Báo Cáo Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Điện Tử

BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐHCN VIỆT HUNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Điện Tử Giáo viên hướng dẫn: Đào Tất Hùng Sinh viên thực hiện: Trịnh Trường Long Mã sinh viên: 1700502 Lớp: K41 – ĐH ĐIỆN TỬ Khoa: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hà Nội – Năm 2020 Đề Tài: Mạch Cảm Biến Nhiệt Độ LM35 AT89s52 Hiển Thị Trên LCD Mục Lục Lời Mở đầu CHƯƠNG I: Tổng Quan Về Đề Tài: 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ: 1.3 Nhiệm vụ thiết kế: 1.4 Mục đích đề tài: 1.5 Ý nghĩa đề tài: CHƯƠNG II: Cơ sở ý thuyết: 2.1 Giới thiệu chung AT 89s52 2.1.1 Cấu trúc chung VĐK 8051 2.1.1.2 Sơ đồ khối 2.1.1.3 Sơ đồ chân tín hiệu 2.1.2 Các ghi 2.2 Giới thiệu chung cảm biến nhiệt LM35 2.3 Giới thiệu ADC 0808 2.4 Giới thiệu LCD 2.4.1 Hình dáng cấu tạo 2.4.2 Chức chân 2.5 Những linh kiện khác CHƯƠNG III: Thiết Kế thi công mạch: 3.1 Sơ đồ khối 3.2 Chức khối 3.3 Quá trình đo nhiệt độ 3.4 Sơ đồ nguyên lý nguyên lý hoạt động mạch 3.4.1 Sơ đồ nguyên lý 3.4.2 Nguyên lý hoạt động mạch 3.5 Lưu đồ thuật tốn 3.5.1 Chương trình CHƯƠNG IV: Kết Luận 4.1 Ưu Điểm 4.2 Nhược Điểm 4.3 Tính thực tế sản phẩm thiết kế 4.4 Hướng cải tiến phát triển Lời Mở Đầu - Việt Nam ta ngày phát triển giàu mạnh.Một thay đổi đáng kể Việt Nam gia nhập WTO, bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước, để chúng ta, người Việt có hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại giới, đặc biệt lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chúng ngành Điện Tử nói riêng.Thế hệ trẻ khơng tự phấn đầu học hỏi khơng ngừng sớm lạc hậu nhanh chóng thụt lùi Nhìn điều đo Trường Đại Học Cơng Nghiệp Việt Hung Sơn Tây – Hà Nội sớm chủ trương hình thức đào tạo saau rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập sinh viên nhà trường nói chúng Khoa Điện – Điện Tử nói riêng tổ chức cho sinh viên làm Đồ Án Môn Học nhằm tạo tảng vững cho sinh viên trường , đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm - Với nhảy vọt khoa học , kỹ thuật điện- điện tử, mà thời gian ngắn đạt thành tựu to lớn hầu hết lĩnh vực đời sống xã hội.Thiết bị cơng nghệ ngày đổi để góp phần nâng cao chất lượng sống.Ngày thiết bị vi điều khiển có ứng dụng rộng rãi với ưu điểm nhỏ gọn ,linh hoạt điều khiển rộng rãi Vi điều khiển ngày chiếm lĩnh đóng vai trị quan trọng kỹ thuật điều khiển tự động hóa - Giờ đây, nhu cầu chun dụng hóa, tối ưu( thời gian, khơng gian, giá thành) bảo mật ,tính chủ động linh hoạt cơng nghệ… ngày địi hỏi khắc khe việc đưa công nghệ lĩnh vực chế tạo mạch điều khiển điện tử, để đáp ứng nhu cầu cấp thiết khoa học kỹ thuật điện -điện tử Kỹ thuật vi điều khiển phát triển,nó đáp ứng nhu cầu nhiều ngành lĩnh vực sản xuất cơng nghiệp, tự động hóa ,trong đời sống…So với