Thiết kế hệ thống hẹn giờ tắt mở thiết bị điện

Sau bốn năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, là một sinh viên được học về chuyên ngành điện tử, em muốn khai thác và tìm hiểu ứng dụng của các vi điều

Người hướng dẫn: Th.S Lê Xứng

Đà Nẵng, 2018

L

LỜI CẢM ƠN

ời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường đã tạo mọi điều kiện cho sinh viên chúng em có một môi trường học tập tốt nhất Cảm ơn các thầy cô trong khoa Vật lý – Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng đã truyền đạt kiến thức cho sinh viên chúng em cùng lòng nhiệt huyết với học trò, với công việc trong suốt những năm qua

Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Xứng – khoa Điện Tử

Viễn Thông – Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình em thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Và trên hết, em xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành tốt mọi công việc trong quá trình thực hiện khóa luận Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Vật lý đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua

Mặc dù em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đề tài khóa luận nhưng chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp

ý kiến của quý thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Phan Minh Giác

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 1

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ NHỮNG LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ 3

1.1 Giới thiệu về thiết bị điều khiển 3

1.2 Nguyên lý hoạt động 3

1.3 Khảo sát bộ vi điều khiển 8051 (AT89C52) 4

1.4 Cấu trúc phần cứng của AT89C52 7

1.4.1 Khối xử lý trung tâm CPU 7

1.4.2 Khối điều khiển và quản lý Bus 7

1.4.3 Các bộ đếm/ định thời 7

1.4.4 Giao tiếp nối tiếp 8

1.4.5 Bộ nhớ chương trình 8

1.4.6 Bộ nhớ dữ liệu 8

1.5 Khảo sát các chân và chức năng các chân của AT89C52 9

1.5.1 Port 0 10

1.5.2 Port 1 10

1.5.3 Port 2 10

1.5.4 Port 3 10

1.5.5 Chân cho phép bộ nhớ chương trình 11

1.5.6 Chân cho phép chốt địa chỉ ALE 11

1.5.7 Chân truy xuất ngoài 11

1.5.8 Chân RESET (RST) 11

1.5.9 Các chân XTAL1 và XTAL2 12

1.6 Sơ lược về các linh kiện điện tử sử dụng trong thiết kế 12

1.6.1 Thạch anh 12MHz 12

1.6.2 Tụ gốm và tụ hóa 12

1.6.3 Điện trở 13

1.6.4 LED đơn 14

1.6.5 LED 7 đoạn 14

1.6.6 Relay 15

1.6.7 Bóng đèn điện 15

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 17

2.1 Sơ đồ khối toàn mạch 17

2.2 Chức năng các khối 19

2.2.1 Khối điều khiển trung tâm 19

2.2.2 Khối hiển thị 19

2.2.3 Khối phím nhấn 20

2.2.4 Khối công suất 20

2.2.5 Khối nguồn 21

2.3 Cấu tạo các mạch 22

2.3.1 Mạch điều khiển trung tâm 22

2.3.2 Mạch hiển thị 24

2.3.3 Mạch phím nhấn 25

2.3.4 Mạch công suất 26

2.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 28

CHƯƠNG 3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 29

3.1 Thiết kế phần mềm 29

3.2 Lưu đồ thuật toán 31

3.3 Code chương trình 32

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 So sánh các chip của họ MCS-51 5 Bảng 1.2 Các thanh ghi chức năng đặc biệt 8 Bảng 2.1 Danh sách các linh kiện khối công suất 26

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ khối của chip 8051 5

Hình 1.2 Sơ đồ chân của 89C52 9

Hình 1.3 AT89C52 ghép với mạch TTL bên ngoài 12

Hình 1.4 Hình ảnh và kí hiệu của thạch anh 12

Hình 1.5 Hình ảnh và kí hiệu của tụ điện 13

Hình 1.6 Hình ảnh và kí hiệu của điện trở 13

Hình 1.7 Hình ảnh và kí hiệu của LED đơn 14

Hình 1.8 Hình ảnh LED 7 đoạn Cathode chung 14

Hình 1.9 Hình ảnh và kí hiệu Relay 15

Hình 1.10 Bóng đèn LED bulb 16

Hình 2.1 Sơ đồ khối toàn mạch 17

Hình 2.2 Mạch in của thiết kế 18

Hình 2.3 Khối điều khiển trung tâm 19

Hình 2.4 Khối điều khiển hiển thị 19

Hình 2.5 Khối phím nhấn 20

Hình 2.6 Khối công suất 21

Hình 2.7 Khối nguồn 21

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm 22

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch Reset 23

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo dao động 24

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LED 7 đoạn 25

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý mạch phím nhấn 26

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 27

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 28

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đặc biệt

là kỹ thuật điện tử, những công nghệ điện tử ngày càng phát triển mạnh mẽ Trong

đó có sự đóng góp rất lớn của kỹ thuật vi điều khiển Các bộ vi điều khiển đang được ứng dụng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật, đời sống xã hội và đã đem lại rất nhiều tiện nghi cho con người trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa

