VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887 GIAO TIẾP VỚI MODULE LCD THEO CHUẨN I2C ĐO NHIỆT ĐỘ DÙNG MỘT CẢM BIẾN LM35 VÀ BIẾN TRỞ (TẠO ÁP ÂM VÀ DƯƠNG) HIỂN THỊ HAI KÊNH TRÊN LCD

Vi điều khiển ngày nay ngày càng phát triển và ứng dụng rộng rãi ở hầu hết các hệ thống điều khiển trong công nghiệp cũng như các thiết bị điện tử dân dụng. Chính bởi vai trò và chức năng của Vi điều khiển đã đem lại nhiều ưu điểm và tính năng đặc biệt cho hệ thống điều khiển. Bằng những kiến thức đã học trong môn học Vi xử lý cũng như môn Thực tập Vi điều khiển để áp dụng trong thực tế và đời sống, em đã chọn đề tài : “ PIC 16F887 giao tiếp với module LCD 16x2 theo chuẩn I2C đo nhiệt độ dùng 1 cảm biến LM35 và 1 biến trở (tạo áp âm và dương) hiển thị 2 kênh trên LCD ” để thực hiện đồ án cho môn học này.Nội dung báo cáo này gồm 4 chương : CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN ĐỀ TÀICHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCHCHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN – HƯỚNG PHÁT TRIỂNĐể hoàn thành đồ án, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy Trương Ngọc Anh – Giảng viên khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM. Cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô bộ môn và các bạn trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này.Trong quá trình nghiên cứu, vì trình độ và kiến thức bản thân còn giới hạn nên việc tìm hiểu về đề tài và thi công mạch không tránh khỏi những sai sót. Mong Thầy cùng các bạn góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn và có thể ứng dụng nhiều trong thực tế.Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn

LỜI NÓI ĐẦU

Vi điều khiển ngày nay ngày càng phát triển và ứng dụng rộng rãi ở hầu hết các hệ thống điều khiển trong công nghiệp cũng như các thiết bị điện tử dân dụng Chính bởi vai trò và chức năng của Vi điều khiển đã đem lại nhiều ưu điểm và tính năng đặc biệt cho hệ thống điều khiển Bằng những kiến thức

đã học trong môn học Vi xử lý cũng như môn Thực tập Vi điều khiển để áp dụng trong thực tế và đời sống, em đã chọn đề tài : “ PIC 16F887 giao tiếp với module LCD 16x2 theo chuẩn I2C đo nhiệt độ dùng 1 cảm biến LM35

và 1 biến trở (tạo áp âm và dương) hiển thị 2 kênh trên LCD ” để thực hiện

đồ án cho môn học này

Nội dung báo cáo này gồm 4 chương :

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ

CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Để hoàn thành đồ án, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy Trương Ngọc Anh – Giảng viên khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô bộ môn và các bạn trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này

Trong quá trình nghiên cứu, vì trình đô ̣ và kiến thức bản thân còn giới ha ̣n nên việc tìm hiểu về đề tài và thi công mạch không tránh khỏi những sai sót Mong Thầy cùng các bạn góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn và có thể

ứng dụng nhiều trong thực tế

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Nhận xét của GVHD:

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU-GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 5

