MẠCH đếm sản PHẨM (000 999) HIỂN THỊ LED 7 đoạn dùng 89c51 (có nguyên lý và code)

MẠCH đếm sản PHẨM (000 999) HIỂN THỊ LED 7 đoạn dùng 89c51 (có nguyên lý và code) MẠCH đếm sản PHẨM (000 999) HIỂN THỊ LED 7 đoạn dùng 89c51 (có nguyên lý và code) MẠCH đếm sản PHẨM (000 999) HIỂN THỊ LED 7 đoạn dùng 89c51 (có nguyên lý và code) MẠCH đếm sản PHẨM (000 999) HIỂN THỊ LED 7 đoạn dùng 89c51 (có nguyên lý và code)

ĐỒ ÁN 1

MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM (000-999) HIỂN

THỊ LED 7 ĐOẠN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ 3

1.1 Giới thiệu về đề tài 3

1.2 Phương án thực hiện 3

1.3 Một số kiến thức cơ bản về vi điều khiển MCS-51 3

1.3.1 Giới thiệu chung về hệ vi xử lý 3

1.3.2 Sơ đồ khối của một hệ vi xử lý 4

1.3.3 Họ vi xử lý 8051 4

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 6

2.1 Nội dung thiết kế mạch 6

2.2 Các linh kiện chính sử dụng trong mạch 6

2.2.1 Vi điều khiển AT89C52 6

2.2.2 Led phát, led thu hồng ngoại 8

2.2.3 Điện trở 9

2.2.4 Biến trở 9

2.2.5 Opamp LM358 10

2.2.6 Transistor A1015 11

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 12

3.1 Sơ đồ khối của thiết kế 12

3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 12

3.3 Mô hình mô phỏng tổng hợp 13

3.3.1 Khối tạo dao động 14

3.3.2 Khối vi điều khiển 15

3.3.3 Khối hiển thị 15

CHƯƠNG 4 NHẬN XÉT 16

4.1 Ưu điểm 16

4.2 Khuyết điểm 16

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 17

5.1 Hướng phát triển 17

5.2 Kết luận 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

PHỤ LỤC A 19

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ

1.1 Gi i thi u v đ tài ới thiệu về đề tài ệu về đề tài ề đề tài ề đề tài

Sự phát triển ngày mạnh mẽ của khoa học công nghệ, đòi hỏi con người cũng phải thay đổi để phù hợp với thời đại bằng cách ứng dụng những trang thiết bị hiện đại vào đời sống và sản xuất phục vụ cho công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Góp phần quan trọng vào đó là ngành kĩ thuật điện tử giữ yếu tố chủ đạo Những thành tựu đó xuất hiện hầu hết trong các thiế bị dân dụng hằng ngày mà ta vẫn hay dùng, trong đời sống, trong sản xuất Các mạch điện tử ngày càng đóng vai trò thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển thì các mạch điện nhỏ gọn dần thay thế các thiết bị cồng kềnh chiếm diện tích lớn

Việc gia công xử lý tín hiệu trong các thiết bị hiện đại đều dựa trên nguyên tắc xử lý số Nhờ vào vi điều khiển mà ta có thể chuyển đổi các tín hiệu tương tự thành tín hiệu tương tự qua đó người dùng có thể dễ dàng tính toán các số liệu trong sản xuất với quy

mô lớn Từ đó tiết kiệm tối đa chi phí công sức của các nhà sản xuất

Với những ưu điểm nổi bật như trên nên em đã chọn “ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM (000-999) HIỂN THỊ LED 7 THANH ” làm đề tài cho đồ án 1của mình, mạch dựa trên ứng dụng của vi xử lý họ vi điều khiển 8051, mạch được sử dụng khá phổ biến trong các dây chuyền sản xuất dùng để đếm số lượng sản phẩm khi chúng đi qua một băng chuyền