Sau bốn năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, là một sinh viên được học về chuyên ngành điện tử, em muốn khai thác và tìm hiểu ứng dụng của các vi điều khiển trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa, đồng thời em cũng muốn củng cố lại kiến thức đã học được trong suốt thời gian qua thông qua các mô hình thực tế Và quan trong hơn đó là em muốn trau dồi thêm những kiến thức về chuyên ngành của mình để thuận lợi cho công việc sau này

Xuất phát từ những lý do trên, em đã chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẸN

GIỜ TẮT MỞ THIẾT BỊ ĐIỆN” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp

2 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế và chế tạo mạch hẹn giờ tắt mở thiết bị điện

Việc thực hiện đề tài giúp em củng cố lại kiến thức đã học và tiếp thu thêm nhiều kiến thức mới từ giảng viên hướng dẫn Đó cũng là khoảng thời gian em thực

tế hóa các kiến thức đã được học trên mô hình cụ thể cũng như hiểu rõ hơn cách viết chương trình cho vi điều khiển

Do kiến thức còn hạn hẹp nên em chỉ nghiên cứu một ứng dụng nhỏ Nếu có thời gian nhiều hơn và được nghiên cứu sâu hơn, mô hình này có thể được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu đề ra, cần thực hiện các yêu cầu sau:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thiết kế một hệ thống điều khiển hẹn giờ tắt

mở thiết bị điện hoàn chỉnh

- Tìm hiểu thêm các ứng dụng khác của vi điều khiển, LED,… để mạch được

đa dạng hơn

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

❖ Đối tượng nghiên cứu

- Vi điều khiển AT89C52: là một dòng vi điều khiển tương đối mạnh với nhiều tính năng, hoạt động ổn định mà giá thành lại tương đối rẻ và thông dụng trên thị trường hiện nay Do đó có thể dễ dàng mở rộng thiết kế các ứng dụng khác

- Các tài liệu về linh kiện điện tử

- Các tài liệu hướng dẫn lập trình ngôn ngữ lập trình C

- Nghiên cứu các tài liệu về nguyên lý hoạt động của thiết bị và linh kiện điện tử

- Đi sâu tìm hiểu nội dung khóa luận thông qua sách báo, phương tiện thông tin đại chúng cùng các tài liệu tham khảo liên quan

- Nghiên cứu cách trình bày một khóa luận tốt nghiệp

❖ Phương pháp thực nghiệm

- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống hẹn giờ tắt mở thiết bị điện

- Thực hiện mạch logic và viết chương trình C điều khiển hệ thống chương trình mạch thiết kế

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN

VÀ NHỮNG LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ

1.1 Giới thiệu về thiết bị điều khiển

Hiện nay, đa số những thiết bị điện được bày bán trên thị trường đều không có chức năng tự động Nếu muốn bật hoặc tắt con người phải tác động vào các thiết bị đó

Là sinh viên được học về chuyên ngành điện tử, em muốn khai thác và tìm hiểu ứng dụng của các vi điều khiển trong lĩnh vực tự động hóa Em muốn lập trình cho vi điều khiển AT89C52 để điều khiển một hệ thống hẹn giờ có thể đóng ngắt nguồn điện cung cấp cho thiết bị điện trong khoảng thời gian đã được cài đặt sẵn Xuất phát từ lý do

trên, em đã quyết định chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẸN GIỜ TẮT MỞ

THIẾT BỊ ĐIỆN” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp

1.2 Nguyên lý hoạt động

“HỆ THỐNG HẸN GIỜ TẮT MỞ THIẾT BỊ ĐIỆN” bao gồm 5 khối chính là: khối điều khiển trung tâm, khối điều khiển hiển thị, khối hẹn giờ, khối công suất và nguồn

