Đang tải... (xem toàn văn)
Khi ấn 1 trong các nút ấn thì 04 LED bảy thanh sẽ hiển thj số lần ấn nút. Cảm biến hồng ngoại 1 dùng để Reset, cảm biến hồng ngoại 2 để đảo chiều đếm.PS: tài liệu có file mô phỏng proteus và code lập trình.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI — KHOA ĐIỆN — BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 GHÉP NỐI 04 LED BẢY THANH ĐỂ HIỂN THỊ SỐ LẦN ẤN PHÍM VÀ SỐ LẦN TÁC ĐỘNG VÀO CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Giáo viên hướng dẫn Lớp Nhóm thực đề tài Thành viên nhóm : Ngyễn Thu Hà : Điện – K9 : Nhóm : Hoàng Thị Nhung Hoàng Thị Thu Nguyễn Thị Tuyết Hoàng Văn Tuấn Phan Hồng Sơn Hà Nội - 2017 Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 led bảy để hiển thị số lần ấn phím số lần tác động vào cảm biến hồng ngoại - Giáo Viên Bộ Mơn: Cơ: Nguyễn Thu Hà - Nhóm 3: Lớp Điện – K9 gồm: Hoàng Thị Nhung Hoàng Thị Thu Nguyễn Thị Tuyết Hoàng Văn Tuấn Phan Hồng Sơn Nhận xét giáo viên môn Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý Mục Lục Chương 1: Phân tích yêu cầu cơng nghệ……………………………………………4 1.1 Phân tích giới hạn đặc điểm thiết bị……………………………4 1.1.1 Tìm hiểu chung hệ thống……………………………………………4 1.1.2 Các đặc điểm thiết bị………………………………… 1.2 Sơ đồ chân chức vi mạch sử dụng………………………… 1.2.1 IC 89C51RD2………………………………………………………… 1.2.2 Cảm biến hồng ngoại V1……………………………………………….9 Chương 2: Thiết kế hệ thống……………………………………………………….10 2.1 Xây mạch nguyên lý thuyết minh………………………………………….10 2.1.1 Mạch nguyên lý……………………………………………………… 10 2.1.2 Thuyết minh hoạt động………………………………………………….11 2.2 Tính chi tiết tham số hệ thống………………………………… 12 2.2.1 Vi điều khiển 89C51RD2……………………………………………….12 2.2.2 Led bảy thanh………………………………………………………… 13 2.3 Xây dựng thuật toán……………………………………………………… 16 2.3.1 Thuật toán điều khiển hệ thống…………………………………………16 2.3.2 Thuật toán đảo chiều đếm …………………………………………… 17 2.3.3 Thuật toán đếm thuận nghịch ………………………………………….18 2.3.4 Thuật toán reset đếm:" Đem =0"……………………………………… 19 2.3.5 Thuật tốn hiển thị: " Đem"…………………………………………… 20 2.4 Viết chương trình ………………………………………………………… 21 2.5 Nạp chạy mạch mô Proteus……………………………… .24 Chương 3: Kết luận……………………………………………………………… 24 Tài liệu tham khảo:…………………………………………………………………24 Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý Lời Nói Đầu Ngày nay, vi điều khiển thâm nhập vào lĩnh vực vủa đời sống từ dân sự, qn đến an ninh quốc phòng, có mặt hầu hết ứng dụng hàng ngày từ thiết bị nhỏ điện thoại di động, máy nhắn tin, trò chơi điện tử, thiết bị gia dụng (máy giặt, điều hòa, tủ lạnh….) đến thiết bị lớn ôtô, tàu thủy, xe lửa, máy bay, hệ thống mạng điện thoại, điều khiển tự động nhà máy, điều chỉnh nhà máy điện hạt nhân, hệ thống điều khiển ánh sáng… Với loạt ứng dụng thú vị trên, chúng em xin giới thiệu ứng dụng nhỏ dùng vi điều khiển 8051 (cụ thể vi điều khiển 89C51RD2) ghép nối 04 LED bảy để thị số lần ấn phím số lần tác động vào cảm biến hồng ngoại Được giúp đỡ bảo tận tình giáo Nguyễn Thu Hà bạn lớp, nhóm chúng em hồn thành tập lớn mơn học Tuy nhiên thời gian trình độ hạn chế, thiếu kinh nghiệm thực tế nên khơng tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để chúng em hồn thiện thiết kế Xin chân thành cảm ơn ! Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý Chương 1: Phân tích u cầu cơng nghệ 1.1 Phân tích giới hạn đặc điểm thiết bị 1.1.1 Tìm hiểu chung hệ thống Nội dung đề tài: “Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 led bảy để hiển thị số lần ấn phím số lần tác động vào cảm biến hồng ngoại.” Với yêu cầu đề tài hệ thống gồm có - Vi điều khiển 89C51RD2: Thiết bị dùng để nhận liệu điều khiển, sau xử lý tính tốn xuất liệu LED - Hai cảm biến hồng ngoại: Dùng nhận tín hiệu điều khiển (hồng ngoại) chuyển thành tín hiệu số đưa vào vi điều khiển Cảm biến thứ dung để Reset, cảm biến thứ dùng để đảo chiều đếm - Bốn LED bảy thanh: Hiển thị số lần ấn nút - Bốn nút ấn N1, N2, N3, N4: Để tác động điều khiển hiển thị số lần ấn nút Phân tích giới hạn đề tài - Với nội dung đề tài ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 led bảy để hiển thị số lần ấn phím số lần tác động vào cảm biến hồng ngoại, ứng dụng lớn nên ta dùng vi điều khiển 89C51RD2 không cần ghép nối thêm nhớ - Bốn LED bảy dùng để hiển thị thị giá trị 0000 – 9999, độ xác cao, sai số - Hai cảm biến hồng ngoại dùng để Reset đảo chiều đếm cho độ xác cao thực q trình đếm số lần ấn nút 1.1.2 Các đặc điểm thiết bị a) Đặc điểm vi điều khiển 89C51RD2 Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý - Sơ đồ khối: Hình1.1: Sơ đồ khối 89C51RD2 Các ngõ tín hiệu điều khiển : Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable): - PSEN tín hiệu ngõ chân 29 có tác dụng cho phép đọc nhớ chương trình mở rộng thường nói đến chân 0E\ (output enable) Eprom cho phép đọc byte mã lệnh - PSEN mức thấp thời gian Microcontroller 8951 lấy lệnh Các mã lệnh chương trình đọc từ Eprom qua bus liệu chốt vào ghi lệnh bên 8951 để giải mã lệnh Khi 8951 thi hành chương trình ROM nội PSEN mức logic Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable ) : - Khi 8951 truy xuất nhớ bên ngồi, port có chức bus địa bus liệu phải tách đường liệu địa Tín hiệu ALE chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp đường địa liệu kết nối chúng với IC chốt - Tín hiệu chân ALE xung khoảng thời gian port đóng vai trò địa thấp nên chốt địa hoàn toàn tự động Các xung tín hiệu ALE có tốc độ 1/6 lần tần số dao động chip dùng làm tín hiệu clock cho phần khác hệ thống Chân ALE dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom 8951 Ngõ tín hiệu EA\(External Access): Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý - Tín hiệu vào EA\ chân 31 thường mắc lên mức mức Nếu mức 1, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội khoảng địa thấp Kbyte Nếu mức 0, 8951 thi hành chương trình từ nhớ mở rộng Chân EA\ lấy làm chân cấp nguồn 21V lập trình cho Eprom 8951 Ngõ tín hiệu RST (Reset) : Ngõ vào RST chân ngõ vào Reset 8951 Khi ngõ vào tín hiệu đưa lên cao chu kỳ máy, ghi bên nạp giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch tự động Reset Các ngõ vào dao động X1, X2: - Bộ dao động tích hợp bên 8951, sử dụng 8951 người thiết kế cần kết nối thêm thạch anh