Báo cáo bài tập lớn: Thiết kế mạch điều khiển thang máy bằng vi điều khiển AVR

Gắn liền sự phát của khoa học điện tử là sự phát triển của các vi xử lí, vi điều khiển, đó là sự ra đời của vi xử lí đa năng như Pentium, Celerong … và trong vi điều khiển cũng có bước nhảy vọt được đánh dấu bởi sự ra đời của các vi điều khiển như PIC, AVR, FPGA,… các vi xử lí và vi điều khiển này ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến, đặc biệt chúng có thể làm được những việc vô cũng phức tạp với những ứng dụng phổ biến trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Xuất phát từ thực tế đó mà Báo cáo bài tập lớn: Thiết kế mạch điều khiển thang máy bằng vi điều khiển AVR đã được thực hiện.

TRƯỜNG Đ I H C BÁCH KHOA HÀ N IẠ Ọ Ộ

VI N ĐI N T  VI N THÔNG.Ệ Ệ Ử Ễ

Hà N i. tháng 6/2016.ộ

Nh n xét c a gi ng viên h ậ ủ ả ướ ng d n ẫ

………

………

………

………

………

Hà N i, Ngày    Tháng      Năm 2016ộ       Gi ng Viên hả ướng d nẫ        (Ký ghi rõ h  tên)ọ Nh n xét c a gi ng viên ch mậ ủ ả ấ ………

………

………

………

………

Hà N i, Ngày    Tháng      Năm 2016ộ

      Gi ng Viên ch mả ấ

       (Ký ghi rõ h  tên)ọ

M c l c.ụ ụ

L I NÓI Đ U Ờ Ầ

Ngày nay , v i nh ng  ng d ng c a khoa h c kĩ thu t  tiên ti n , th  gi i c a ơ ữ ứ ụ ủ ọ ậ ế ế ớ ủchúng ta đã và đang ngày m t thay đ i , văn minh và hi n đ i h n . s  phát tri n ộ ổ ệ ạ ơ ự ể

c a kĩ thu t đi n t  đã t o ra hang lo t nh ng thi t b  v i các đ c đi m n i b t ủ ậ ệ ử ạ ạ ữ ế ị ớ ặ ể ổ ậ

nh  s  chính xác cao , t c đ  nhanh và g n nh  góp ph n cho s u ho t đ ng ư ự ố ộ ọ ẹ ầ ự ạ ộ

c a con ngủ ườ ạ ượi đ t đ c hi u qu  cao.ệ ả

G n li n s  phát c a khoa h c đi n t  là s  phát tri n c a các vi x  lí, vi đi u ắ ề ự ủ ọ ệ ử ự ể ủ ử ềkhi n, đó là s  ra đ i c a vi x  lí đa năng nh  Pentium, Celerong … và trong vi ể ự ờ ủ ử ư

đi u khi n cũng có bề ể ước nh y v t đả ọ ược đánh d u b i s  ra đ i c a các vi đi u ấ ở ự ờ ủ ềkhi n nh  PIC, AVR, FPGA… các vi x  lí và vi đi u khi n này ngày càng đc s  ể ư ử ề ể ử

d ng r ng rãi và ph  bi n , đ c bi t chúng có th  làm đụ ộ ổ ế ặ ệ ể ược nh ng vi c vô cũngữ ệ  

ph c t p. v i nh ng  ng d ng ph  bi n trong m i lĩnh v c c a cu c s ng.ứ ạ ớ ữ ứ ụ ổ ế ọ ự ủ ộ ố

Và trong môn h c vi s  lí này nhóm em đã quy t đ nh làm đ  tai “ thi t k  m chọ ử ế ị ề ế ế ạ  

đi u khi n thang máy dung vi đi u khi n AVR” đó là m t đ  tài thi t th c và ề ể ề ể ộ ề ế ựrât g n gũi v i cu c s ng. nó ph c v  tr c ti p và đ c l c cho vi c xây d ng ầ ớ ộ ố ụ ụ ự ế ắ ự ệ ựcác tào nhà cao  c trong th i bu i công nghi p hiên nay.ố ờ ổ ệ