Hệ thống hoạt động theo nguyên lý: 3 nút nhấn SW1, SW2, SW3 tương ứng với cài đặt thời gian hẹn giờ theo giờ, phút, giây hiển thị trên 6 LED 7 đoạn

Khi công tắc khóa K ở vị trí 1 (chế độ hẹn giờ bật thiết bị): ban đầu bóng đèn điện chưa hoạt động phát sáng và đèn LED D1 sáng, LED D2 tắt thể hiện trạng thái chờ để điều chỉnh hẹn thời gian Sau khi cài đặt hẹn giờ theo mục đích nhất định, nhấn nút SW1 thì chương trình điều khiển sẽ được kích hoạt Từ lúc nhấn nút SW1 thời gian hẹn giờ bắt đầu đếm ngược về 0, khi đếm đến 0, bóng đèn điện sẽ hoạt động phát sáng, đồng thời đèn LED D1 và LED D2 đều sáng thể hiện trạng thái hoạt động của hệ thống hẹn giờ Lúc này, nếu tiếp tục nhấn SW1 thì sẽ chương trình sẽ chạy lặp lại, tiếp tục đếm ngược thời gian về 0 và làm phát sáng bóng đèn

Khi công tắc khóa K ở vị trí 2 (chế độ hẹn giờ tắt thiết bị): ngươc lại của chế độ hẹn giờ bật thiết bị, ban đầu cấp nguồn bóng đèn điện sẽ hoạt động phát sáng và đèn LED D1 sáng, LED D2 tắt thể hiện trạng thái chờ để điều chỉnh hẹn thời gian Sau khi cài đặt hẹn giờ theo mục đích nhất định, nhấn nút SW1 thì chương trình điều khiển sẽ được kích hoạt Từ lúc nhấn nút SW1 thời gian hẹn giờ bắt đầu đếm ngược về 0, khi

đếm đến 0, bóng đèn điện sẽ dừng hoạt động phát sáng, đồng thời đèn LED D1 và LED D2 đều sáng thể hiện trạng thái hoạt động của hệ thống hẹn giờ Tương tự như trên, lúc này, nếu tiếp tục nhấn SW1 thì sẽ chương trình sẽ chạy lặp lại, tiếp tục đếm ngược thời gian về 0 và làm bóng đèn tắt, không phát sáng

1.3 Khảo sát bộ vi điều khiển 8051 (AT89C52)

MCS-51 là họ vi điều khiển của Intel Các nhà sản xuất IC khác như Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu và Philips được cấp phép làm các nhà cung cấp thứ hai cho các chip của họ MCS-51

Vi mạch tổng hợp đầu tiên của họ MCS-51 là chip 8051, linh kiện này được Intel công bố năm 1980 Chip 8051 có các đặc trưng được tóm tắt như sau:

- 4KB ROM

- 128 byte RAM

- 4 port xuất nhập (I/O port) 8-bit

- 2 bộ định thời 16-bit

- Mạch giao tiếp nối tiếp

- Không gian nhớ chương trình (mã) ngoài 64K

- Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K

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

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

- Nhân chia trong 4μs

Các thành viên khác của họ MCS-51 có các tổ hợp ROM (EPROM), RAM trên chip khác nhau hoặc có thêm bộ định thời thứ ba Mỗi một IC của họ MCS-51 cũng có phiên bản CMOS công suất thấp

Bảng 1.1 So sánh các chip của họ MCS-51

trên chip

Bộ nhớ dữ liệu trên chip

Các bộ định thời

Hình 1.1 Sơ đồ khối của chip 8051

I/O ports : các port xuất/nhập

Tiếp theo sau đó là sự ra đời của chip 8052, 8053, 8055 với nhiều tính năng được cải tiến

Hiện nay Intel không còn cung cấp các loại Vi điều khiển họ MCS-51 nữa, thay vào đó các nhà sản xuất khác như Atmel, Philips/signetics, AMD, Siemens, Matra&Dallas, Semiconductors được cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các chip của họ MSC-51 Chip Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay là Vi điều khiển của hãng Atmel với nhiều chủng loại vi điều khiển khác nhau

Hãng Atmel có các chip Vi điều khiển có tính năng tương tự như chip Vi điều khiển MCS-51 của Intel, các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel sản xuất Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel khi sản xuất ở Atmel mã

số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính năng chương trình tương tự như nhau Tương tự 8051,8053,8055 có mã số tương đương ở Atmel là 89C51, 89C53, 89C55 Vi điều khiển Atmel sau này ngày càng được cải tiến và được bổ sung thêm nhiều chức năng tiện lợi hơn cho người dùng