tụ hình vẽ sơ đồ Tần số thạch anh thường sử dụng cho 8951 12Mhz - Chân 40 (Vcc) nối lên nguồn 5V b) Led LED cấu tạo từ LED đơn xếp theo nét để biểu diễn chữ số kí tự đơn giản từ số đến A đến F LED dùng để số đẹp dễ nhìn Tùy vào kích thước số kí tự mà cấu tạo hay nhiều LED đơn Các LED đơn ghép đặt tên chữ a g có dấu chấm dot ( dấu chấm sáng tắt tùy theo yêu cầu) cấu tạo LED đơn Qua người ta cần bit tương ứng với LED đơn để điều khiển thị số từ đến kí tự từ A đến F Hình 1.2: LED c) Cảm biến hồng ngoại V1 Mô tả Cảm biến có khả thích nghi với mơi trường, có cặp truyền nhận tia hồng ngoại Tia hồng ngoại phát mội tần số định, phát hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau so sánh, đèn màu xanh sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu (một tín hiệu bậc thấp) Khoảng cách làm việc hiệu – cm, điện áp làm việc 3.3 – V độ nhạy sáng cảm biến điều chỉnh chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng, … Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý Có thể sử dụng rộng rãi robot tránh chướng ngại vật, xa tránh chướng ngại vật dò đường, … Thơng số kỹ thuật Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định Điện áp làm việc: 3.3 – V DC Khi bật nguồn , đèn báo nguồn màu đỏ sáng Lỗ vít mm, dễ dàng cố định, lắp đặt Kích thước: 3.2*1.4 cm Các mô-đun so sánh điện áp ngưỡng thông qua chiết áp Cổng giao tiếp VCC: Điện áp chuyển đổi từ 3.3 – V ( kết nối trực tiếp đến vi điều khiển V 3.3 V) GND: GND OUT: Đầu kỹ thuật số (0 1) 1.2 Sơ đồ chân chức vi mạch sử dụng 1.2.1 IC 89C51RD2 Sơ đồ chân PDIP P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD) P3.0 (TXD) P3.1 (INT0) P3.2 (INT1) P3.3 (T0) P3.4 (T1) P3.5 (WR)P3.6 (RD) P3.7 XTAL2 XTAL1 GND 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 (A15) P2.6 (A14) P2.5 (A13) P2.4 (A12) P2.3 (A11) P2.2 (A10) P2.1 (A9) P2.0 (A8) Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý Hình 1.3: Sơ đồ chân 89C51RD2 Chức chân 89C51RD2 - AT89C51 có tất 40 chân có chức đường xuất nhập Trong có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa chân có chức năng), đường hoạt động đường xuất nhập đường điều khiển thành phần bus liệu bus địa a.Các Port: Port : - Port port có chức chân 32 – 39 8951 Trong thiết kế cỡ nhỏ khơng dùng nhớ mở rộng có chức đường IO Đối với thiết kế cỡ lớn có nhớ mở rộng, kết hợp bus địa bus liệu - Port 1: port IO chân 1-8 Các chân ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2, … dùng cho giao tiếp với thiết bị ngồi cần Port khơng có chức khác, chúng dùng cho giao tiếp với thiết bị bên - Port : - Port port có tác dụng kép chân 21 - 28 dùng đường xuất nhập byte cao bus địa thiết bị dùng nhớ mở rộng -Port 3: - Port port có tác dụng kép chân 10 - 17 Các chân port có nhiều chức năng, cơng dụng chuyển đổi có liên hệ với đặc tính đặc biệt 8951 bảng sau: Bit Tên Chức chuyển đổi P3.0 RXT Ngõ vào liệu nối tiếp P3.1 TXD Ngõ vào liệu nối tiếp P3.2 INT0\ Ngõ vào ngắt cứng thứ P3.3 INT1\ Ngõ vào ngắt cứng thứ P3.4 T0 Ngõ vào Timer/Counter thứ P3.5 T1 Ngõ vào Timer/Counter thứ P3.6 WR\ Tín hiệu ghi liệu lên nhớ ngồi P3.7 RD\ Tín