kỹ thuật số kỹ thuật vi điều khiển nhỏ gọn hơn, tập hợp lại có khả lập trình để điều khiển nên tiện dụng động.Với tính chất ưu việc đó, đề tài em sử dụng mạch cảm biến nhiệt độ dùng cảm biến LM35 xử lí hiển thị LCD 1602 Ngày lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt ngày cong người máy giặt, ti vi, tủ lạnh, đồng hồ, v.v nhằm giúp cho đời sốn ngày đại tiện lợi Đề tài ứng dụng vi điều khiển đời sống thực tế phong phú đa dạng ngằm đáp ứng cho sống thuận tiện,tiện lợi người Với mục đích tìm hiểu đáp ứng u cầu chúng em lựa chọn đề tài có tính ứng dụng thực tế, khơng q xa lạ người : “Thiết Kế Mạch Cảm Biến Nhiệt Độ LM35 + AT89s52 Hiển Thị Trên LCD” Trong suốt thời gian thực đề tài, chúng em gặp số vướng mắc lý thuyết khó khăn việc thi cơng sản phẩm Tuy nhiên chúng em giải đáp hướng dẫn tận tình thầy Đào Tất Hùng, góp ý kiến bạn lớp, nhóm Được chúng em xin chân thành cảm ơn mong muốn nhân nhiều giúp đỡ, bảo thầy cô bạn đồ án sau Chúng em xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG I: Tổng Quan Về Đề Tài: 1.1 Đặt vấn đề: Nhiệt độ đại lượng vật lý quan tâm nhiều Bởi nhiệt có vai trị định nhiều tính chất vật chất Một nhwunxg đặc điểm tác động nhiệt làm thay đổi cách liên tục đại lượng chịu ảnh hưởng nó, ví dụ áp suất , thể tích chất khí Bởi vậy, nghiên cứu khoa học, công nghiệp đời sống hàng ngày việc đo nhiệt độ điều cần thiết Tuy nhiên, để đo trị số xác nhiệt độ lại vấn đề không đơn giản Cùng với đời phát triển mạnh mẽ hệ vi xử lý, việc đo nhiệt độ áp dụng vi xử lý, vi điều khiển mở nhiều hướng khác đưa đến nhiều phương pháp khác nhau, linh hoạt, xác hơn.có nhiều cách để đo nhiệt độ, liệt kê số phương pháp sau đây: - Phương pháp quang dựa phân bố xạ nhiệt dao động - Phương pháp quang dựa phân bố xạ nhiệt dao động nhiệt (do hiệu ứng Doppler) - Phương pháp dựa dãn nở vật rắn, chất lỏng khí (với áp suất không đổi ) dựa tốc độ âm - Phương pháp dựa phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ, hiệu ứng Sêbeck, dựa thay đổi tần số dao động thạch anh 1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ: Trước tiên nói cảm biến nhiệt độ,đó cảm biến sử dụng vào trình nhiệt như: đốt nóng, làm lạnh, trao đổi nhiệt v v Đại lượng vào cảm biến nhiệt độ nhiệt độ đại lượng tín hiệu điện (dòng,áp).Một số cảm biến thường sử dụng: +Nhiệt điện trở : Nguyên lý làm việc có điện trở thay đổi theo thay đổi nhiệt độ nó.Tuỳ theo tác dụng nhiệt dòng điện cung cấp chạy qua chuyển đổi người ta phân ra: Nhiệt điện trở đốt nóng nhiệt điện trở khơng đốt nóng • Nhiệt điện trở đốt nóng,dịng điện chạy qua lớn làm nhiệt độ tăng lên cao nhiệt độ mơi trường(100°C -800°C) nên có toả nhiệt mơi trường xung quanh, nhiệt dẫn, đối lưu, xạ • Nhiệt điện trở khơng đốt nóng, dịng điện chạy qua nhỏ không làm tăng nhiệt độ điện trở nhệt độ nhiệt độ môi trường Nhiệt điện trở loại