AT89C52 là họ IC vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất Các sản

phẩm AT89C52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội Nó cung cấp những hổ trợ mở rộng trên chip dùng cho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển

AT89C52 là một vi điều khiển mạnh (có công suất lớn), cung cấp một sự linh động cao và giải pháp về giá cả đối với nhiều ứng dụng vi điều khiển Các đặc điểm chủ yếu của AT89C52:

- Tương thích hoàn toàn với họ MCS-51 của Intel

- Bộ nhớ chương trình 8Kbyte

- Độ bền : 1000 lần ghi/ xóa

- Tần số hoạt động: 0 Hz đến 24 MHz

- 3 chế độ khóa bộ nhớ

- 256 × 8- Bit RAM nội

- 32 đường I/O lập trình được

- 3 timer/ counter 16- bit

- 8 nguồn ngắt

- Chế độ hạ nguồn và chế độ lười tiêu tốn công suất thấp

1.4 Cấu trúc phần cứng của AT89C52

1.4.1 Khối xử lý trung tâm CPU

Phần chính của bộ vi xử lý là khối xử lý trung tâm CPU, khối này có chứa các thành phần chính:

- Thanh chứa ACC (ký hiệu A)

- Thanh ghi chứa phụ (ký hiệu là B) thường được dùng cho phép nhân và phép chia

- Khối logic số học ALU

- Từ trạng thái chương trình PSW

- Bốn băng thanh ghi (Blank)

- Con trỏ ngăn xếp SP cũng như con trỏ dữ liệu để định địa chỉ cho bộ nhớ dữ liệu bên ngoài

Ngoài ra, khối xử lý trung tâm còn chứa:

- Thanh ghi bộ đếm chương trình PC

- Bộ giải mã lệnh

- Bộ điều khiển thời gian và logic

- Sau khi được Reset, CPU bắt đầu làm việc tại địa chỉ 0000H, là địa chỉ đầu được thanh ghi chứa chương trình (PC), và sau đó, thanh ghi này sẽ tăng lên 1 đơn vị

và chỉ đến các lệnh tiếp theo của chương trình

Khối xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung nhịp từ bộ dao động được lắp thêm vào, linh kiện phụ trợ có thể là một khung dao động làm bằng tụ gốm hoặc thạch anh Ngoài ra, còn có thể đưa tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài vào

1.4.2 Khối điều khiển và quản lý Bus

Các khối trong vi điều khiển liên lạc với nhau thông qua hệ thống Bus nội bộ được điều khiển bởi khối điều khiển quản lý Bus

1.4.3 Các bộ đếm/ định thời

Vi điều khiển AT89C52 có chứa ba bộ đếm tiến 16 bit có thể hoạt động như

là bộ định thời hay bộ đếm sự kiện bên ngoài hoặc như bộ phát tốc độ dùng cho giao diện nối tiếp Trạng thái tràn bộ đếm có thể được kiểm tra trực tiếp hoặc được xóa đi bằng một ngắt Truy xuất các bộ định thời của AT89C52 dùng 6 thanh ghi chức năng đặc biệt cho trong bảng sau:

Bảng 1.2 Các thanh ghi chức năng đặc biệt

AT89C52 có bốn cổng vào ra (P0, P1, P2, P3), mỗi cổng chứa 8 Bit, độc lập với nhau Các cổng này có thể được sử dụng cho những mục đích điều khiển rất đa dạng Ngoài chức năng chung, một số cổng còn đảm nhận thêm một số chức năng đặc biệt

1.4.4 Giao tiếp nối tiếp

Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ làm việc với nhau Bằng cách đấu nối các bộ đệm thích hợp, ta có thể hình thành một cổng nối tiếp RS-232 đơn giản Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt được trong một vùng rộng phụ thuộc vào một bộ định thời và tần số dao động riêng của thạch anh

1.4.5 Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ chương trình thường là bộ nhớ ROM, bộ nhớ chương trình được sử dụng

để cất giữ chương trình điều khiển hoạt động của vi điều khiển

1.4.6 Bộ nhớ dữ liệu

Bộ nhớ dữ liệu thường là bộ nhớ RAM, bộ nhớ dữ liệu dùng để cất giữ các thông tin tạm thời trong quá trình vi điều khiển làm việc