M c dù đã r t c  g ng thi t k  và làm m ch nh ng do th i gian ng n và năng ặ ấ ố ắ ế ế ạ ư ờ ắ

l c còn h n ch  nên không th  tránh kh i sai sót . chúng em r t mong s  góp ý ự ạ ế ể ỏ ấ ự

và giúp đ  c a th y cho đ  tài c a chúng em đỡ ủ ầ ề ủ ược hoàn thi n  h n.ệ ơ

Em xin chân thành cám  n!ơ

PH N  I: LÍ THUY T CHUNG V  H  TH NG ĐI U Ầ Ế Ề Ệ Ố Ề  

KHI N THANG MÁY Ể

Ch ươ ng 1. Gi i thi u chung h  th ng thang máy ớ ệ ệ ố

1.1 Gi i thi u chung v  thang máy ớ ệ ề

Thang máy là thi t b  v n t i dùng đ  ch  ngế ị ậ ả ể ở ười và hàng hoá theo

phương th ng đ ng. Nó là m t lo i hình máy nâng chuy n đẳ ứ ộ ạ ể ượ ử ục s  d ng r ng ộrãi trong các ngành s n xu t c a n n kinh t  qu c dân nh  trong ngành khai thácả ấ ủ ề ế ố ư  

h m m , trong ngành xây d ng, luy n kim, công nghi p nh    nh ng n i đó ầ ỏ ự ệ ệ ẹ ở ữ ơthang máy đượ ử ục s  d ng đ  v n chuy n hàng hoá, s n ph m, đ a công nhân t iể ậ ể ả ẩ ư ớ  

n i làm vi c có đ  cao khác nhau  Nó đã thay th  cho s c l c c a con ngơ ệ ộ ế ứ ự ủ ười và 

đã mang l i năng su t cao.ạ ấ

Trong sinh ho t dân d ng, thang máy đạ ụ ượ ử ục s  d ng r ng rãi trong các toàộ

nhà cao t ng, c  quan, khách s n  Thang máy đã giúp cho con ngầ ơ ạ ườ ếi ti t 

ki mđệ ược th i gian và s c l c ờ ứ ự

 Vi t Nam t  tr c t i nay thang máy ch  ch  y u đ c s  d ng trong

công nghi p đ  tr  hàng và ít đệ ể ở ược ph  bi n. Nh ng trong giai đo n hi n nay ổ ế ư ạ ệ

n n kinh t  nề ế ước ta đang có nh ng bữ ước phát tri n m nh thì nhu c u s  d ng ể ạ ầ ử ụthang máy trong m i lĩnh v c ngày càng tăng lên.ọ ự

1.2. S  đ  kh i c a m ch đi u khi n thang máy ơ ồ ố ủ ạ ề ể

Gi i thích s  đ  kh i c a h  th ngả ơ ồ ố ủ ệ ố

­ Kh i đi u khi n: đi u khi n tr ng thái ho t đ ng c a thang, là n i nh n ố ề ể ề ể ạ ạ ộ ủ ơ ậtín hi u vào và đ a tín hi u ra cho led 7 thanh.ệ ư ệ

­ Kh i phím b m đi u khi n: cung c p tín hi u cho kh i s  lí trung tâm v  ố ấ ề ể ấ ệ ố ử ề

ho t đ ng g i t ng và chon t ngạ ộ ọ ầ ầ

­ Kh i hi n th : hi n th  v  trí và tr ng thái c a bu ng thang . xác nh n khi ố ể ị ể ị ị ạ ủ ồ ậ

có hi n tệ ượng g i t ng.ọ ầ

­ Kh i ngu n: cung c p ngu n 1 chi u cho VDK va led 7 thanh ho t đ ng. ố ồ ấ ồ ề ạ ộ

* Mô t  ho t  đ ng c a h  th ng.  ả ạ ộ ủ ệ ố

1. Khi kh i đ ng cabin   t ng nào thì   yên t ng đó. M t s  s  hi n th  v  trí ở ộ ở ầ ở ầ ặ ố ẽ ệ ị ị

c a cabin (t ng s  bao nhiêu).ủ ầ ố

2. H  th ng luôn ki m tra các y/c g i thang theo chi u lên và chi u xu ng. ệ ố ể ọ ề ề ố

Ki m tra các y/c lên mà không có thì chuy n sang ki m tra các y/c xu ng, y/c ể ể ể ố

xu ng mà không có thì l i chuy n sang ki m tra y/c lên. H  th ng c  ho t đ ngố ạ ể ể ệ ố ứ ạ ộ  liên t c nh  th  Khi có y/c thì h  th ng s  ph c v  y/c, y/c nào g i trụ ư ế ệ ố ẽ ụ ụ ọ ướ ẽc s  đc 

ph c v  trụ ụ ước, y/c nào g i sau s  đc ph c v  sau. B t c  m t y/c g i nào cũng ọ ẽ ụ ụ ấ ứ ộ ọ

được h  th ng nh  l i và khi th c hi n xong y/c nào thì xóa y/c  y đi. N u có ệ ố ớ ạ ự ệ ấ ếnhi u y/c g i thì h  th ng s  x  lý  u tiên theo th  t  nh  đề ọ ệ ố ẽ ử ư ứ ự ư ược trình bày   ở

ph n dầ ưới

3. Khi cabin đã nh n m t y/c g i lên và đang th c hi n y/c này (cabin đang ch y ậ ộ ọ ự ệ ạtheo chi u lên) thì các y/c g i lên t  v  trí cabin tr  lên s  đc ph c v  trên đề ọ ừ ị ở ẽ ụ ụ ườ  ng

đi c a nó (y/c là g m có y/cg i thang c a khách   ngoài cabin và y/c ch n t ng ủ ồ ọ ủ ở ọ ầ

đ n c a khách   trong cabin), các y/c g i lên t  v  trí cabin tr  xu ng s  b  b  ế ủ ở ọ ừ ị ở ố ẽ ị ỏqua. Các y/c g i xu ng cũng s  b  b  qua n u t ng trên nó còn có y/c ( b  qua   ọ ố ẽ ị ỏ ế ầ ỏ ởđây là không được ph c ngay mà tr ng thái g i s  đụ ạ ọ ẽ ược nh  l i đớ ạ ể

ph c v  sau).ụ ụ

5. B  ph n hi n th  s  hi n th  v  trí c a cabin, chi u ch y ( là lên ho c xu ng) ộ ậ ể ị ẽ ể ị ị ủ ề ạ ặ ố

và cabin đangch y hay đang d ng.ạ ừ

Ch ươ ng 2: Yêu c u ch c năng c a h  th ng ầ ứ ủ ệ ố

2.1. Yêu c u ch c năng: ầ ứ

­ M ch th c hi n đúng yêu c u mong mu nạ ự ệ ầ ố

­ Hi n th  s  t ng  lên LED 7 thanhể ị ố ầ

S  d ng nút b m đ  đi u khi n ho t đ ng thang máy.ử ụ ấ ể ề ể ạ ộ

2.2 Yêu c u phi ch c năng ầ ứ

S  d ng vi đi u khi n AVR atmega8ử ụ ề ể

Nghiên c u s  bứ ơ ộ 1 tu nầ

PH N II: XÂY D NG THU T TOÁN VÀ THI T K Ầ Ự Ậ Ế Ế  

o Chu k  ghi/ xóa 10000 l n cho b  nh  flash ROM và 100000 l n ỳ ầ ộ ớ ầcho b  nh  EFPROM.ộ ớ