1.2 Ph ương án thực hiện ng án th c hi n ực hiện ệu về đề tài

Mạch được xây dựng dựa trên cơ sở và nguyên lý hoạt động của các linh kiện như sau:

Họ vi điều khiển 8051 trong đề tài này em sử dụng AT89C52, các loại điện trở, Opamp so sánh LM358, bàn phím cơ bản dùng để set up số lượng đếm, LED 7 thanh, các LED thu phát hồng ngoại,…

1.3 M t s ki n th c c b n v vi đi u khi n MCS-51 ột số kiến thức cơ bản về vi điều khiển MCS-51 ố kiến thức cơ bản về vi điều khiển MCS-51 ến thức cơ bản về vi điều khiển MCS-51 ức cơ bản về vi điều khiển MCS-51 ơng án thực hiện ản về vi điều khiển MCS-51 ề đề tài ề đề tài ển MCS-51

1.3.1 Giới thiệu chung về hệ vi xử lý

Phần cứng (Hardware): bao gồm các thiết bị ngoại vi dùng để giao tiếp với con người

Phần mềm (Software): là chương trình dùng để xử lý dữ liệu

1.3.2 Sơ đồ khối của một hệ vi xử lý

Hình 1-1: Sơ đồ khối của một hệ vi xử lý

- CPU (Central Processing Unit): đơn vị xử lý trung tâm

- RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên

- ROM (Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc.

- Interface Circuitry: mạch điện giao tiếp

- Peripheral Devices (Input): các thiết bị ngoại vi (thiết bị nhập)

- Peripheral Devices (Output): các thiết bị ngoại vi (thiết bị xuất)

- Address bus: bus địa chỉ

- Data bus; bus dữ liệu

- Control bus: bus điều khiển

1.3.3 Họ vi xử lý 8051

MCS-51 là họ vi điều khiển của hảng Intel Vi mạch tổng quát của họ MCS-5 là chíp 8051 chíp 8051 có một số đặc trưng cơ bản như sau:

- Bộ nhớ chương trình bên trong: 4KB (ROM)

- Bộ nhớ dữ liệu bên trong: 128 byte (RAM)

- Bộ nhớ chương trình bên ngoài: 64 KB (RAM)

- 4 port xuất nhập (I/O port) 8 bit

- 2 bộ định thời 16 bit

- Mạch giao tiếp nối tiếp

- Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng lẻ)

- 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1bit

- Nhân chia trong 4us

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

2.1 N i dung thi t k m ch ột số kiến thức cơ bản về vi điều khiển MCS-51 ến thức cơ bản về vi điều khiển MCS-51 ến thức cơ bản về vi điều khiển MCS-51 ạch

Để làm được mạch này cần thiết kế được hai phần chính là bộ phận cảm biến và bộ phận đếm

Bộ phận cảm biến bao gồm phần phát và phần thu Cụ thể là ta sử dụng cặp LED thu phát hồng ngoại

Bộ phân đếm ta sử dụng họ vi điều khiển 8051 (cụ thể là AT89C52)

2.2 Các linh ki n chính s d ng trong m ch ệu về đề tài ử dụng trong mạch ụng trong mạch ạch

2.2.1 Vi điều khiển AT89C52

Hình 2-1: Sơ đồchân của AT89C52

Nhận tín hiệu vào khi có tín hiệu và từ chân EA và thực hiện đếm và hiển thị và các LED 7 đoạn

AT89C52 là một vi điều khiển mạnh ( có công suất lớn), các đặc điểm của AT89C52:

- Thuộc họ MCS-51 của Intel

- Bộ nhớ chương trình 8 KB thuộc loại Flash Memory

- Độ bền 1000 lần ghi/xóa

- Tần số hoạt động 0 Hz đến 24 MHz

- 3 chế độ khóa bộ nhớ

- 256 x8 bit RAM nội

- 32 đường I/O lập trình được ( 4 Port)

