Thiết kế hệ thống hẹn giờ tắt mở thiết bị điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ  PHAN MINH GIÁC THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẸN GIỜ TẮT MỞ THIẾT BỊ ĐIỆN Đà Nẵng, 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ  F PHAN MINH GIÁC THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẸN GIỜ TẮT MỞ THIẾT BỊ ĐIỆN Chuyên ngành: Vật lý học Khóa học: 2014 - 2018 Người hướng dẫn: Th.S Lê Xứng Đà Nẵng, 2018 LỜI CẢM ƠN L ời điều gửiviên lời cảm ơn em châncóthành trường kiệnem choxin sinh chúng đến môi nhà trường họcđã tậptạo tốt Cảm ơn thầy cô khoa Vật lý – Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng truyền đạt kiến thức cho sinh viên chúng em lòng nhiệt huyết với học trò, với cơng việc suốt năm qua Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Xứng – khoa Điện Tử Viễn Thông – Đại học Bách khoa Đà Nẵng trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình tạo điều kiện thuận lợi q trình em thực khóa luận tốt nghiệp Và hết, em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc đến gia đình tạo điều kiện tốt để em hồn thành tốt cơng việc q trình thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Vật lý tận tình giảng dạy, trang bị cho em kiến thức quý báu năm học vừa qua Mặc dù em cố gắng để hoàn thành đề tài khóa luận chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến q thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Phan Minh Giác I 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 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ NHỮNG LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ 1.1 Giới thiệu thiết bị điều khiển 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.3 Khảo sát vi điều khiển 8051 (AT89C52) 1.4 Cấu trúc phần cứng AT89C52 1.4.1 Khối xử lý trung tâm CPU 1.4.2 Khối điều khiển quản lý Bus 1.4.3 Các đếm/ định thời 1.4.4 Giao tiếp nối tiếp 1.4.5 Bộ nhớ chương trình 1.4.6 Bộ nhớ liệu 1.5 Khảo sát chân chức chân AT89C52 1.5.1 Port 10 1.5.2 Port 10 1.5.3 Port 10 1.5.4 Port 10 1.5.5 Chân cho phép nhớ chương trình 11 1.5.6 Chân cho phép chốt địa ALE 11 II 1.5.7 Chân truy xuất 11 1.5.8 Chân RESET (RST) 11 1.5.9 Các chân XTAL1 XTAL2 12 1.6 Sơ lược linh kiện điện tử sử dụng thiết kế 12 1.6.1 Thạch anh 12MHz 12 1.6.2 Tụ gốm tụ hóa 12 1.6.3 Điện trở 13 1.6.4 LED đơn 14 1.6.5 LED đoạn 14 1.6.6 Relay 15 1.6.7 Bóng đèn điện 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 17 2.1 Sơ đồ khối toàn mạch 17 2.2 Chức 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 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 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 III DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT CPU ALU PSW PC ROM RAM OE ALE IV DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh chip họ MCS-51 Bảng 1.2 Các ghi chức đặc biệt Bảng 2.1 Danh sách linh kiện khối công suất 26 V DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối chip 8051 Hình 1.2 Sơ đồ chân 89C52 Hình 1.3 AT89C52 ghép với mạch TTL bên 12 Hình 1.4 Hình ảnh kí hiệu thạch anh 12 Hình 1.5 Hình ảnh kí hiệu tụ điện 13 Hình 1.6 Hình ảnh kí hiệu điện trở 13 