Thiết kế mạch đếm sản phẩm dùng vi điều khiển 8051 (nhiều chương trình đếm cho một loại sản phẩm)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CỬ NHÂN VẬT LÝ Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051 ( NHIỀU CHƯƠNG TRÌNH CHO MỘT LOẠI SẢN PHẨM ) Người hướng dẫn: ThS Lê Xứng Người thực hiện: Nguyễn Thị Ngần Đà Nẵng, tháng 5/2013 SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG LỜI CÁM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Th.S Lê Xứng theo sát, giúp đỡ tận tình, có lời khun bổ ích giúp em hồn thành luận văn “THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051( NHIỀU CHƯƠNG TRÌNH CHO MỘT LOẠI SẢN PHẨM)’’ thời gian quy định Trong suốt trình thực luận văn “THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051( NHIỀU CHƯƠNG TRÌNH CHO MỘT LOẠI SẢN PHẨM)” em nhận nhiều đóng góp giúp đỡ thầy cô trường bạn lớp Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới tất thầy cô, bạn giúp đỡ em trình làm luận văn Đặc biệt em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Sư Phạm, thầy cô truờng truyền đạt cho em kiến thức hay bổ ích Đà Nẵng, ngày 21 tháng năm 2013 Sinh viên thực Nguyễn Thị Ngần SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Chức chuyển đổi Port3 Bảng 2.2: Cấu trúc nhớ RAM bên vi điều khiển Bảng 2.3: Trạng thái ghi sau reset Bảng 2.4: Mã hiển thị led đoạn có Anode chung (các led đơn sáng mức 0) Bảng 2.5: Mã hiển thị led đoạn có Cathode chung (các led đơn sáng mức 1) SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ khối AT89C51 Hình 2.2: Sơ đồ chân AT89C51 Hình 2.3: Mạch tạo dao động thạch anh Hình 2.4: Led phát hồng ngoại Hình 2.5: Led thu hồng ngoại Hình 2.6: Tiếp giáp P-N Hình 2.7: Cấu tạo bên Led đơn Hình 2.8: Led đoạn có Anode, Cathode chung Hình 2.9: Sơ đồ chân led đoạn Hình 2.10: Trạng thái hoạt động Led đoạn Hình 2.11: Cấu tạo diod cầu Hình 2.12: IC 7805 Hình 2.13: Điện trở Hình 2.14: Các vịng màu thể giá trị điện trở Hình 2.15: Một số tụ phân cực Hình 2.16: Một số tụ khơng phân cực Hình 2.17: Tụ xoay Hình 3.1: Khối cảm biến hồng ngoại Hình 3.2: Khối điều khiển Hình 3.3: Khối phím nhấn Hình 3.4: Hiển thị qua Led đoạn Hình 3.5: Hiển thị qua Led đơn Hình 3.6: Khối nguồn 5V SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch đếm sản phẩm LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật, làm cho sống ngày nâng cao mặt sinh hoạt hàng ngày sản xuất Với xu hướng tự động hoá mục tiêu tăng suất lao động nhiều thiết bị máy móc mạch điện tử nghiên cứu ứng dụng thực tế sản xuất Với đời mạch điện tử làm tăng đáng kể suất lao động làm giảm sức lao động người trình sản xuất Trong tài liệu xin giới thiệu mạch điện tử ứng dụng nhiều thực tế “mạch đếm sản phẩm” Mạch điện tử có độ xác cao dễ sử dụng, thay cho công nhân đứng máy nâng cao suất lao động tăng hiệu suất làm việc máy móc Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp cho nhà máy, xí nghiệp đếm số lượng sản phẩm máy tạo cách đơn giản, xác hiệu suất cao mà không cần tốn sức công nhân, nhà máy nhỏ Dựa phương pháp nghiên cứu phân tích đặc tính chức linh kiện điện tử, nguyên lý làm việc IC áp dụng kiến thức học với hướng dẫn giáo viên hướng dẫn để nghiên cứu xây dựng nên mạch có chức đếm sản phẩm hoạt động tốt Do vấn đề mặt thời gian trình độ có hạn, kiến thức cịn nhiều hạn chế chưa có kinh nghiệm nghiên cứu thực tế nên cịn gặp nhiều khó khăn q trình tính tốn thiết kế thi cơng mạch Nên q trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu xót Rất mong thơng cảm đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG Phần I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày việc ứng dụng vi điều khiển vào lĩnh vực sống phổ biến, điển hình loại vi điều khiển họ 8051 Trong công nghiệp lĩnh vực liên quan đến sản phẩm phát huy lợi sử dụng vi điều khiển, việc đếm sản phẩm trở nên đơn giản hơn, giảm bớt nhiều sức lao động thời gian Được gợi ý thầy Lê Xứng qua tìm hiểu em nên em chọn đề tài “THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051( NHIỀU CHƯƠNG TRÌNH CHO MỘT LOẠI SẢN