dùng để đo nhiệt độ đại lượng học đo di chuyển Nhiệt điện trở phân làm hai loại: Nhiệt điện trở dây(nhiệt điện trở đồng,nhiệt điện trở Platin, nhiệt điện trở Niken) nhiệt điện trở bán dẫn +Cặp nhiệt điện:Nguyên lý làm việc dựa hiệu ứng:Thomson Seebek ứng dụng cặp nhiệt điện chủ yếu để đo nhiệt độ, ngồi cịn dược dùng để đo đại lượng không điện điện khác như: đo dòng điện tần số cao,đo hướng chuyển động lưu ượng dòng chảy, đo di chuyển , đo áp suất nhỏ +Cảm biến nhiệt độ dùng đặc tính diode tranzitor Đo nhiệt độ nhiệm vụ thường gặp ngành nhiệt học, hoá học ,luyện kim Tuỳ theo nhiệt độ đo mà dùng phương pháp đo khác nhau.Thông thường nhiệt độ đo chia thành giải : Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình nhiệt độ cao.ở nhiệt độ trung bình thấp, phương pháp đo thường tiếp xúc nghĩa chuyển đổi đặt trực tiếp môi trường cần đo Đối với nhiệt độ cao,đo phương pháp không tiếp xúc, nghĩa dụng cụ đo đặt ngồi mơi trường đo Một số cách đo nhiệt độ khơng tiếp xúc sử dụng cảm biến LM35 1.3 Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ VXL đo nhiệt độ sử dụng VĐK89S52 cảm biến LM35 giải vấn đề sau: - Thiết kế mạch đo nhiệt độ dải từ oC-100oC hiển thị - Viết chương trình phần mềm giải vấn đề Khi nghiên cứu đồ án chúng em đã: Hiểu cách thức chế độ hoạt động VĐK AT89S52 Hiểu cách thức hoạt động cảm biến nhiệt độ LM 35 Thiết kế, chế tạo mạch đo nhiệt độ dùng AT89S52 1.4 Ý nghĩa đề tài: + Ý nghĩa lý luận: Tồn chương trình thuyết minh đề tài trở thành tài liệu nghiên cứu, tham khảo nhanh, dễ hiểu, thiết thực cho bạn sinh viên, người thích tìm hiểu đề tài chúng em + Ý nghĩa thực tiễn: Với thành công đề tài góp phần giúp cho bạn sinh viên nói chung bạn sinh viên khoa Điện – Điện Tử nói riêng thấy rõ ý nghĩa thực tế thêm u thích chun ngành chọn CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung AT89S51: VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52 LÀ GÌ AT89S52 họ IC vi điều khiển hãng Atmel sản xuất Các sản phẩm AT89S52 thí ch hợp cho ứng dụng điều khiển Việc xử lý byte toán số học cấu trúc liệu nhỏ thực nhiều chế độ truy xuấtdữ liệu nhanh RAM nội Tập lệnh cung cấp bảng tiện dụng lệnh số học bit gồm lệnh nhân lệnh chia Nó cung cấp hổ trợ mở rộng chip dùng cho biến bit kiểu liệu riêng biệt cho phép quản lý kiểm tra bit trực tiếp hệ thống điều khiển Cấu trúc tổng quát AT89S52 - 4KB ROM để nạp chương trình điều khiển - 256 byte RAM gồm ghi - Port vào bit - định thời 16 bit - Một cổng giao tiếp nối tiếp chuẩn RS232 - Có thể quản lý 64KB nhơ chương trình 64KB nhớ liệu - Một xử lý phép toàn logic - 210 bit RAM nội dịa hóa - Bộ nhân/chia thực micro giây Thông số kỹ thuật: Vi điều khiển IC 89s52 o o o o o o o o Họ vi điều khiển bit Điện áp cung cấp: 4-6V Tần số hoạt động : 24 Mhz Bộ nhớ : Kb Flash, 256 Bytes SRAM Timer/Counter : 16 bit 32 chân I/O