Hình 1.7 Hình ảnh kí hiệu LED đơn 14 Hình 1.8 Hình ảnh LED đoạn Cathode chung 14 Hình 1.9 Hình ảnh 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 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 cơng 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 đoạn 25 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý mạch phím nhấn 26 Hình 2.13 Sơ đồ ngun lý mạch cơng suất 27 Hình 2.14 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 28 VI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, với tiến khoa học kỹ thuật đặc biệt kỹ thuật điện tử, công nghệ điện tử ngày phát triển mạnh mẽ Trong có đóng góp lớn kỹ thuật vi điều khiển Các vi điều khiển ứng dụng rộng rãi thâm nhập ngày nhiều lĩnh vực kỹ thuật, đời sống xã hội đem lại nhiều tiện nghi cho người thời đại công nghiệp hóa, đại hóa Sau bốn năm học tập nghiên cứu trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, sinh viên học chuyên ngành điện tử, em muốn khai thác tìm hiểu ứng dụng vi điều khiển lĩnh vực điều khiển tự động hóa, đồng thời em muốn củng cố lại kiến thức học suốt thời gian qua thơng qua mơ hình thực tế Và quan em muốn trau dồi thêm kiến thức chuyên ngành để thuận lợi cho công việc sau Xuất phát từ lý trên, em chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẸN GIỜ TẮT MỞ THIẾT BỊ ĐIỆN” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế chế tạo mạch hẹn tắt mở thiết bị điện Việc thực đề tài giúp em củng cố lại kiến thức học tiếp thu thêm nhiều kiến thức từ giảng viên hướng dẫn Đó khoảng thời gian em thực tế hóa kiến thức học mơ hình cụ thể hiểu rõ cách viết chương trình cho vi điều khiển Do kiến thức hạn hẹp nên em nghiên cứu ứng dụng nhỏ Nếu có thời gian nhiều nghiên cứu sâu hơn, mơ hình ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực sống Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt mục tiêu đề ra, cần thực yêu cầu sau: - Nghiên cứu sở lý thuyết để thiết kế hệ thống điều khiển hẹn tắt mở thiết bị điện hồn chỉnh - Tìm hiểu thêm ứng dụng khác vi điều khiển, LED,… để mạch đa dạng Đối tượng phạm vi nghiên cứu ❖ Đối tượng nghiên cứu - Vi điều khiển AT89C52: dòng vi điều khiển tương đối mạnh với nhiều tính năng, hoạt động ổn định mà giá thành lại tương đối rẻ thơng dụng thị trường Do dễ dàng mở rộng thiết kế ứng dụng khác - Các tài liệu linh kiện điện tử Các tài liệu hướng dẫn lập trình ngơn ngữ lập trình C ❖ Phạm vi nghiên cứu - Đề tài sử dụng vi điều khiển AT89C52 để lập trình, vi mạch đệm IC ULN2803, IC chốt liệu 74HC574, LED đoạn để hiển thị thời gian hẹn Phương pháp nghiên cứu ❖ Phương pháp lý thuyết - Nghiên cứu tài liệu nguyên lý hoạt động thiết bị linh kiện điện tử - Đi sâu tìm hiểu nội dung khóa luận thơng qua sách báo, phương tiện thông tin đại chúng tài liệu tham khảo liên quan - Nghiên cứu cách trình bày khóa luận tốt nghiệp ❖ Phương pháp thực nghiệm - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống hẹn tắt mở thiết bị điện - Thực mạch logic viết chương trình C điều khiển hệ thống chương trình mạch thiết kế • Hỗ trợ ghi hay kiểu liệu kết hợp người dùng từ khóa định nghĩa struct cho phép liệu liên hệ tập hợp lại điều chỉnh toàn