Thiết kế chế tạo mạch đo và hiển thị cường độ từ trường trên LCD

ĐỒ ÁN TÍCH HỢP I Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mạch đo hiển thị cường độ từ trường LCD Giáo viên hướng dẫn: Nhóm sinh viên thực hiện: Vũ Đình Đạt Nguyễn Khả Huy Nguyễn Tiến Tùng Lớp : Đ_ĐTK10.1 Khoá học: 2012 – 2016 Ngành đào tạo: Tự Động Hóa Cơng Nghiệp Nội dung cần hồn thành: Thiết kế, tính tốn chế tạo mạch điện đo hiển thị cường độ từ trường LCD Sản phẩm đề tài phải đảm bảo kỹ thuật, mỹ thuật Quyển thuyết minh MỤC LỤC PHẦN I GIỚI THIỆU…………………………………………………………………5 Lời nói đầu……………………… ………………………………… Giới thiệu chung mạch…………………… ……………………………… PHẦN II NỘI DUNG…………………………………………………………………7 Chương I Các linh kiện sử dụng ……………………… ……………………… ….7 1.1 Giới thiệu LCD 16TC2A……………………………………… ………….7 1.2 Giới thiệu PIC 16F877A…………………………………………… ….…10 1.3 Cảm biến từ trường A1302……………………………………………… ….14 Chương II Thiết kế tính tốn chế tạo………………………………….…… .17 2.1 Thiết kế sơ đồ mạch…………………… ……………………………….……17 2.1.1 Sơ đồ khối mạch……………………………… ………………………… 17 2.1.2 Khối nguồn……………………………………… …………………… ….17 2.1.3 Khối cảm biến……………………………………………………………….17 2.1.4 Khối hiển thị………………………………………………………… ……17 2.1.5 Khối điều khiển………….…… ……………………………… …………18 2.1.6 Sơ đồ nguyên lý mạch…………………………………… ……………20 2.1.7 Sơ đồ board mạch……………………………………………………….… 22 2.1.8 Tính tốn cường độ từ trường………………………………………… … 22 2.2 Chương trình……………………………………………………….………….23 2.2.1 Lưu đồ thuật toán……………………………………………………………23 2.2.2 Thư viện LCD…………………………………………………………….…23 2.2.3 Chương trình điều khiển…………………………………………… ……26 Chương III Kiểm thử sản phẩm… ……………………………… … ……….…27 PHẦN III KẾT LUẬN………………………………………………………….……28 3.1 Ưu điểm…………………………………………………………………………28 3.2 Nhược điểm…………………………………………………………………… 28 3.3 Lời cảm ơn…………………………………………………………… ……29 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, ngày tháng năm 2015 Chữ ký giáo viên PHẦN I GIỚI THIỆU LỜI NÓI ĐẦU Trong thập niên gần cơng nghiệp hố đại hố ngày phát triển mạnh mẽ Kỹ thuật điện tử có bước phát triển mạnh đặc biệt kỹ thuật điều khiển tự động, kỹ thuật vi điều khiển Ở nước ta nay, việc lập trình ghép nối máy tính sử dụng vi điều khiển công cụ ứng dụng rộng rãi lĩnh vực tự động hố Nó phát triển nhanh chóng, mang lại thay đổi to lớn công nghệ đời sống hàng ngày Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu, với lời đóng góp ý kiến chân thành từ Thầy(Cơ) giáo bạn sinh viên, đặc biệt hướng dẫn nhiệt tình thầy Vũ Đình Đạt nhóm đồ án chúng em định chọn thực đề tài: “Thiết kế chế tạo mạch đo hiển thị cường độ từ trường LCD” Tuy nhiên, để có sản phẩm có tính ổn định cao, đảm bảo chất lượng tương đối khó khăn Vì thời gian để hồn thành đồ án có hạn, tầm hiểu biết nhóm thực hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót, khuyết điểm khơng mong muốn Nhóm đồ án chúng em mong có ý kiến đóng góp quý báu, chân thành quý thầy cô bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH 2.1 Chức mạch: “ Mạch đo hiển thị cường độ từ trường LCD" có chức sau:  Đo cường độ từ trường  Hiển thị nhiệt độ hình LCD 2.2 Các thành phần “ mạch đo hiển thị cường độ từ trường “ 1: LCD 16x2_R2 2: Cảm biến từ trường A1302 3: Vi điều khiển PIC 16F877A 4: Các nút nhấn,điện trở, tụ điện, … 2.3 Yêu cầu thiết kế:  Mạch hoạt động chức đề tài  Mạch hoạt động có độ ổn định xác cao  Thiết kế gọn nhẹ  Giá thành phù hợp PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG I CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 1.1 Giới thiệu LCD 16TC2A LCD (Liquid Crytal Direct) TC16C2 hình hiển thị thể lỏng gồm có: + LCD +Bộ Driver (Mạch điều khiển ) Màn hình LCD Driver thiết kế tích hợp sẵn với bởi nhà sản xuất,khi sử dụng chỉ cần giao tiếp với Driver qua chân LCD TC16C2 Là loại hình hiển thị 16 kí tự x2 dòng, bao gồm tất kí tự chuẩn số kí tự đặc biệt khơng có kí tự có dấu tiếng Việt 1.1.1 Sơ đồ chân LCD 16TC2A: Hình 2.1: Sơ đồ chân LCD 16TC2A 1.1.2 Chức nhiệm vụ chân: STT chân Kí hiệu Vss Chức chân Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch điều khiển Vdd Chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển Vee RS Lựa chọn độ tương phản hình Chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi + Logic “0”: Bus DB0-DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” - write) nối với đếm địa chỉ LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD R/w Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc E Chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7, lệnh chỉ chấp nhận có xung cho phép chân E + Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus LCD chuyển vào(chấp nhận) ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E LCD giữ ở bus đến chân E xuống mức thấp D0 D1 D2 10 D3 11 D4 Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus : + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường, 12 D5 với bit MSB bit DB7 13 D6 + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường từ 14 D7 DB4 tới DB7, bit MSB DB7 15 Vdd Nguồn dương cho đèn 16 Vss GND cho đèn Bảng 2.1: Chức nhiệm vụ chân 1.1.3 Giá trị điện áp: Kí Điều hiệu kiện Điện áp vào Vdd Giá trị chuẩn Đơn Min Typ Max Vdd = +5v 4,7 5,3 Vdd= +3v 2,7 5,3 Vdd= 5V - vị V Dòng cung cấp thời Điện áp ở nhiệt độ bình thường Idd Vdd Vo 1,2 - -200C - - 00C 4.2 4.8 5.1 250C 3,8 4,2 4,6 500C 3,6 4,0 4,4 700C - - - 4,2 4,6 mA V Điện áp led hình VF 250C - V LCD 2.2: Bảng giá trị điện áp hình LCD 1.2 Giới thiệu PIC 16F877A 1.2.1 Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lí PIC16F877A Sơ đồ chân Sơ đồ nguyên lý : 1.2.2 Nhận xét Từ sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý ở trên, ta rút nhận xét ban đầu sau: - PIC16F877A có tất 40 chân - 40 chân chia thành PORT, chân cấp nguồn, chân GND, chân thạch anh chân dùng để RESET vi điều khiển - port PIC16F877A bao gồm : + PORTA : chân + PORTB : chân + PORTD : chân + PORTC : chân + PORT E : chân 10 Đặc điểm thiết bị: 15 CHƯƠNG II THIẾT KẾ TÍNH TỐN 2.1 Thiết kế sơ đờ mạch 2.1.1 Sơ đồ khối mạch Khối nguồn Khối cảm biến Khối điều khiển Khối hiển thị LCD 2.1.2 Khối nguồn Chức năng: Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng chiều 5V cấp cho chân vào PIC 16F877A X2-1~x2-2: Cấp nguồn 12v xoay chiều Cầu chỉnh lưu B1: Biến đổi từ dòng xoay chiều thành