Thiết kế mạch đếm sản phẩm

Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đông ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ - - NGUYỄN MẠNH HƯNG THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đông MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Cùng với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật nay, nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm băng chuyền đại, sản phẩm xuất nhanh nhiều người cơng nhân khó thực xác cơng đoạn đếm đóng gói sản phẩm Vì mạch đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát sản lượng cho băng chuyền Từ điều kiến thức chúng em học nhà trường, với giúp đỡ thầy cô chúng em định chọn đề tài “Thiết kế Mạch Đếm Sản Phẩm” (dưới dạng mơ phỏng) gần gũi với thực tế đời sống Mục đích, yêu cầu: Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp đếm số lượng sản phẩm máy tạo cách đơn giản xác Yêu cầu mạch đếm sản phẩm phải chạy cách xác, ổn định, gọn nhẹ dễ lắp đặt, dễ dàng sửa chửa rẻ tiền Nhiệm vụ nghiên cứu: Để đạt mục tiêu đề ra, đề tài cần thực nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu sở lý luận việc thiết kế mạch đếm sản phẩm - Tìm hiểu thực trạng việc thiết kế sử dụng mạch đếm sản phẩm - Lắp ráp mô mạch chức đếm sản phẩm hoạt động tốt yêu cầu đề tài Giả thiết khoa học: Vì Vật Lý lĩnh vực thực nghiệm nên thiết kế mạch đếm sản phẩm góp phần vào việc nâng cao hiệu cơng việc mơi trường cơng nghiệp hóa Đối tượng phạm vi nghiên cứu: a Đối tượng: - Các tài liệu linh kiện, IC SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp - Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đông Các tài liệu hướng dẫn thiết kế gia công mạch điện tử b Phạm vi nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu lắp ráp mô “Mạch đếm sản phẩm” tiến hành thử nghiệm thực tế băng chuyền tự động Lịch sử vấn đề nghiên cứu: Tại nhà máy, doanh nghiệp sản xuất với quy mơ lớn có nhiều khâu tự động hóa q trình sản xuất Một khâu đơn giản dây chuyền sản xuất tự động hóa số lượng sản phẩm làm đếm cách tự động Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa hồn tồn chưa áp dụng khâu đếm sản phẩm, đóng gói bao bì mà sử dụng nhân công Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: - Nghiên cứu tài liệu thiết bị linh kiện Điện – Điện Tử - Nghiên cứu lý luận việc thiết kế sử dụng thiết bị công nghiệp Cấu trúc luận văn: - Chương I: Khảo sát vi điều khiển 8051và thu phát hồng ngoại - Chương II: Lắp ráp mô mạch đếm sản phẩm dùng vi điều khiển 8051 - Chương III: Chương trình điều khiển SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đông NỘI DUNG CHƯƠNG I: KHẢO SÁT VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ BỘ THU PHÁT HỒNG NGOẠI 1.1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1.1.1 Cấu trúc phần cứng 8051: 1.1.1.1 Sơ đồ chân 8051: 8051 IC vi điều khiển (Microcontroller) hãng Intel sản xuất IC có đặc điểm sau: - 4k byte ROM, 128 byte RAM - Port I/O bit - đếm/ định thời 16 bit - Giao tiếp nối tiếp - 64k byte không gian nhớ chương trình mở rộng - 64k byte khơng gian nhớ liệu mở rộng - Một xử lý Boolean (hoạt động bit đơn) - 210 bit địa hóa - Bộ nhân/ chia Sơ lược chân 8051: SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đơng Hình 1.1: Các chân 8051 1.1.1.2 Chức chân 8051: Port0: Từ chân 32 đến chân 39 (p0.0 - p0.7) Port có chức năng: Trong thiết kế cỡ nhỏ không dùng nhớ mở rộng có chức đường IO, thiết kế lớn có nhớ mở rộng kết hợp bus địa bus liệu Port 1: Từ chân đến chân (P1.0 – P1.7) Port port IO cho phép giao tiếp với thiết bị cần Port 2: Từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 – P2.7) Port port có tác dụng kép dùng