hiệu đọc nhớ liệu Bảng 1.1: Chức Port3 Bài tập lớn 1.2.2 Kỹ thuật vi xử lý LED bảy Sơ đồ chân Hình 1.4: Sơ đồ chân LED Chức LED Được dùng để hiển thị số liệu thiết bị đo, bảng hiệu, thiết bị số, … 1.2.3 Cảm biến hồng ngoại V1 Sơ đồ chân Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý cảm biến hồng ngoại Chức cảm biến Dùng để phát vật cảm, người, dò đường… Nên sử dụng rộng rãi lĩnh vực đo lường điều khiển, an ninh, tự động hóa, … Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý Vi điều khiển 89C51RD2 cung cấp đặc tính chuẩn : Kbyte nhớ đọc xóa lập trình nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường I/O, TIME/COUNTER 16 Bit, vecto ngắt có cấu trúc mức ngắt, Port nối tiếp bán song công, mạch dao động tạo xung Clock dao động ON-CHIP Các đặc điểm chip 89C51RD2 tóm tắt sau : 4Kbyte nhớ lập trình nhanh, có khả tới 1000 chu kỳ ghi/xóa Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24MHz mức khóa nhớ lập trình Timer/counter 16 bit 128 Byte RAM nội Port xuất /nhập I/O bit Giao tiếp nối tiếp 64KB vùng nhớ mã ngồi 64KB vùng nhớ liệu ngoại 4µs cho hoạt động nhân chia Hình 2.2: IC 89C51RD2 2.2.2 Led bảy 12 Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý Hình 2.3: LED Ở hình dạng LED7 thực tế mạch nguyên lý cấu tạo Cấu tạo LED nhìn đơn giản chúng gồm LED đơn xếp lại với thành hình vẽ Các LED đơn chung Anot Katot riêng chân lại Anot hặc Katot Nhiệm vụ cho sáng LED đơn thành số hay kí tự đơn giản Hiện LED sản xuất theo kiểu Anot chung Katot chung điều khiển làm việc tương tự bơm dòng hay tiêu thụ dòng LED đơn có LED7 (Thường hay thiết kế theo kiểu bơm dòng cho LED) Thông thường mạch thiết kế thực tế người thiết kế thường hay sử dụng loại Anot chung Phương pháp ghép nối cấp dòng, đảo trạng thái thông qua đệm quét LED Ghép nối led Để ghép nối với LED7 có nhiều cách, phải đảm bảo điều khiển tắt mở riêng LED đơn để tạo số ký tự mong muốn.Các IC điều khiển khó khả sinh dòng tức dòng đầu chân ICs nhỏ khả ni dòng Do vậy, ghép nối trực tiếp net với chân cổng IC loại Anode chung thích hợp Cần phải ý dòng dồn ICs mức chịu khơng làm nóng dei ICs điều khiển Hai cách ghép nối thường dùng: - Cách 1: Dùng trực tiếp chân điều khiển (vi xử lý) Đối với cách nhìn tốn chân vi xử lý Và dòng LED dồn tất vi xử lý Nếu hệ thống lớn cách khơng ổn ảnh hưởng đến vi xử lý nhiều dòng dồn vi xử lý làm vi xử lý nóng dẫn tới chết ( tưởng tượng xem mà hệ thống nhiều phần điều khiển từ chân vi xử lý mà tất tải điều khiển dồn trực tiếp dòng vi xử lý lúc dòng thời điểm lớn vượt q ngưỡng cho phép vi xử lý Dòng mà vi xử lý chịu đựng nhỏ đâu 100mA ) Các dùng hệ thống điều khiển ít, mạch dùng vi xử lý đơn giản thị LED, đếm số từ đến 13 Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý Hinh 2.4: Ghép nối AT 89C51 với led - Cách : Dùng IC giải mã BCD sang LED Hình 2.5: Dùng IC giải mã BCD sang LED Sử dụng IC giải mã 7447 để giả mã từ mã BCD sang mã LED7 Đối với cách trơng ổn Vừa tiếp kiệm chân vi xử lý tránh dòng dồn vi xử lý (dòng dồn 7447) Đây cách mà người thiết kế thường dùng hệ thống cần đến thị Thông thường thiết kế, LED dùng