dòng chiều 16 Tụ C1: san phẳng điện áp IC7805: chuyển dòng điện 5V Tụ gốm C2: loại bỏ thành phần sóng nhiễu điện áp xoay chiều Tụ C3: san phẳng dòng điện LED1 : báo có dòng diện Ngun lý hoạt động: Dòng điện 12V xoay chiều qua cầu chỉnh lưu làm biến đổi từ dòng xoay chiều thành dòng chiều san phẳng qua tụ C1 Khi qua IC ổn áp 7805 cho dòng điện có điện áp 5V ổn định Sau điện áp 5V cho qua tụC3 để san phẳng điện áp IC ổn áp 7805 mắc song với tụ gốm để loại bỏ thành phần sóng nhiễu điện áp xoay chiều IC 7805ta mắc song song với led để báo mạch điều khiển có nguồn 2.1.3 Khối cảm biến Cảm biến từ trường A1302: Chân Vout,chân GND,chân Vcc Dữ liệu chân đưa vào đọc chuyển đổi ADC tích hợp xử lý thơng qua kênh AN0 2.1.4 Khối hiển thị 17 Khối hiển thị LCD, gồm LCD 16x2 LCD truyền liệu bít từ vi điều khiển qua chân D4, D5, D6, D7 Còn lại D0, D1, D2, D3 khơng xử dụng nối GND Ta cấp nguồn cho led hình LCD thông qua chân 15 16 LCD 2.2.5 Khối điều khiển Khối điều khiển pic16f877a: 18 2.1.6 Sơ đồ nguyên lý mạch 19  Nguyên lý làm việc mạch: Khi xử lý cấp nguồn, vi xử lý khởi tạo truyền liệu cho LCD hiển thị Tiếp theo vi xử lý đọc liệu gửi 20 từ cảm biến A1302 Dữ liệu xử lý tính tốn theo thuật tốn mà người viết lập trình Sau xử lý, xử lý gửi kết hình LCD  Nguyên lý hoạt động mạch: - Nút nhấn S1 nút reset: đầu nối GND, đầu lại nối với trở treo tạo mức lên Vcc nối vào chân MCLR/Vpp vi xử lý Khi chưa tác động chân MCLR/Vpp ở mức cao, vi xử lý hoạt động bình thường Khi tác động chân MCLR/Vpp đưa xuống mức thấp, xử lý reset nhảy thực câu lệnh ở ngăn nhớ nhớ - A1302: Chân Vout,chân GND,chân Vcc Dữ liệu chân đưa vào đọc chuyển đổi ADC tích hợp xử lý thơng qua kênh AN0 - Khối tạo dao động: gồm thạch anh 20MHz tụ đất 33pF - Khối hiển thị LCD, gồm LCD 16x2 LCD truyền liệu bít từ vi điều khiển qua chân D4, D5, D6, D7 Còn lại D0, D1, D2, D3 khơng xử dụng nối GND Ta cấp nguồn cho led hình LCD thơng qua chân 15 16 LCD Ở mạch ta chỉ xử dụng chức ghi liệu lên LCD lên chân RW ta nối GND Biến trở tinh chỉnh R4 có tác dụng điều chỉnh độ tương phản cho LCD - Khối mạch nạp: Gồm có chân chân Reset, chân chân Vcc, chân chân nối GND, chân chân PGD, chân chân PGC ( chân PGD PGC dùng để truyền liệu từ máy tính thông qua mạch nạp vào IC 21 2.1.7 Sơ đồ board mạch: Sơ đồ board mạch điều khiển: Hình 2.3 Sơ đồ board mạch 2.1.8 Tính tốn cường độ từ trường  Đối với A1302: 1.3mV = 1Gauss  Chọn chế độ ADC 10 bit ( nghĩa ADC có giá trị từ đến 1023 ) 1024 bước tương tự = 5V  Để đọc giá trị ADC ta dùng hàm red_adc();  Từ giá trị ADC đọc ta quy đổi lại từ cường độ từ trường :1 giá trị ADC = 3756mG 22 2.2 Chương trình 2.2.1 Lưu đồ thuật toán: Bắt đầu Đọc liệu A1302 Tính tốn với giá trị đọc từ A1302 hiển thị LCD Kết thúc Hình 2.2 Sơ đồ lưu đồ thuật tốn 2.2.2 Chương trình điều khiển #include #device *=16 adc=10 #FUSES NOWDT,HS,NOPUT,NOPROTECT,NODEBUG,NOBROWNOUT,NOLVP,N OCPD,NOWRT #use delay(clock=20000000) // DUNG THACH ANH 20MHz #include // LCD BIT #byte porta=0x05 // KHAI BAO DIA CHI TRONG PHAN CUNG #byte portb=0x06 23 #byte portc=0x07 #byte portd=0x08 #byte porte=0x09 // Thu vien ham cho LCD