đường xuất nhập byte cao bus địa thiết bị dùng nhớ mở rộng Port 3: Từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 – P3.7) Port port có tác dụng kép Các chân port có nhiều chức năng, có cơng dụng chuyển đổi có liên hệ đến đặc tính đặc biệt 8051 bảng sau: SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đông Bảng 1.1: Chức chuyển đổi Port PSEN (Program store enable): PSEN tín hiệu ngõ có tác dụng cho phép đọc nhớ chương trình mở rộng thường nối đến chân OE\ Eprom cho phép đọc byte mã lệnh PSEN mức thấp thời gian 8051 lấy lệnh Các mã lệnh chương trình đọc từ Eprom qua bus liệu, chốt vào ghi lệnh bên 8051 để giải mã lệnh Khi 8051 thi hành chương trình ROM nội PSEN mức cao ALE (Address Latch Enable): Khi 8051 truy xuất nhớ bên ngoài, port có chức bus địa liệu phải tách đường liệu địa Tín hiệu ALE chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp đường địa liệu kết nối chúng với IC chốt Tín hiệu chân ALE xung khoảng thời gian port đóng vai trị địa thấp nên chốt địa hoàn toàn tự động EA\ (External Access): Tín hiệu vào EA\ chân 31 thường mắc lên mức mức Nếu mức 1, 8051 thi hành chương trình từ ROM nội Nếu mức 0, SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đông 8051 thi hành chương trình từ nhớ mở rộng Chân EA\ lấy làm chân cấp nguồn 21V lập chương trình cho Eprom 8051 RST (Reset): Khi ngõ vào tín hiệu đưa lên mức cao chu kỳ máy, ghi bên nạp giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch phải tự động reset Các ngõ vào dao động X1,X2: Bộ tạo dao động tích bên 8051 Khi sử dụng 8051, người ta cần nối thêm tụ thạch anh tụ Tần số tụ thạch anh thường 12Mh 1.1.2 Cấu trúc bên 8051: 1.1.2.1 Sơ đồ khối bên 8051: SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đơng Hình 1.2: Sơ đồ khối bên 8051 1.1.2.2 Khảo sát khối nhớ bên 8051: * Tổ chức nhớ: SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đông Bảng 1.2: Tổ chức nhớ 8051 Bộ nhớ bên 8051 bao gồm ROM RAM RAM bao gồm nhiều thành phần: Phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa hóa bit, bank ghi ghi chức đặc biệt 8051 có nhớ theo cấu trúc Harvard: Có vùng nhớ riêng biệt cho chương trình liệu Chương trình liệu chứa bên 8051 SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đơng 8051 kết nối với 64k byte nhớ chương trình 64k byte nhớ liệu mở rộng Ram bên 8051 phân chia sau: o Các bank ghi có địa từ 00H đến 1FH o Ram địa hóa bit có địa từ 20H đến 2FH o Ram đa dụng từ 30H đến 7FH o Các ghi chức đặc biệt từ 80H đến FFH - Ram đa dụng: Mọi địa vùng Ram đa dụng truy xuất tự dùng kiểu địa trực tiếp hay gián tiếp Ví dụ để đọc nội dung ô nhớ địa 5FH Ram nội vào ghi tích lũy A: MOV A,5FH Hoặc truy xuất dùng cách địa gián tiếp qua R0 hay R1 Ví dụ lệnh sau thi hành nhiệm vụ lệnh MOV R0,#5FH MOV A,@R0 - Ram truy xuất bit: 8051 chứa 210 bit địa hóa bit, 128 bit chứa byte có địa từ 20H đến 2FH, bit lại chứa nhóm ghi chức đặc biệt Ý tưởng truy xuất bit phần mềm đặc tính mạnh vi điều khiển nói chung Các bit đặt, xóa, and, or,… với lệnh đơn Ngồi port truy xuất bit làm đơn giản phần mềm xuất nhập bit Ví dụ: Để đặt bit 67H ta dùng lệnh sau: - SETB 67H Các bank ghi: SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng 10 SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đơng 0V 5V Hình 2.6 cấu trúc sơ đồ chân IC 4093 với cổng AND, với cổng AND ta chuyển đổi thành chức cổng NOT (sơ đồ chân tương đương hình 2.6) Điện trở R19 có giá trị từ vài chục Ohm đến vài trăm Ohm có tác dụng hạng dòng điện cung cấp cho đèn led D4, D4 led báo xung giúp ta dễ dàng nhận biết mức áp xung ra, mức thấp led tắt, mức cao led sáng (trong mạch đếm sản phẩm sử dụng R19 có giá trị 