- 3 timer/counter 16-bit

- 8 nguồn ngắt

Tóm tắc về phần cứng của AT80C52

Port 0 (P0.0- P0.7) có số chân từ 32đến 39 Port 0 có hai chức năng: Port xuất nhập dữ liệu, không sử dụng bộ nhớ ngoài Bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0-AD7), có sử dụng bộ nhớ ngoài

Port 1 (P1.1-P1.7) có số chân từ 1 đến 8 Port 1 có một chức năng: Port xuất nhập dữ liệu, sử dụng hoặc không sử dụng bộ nhớ ngoài

Port 2 (P2.0- P2.7) có số chân từ 21-28 Port 2 có hai chức năng: Port xuất nhập dữ liệu không sử dụng bộ nhớ ngoài Bus địa chỉ byte cao (A8- A15) có sử dụng bộ nhớ ngoài

Port 3 (P3.0-P3.7) có số chân từ 10 đến 17 Port 3 có hai chức năng: Port xuất nhập dữ liệu không sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc chức năng đặc biệt Các tín hiệu điều khiển có sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt

Chân PSEN (Program Store Enable) cho phép bộ nhớ chương trình, chân số 29 Có chức năng: Là tín hiệu cho phép truy xuất (đọc) bộ nhớ chuong trình (ROM) ngoài Là tín hiệu xuất tích cực ở mức thấp PSEN=0 trong thời gian CPU tìm nạp lệnh từ bên ngoài,

PSEN=1 CPU sử dụng ROM trong Khi sử dụng bộ nhớ chương trìn bên ngoài, chân PSEN thường được nối với chân OE của ROM ngoài để cho phép CPU đọc mã lệnh từ ROM ngoài

Chân ALE (Address Latch Enable) cho phép chốt địa chỉ, chân số 30 Có chức năng: Là tín hiệu cho phép chốt địa chỉ dể thực hiện việc giải đa hợp cho bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0-AD7) Là tín hiệu xuất tích cực ở mức cao Khi lập trình cho ROM trong chíp thì chân ALE đóng cai trò là ngõ vào của xung lập trình

Chân EA (Extarnal Access) truy xuất ngoài châ số 31 Có chức năng: Là tín hiệu cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình ROM ngoài Là tín hiệu nhập tích cực ở mức thấp EA=0 chíp sử dụng chương trình ROM ngoài, EA=1 chíp sử dụng chương trình của ROM trong Khi lập trình cho ROM trong chíp thì chân EA đóng vai trò là ngõ vào của điện áp lập trình

Chân RST (Reset) thiết lập lại, chân số 9 Có chức năng: Là tín hiệu cho phép thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống Là tín hiệu nhập, tích cực ở mức cao RST=0 chíp hoạt động bình thường, RST=1 chíp được thiết lập lại trạng thái ban đầu

Chân XTAL1,XTAL2 (Crystal) tinh thể thạch anh chân số 18, 19 Có chức năng: Dùng để nối với thạch anh hoặc mạch dao động tạo xung clock bên ngoài, cung cấp tín hiệu xung clock cho chip hoạt động XTAL1 ngõ vào mạch tạo xung clock, XTAL2 ngõ

ra mạch tạo xung clock trong chíp

Chân Vcc và GND là nguồn cấp điện chân số 40 và 20 Có chức năng : Vcc, GND nguồn điện cho chíp hoạt động Vcc=+5V và GND=0V

2.2.2 Led phát, led thu hồng ngoại

Hình 2-2: Hình ảnh thực tế của LED thu, phat hồng ngoại

Ánh sáng hồng ngoại (hay còn gọi là tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy bằng mắt thường có thể quan sát qua được bằng camera điện thoại, có bước sóng khoảng từ 0.86um-0.98um Tia hồng ngoại có vận tốc truyền gần bằng vận tốc ánh sáng Lưu lượng thông tin có thể đạt 3mega bit/s LED trắng là LED phát ra ánh sáng hồng ngoại LED đen là LED thu ánh sáng hồng ngoại