lập trình nguồn ngắt khác Kiểu chân : PDIP40 2.1.1 Cấu trúc chung VĐK 8051 2.1.1.2 Sơ đồ khối: 2.1.1.3 Sơ đồ chân tín hiệu: Chức chân tín hiệu sau: - P0.0 đến P0.7 chân cổng - P1.0 đến P1.7 chân cổng - P2.0 đến P2.7 chân cổng - P3.0 đến P3.7 chân cổng - RxD (Pin 10 - P3.0): Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp - TxD (Pin 11 - P3.1): Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp - /INT0 (Pin 12 - P3.2): Ngắt - /INT1(Pin 13 - P3.3): Ngắt - T0 (Pin 14 - P3.4): Chân vào Timer/Counter 10 o Số bit: o Tốc độ lấy mẫu giây: 10K o Số đầu vào: o Loại đầu vào: đơn o Cấu hình: MUX-S / H-ADC o Nguồn điện: 4,5-6V o Số chân: 28 Chân Chức chân: • Các chân từ IN0-IN7 ngõ vào analog • Vref+/Vref- chân cấp áp so sánh • ALE chân cho phép giao tiếp • Từ 2ˆ-1 đến 2ˆ-8 ngõ song song 8bit • START chân cho phép chuyển đổi • EOC chân báo q trình chuyển đổi hồn tất, kiểu dạng cờ ngắt • ADD A, ADD B, ADD C 3bit địa chọn kênh đầu vào từ IN0-IN7 • VCC, GND chân cấp nguồn dương 5V nguồn âm (Mass) • CLOCK chân cấp xung đồng hồ cho IC hoạt động, tốc độ lấy mẫu chuyển đổi phụ thuộc vào này, tối đa 640khz • OUTPUT ENABLE (OE) chân báo cho IC xuất data Port để vi điều khiển lấy 2.4 Giới thiệu LCD 17 2.4.1 Hình dáng cấu tạo Có nhiều loại LCD sử dụng nhiều ứng dụng vi điều khiển LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác: có khả hiển thi kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số, kí tự đồ họa) dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẻ Có nhiều loại LCD với nhiều hình dáng kích thước khác Hình dạng LCD thơng dụng 2.4.2 Chức các chân 18 Chân Ký hiệu Vss Mô tả 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 Điều chỉnh độ tương phản LCD RS 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 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 chế độ ghi, nối với logic “1” để LCD chế độ đọc E Chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E + Ở chế độ ghi: Dữ liệu 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 DB0-DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp - 14 DB0 Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thơng tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus : DB7 + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường, với bit MSB bit DB7 + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường từ DB4 tới DB7, bit MSB DB7 15 Nguồn dương cho đèn 16 GND cho đèn 19 2.5 Những linh kiện kèm theo mạch - Thạch anh - Tụ điện - Điện trở - Còi Báo - Đèn Led - Biến trở tam giác 10k - Tụ gốm 33p - Tụ hóa 10uF-25v - Nút nhấn 2p CHƯƠNG III: Thiết Kế Thi Công Mạch 3.1 Sơ đồ khối Khối Điều Khiển Khối Cảm Biến Khối Khối Nguồn Khối Chuyển Đổi ADC Hiển Thị 20 3.2 Chức khối: - Khối nguồn: Có chức cung cấp nguồn ni cho tồn mạch điện Nguồn ni thường trì ổn định mức +5V Do yêu cầu cao hệ thống