1.1 Giới thiệu yêu cầu 5

1.2 Giới hạn đề tài 5

1.3 Mục tiêu 5

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ 6

2.1 Sơ đồ khối và chức năng 6

2.1.1 Sơ đồ khối 6

2.1.2 Chức năng của từng khối : 7

2.2 Thiết kế sơ dồ nguyên lý 7

2.2.1 Khối nguồn : 7

2.2.2 Mạch cộng điện áp 8

2.2.3 Khối Cảm biến : 9

2.2.4 Khối Vi điều khiển 10

2.2.5 Khối hiển thị 14

2.2.6 Module I2C ( PCF8574) 15

2.2.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 19

2.3 Lưu đồ và chương trình 20

2.3.1 Lưu đồ 20

2.3.2 Chương trình .21

CHƯƠNG 3 : THI CÔNG MẠCH 24

3.1 Vẽ sơ đồ nguyên lý 24

3.1.1 Danh sách linh kiện 24

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý 25

3.2 Sơ đồ mạch in 26

3.3 Sơ đồ bố trí linh kiện 27

CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 28

4.1 Kết quả thực hiện 28

4.2 Hướng phát triển 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

DANH MỤC HÌNH Hình 2-1: Sơ đồ khối 6

Hình 2-2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 7

Hình 2- 3 Mạch cộng điện áp 8

Hình 2- 4 Sơ đồ chân PIC 16F887 10

Hình 2- 5 Sơ đồ khối ADC PIC 16F887 11

Hình 2- 6 LCD 16X2 14

Hình 2- 7 Module giao tiếp I2C 16

Hình 2- 8 Địa chỉ PCF8574 17

Hình 2- 9 Địa chỉ PCF8574A 17

Hình 2- 10 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 19

Hình 2- 11 Lưu đồ chương trình 20

Hình 3-1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 25

Hình 3-2 Sơ đồ mạch in 26

Hình 3- 3 Sơ đồ bố trí linh kiện 27

DANH MỤC BẢNG Bảng 2 - 1 Thông số kĩ thuật LM35 9

Bảng 3 - 1 Danh sách linh kiện 24

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU-GIỚI HẠN

ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu yêu cầu

Trong thời đại hiện nay, vi điều khiển được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống, đáp ứng hầu hết các nhu cầu thiết yếu của con người Với yêu cầu đề tài đọc nhiệt độ cảm biến LM35 bằng vi điều khiển Pic16F887 hiển thị trên LCD theo chuẩn I2C Mục đích của chuẩn này giúp chúng ta tiết kiệm được

số đường dữ liệu và số port vào ra khi trong điều kiện thực tế cần điều khiển rất nhiều module

- Tìm hiểu và lập trình trên Vi điều khiển Pic 16F887

- Đọc được nhiệt độ từ cảm biến Lm35

- Hiểu được nguên lý hoạt động và lập trình giao tiếp được với

Lcd thông qua chuẩn I2C

- Thực hiện thiết kế và thi công mạch sử dụng vi điều khiển

Pic 16F887 đọc nhiệt độ Lm35 hiển thị Lcd thông qua chuẩn

I2C

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ 2.1 Sơ đồ khối và chức năng

2.1.1 Sơ đồ khối

Hình 2-1: Sơ đồ khối

2.1.2 Chức năng của từng khối :

➢ Khối nguồn : sử dụng nguồn ± 5V cấp nguồn cho toàn mạch

➢ Cảm biển nhiệt độ : Đọc và gửi nhiệt độ về Vi điều khiển

➢ Khối Vi điều khiển : Cập nhật giá trị nhiệt độ và hiển thị qua Lcd

➢ Khối hiển thị : Giao tiếp Vi điều khiển với LCD thông qua chuẩn

I2C và hiển thị kết quả đọc nhiệt độ LM35

2.2 Thiết kế sơ dồ nguyên lý

2.2.1 Khối nguồn :

Các linh kiện trong mạch đều sử nguồn cung cấp là +5v, riêng biến trở để tạo điện áp âm dương nên cần thêm nguồn -5v Vì vậy, ta

dùng một biến áp đối xứng, điện áp được chỉnh lưu qua cầu diode,

được ổn áp bởi IC 7805 và 7905 để cấp nguồn cho toàn mạch

Hình 2-2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

2.2.2 Mạch cộng điện áp

Khi dùng biến trở tạo điện áp âm dương để mô phỏng giá trị nhiệt độ thì lúc này vi điều khiển sẽ chết do có điện áp âm đi vào Lúc này ta phải dùng một mạch cộng điện áp, thay vì điển áp mô phỏng Lm35 từ -0,55V -1,55V thì lúc này ta nâng dải điện áp lên từ 0V – 2.1V, tức là ta dùng một mạch cộng điện áp và giá trị cộng tương ứng là 0.55V

Hình 2- 3 Mạch cộng điện áp

➢ Xét điện áp tại B :

• VB ( 1

𝑅1 + 1𝑅2 ) = 𝑉1𝑅1+ 𝑉2𝑅2

<=> VB = Rtd.( 𝑉1

𝑅1+ 𝑉2𝑅2 )

𝑅1+𝑅2 )