1.5 Khảo sát các chân và chức năng các chân của AT89C52

Hình 1.2 Sơ đồ chân của 89C52

Hình 1.2 cho ta sơ đồ chân của chip 89C52 Mô tả tóm tắt chức năng của từng chân như sau

Như ta thấy trong hình 1.2, 32 trong số 40 chân của AT89C52 có công dụng xuất/nhập, trong đó 32 chân có tác dụng kép (có nghĩa một chân có hai chức năng) Mỗi một đường có thể hoạt động xuất/nhập hoặc hoạt động như một đường điều khiển hoặc hoạt động như một đường địa chỉ/dữ liệu của bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp

32 chân nêu trên hình thành 4 Port 8-bit Với các thiết kế yêu cầu một mức tối thiểu bộ nhớ ngoài hoặc các thành phần bên ngoài khác, ta có thể sử dụng các Port này làm nhiệm vụ xuất/nhập 8 đường cho mỗi Port có thể được xử lý như một đơn vị giao tiếp với các thiết bị song song như máy in, bộ biến đổi D-A,… hoặc mỗi đường có thể hoạt động độc lập giao tiếp với một thiết bị đơn bit như chuyển mạch, LED, BJT, FET cuộn dây, động cơ, loa,…

1.5.1 Port 0

Port 0 (các chân từ 32 đến 39 trên AT89C52) có 2 công dụng Trong các thiết kế

có tối thiểu thành phần, Port 0 được sử dụng làm nhiệm vụ xuất/nhập Trong các thiết

kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, Port 0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp

1.5.2 Port 1

Port 1 chỉ có một công dụng là xuất/nhập (các chân từ 1 đến 8 trên AT89C52) Các chân của Port 1 được ký hiệu là P1.0, P1.1,…, P1.7 và được dùng để giao tiếp với thiết bị bên ngoài khi có yêu cầu Không có chức năng nào khác nữa gán cho các chân của Port 1, nghĩa là chúng chỉ được sử dụng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi

1.5.3 Port 2

Port 2 (các chân từ 21 đến 28 trên AT89C52) có 2 công dụng, hoặc làm nhiệm vụ xuất/nhập hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16-bit cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài

1.5.4 Port 3

Port 3 (các chân từ 10 đến 17 trên AT89C52) có 2 công dụng Khi không hoạt động xuất/nhập, các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng (mỗi chân có chức năng riêng liên quan đến các đặc trưng cụ thể của 8051)

1.5.5 Chân cho phép bộ nhớ chương trình

AT89C52 cung cấp cho ta 4 tín hiệu điều khiển bus Tín hiệu cho phép bộ nhớ chương trình là tín hiệu xuất trên chân 29 Đây là tín hiệu điều khiển cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài Chân này thường nối với chân cho phép OE của EPROM (hoặc PROM) để cho phép đọc các byte lệnh

Tín hiệu ở logic 0 trong suốt thời gian tìm nạp lệnh Các mã nhị phân của chương trình hay opcode (mã thao tác) được đọc từ EPROM, qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh IR của AT89C52 để được giải mã Khi thực thi một chương trình chứa ở ROM nội, được duy trì ở logic 0 tích cực ở logic 1

1.5.6 Chân cho phép chốt địa chỉ ALE

AT89C52 sử dụng chân 30, chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE để giải

đa hợp (demultiplexing) bus dữ liệu và bus địa chỉ Khi Port 0 được sử dụng làm bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ (byte thấp nhất của địa chỉ 16-bit) vào 1 thanh ghi ngoài trong suốt 1/2 đầu của chu kì bộ nhớ (memory cycle) Sau khi điều này đã được thực hiện, các chân của Port 0 sẽ xuất/nhập dữ liệu hợp lệ trong suốt 1/2 thứ 2 của chu kì bộ nhớ

Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong chip vi điều khiển và có thể được dùng làm xung clock cho phần còn lại của hệ thống Nếu mạch giao động có tần số 12MHz, tín hiệu ALE có tần số 2MHz Ngoại lệ duy nhất là trong thời gian thực thi lệnh MOVX, 1 xung ALE sẽ bị bỏ qua Chân ALE còn được dùng để nhận xung ngõ vào lập trình cho EPROM trên chip đối với các phiên bản của AT89C52 có EPROM này