o 23 ngõ vào/ra kh  trình.ả

o Được đóng gói trong 28 chân ki u v  PDIP.ể ỏ

o Đi n áp ho t đ ng 2,7V­5,5V(ATmega8L)và 4,5­ệ ạ ộ5,4V(ATmega8)

o T n s  ho t đ ng 0­8MHz(ATmega8L) và 0­16MHz(ATmega8) ầ ố ạ ộ

đ ng.ộ

b. M t s  ch c năng c a ATmega8 s  d ng trong bài t p l n ộ ố ứ ủ ử ụ ậ ớ

Ng t ngoài:ắInterrupts, thường đượ  g i là ng t, là m t tín hi u kh n c p g i c ọ ắ ộ ệ ẩ ấ ở

đ n b  x  lí, yêu c u b  x  lí t m ng ng t c kh c các ho t đ ng hi nế ộ ử ầ ộ ử ạ ừ ứ ắ ạ ộ ệ  

t i đ  “nh y” đ n m t n i khác th c hi n m t nhi m v  kh n c p ạ ể ả ế ộ ơ ự ệ ộ ệ ụ ẩ ấnào đó, nhi m v  này g i là trình ph c v  ng t – isr (interrupt service ệ ụ ọ ụ ụ ắroutine ). Sau khi k t thúc nhi m v  trong isr, b  đ m chế ệ ụ ộ ế ương trình s  ẽ

được tr  v  giá tr  trả ề ị ước đó đ  b  x  lí quay v  th c hi n ti p các ể ộ ử ề ự ệ ếnhi m v  còn dang d  Nh  v y, ng t có m c đ   u tiên x  lí cao ệ ụ ở ư ậ ắ ứ ộ ư ử

nh t, ng t thấ ắ ường được dùng đ  x  lí các s  ki n b t ng  nh ng ể ử ự ệ ấ ờ ưkhông t n quá nhi u th i gian.ố ề ờ

Các tín hi u d n đ n ng t có th  xu t phát t  các thi t b  bên trong ệ ẫ ế ắ ể ấ ừ ế ịchip (ng t báo b  đ m timer/counter tràn, ng t báo quá trình g i d  ắ ộ ế ắ ở ữ

li u b ng RS232 k t thúc…) hay ệ ằ ế do các tác nhân bên ngoài (ng t báo  ắ

có 1 button đ ượ c nh n, ng t báo có 1 gói d  li u đã đ ấ ắ ữ ệ ượ c nh n…) ậ

Hình minh h a cách t  ch c ng t thông thọ ổ ứ ắ ường trong các chip AVR:

Có 3 thanh ghi liên quan đ n ng t ngoài đó là MCUCR, GICR và ế ắGIFR:

 Thanh ghi đi u khi n MCU – MCUCR ề ể  (MCU Control Register) 

là thanh ghi xác l p ch  đ  ng t cho ng t ngoài: ậ ế ộ ắ ắ

N u không nh n, tr ng thái các chân INT là HIGH do đi n tr  kéo ế ấ ạ ệ ởlên, khi v a nh n 1 button, s  có chuy n tr ng thái t  HIGH sang ừ ấ ẽ ể ạ ừLOW, chúng ta g i là c nh xu ng ­ọ ạ ố  Falling Edge, khi button được nh nấ  

và gi , tr ng thái các chân INT đữ ạ ược xác đ nh là LOW và cu i cùng khiị ố  

th  các button, tr ng thái chuy n t  LOW sang HIGH, g i là c nh lên ả ạ ể ừ ọ ạ– Rising Edge

Dưới đây là c u trúc thanh ghi MCUCR đấ ược trích ra t  datasheet ừ

c a chip atmega8.ủ

      MCUCR là m t thanh ghi 8 bit nh ng đ i v i ho t đ ng ng t ộ ư ố ớ ạ ộ ắ

ngoài, chúng ta ch  quan tâm đ n 4 bit th p c aỉ ế ấ ủ  nó (4 bit cao dùng cho Power manager và Sleep Mode). B n bit th p là các bit Interrupt Sense ố ấControl (ISC) trong đó 2 bit ISC11:ISC10 dùng cho INT1 và 2 bit 