 Chọn R1 = R2 = RI = RF = R = 10K ta được :

 Vo = V1 + V2

2.2.3 Khối Cảm biến :

Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ Lm35

Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tại chân Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ

Thông số kĩ thuật :

Nhiệt độ thay đổi tuyến tính ngõ

2.2.4 Khối Vi điều khiển

Giới thiệu chung về Pic 16F887

PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer” PIC được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, từ những vật dụng đơn giản cho đến những hệ thống điều khiển phức tạp trong công nghiệp

Trong đó, PIC16f887 thuộc về một họ của microcontrollers 8 bit của kiến trúc RISC

Hình 2- 4 Sơ đồ chân PIC 16F887

Chip có 35 I/O chia thành 5 ports Hỗ trợ các chuẩn giao tiếp SP, I2C cùng với 3 bộ timer giúp cho việc định thời trở nên dễ dàng hơn Ngoài ra PIC16f887 còn hỗ trợ 14 kênh tương tự 10 bit Bộ nhớ chương trình lên đến 8192words, 256 bytes EEPROM được nạp chương trình theo kiểu ICSP Với số I/O, bộ nhớ chương trình, và cách nạp chương trình như đã nêu thì

có thể đáp ứng tốt các chân kết nối cho mạch chống trộm dùng RFID

Khảo sát ADC của Pic 16F887

ADC của Pic 16F887 có sơ đồ như sau:

Hình 2- 5 Sơ đồ khối ADC PIC 16F887

❖ Chức năng các thành phần:

• AN0 đến AN13 là 14 ngõ vào của 14 kênh tương tự được đưa đến mạch đa hợp

• CHS<3:0> là các ngõ vào chọn kênh của bộ đa hợp tương tự

• Tín hiệu kênh tương tự đã chọn được đưa đến bộ chuyển đổi ADC

• Điện áp tham chiếu dương Vref+ có thẻ lập trình nối với nguồn cung cấp dương AVDD hoặc điện áp tham chiếu bên ngoài nối với ngõ vào Vref+ của chân AN3, bít lựa chọn là VCFG1

• Điện áp tham chiếu âm Vref- có thể lập trình nối với nguồn cung cấp Avss hoặc điện áp tham chiếu bên ngoài Vref- của chân AN2, bit lựa chọn là VCFG1

• Hai ngõ vào Vref+ và Vref- có chức năng thiết lập độ phân giải cho ADC

• Bit ADON có chức năng cho phép ADC hoạt động hoặc tắt bộ ADC khi không hoạt động để giảm công suất tiêu tán, ADON bằng 1 thì cho phép, bằng 0 thì tắt

• Kết quả chuyển đổi ADC là số nhị phân 10 bit sẽ lưu vào cặp thanh ghi 16 bit có tên là ADRESH và ADRESL, 10 bit kết quả lưu vào thanh ghi 16 bit nên có dạng là canh lề trái và canh lề phải tùy thuộc vào bit lựa chọn có tên là ADFM

ADC có 14 kênh nhưng mỗi thời điểm chỉ chuyển đổi một kênh và chuyển đổi kênh nào thì phụ thuộc vào 4 bit chọn kênh CHS4:CHS0 Hai ngõ vào điện áp tham chiếu dương và âm có thể lập trình nối với nguồn VDD và VSS hoặc nhận điện áp tham chiếu

❖ Tính toán độ phân giải khi đọc nhiệt độ với cảm biến LM35

• Điện áp tham chiếu : Vref- = 0V , Vref+ = 5V

• Độ phân giải (step size) : SS=𝑉𝑟𝑒𝑓+ −𝑉𝑟𝑒𝑓−

1023 = 4.887

mV

• Thông số 210 là do ADC 10 bit

• Độ phân giải ADC là 4.887mV không tương thích với độ phân giải của cảm biến LM35 là 10mV, tỉ lệ chênh lệch là : 10𝑚𝑉

4.887𝑚𝑉 = 2.046

• Để có kết quả hiển thị đúng, ta lấy kết quả chuyển đổi chia cho tỉ lệ chênh lệch

2.2.5 Khối hiển thị

Giới thiệu về LCD 16x2

LCD có nhiều loại và số chân của chúng cũng khác nhau nhưng có 2 loại phổ biến là loại 14 chân và loại 16 chân, sự khác nhau ở 16 chân có thêm nguồn cung cấp cho đèn nền, còn các chân điều khiển thì không thay đổi