2.2.3 Điện trở

Điện trở được nhận dạng bằng các vạch màu tiêu chuẩn, đồng thời kích thước tỷ lệ với công suất tiêu thụ nhiệt của nó trong quá trình làm việc

Hình 2-3: Hình ảnh thực tế của diện trở vòng màu

2.2.4 Biến trở

Biến trở là thiết bị có diệ trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn cuản người sử dụng Nó có thể sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện, điện trở của mạch có thể được thay đổi bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện Cấu tạo của biến trở gồm hai thành thành phần chính là con chạy và cuộn dây được là bằng hợp kim có điện trở suất lớn

Hình 2-4: Hình ảnh thực tế của biến trở

2.2.5 Opamp LM358

Là một opmap so sánh, bộ khuếch đại thuật toán kép, bên trong nó có hai con opamp Mỗi con opamp có 3 chân, ngõ vào đảo (-) hoặc là ngõ vào không đảo (+) và một ngõ ra Nó có chức năng chính là khi hiệu điện thế của ngõ vào input (+) cao hơn ngõ vào (-) thì ngõ ra của nó sẽ là mức cao còn ngược lại thì ngõ ra của nó sẽ là ở mức thấp Ứng

dụng của nó thì được dùng để so sánh điện áp, chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số

Hình 2-5: Sơ đồ chân của Opam LM358 2.2.6 Transistor A1015

Là một loại transistor PNP (transistor thuận) có dòng điện ra bão hòa cao Các thông số

cơ bản của nó như sau:

A1015 có Vce cực đại =-50V

Dòng Ic cực đại=-150mA

Hệ số khuếch đại của transistor nằm trong khoảng từ 70 đến 400

Hình 2-6: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của Transistor A1015

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

3.1 Sơ đồ khối của thiết kế

Hình 3-1: Sơ đồ khối của thiết kế

3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch

Trong đồ án 1 này em xây dựng mạch đếm dựa trên nguyên lý đếm tín hiệu, khi chưa có sản phẩm đi qua tức là cảm biến chưa tác động, chưa có tín hiệu đến mạch điều khiển ta thấy hai LED hiển thị về 0 Mỗi khi tín hiệu đi qua sẽ có một thiết bị để cảm nhận tín hiệu này, thiết bị này dược gọi là cảm biến (cặp LED thu phát hồng ngoại) mỗi khi có vật đi qua giữa cặp LED này thì nó sẽ che chắn ánh sáng hồng ngoại chiếu từ LED thu đến LED phát, khi đó mỗi lần tín hiệu đi qua sẽ tạo thành một xung, sau đó nó sẽ được đưa qua con opamp so sánh tín hiệu điện để quyết định xuất xung ở mức cao hay mức thấp Sau đó xung sẽ được đưa vào con vi xử lý để thực hiện các quá trình để biến đổi các tín hiệu điện áp thành tín hiệu số để xuất ra LED 7 thanh, khi đó LED sẽ bắt đầu tăng, mỗi lần LED 7 thanh sẽ tăng một đơn vị

Khối vi điều khiển

Khối hiển thị

Khối tạo

dao động

Khối nguồn

3.3 Mô hình mô phỏng tổng hợp

Hình 3-2: Hình ảnh mô phỏng của thiết kế

3.3.1 Khối tạo dao động

Hình 3-3: Hình ảnh mô phỏng mạch thu phát hồng ngoại

Khối thu phát hồng ngoại dùng ngắt ngoài của timer1 để đếm Khối thu phát hồng ngoại có chức năng là phát hiện sự mất xung (khi có sản phẩm đi qua) và đưa về con89c51 để xử lý tăng số đếm lên một đơn vị