1.5.7 Chân truy xuất ngoài

Ngõ vào này (chân 31) có thể được nối với 5V (logic 1) hoặc với GND (logic 0) Nếu chân này nối lên 5V, 8051/8052 thực thi chương trình trong ROM nội (chương trình nhỏ hơn 4K/8K) Nếu chân này nối với GND chương trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài Các phiên bản EPROM của 8051 còn sử dụng chân điện 21V cho việc lập trình EPROM nội (nạp EPROM)

trong của AT89C52 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống

1.5.9 Các chân XTAL1 và XTAL2

Mạch dao động bên trong chip 89C52 được ghép với thạch anh bên ngoài ở 2 chân XTAL1 và XTAL2 (chân 18 và chân 19) Các tụ ổn định cũng được yêu cầu như trên hình này Tần số danh định của thạch anh là 12MHz cho hầu hết các chip Ở hình có 1 nguồn xung clock TTL có thể được nối với các chân XTAL1 và XTAL2

Hình 1.3 AT89C52 ghép với mạch TTL bên ngoài

1.6 Sơ lược về các linh kiện điện tử sử dụng trong thiết kế

1.6.1 Thạch anh 12MHz

Hình 1.4 Hình ảnh và kí hiệu của thạch anh

Chức năng: Là nguồn tạo xung nhịp dao động clock ổn định (12MHz) cho dao

động của vi điều khiển AT89C51 Thạch anh sẽ được gắn vào chân XTAL1 và XTAL2 (chân số 18 và 19 của AT89C52)

1.6.2 Tụ gốm và tụ hóa

12MHz

Hình 1.5 Hình ảnh và kí hiệu của tụ điện

Tụ gốm: có chức năng lọc nhiễu cho dao động thạch anh, 2 tụ gốm 22pF sẽ

được nối một đầu với chân của thạch anh, đầu còn lại nối xuống Mass

Tụ hóa: tụ hóa 10µF được gắn đầu âm vào chân Reset, đầu dương lên nguồn

Khi cấp điện cho mạch, tụ sẽ phóng điện khiến chân Reset bật lên mức cao, khi đó toàn

bộ hệ thống sẽ được nạp lại từ đầu Khi vận hành thì tụ hóa ngăn dòng đi vào chân Reset

1.6.3 Điện trở

Hình 1.6 Hình ảnh và kí hiệu của điện trở

Chức năng: Điện trở có tác dụng hạn chế dòng điện đi qua các phần tử trong

mạch và phân cực cho transistor

1.6.4 LED đơn

Hình 1.7 Hình ảnh và kí hiệu của LED đơn

Chức năng: Với nhiều loại, hình dáng, màu sắc…, LED đơn được dùng làm

bộ phận hiển thị trong mạch

Khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của Led vào khoảng cỡ 1,7V – 3V,

dòng qua Led cỡ 5mA-20mA

- Led màu đỏ: điện áp từ 1,8 – 2,2V

- Led màu xanh dương: điện áp từ 2,8 – 3V

1.6.5 LED 7 đoạn

Hình 1.8 Hình ảnh LED 7 đoạn Cathode chung

LED 7 đoạn có Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối với Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các LED đơn, LED chỉ sáng khi tín hiệu đưa vào các chân này ở mức 1

+ Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình

+ Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay ra DC: 5V, 12V, 24V

và AC: 110V, 220V

- Cặp tiếp điểm:

+ Khi không có từ trường (không cấp điện cho cuộn dây) Tiếp điểm 1 được tiếp xúc với 2 nhờ lực của lò xo Tiếp điểm thường đóng

+ Khi có năng lượng từ trường thì tiếp điểm 1 bị hút chuyển sang 3

+ Trong Relay có thể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểm hoặc nhiều hơn

Chức năng: đóng ngắt mạch điện tự động

Trong mạch này sử dụng Relay Songle 5V 10A 5 Chân SRD-05VDC-SL-C

Relay Songle 5V 10A 5 Chân SRD-05VDC-SL-C có các thông số cơ bản:

10A - 30VDC

1.6.7 Bóng đèn điện

Bóng đèn LED bulb được sử dụng trong thiết kế có các thông số cơ bản:

- Kích thước : 140 x 60 mm

Hình 1.10 Bóng đèn LED bulb

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

2.1 Sơ đồ khối toàn mạch

Hình 2.1 Sơ đồ khối toàn mạch

KHỐI

HIỂN THỊ CÔNG SUẤT KHỐI

KHỐI ĐIỀU KHIỂN