100Ω) 2.3.2.2 Khối hiển thị: Hình 2.7: Khối hiển thị SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng 32 SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đơng 2.3.2.2.1 IC 74LS245 Hình 2.8: IC 74LS245 IC 74LS245 IC đệm có tác dụng ổn định dòng áp cung cấp cho Led hiển thị + Điện áp cung cấp Vcc = 4,74 – 5,55V + Nhiệt độ làm việc: – 70oC - Chân số 19 (G\_Enable): chân cho phép IC hoạt động, IC hoạt động chân nối với âm nguồn - Chân số (DIR): chân chọn chế độ hoạt động IC, chân nối xuống âm nguồn tín hiệu đầu vào đưa tới chân B (Từ chân 11 Đến chân 18) Tín hiệu đưa chân A (từ chân số đến chân số 9) 2.3.2.2.2 Hiển thị led đoạn: SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng 33 SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đơng Hình 2.9: Hiển thị led đoạn - Led đoạn catod chung: Là loại linh kiện điện tử thông dụng sử dụng nhiều lĩnh vực điện tử số Led đoạn catod chung bao gồm led dài giống xắp sếp thứ tự hình vẽ nối chung catod đoạn led (nếu led đoạn anod chung anod nối chung với nhau) hoạt động chân a, b, c, d, e, f, g nối với ngõ 8051 SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng 34 SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đơng Hình 2.10: Led đoạn Điện trở nối port với chân led đoạn có chức ổn định dòng, bảo vệ cho led đoạn Thông thường led đoạn sáng ổn định dịng qua led vào khoảng 10mA đến 20mA ta chọn giá trị trung bình vào khoảng 15mA, Vcc có áp 5V Khi ta tính: R = Vcc/Itb = 5/15 = 333,33 (Ω) Ta chọn trở 330Ω Khi có xung vào từ chân IC4093 đến P1.0 mức (ứng với sản phẩm qua led phát led thu) lúc vi điều khiển xử lí hiển thị led đoạn, lúc hàng đơn vị nhảy giá trị tưng ứng với sản phẩm đếm 2.3.2.2.3 Hiển thị led đơn: SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng 35 SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đơng Hình 2.11: Hiển thị led đơn Áp P1.7 đưa vào khoảng 2.4V đến 5V chọn áp vào khoảng 4V, với led vàng có áp rơi 2.4V áp rơi trở 1.6V dịng qua led vào khoảng 16mA Khi ta tính trở R16 có giá trị: R = Vp1.7/Iled = 1.6/16 = 100 (Ω) Tại chân P1.7 ta nối với trở R16 = 100Ω led đơn xuống mass, ban đầu đèn báo sáng nhằm mô cho băng chuyền hoạt động vận chuyển hàng, sản phẩm đếm đến giá trị 20 lúc led đơn tắt báo hiệu cho ta biết băng chuyền ngưng hoạt động thời gian 1s để thực đóng gói sản phẩm thùng, sau thời gian băng chuyền lại tiếp tục hoạt động đèn lại tiếp tục trạng thái sáng 2.4 Nguyên lý hoạt động tổng quát mạch đếm sản phẩm: Sau nghiên cứu nguyên lý hoạt động phần mạch đếm sản phẩm ta nghiên cứu chung khối thống mạch sau: Khi có sản phẩm ngang qua che tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến led thu, mạch thu cho xung clock cấp vào chân P1.0 8051 lúc 8051 có nhiệm vụ đếm lên đơn vị thuộc hệ số HEX Xung clock từ mạch thu hồng SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng 36 SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp Khoa Vật Lý GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đông ngoại cấp cho phần đếm hàng đơn vị mạch Để hiển thị số hàng chục ta thiết lập cho chương trình nhảy mà thơi Như với led hiển thị mạch đếm đếm từ 00 đến 99 sản phẩm trước trở lại 00 Tuy nhiên lúc đếm sản phẩm ta đưa vào chương trình hiểu đếm vừa tròn 20 sản phẩm đèn báo chân P1.7 sáng vào 1s báo hiệu dừng băng chuyền để đóng gói, sau tiếp tục đếm Trong mạch cịn có nút nhấn Reset có tác dụng lặp lại trạng thái ban đầu mạch tức số 00 SVTH 1: Nguyễn Mạnh Hưng 37 SVTH 2: Trần Quỳnh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đông Khoa Vật Lý CHƯƠNG III: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Lưu đồ thuật tốn: MAIN XÓA P1.7 R0