Nguyên lý hoạt động của bộ thu phát hồng ngoại: khi có sản phẩm đi qua thì LED thu không nhận được tín hiệu từ LED phát, điện trở của LED thu sẽ rất lớn V2>V3, dẫn đến lối ra của điện áp bằng 0, khi LED thu nhậ dược tín hiệu từ LED phát, điện trở của LED thu giảm mạnh xuống sự giảm đó sẽ phụ thuộc vào cường độ LED phát, khi đó V2<V3 dẫn đến lối ra điện áp là 5V

3.3.2 Khối vi điều khiển

Hình 3-4: Hình ảnh mô phỏng của khối vi xừ lý

Lập trình cho con vi điều khiển bằng cách viết code nạp cho vi điều khiển để có thể đếm được số lượng sản phẩm từ 000-999 Tạo bàn phím ma trận để setup được số lượng cần đếm sử dụng Port 1 của vi điều khiển AT89C52

3.3.3 Khối hiển thị

Hình 3-5: Hình ảnh mô phỏng khối hiển thị

4.1 Ưu điểm

Mạch sử dụng chíp AT89C52 chúng em đã tìm hiểu qua bộ môn Vi Xử Lý nên đơn giản trong quá trình tìm hiểu nguyên lý cách thức hoạt động của chíp, mạch khá thông dụng nên dễ dàng thiết kế và lắp đặt do sử dụng ít linh kiện, dễ dàng tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch phù hợp với khả năng của sinh viên Giá thành của các linh kiện sử dụng trong mạch không quá đắt

4.2 Khuyết điểm

Mạch chưa phát triển đầy đủ các chức năng để sử dụng vào những mục đích cần thiết Mạch hoạt động dựa trên tín hiệu số nên dễ bị nhiễu khi thiết kế, mạch thi công qua nhiều công đoạn nên dễ bị hư Bố trí các linh kiện trên mạch in chưa khoa học, chưa mang tính công nghiệp cao

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN

5.1 Hướng phát triển

Sau khi trải qua quá trình làm đồ án em nhận thấy đây là một đề tài rất hay, ứng rộng phổ biến và rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp, mạch có khả năng đếm số lượng sản phẩm khi chúng đi qua các băng chuyền sản xuất, nó có dộ chính xác cao do sử dụng bằng máy móc, tiết kiệm được tối đa số lượng nhân công

Mạch do em thiết kế trong đề tài đơn giản chỉ là đếm các sản phẩm bình thường Từ mô hình này hướng phát triển của nó là nâng cấp lên việc đếm sẽ dựa trên sự phân loại các sản phẩm đếm về hình dạng, kích thước, cao hơn nữa có thể đếm dựa trên chất liệu trọng lượng của vật, bằng cách thay đổi bộ thu phát hồng ngoại bàng các bộ cảm biến vật liệu, cảm biến quang, cảm biến sóng siêu âm,… trong thực tế trong các nhà máy sản xuát có thể kết hợp nhiều bộ cảm biến với nhau để đếm số lượng sản phẩm, phù hợp với yêu cầu của công nghệ và mục đích sử dụng mà con người hướng đến

5.2 Kết luận

Khi nghiên cứu đề tài này chúng em muốn phát huy những thành quả của kỹ thuật số để tạo ra những thiết bị tiên tiến phục vụ nhu cầu của con người Quá trình tìm tòi nghiên cứu còn giúp chúng em mài dũa lại những kiến thức đã học áp lý thuyết vào thực tiễn để giải quyết các vấn đề một cách khoa học, tuy nhiên do thời gian còn hạn chế và trình độ chuyên môn của bản thân còn kha hạn hẹp nên còn xuất hiện những vấn đề thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô trong khoa về những ý tưởng thiết kế cũng như mạch mô hình mà em đã tạo ra để mô hình của em ngày càng hoàn thiện Một lần nữa xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đã gip1 em hoàn thành đề tài trong Đồ Án 1 lần này