ISC01:ISC00 dùng cho INT0. Hãy nhìn vào b ng tóm t t bên dả ắ ướ ểi đ  

bi t ch c năng c a các bit trên, đây là b ng “chân tr ” c a 2 bit ISC11, ế ứ ủ ả ị ủISC10. B ng chân tr  cho các bit ISC01, ISC00 hoàn toàn tả ị ương t ự

 Thanh ghi đi u khi n ng t chung – GICR (General Interrupt  ề ể ắ

Control Register). 

GICR cũng là 1 thanh ghi 8 bit nh ng ch  có 2 bit cao (bit 6 và ư ỉbit 7) là đượ ử ục s  d ng cho đi u khi n ng t, c u trúc thanh ghi ề ể ắ ấ

nh  bên dư ưới (trích datasheet)

Bit 7 – INT1 g i là bit cho phép ng t 1(Interrupt Enable), set ọ ắbit này b ng 1 nghĩa b n cho phép ng t INT1 ho t đ ng, tằ ạ ắ ạ ộ ương 

t , bit INT0 đi u khi n ng t INT0.ự ề ể ắ

 Thanh ghi c  ng t chung – GIFR (General Interrupt Flag  ờ ắ

Register).

Có 2 bit INTF1 và INTF0 là các bit tr ng thái (hay bit c  ­ ạ ờFlag) c a 2 ng t INT1 và INT0. N u có 1 s  ki n ng t phù h p ủ ắ ế ự ệ ắ ợ

x y ra trên chân INT1, bit INTF1 đả ượ ự ộc t  đ ng set b ng 1 ằ(tương t  cho trự ường h p c a INTF0), chúng ta có th  s  d ng ợ ủ ể ử ụcác bit này đ  nh n ra các ng t, tuy nhiên đi u này là không c n ể ậ ắ ề ầthi t n u chúng ta cho phép ng t t  đ ng, vì v y thanh ghi này ế ế ắ ự ộ ậ

thường không được quan tâm khi l p trình ng t ngoài. C u trúc ậ ắ ấthanh ghi GIFR được trình bày trong hình ngay bên dưới

Giao ti p TWI­Iế 2C.

      TWI (Two­Wire Serial Intereafce) là m t module truy n thông ộ ề

n i ti p đ ng b  trên các chip AVR d a trên chu n truy n thông ố ế ồ ộ ự ẩ ề

       T c đ  phát xung gi  nh p đố ộ ữ ị ược tính theo công th c:ứ

       Trong đó CPU Clock frequency là t n s  ho t đ ng chính c a ầ ố ạ ộ ủAVR, TWBR là giá tr  thanh thi TWBR và TWPS là giá tr  c a 2 bits ị ị ủTWPS1 và TWPS0 n m trong thanh thi tr ng thái TWSR. Hai bits ằ ạnày được g i là bit prescaler.ọ

       ­ TWCR (TWI Control Register): là thanh ghi 8 bit đi u ềkhi n ho t đ ng c a TWI.ể ạ ộ ủ   

         M t đi u c n chú ý là các bit trong thanh ghi TWCR không c nộ ề ầ ầ  

được set cùng lúc, tùy vào t ng giai đo n trong quá trình giao ti p ừ ạ ếTWI các bit có th  để ược set riêng l ẻ     

có 5 bit ch a code tr ng thái c a TWIứ ạ ủ   và 2 bit ch n prescaler.ọ   

         ­ TWDR (TWI Data Register): là thanh ghi d  li u chính c a ữ ệ ủTWI. Trong quá trình nh n, d  li u nh n v  s  đậ ữ ệ ậ ề ẽ ượ ưc l u trong TWDR. Trong quá trình g i, d  li u ch a trong TWDR s  đở ữ ệ ứ ẽ ược chuy n ra để ường SDA

