Ở có lựa chọn dao dộng có chân k ết n ối dao động RC nên có giải pháp tiết kiệm cao Chế độ SLEEP tiết kiệm nguồn đánh thức nguồn reset Và nhi ều phần khác giới thiệu bên nói rõ phần PIC16F877A có 40/44 chân với phân chia cấu trúc sau :    Có port xuất/nhập Có kênh chuyển đổi A/D 10-bit Có nhớ gấp đôi so với PIC16F873A PIC16F874A2.2.1 Tổ chức ghi Sơ đồ khối tính chân PIC16F877A 2.1 Sơ đồ khối : SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Page 9 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Hình 2.1: Sơ đồ khối PIC 16F877a Như nói , vi điều khiển PIC có kiến trúc Harvard, CPU truy cập chương trình liệu hai bus riêng biệt, nên làm tăng đáng kể băng thông so với kiến trúc Von Neumann CPU truy cập chương trình liệu bus Việc tách riêng nhớ chương trình nhớ liệu cho phép số bit từ lệnh khác với số bit liệu Ở PIC 16F877A, từ lệnh dài 14 bit , từ liệu bit PIC 16F877A chứa ALU bit ghi làm việc WR (working register) ALU đơn vị tính toán số học logic, thực hiên phép tình số đại số Boole ghi làm việc WR ghi liệu ALU thực phép cộng, trừ, dịch bit phép toán logic SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 10 Page 10 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Hình 1: led đoạn Led đoạn có cấu tạo bao gồm led đơn có dạng x ếp theo hình có thêm led đơn hình tròn nhỏ thể hi ện dấu ch ấm tròn góc dưới, bên phải led đoạn Tám led đơn led đo ạn có Anode(cực +) Cathode(cực -) nối chung với vào m ột điểm, đưa chân để kết nối với mạch điện cực l ại led đơn đưa thành chân riêng, đ ưa để kết nối với mạch điện Nếu led đoạn có Anode(cực +) chung, đ ầu chung nối với +Vcc, chân lại dùng đ ể ều ển tr ạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hi ệu đ ặt vào chân mức Nếu led đoạn có Cathode(cực -) chung, đ ầu chung nối xuống Ground (hay Mass), chân lại dùng đ ể ều khiển trạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hiệu đ ặt vào chân mức Hình 2: cấu tạo led đoạn Vì led đoạn chứa bên led đơn, k ết n ối SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 48 Page 48 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm cần đảm bảo dòng qua led đơn khoảng 10mA-20mA đ ể b ảo vệ led Nếu kết nối với nguồn 5V hạn dòng điện tr 330Ω trước chân nhận tín hiệu điều khiển Sơ đồ vị trí led trình bày hình bên: Các ện tr 330Ω điện trở bên kết nối đ ể gi ới hạn dòng ện qua led led đoạn nối với nguồn 5V Chân nhận tín hiệu a ều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều ển led b Tương tự v ới chân led lại Hình 3.4: Sơ đồ chân led đoạn Segment Output SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm display 49 Page 49 Đồ án tốt nghiệp a b Đếm phân loại sản phẩm c d e f g Loại Anode chung 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Loại Cathode chung 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 50 Page 50 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm 1 1 1 1 1 1 Bảng 2.1: Bảng mã Led đoạn IC 74LS47 SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 51 Page 51 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm  Đây IC giãi mã Led đoạn loại Anode chung  Linh kiện giải mã BCD thông qua ngõ vào từ chân A(7), B(1), C(2), D(6), sau giãi mã liệu nhập vào từ chân cách xuất chân 9,10,11,12,13,14,15 Hình 2.1: Hình IC 74LS47 Bảng 2.1: Phạm vi cấp nguồn cho IC Hình 2.2: Chân IC 74LS47 SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 52 Page 52 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Hình 2.3: Kếtquả hiển thị lên Led đoạn Bảng 2.2: Bảng chân trị SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 53 Page 53 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Chương IC TL082  Với IC em dùng với mục đích điều chỉnh độ nhạy cặp Led thu, phát hồng ngoại Hình 3.1: Hình IC TL082 Hình 3.2: Kí hiệu IC TL082 SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 54 Page 54 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Hình 3.3: Giản đồ IC TL082 Bảng 3.1: Thông số IC TL082 SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 55 Page 55 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Đếm phân loại sản phẩm 56 Page 56 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Chương Các IC ổn áp – 7805 – 7812 – 7824 Hình 4.1: Hình ảnh IC ổn áp SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 57 Page 57 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Hình 4.2: Biểu đồ khối bên IC Bảng 4.1: Các thông số LM7805 SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 58 Page 58 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Bảng 4.2: Các thông số LM7812 SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 59 Page 59 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm Bảng 4.3: Các thông số LM7824 SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 60 Page 60 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm 2SC1815 Chương Hình 5.1: Hình ảnh transistor 1815 Bảng 5.1: Các thông số transistor 1815 SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 61 Page 61 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm Đếm phân loại sản phẩm 62 Page 62 ... vào reset Lối vào điện áp nạp trình Vpp SVTH: Tô Văn Tủm & Nguyễn Trần Nhân Tâm 11 Page 11 Đồ án tốt nghiệp Đếm phân loại sản phẩm RA0/AN0 I/O Vào/ số Lối vào analog RA1/AN1 I/O Vào/ số Lối vào... I/O Vào/ra số Cổng song song tớ Lối Compare2 Lối PWM2 Vào/ra số Lối vào Vào/ra số Capture1 Lối PWM1 Vào/ra số Nhịp đồng choSPI I2C Vào/ra số Vào liệu SPI Vào/ra liệu I2C Vào/ra số Ra liệu SPI Vào/ra... I/O Vào/ra số Tạo dao động timer Xung nhịp sánh Vào/ số Lối vào analog Lối vào điện áp chuẩn V-ref ADC Vào/ra số cực máng ngỏ Lối vào xung cho timer Lối so sánh Vào/ra số lối vào chọn SOI Lối vào