PHẨM)” Đây hội tốt để áp dụng kiến thức học vào thực tế 1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, tự động hóa sản xuất yêu cầu cấp thiết để nâng cao suất, giảm giá thành để tăng tính cạnh tranh nên việc ứng dụng kỹ thuật vi điều khiển, vi xử lý vào sản xuất điều tất yếu Đây toán ứng dụng nhiều thực tế Dùng sức người, cơng việc địi hỏi tập trung cao có tính lặp lại, nên cơng nhân khó đảm bảo xác cơng việc Để làm mạch cần có phận chính: + Bộ cảm biến gồm có phần phát phần thu, phần phát dùng led phát, phát ánh sáng để chống nhiễu so với ánh sáng khác xác hơn, cịn phần thu dùng transistor quang để thu ánh sáng hồng ngoại + Bộ xử lý dùng IC AT89C51 + Bộ hiển thị gồm có led đoạn led đơn Ngồi cịn dùng phím nhấn để thay đổi giá trị sản phẩm cần đếm SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG 1.3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Trong luận văn chúng em thực mạch đếm sản phẩm qua đếm sản phẩm phương pháp đếm mức logic Như vậy, sản phẩm qua cảm biến nhận tạo tín hiệu mức đưa khối xử lí trung tâm để tăng dần số đếm đồng thời hiển thị led đoạn số sản phẩm qua Tuy nhiên tùy thuộc vào khu vực sản xuất mà người ta cần yêu cầu số đếm khác nên cần có linh hoạt trình chuyển đổi số đếm, muốn thay đổi số đếm ta cần nhấn phím nhấn mạch tự động đếm,khi đếm đủ số sản phẩm cần đếm cho thùng báo hiệu led đơn cho người dùng biết Nếu không cài đặt sẵn số đếm khối xử lí đếm đến 99 sản phẩm sáng led đơn Từ thấy mục đích đề tài: + Bộ phận hiển thị phải rõ ràng + Mạch điện không phức tạp, đảm bảo an toàn, dễ sử dụng + Số đếm phải xác 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI + Các sản phẩm đa dạng với nhiều chủng loại: đặc rỗng kích cỡ khác Nhưng với khả thiết bị mạch đếm loại sản phẩm che ánh sáng + Đếm sản phẩm từ 00->99 sản phẩm + Cài đặt trước số sản phẩm cần đếm + Do chi phí, thời gian có hạn nên sản phẩm dừng lại mức đáp ứng yêu cầu luận văn tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG Phần II GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀAT89C51 VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 2.1.1 Giới thiệu AT89C51 AT89C51 hệ vi tính bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, cơng suất nguồn tiêu thụ thấp có Kbyte nhớ Rom Flash xố được, lập trình Chíp sản xuất dựa vào công nghệ nhớ không nội dung có độ tích hợp cao Nó tương thích với tập lệnh chân chuẩn cơng nghiệp MCS-51 Flash chip cho phép nhớ chương trình lập trình lại hệ thống lập trình khơng nội dung qui ước AT89C51 IC vi điều khiển (Microcontrolled ) hãng Intel sản xuất IC có đặc điểm:  Kbyte ROM bên dùng để lưu chương trình  128 byte RAM nội  port xuất/nhập bit  định thời 16 bit  Mạch giao tiếp nối tiếp  Khơng gian nhớ chương trình ngồi 64 kbyte (bộ nhớ ROM ngoại)  Không gian nhớ liệu 64 kbyte (bộ nhớ RAM ngoại)  Bộ xử lý bit (thao tác bit riêng rẽ)  210 vị trí nhớ định địa chỉ, vị trí bit (bit địa hóa)  32 đường xuất nhập  Bộ nhân chia 4µs SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG 2.1.2 Sơ đồ khối AT89C51  Ram 128 byte  TIMER 2,1, 0: Bộ định thời 2,1,0  CPU: Đơn vị điều khiển trung tâm  PORT: Các port xuất/nhập  Address/data:Địa chỉ/dữ liệu Hình 2.1: Sơ đồ khối AT89C51 2.1.3 Sơ đồ chân chức chân AT89C51 2.1.3.1 Sơ đồ chân AT89C51 SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG Hình 2.2: Sơ đồ chân AT89C51 2.1.3.2 Chức chân AT89C51 AT89C51 có tất 40 chân, 32 chân chức xuất nhập (ngồi cịn có chức khác) chia thành port bit chân có chức khác  Các port Port Port gồm chân (từ chân 32 đến chân 39) có hai chức năng: +Chức xuất/nhập: chân dùng để nhận tín hiệu từ bên ngồi vào để xử lý, dùng để xuất tín hiệu bên + Chức làm bus liệu bus địa (AD7-AD0): chân làm nhiệm vụ lấy liệu từ ROM RAM bên (nếu có kết nối SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 10 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG Hình 3.6: Khối nguồn 5V Mạch nguồn gồm biến áp cách ly, có cơng dụng: + Tạo tính cách ly mạch điện đường nguồn AC + Dùng làm giảm áp AC, hạ mức nguồn AC 220V xuống 9V Dùng