Một số chức khác mà C khơng có (hay thiếu) tìm thấy ngơn ngữ khác bao gồm: • An tồn kiểu • Tự động thu dọn rác • Các lớp hay đối tượng với ứng xử chúng (xem thêm OOP) • Các hàm lồng • Lập trình tiêu hay lập trình phổ • dụng Q tải q tải tốn tử • Các hỗ trợ cho đa luồng, đa nhiệm mạng 30 3.2 Lưu đồ thuật toán Start Khởi động timer Thiết lập thời gian hiển thị ban đầu 120s Ngắt mạch công suất N Mạch cơng suất đóng phím nhấn N Y Nhấn phím N Y Nhấn phím N N Y Nhấn phím 31 3.3 Code chương trình #include #define time_quetled #define time_sang 500 #define time_tat 100 #define lan_kiem_phim 80 #define bit_set(a,b) ((a)|=(1356400) second=0;} Counter_led++; if(Counter_led>=time_quetled) {chuyenled=1;Counter_led=0;} counter_xoa_lanset++; if(counter_xoa_lanset>=1000) {counter_xoa_lanset=0; lanset=0;} counter_nhapnhay++; if(counter_nhapnhaytime_sang+time_tat) counter_nhapnhay=0; } #include void main(void) { P0=0x00;P1=0xFF;P2=0x01;P3=0x00; TMOD = 0x01; TH0 = 0xF9; TL0 = 0x7D; TR0 = 1; IE=0x82; mode=1; hienthi=0; chuyenled=0; 33 so_phim=0; lanset=0; tong_second=120; tong_second_old=120; tinhthoigian(); tachso(gio,phut,giay); P2_0=0; hoanthanh=0; while (1) { if (chuyenled==1) { vitrimang=vitrimang+1; if (vitrimang>=7) vitrimang=1; xuatled7(vitrimang,maso[mangso[vitrimang]]); chuyenled=0; quetphim(); if (mode==0) { if (hienthi==1) { tong_second=tong_second-1; if(tong_second==0) 34 {hoanthanh=1; mangso[6]=10;mangso[5]=10; mangso[4]=10;mangso[3]=10; mangso[2]=10;mangso[1]=10; tong_second++; } else { tinhthoigian(); tachso(gio,phut,giay); P2_0=0; } hienthi=0; } } if(mode==1) {if(ledsang==0) {mangso[5]=11;mangso[6]=11;} else tachso(gio,phut,giay);} // tao nhap nhay led gio if(mode==2) {if(ledsang==0) {mangso[4]=11;mangso[3]=11;} else tachso(gio,phut,giay);} // tao nhap nhay led phut if(mode==3) {if(ledsang==0) {mangso[2]=11;mangso[1]=11;} else tachso(gio,phut,giay); tong_second_old=tong_second; }// tao nhap nhay led giay } if((hoanthanh)&&(so_phim==1)){hoanthanh=0;tong_second=tong_second _old; lanset=0; so_phim=0; counter_xoa_lanset=0;} 35 if(so_phim==1) { mode=mode+1; if(mode>3)mode=0; lanset=0; so_phim=0; counter_xoa_lanset=0;} if(so_phim==2) { i f ( m o d e = = ) { i f ( g i o < 9 ) g i o = g i o + ; } i f ( m o de==2) { if (phut0) phut=phut-1;} if (mode==3) { if (giay>0) giay=giay-1;} tachso(gio,phut,giay); tinh_tong_second(); so_phim=0; counter_xoa_lanset=0; lanset=0; counter_nhapnhay=0; } } 36 } void tinh_tong_second() { tong_second=gio; tong_second=tong_second*60; tong_second=tong_second+phut; tong_second=tong_second*60; tong_second=tong_second+giay; } void tinhthoigian() { long tg1; tg1=tong_second; gio=tg1/3600; phut=(tg1%3600)/60; giay=(tg1%3600)%60; } void quetphim() { if ((P1_6)==0) {lanset=lanset+1;counter_xoa_lanset=0; if(lanset>lan_kiem_phim) { so_phim=2;lanset=0;}} else if ((P1_7)==0) {lanset=lanset+1;counter_xoa_lanset=0; if(lanset>lan_kiem_phim) { so_phim=3;lanset=0;}} else if ((P1_5)==0) {lanset=lanset+1;counter_xoa_lanset=0; if(lanset>lan_kiem_phim) { soph=1;lanset=0;}} else {so_phim=soph; lanset=0;soph=0;} } void delay(unsigned int time) {int i; for (i=1;i