Hình 2- 6 LCD 16X2

Trong 16 chân LCD được chia làm 4 dạng tín hiệu:

- Các chân cấp nguồn: chân 1 (VSS) nối mass, chân thứ 2 (VDD) nối với nguồn, chân thứ 3 (VO) để điều chỉnh độ tương phản thường nối với biến trở 10KΩ

- Các chân điều khiển:

+ Chân 4 là chân RS dùng để diều khiển lựa chọn thanh ghi: Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (Vcc) để chọn thanh ghi

+ Chân R/W dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc

+ Chân E là chân cho phép định dạng xung chốt Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E

Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

- Các chân dữ liệu: chân số 7 đến chân 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD

- Các chân LED_A, LED_K: chân số 15 và chân số 16 là hai chân dùng để cấp nguồn cho đèn nền có thể nhìn thấy vào ban đêm

Trong giao tiếp với Pic16f887, module LCD có thể được điều khiển ở chế

độ 4 bit điều khiển hoặc 8 bit điều khiển Để tiết kiệm chân, nhóm thực hiện kết nối LCD qua chế độ 4 bit, khi đó chúng ta cần 6 chân của MCU và chân

RW sẽ được nối mass

2.2.6 Module I2C ( PCF8574)

- Module chuyển I2C qua giao tiếp LCD16x02 chuyển từ giao tiếp song song của LCD thành giao tiếp I2C Giúp chũng ta dễ dàng điều khiển LCD, tiết kiệm chân IO cho vi điều khiển

- Module chuyển I2C qua giao tiếp LCD16x02 giúp có thể kết nối nhiều LCD trên cùng một bus điều khiển I2C

Hình 2- 7 Module giao tiếp I2C

Hình 2- 8 Địa chỉ PCF8574

Hình 2- 9 Địa chỉ PCF8574A

❖ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

thông thường ở 100kHz và 400kHz Mức cao nhất là 1Mhz và 3.4MHz)

• Một đường dữ liệu (SDA) theo 2 hướng

Có rất nhiều thiết bị có thể cùng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên sẽ không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởỉ một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ (master) hãy tớ (slave)

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ Quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ. Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ-tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị

tớ giữ vai trò bị động trong việc giao tiếp

2.2.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Hình 2- 10 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

2.3 Lưu đồ và chương trình

2.3.1 Lưu đồ

Hình 2- 11 Lưu đồ chương trình

2.3.2 Chương trình

- Thư viện: TV_I2C_LCD.c

#DEFINE LCD_NO_BACKLIGHT 0x00

#DEFINE DISPLAY_CONTROL 0X0C

void LCD_I2C_COMMAND(char MDK)

{

int MS_BIT_E, LS_BIT_E, MS_DATA, LS_DATA;

MS_DATA = MDK & 0xF0; // Lấy 4 bit cao

LS_DATA = MDK & 0x0F; // Lấy 4 bit thap

I2C_START();

setup_adc_ports(san0|san1);

CHƯƠNG 3 : THI CÔNG MẠCH 3.1 Vẽ sơ đồ nguyên lý

3.1.1 Danh sách linh kiện

Bảng 3 - 1 Danh sách linh kiện

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý

Hình 3-1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

3.2 Sơ đồ mạch in

Hình 3-2 Sơ đồ mạch in

3.3 Sơ đồ bố trí linh kiện

Hình 3- 3 Sơ đồ bố trí linh kiện

CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết quả thực hiện

Sau khi lắp ráp và thi công mạch, kết quả đạt được là :

- Gửi dữ liệu nhiệt độ về điện thoại thông qua module SIM

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Đình Phú, Vi xử lý – PIC, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM,2017

2 Nguyễn Đình Phú, Phan Vân Hoàn, Trương Ngọc Anh,Vi điều khiển – PIC, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM,2017

3 MICROCHIP, PIC 16F887 DATASHEET

4 CYStech Electronics Corp, Lm358 DATASHEET

5 National Semicondutor, Lm35 DATASHEET

6 Philips Semiconductor, PCF8574 DATASHEET