         ­ TWAR (TWI Address Register): là thanh ghi ch a device ứaddress c a chip Slave. C u trúc thanh ghi đủ ấ ược trình bày trong hình 

dướ     i

3.2. Kh i LED hi n th ố ể ị

        LED đ n là m t đi­ t, nó ch a m t chíp bán d n có pha các t p ch t ơ ộ ố ứ ộ ẫ ạ ấ

đ  t o ra m t ti p giáp P­N, kênh P ch a l  tr ng, kênh N ch a đi n t , ể ạ ộ ế ứ ỗ ố ứ ệ ửdòng đi n truy n t  A­n t( kênh P) đ n K­t t (kênh N), khi đi n t  l p ệ ề ừ ố ế ố ệ ử ấ

đ y ch  tr ng nó sinh ra b c x  ánh sáng, các bầ ỗ ố ứ ạ ước sóng phát ra có màu khác nhau tùy thu c vào t p ch t trong chíp bán d nộ ạ ấ ẫ

Led 7 đo n có c u t o bao g m 7 led đ n có d ng thanh x p theo ạ ấ ạ ồ ơ ạ ế

hình   và có thêm m t led đ n hình tròn nh  th  hi n d u ch m tròn   ộ ơ ỏ ể ệ ấ ấ ởgóc dưới, bên ph i c a led 7 đo n.ả ủ ạ

8 led đ n trên led 7 đo n có Anode(c c +) đơ ạ ự ược n i chung v i nhau ố ớvào m t đi m, độ ể ược đ a chân ra ngoài đ  k t n i v i m ch đi n. 8 c c ư ể ế ố ớ ạ ệ ựcòn l i trên m i led đ n đạ ỗ ơ ược đ a thành 8 chân riêng, cũng đư ược đ a ra ưngoài đ  k t n i v i m ch đi n. Đ u chung này để ế ố ớ ạ ệ ầ ược n i v i +Vcc, các ố ớchân còn l i dùng đ  đi u khi n tr ng thái sáng t t c a các led đ n, led ạ ể ề ể ạ ắ ủ ơ

ch  sáng khi tín hi u đ t vào các chân này   m c 0.ỉ ệ ặ ở ứ

Vì led 7 đo n ch a bên trong nó các led đ n, do đó khi k t n i c n ạ ứ ơ ế ố ầ

đ m b o dòng qua m i led đ n trong kho ng 10mA­20mA đ  b o v  led. ả ả ỗ ơ ả ể ả ệ

N u k t n i v i ngu n 5V có th  h n dòng b ng đi n tr  330  trế ế ố ớ ồ ể ạ ằ ệ ở Ω ước các chân nh n tín hi u đi u khi n.ậ ệ ề ể

3.3 kh i phím b m ố ấ

Vi c s  d ng phím b m   đây d a trênệ ử ụ ấ ở ự  

s  chênh áp khi  n các phím, đi n áp đự ấ ệ ược 

đ a v  chip đ  x  lí . nh  v y vi c d a vào ư ề ể ử ư ậ ệ ựgiá tr  đi n áp đ a vào chân chúng ta có th  ị ệ ư ểhpanf toàn nh n bi t đậ ế ược  chúng ta đang 

b m phím nào?ấ

3.4 Kh i ngu n ố ồ

Ch ươ ng 4: Xây d ng thu t toán và thi t k  m ch ự ậ ế ế ạ

4.1  L u đ  thu t toán: ư ồ ậ

4.2  Thi t k  m ch:  ế ế ạ

a) M ch nguyên lí:ạ

b) M ch in:ạ

      LED2=1 ;LED3=0; LED7SEG(maled7[3]);        }break;

        case 4 : {

      LED3=1; LED4=0; LED7SEG(maled7[4]);        }break;

     }

 }

       LED2=0; LED3=1; LED7SEG(maled7[2]);        }break;

        case 3 : {

       LED3=0; LED4=1; LED7SEG(maled7[3]);        }break;