nguồn nuôi thường chế tạo cách đặc biệt nhằm đem lại hiệu quả, tính ổn định cao -Khối cảm biến: Hoạt động LM35(chuyển tín hiệu nhiệt độ thành điện áp tương tự) Cảm biến cho điện áp thay đổi theo nhiệt độ đầu vào từ -50 oC đến 150oC Sự thay đổi điện áp qua mạch đo xử lý để giá trị hiển thị Chân GND,chân Vout,chân Vcc Dữ liệu chân đưa vào đọc chuyển đổi ADC tích hợp xử lý thông qua kênh AN1 - Khối chuyển đổi ADC ADC 0804 với đọ phân dải bit có chức chuyển đổi từ tương tự sang số giúp vi xử lý đọc xuất tín hiệu tương ứng từ LM35 3.3 Quá trình đo nhiệt độ Quy trình đo Đối Tượng Cần Đo Cảm Biến Chuyển Đổi ADC Xử Lí Hiển Thị 3.4 Sơ đồ nguyên lý nguyên lý hoạt động mạch 3.4.1 Sơ đồ nguyên lí 3.4.2 Nguyên lí hoạt động 3.5 lưu đồ thuật toán 21 Bắt đầu Khởi tạo LCD Khởi tạo vào Port Chuyển đổi ADC Hiển thị nhiệt độ lên LCD Kết thúc 3.5.1 Chương trình //// CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH//// 22 Do nhiet dung LM35 va ADC0808 hoac ADC0809 */ #include #define VREF5 //VREF=5V //Khai bao chan giao tiep ADC0808 #define ADC0808_DATA P3//PORT #define ADC0808_A P2_0 //PIN #define ADC0808_B P2_1 #define ADC0808_C P2_2 #define ADC0808_ALE P2_3 #define ADC0808_START P2_4 #define ADC0808_EOC P2_5 #define ADC0808_OE P2_6 #define ADC0808_CLK P2_7 //Khai bao chan giao tiep LCD16x2 4bit #define LCD_RS P0_0 #define LCD_RW P0_1 #define LCD_EN P0_2 #define LCD_D4 P0_4 #define LCD_D5 P0_5 #define LCD_D6 P0_6 #define LCD_D7 P0_7 #define canhbao P1_2 /*****************ADC0808*********************/ 23 //Ham doc ADC0808 theo kenh unsigned char ADC0808_Read(unsigned char channel){ unsigned char kq; ADC0808_A = channel & 0x01; ADC0808_B = channel & 0x02; ADC0808_C = channel & 0x04; ADC0808_ALE = 1; ADC0808_START = 1; ADC0808_ALE = 0; ADC0808_START = 0; while(ADC0808_EOC); while(!ADC0808_EOC); ADC0808_OE = 1; kq = ADC0808_DATA; ADC0808_OE = 0; return kq; } /*****************Ham delay*********************/ void delay_us(unsigned int t){ unsigned int i; for(i=0;i>2)&1; LCD_D7=(Data>>3)&1; } // Ham Gui Lenh Cho LCD void LCD_SendCommand(unsigned char command){ LCD_Send4Bit(command >>4);/* Gui bit cao */ LCD_Enable(); LCD_Send4Bit(command); /* Gui bit thap*/ LCD_Enable(); 25 ... Nhiệt điện trở dây(nhiệt điện trở đồng,nhiệt điện trở Platin, nhiệt điện trở Niken) nhiệt điện trở bán dẫn +Cặp nhiệt điện: Nguyên lý làm việc dựa hiệu ứng:Thomson Seebek ứng dụng cặp nhiệt điện. .. chủ động linh hoạt cơng nghệ… ngày địi hỏi khắc khe việc đưa công nghệ lĩnh vực chế tạo mạch điều khiển điện tử, để đáp ứng nhu cầu cấp thiết khoa học kỹ thuật điện -điện tử Kỹ thuật vi điều khiển... Điện – Điện Tử nói riêng tổ chức cho sinh viên làm Đồ Án Môn Học nhằm tạo tảng vững cho sinh viên trường , đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm - Với nhảy vọt khoa học , kỹ thuật điện- điện tử,