unsignedintnghin, tram,chuc,donvi; //BIEN SO float value; //BIEN TU TRUONG DO ADC //======================================================== ========; voidhien_thi_so(unsigned char x); //HAM NGUYEN MAU voidhien_thi_so(unsigned char x) //HAM HIEN THI SO LEN LCD { nghin=x/1000; x=x%1000; tram =x/100; x= x%100; chuc =x/10; donvi =x%10; nghin = nghin + 0x30; // CHUYEN DOI DE GUI LEN LCD tram = tram +0x30; chuc = chuc + 0x30; donvi = donvi + 0x30; LCD_Putchar(nghin); //GUI LEN LCD GIA TRI NGHIN TRAM CHUC DON VI LCD_Putchar(tram); LCD_Putchar(chuc); LCD_Putchar(donvi); } void main() 24 { set_tris_a(0xFF); //KHAI BAO PORTA LA DAU VAO LCD_init(); //GOI HAM KHOI TAO LCD //=========== Khoitaoche chobo ADC===================================== setup_adc_ports(ALL_ANALOG); setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); while (true) { set_adc_channel(0); //CAI DAT ADC value = read_adc(); //DOC GIA TRI TU ADC value=value-512; //TRU DI 512 DE LAY GIA TRI GOC CUA A1302 delay_ms(10); value=value*3,756; TRUONG // TINH TOAN CHUYEN SANG CUONG DO TU LCD_Putcmd(0x80); LCD //CHUYEN CON TRO VE DONG DAU TIEN LCD_Putchar("DO TU TRUONG"); //VIET CHU LEN LCD LCD_Putcmd(0xc0); LCD //CHUYEN CON TRO VE DAU DONG THU LCD_Putchar("T= "); //VIET CHU hien_thi_so(value); //HIEN THI GIA TRI TU TRUONG LEN LCD LCD_Putchar(" GAUSS"); //VIET CHU delay_ms(100); } } 25 CHƯƠNG III KIỂM THỬ SẢN PHẨM Hình ảnh sản phẩm: -Phần mềm chạy ổn định - Đo cường độ từ trường hiển thị LCD 26 CHƯƠNG III KẾT LUẬN 3.1 Ưu điểm - Dễ thiết kế chế tạo - Giá thành linh kiện rẻ, dễ tìm - Dễ thay lắp đặt 3.2.Nhược điểm - Độ xác chưa cao, dễ bị nhiễu bởi thiết bị sinh từ trường xung quanh 27 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Đình Đạt tận tình chỉ dạy hướng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến quý báu tạo điều kiện cho chúng em sửa sai hồn chỉnh kiến thức suốt thời gian qua Sự chỉ dạy ý kiến thầy mở đường cho chúng em nhanh chóng khắc phục khúc mắc khó khăn sớm tìm phương án giải hiệu trình thực đề tài tốt nghiệp Chúng em xin cảm ơn quý thầy cô khoa Điện - Điện tử trường ĐHSPKT Hưng Yên hết lòng dạy dỗ, chỉ bảo chúng em thời gian qua Nhóm thực đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn người bạn, người thân, bạn bè giúp đỡ nhóm chúng em thời gian thực hoàn thành đố án Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hưng yên, Ngày Tháng Năm 2015 28 Tài liệu tham khảo Một số webside: www.alldatasheet.com/ www.dientuvietnam.net/ www.tailieu.vn/ www.hoiquandientu.com/ 29 ... CHUNG VỀ MẠCH 2.1 Chức mạch: “ Mạch đo hiển thị cường độ từ trường LCD" có chức sau:  Đo cường độ từ trường  Hiển thị nhiệt độ hình LCD 2.2 Các thành phần “ mạch đo hiển thị cường độ từ trường. .. thành từ Thầy(Cơ) giáo bạn sinh viên, đặc biệt hướng dẫn nhiệt tình thầy Vũ Đình Đạt nhóm đồ án chúng em định chọn thực đề tài: Thiết kế chế tạo mạch đo hiển thị cường độ từ trường LCD Tuy... ….…10 1.3 Cảm biến từ trường A1302……………………………………………… ….14 Chương II Thiết kế tính tốn chế tạo ……………………………….…… .17 2.1 Thiết kế sơ đồ mạch ………………… ……………………………….……17 2.1.1 Sơ đồ khối mạch ……………………………