để thị giá trị giá trị số từ đến cần phải thị kí tự đơn giản A đến F hệ thống để báo trạng thái hệ thống Các giá trị thị bao gồm nhiều chữ số tức phải dùng đến nhiều LED7 ghép lại thị nhiều số Ví dụ muốn thị số 123 chả hạn phải dùng đến LED ghép lại 14 Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý Như để ghép nhiều LED thay phải dùng chân riêng rẽ cho LED Ví dụ để thị chữ số lên LED (123 chẳng hạn) ta 3x8 = 24 chân liệu điều khiển để thị chữ số Như tốn chân vi xử lý, người ta dùng chung đường liệu cho LED thiết kế thêm tín hiệu điều khiển cấp nguồn riêng rẽ cho LED cấp nguồn cho chân Anot chung hay Katot chung Nhìn sơ đồ ta thấy kiểu ghép nối LED Các đường liệu vào LED chung với chân điều khiển nguồn cho LED riêng rẽ điều khiển transitor ( khuếch đại dòng) Như mạch tiếp kiệm nhiều chân vi xử lý Đối với mạch cách ghép nối tối đa có 11 chân vi xử lý Hinh 2.6: Ghép nối với nhiều led Tám chân liệu LED chung chung ghép nối qua cách : Thứ dùng vào trực tiếp chân vi xử lý thứ qua IC đệm hay IC giải mã Nhưng thiết kế không người ta cho trực tiếp chân liệu vào trực tiếp vi xử lý mà người ta phải cho qua IC đệm hay giải mã hệ thống lớn Chỉ mạch đơn giản người ta cho vào trực tiếp vi xử lý.Thông thường người ta dùng thêm IC đệm hay giải mã ULN2803, 74LS47 Đối với phương pháp ghép LED điều khiển thị số 123 Nếu nhìn thấy LED thị giống chúng chung đường liệu Nhưng Nếu chung ta cho thời điểm LED sáng thấy khác Số 123 thị lên LED Đó thuật toán quét LED dựa vào tượng lưu ảnh mắt quét với tần số lớn Như phương pháp tiếp kiệm số lượng lớn chân vi xử lý đồng thời tiếp kiệm lượng tiêu thụ phương pháp quét LED thời gian ngắn Khi tối đa thời điểm có LED sáng tồn thơi Cần phải tính tốn giá trị dòng vào cho LED cho LED sáng đẹp cách thêm bớt điện trở 15 Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý 2.3 Xây dựng thuật toán 2.3.1 Thuật toán điều khiển hệ thống MAIN Đảo chiều đếm Đếm thuận nghịch Reset đếm: “Dem = 0” Hiển thị: “Dem” END 16 Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý 2.3.2 Thuật toán đảo chiều đếm Đảo chiều đếm TG = Nhận tín hiệu từ CB đảo chiều đếm: P1_4 P1_4 == S1 S TG = TG +1 TG > 17 END_1 Đ Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý 2.3.3 Thuật toán đếm thuận nghịch Đếm thuận nghịch Dem = Nhận tín hiệu N1, N2, N3, N4 P1_0 == or P1_1 == or P1_2 == or S P1_1 == Đ S Đ TG == Đ Dem = Dem - Dem = Dem + Dem S 9999 18 Đ Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý S S END_2 2.3.4 Thuật toán reset đếm: “Dem = 0” Reset đếm: “Dem = 0” \ Nhận tín hiệu từ CB reset: P1_5 P1_5 == S Dem = END_3 19 Đ Bài tập lớn Kỹ thuật vi xử lý 2.3.5 Thuật toán hiển thị: “Dem” Hiển thị: “Dem” So[] = {0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10}; MaQuet[] = {0x07,0x0B,0x0D,0x0E}; ChuSo[4]; Dem >= S Đ i=0 i 255 unsigned long Temp;//So nguyen duong -> 4,294,967,295 int Dem = 0, TG = 0;//So nguyen -32,768 ->32,767 //Ham thoi gian void delay(int time) { while(time ); } //Tach so hang don vi, hang chuc, hang tram, hang nghin void TachChuSo(unsigned long Temp, int SoLed) { int i; if(Temp>=0) { for(i=0;i