diode cầu để chuyển đổi dòng AC dạng dòng điện xung pha Tụ C4 dùng tụ hóa lớn làm kho chứa điện, có cơng dụng: + Giảm độ dợn sóng + Nâng cao mức áp DC lên gần mức volt cực đại + Làm kho chứa điện ổn định điều kiện cấp điện cho tải Dùng Led xanh với điện trở hạn dòng 1K làm đèn thị Ic ổn áp chân 7805 để ổn định mức áp DC 5V mạch Với loại ic ổn áp tích cực, để tránh mạch điện ic khơng phát sinh tượng dao động tự kích, ngỏ dùng thêm tụ hóa C5 làm tụ lọc, dùng thêm tụ lọc nhỏ C6 để lọc bỏ tín hiệu nhiễu tần cao nhiễm vào đường nguồn Nguyên lý hoạt động: Điện áp 220V AC qua biến để chuyển thành 6V AC đưa qua điod cầu chỉnh lưu tồn kì để chuyển thành điện áp chiều 6V DC, mức điện áp đưa vào chân IN 7805 để ổn áp mức điện áp 5V DC cung cấp cho toàn mạch 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 39 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch đếm sản phẩm SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 40 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG 3.3 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN MAIN Y P2.0 = 0? LED9 N Y P2.2 = 0? LED25 N SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 41 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG LED9 R0 = 00H P2.7 = CALL HIENTHI N P0.1 = 0? Y N P0.1= 1? Y CALL DELAY150MS CALL HIENTHI N CALL DELAY1 P0.0 = 0? Y N P2.7 = P0.0 = 1? Y Y N R0 = 10? CALL DELAY150MS TĂNG R0 SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 42 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG LED20 R0 = 00H P2.7 = CALL HIENTHI N P0.1 = 0? Y N P0.1= 1? Y CALL DELAY150MS CALL HIENTHI N CALL DELAY1 P0.0 = 0? Y N P2.7 = P0.0 = 1? Y Y N R0 = 21? CALL DELAY150MS TĂNG R0 SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 43 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HIENTHI GVHD: LÊ XỨNG TRABANG A R0 B 10 TĂNG A A ( PC + A) CHIA A,B RET CALL TRABANG P1 A R1 A B R1 R1 CALL TRABANG P3 A RET SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 44 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG DELAY150MS DELAY1 SMS R4 10 CALL DELAY150MS R2 150 R3 00H TĂNG R3 GIẢM R4 N NOP R4 = 0? Y N R3 = 0FAH? RET Y GIẢMR2 R4 GIẢM N R2 = 0? Y RET SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 45 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG 4.5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ORG 00H MAIN: JNB P2.0,LED9 ; Kiểm tra phím nhấn p2.0 JNB P2.2,LED25 ; Kiểm tra phím nhấn p2.2 JMP MAIN ; Trở nhãn MAIN ************ CHƯƠNG TRÌNH ĐẾM SẢN PHẨM QUA 2LED ************* LED9: MOV R0,#00H ; Tắt led đoạn SETB P2.7 ; Tắt led đơn CALL HIENTHI ;Gọi chương trình hiển thị JNB P0.1,TR ; Kiểm tra led thu chân p0.1 JB P0.1,$ ; Kiểm tra led thu chân p0.1 TR: CALL DELAY150MS ; Gọi chương trình làm trễ 150ms CALL HIENTHI ;Gọi chương trình hiển thị JNB P0.0,TR1 ; Kiểm tra led thu chân p0.0 JB P0.0,$ ; Kiểm tra led thu chân p0.0 TR1: CALL DELAY150MS ; Gọi chương trình làm trễ 150ms INC ; Tăng R0 lên R0 CJNE R0,#10,TR ; So sánh R0 = 10 ? CLR P2.7 ; Sáng led đơn CALL DELAY1 ; Gọi chương trình làm trễ 1,5s JMP LED9 ; Quay nhãn LED9 SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 46 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG ************ CHƯƠNG TRÌNH ĐẾM 20 SẢN PHẨM QUA LED ************ LED20: MOV R0,#00H TR2: SETB P2.7 CALL HIENTHI JNB P0.1, TR2 ; Kiểm tra led thu chân p0.1 JB P0.1,$ ; Kiểm tra led thu chân p0.1 CALL DELAY150MS TR3: CALL HIENTHI JNB P0.0, TR3 ; Kiểm tra led thu chân p0.0 JB P0.0,$ ; Kiểm tra led thu chân p0.0 CALL DELAY150MS INC R0 CJNE R0,#21,TR2 ; So sánh R0 = 21 ? CLR P2.7 CALL DELAY1 JMP LED20 ; Quay nhãn LED20 ************ CHƯƠNG TRÌNH CON HIỂN THỊ SỐ ĐẾM ************** HIENTHI: MOV A,R0 ; Đưa R0 vào ghi A MOV B,#10 ; Đưa giá trị 10 vào ghi B DIV ; Lấy giá trị A chia cho 10 AB CALL TRABANG SVTH: Nguyễn Thị Ngần ; Gọi chương trình tra bảng mã Trang: 47 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG ; Đưa giá tri ghi A vào P1 để hiển thị MOV P1,A MOV R1,B ; Lấy phần dư phép chia đưa vào R1 MOV A,R1 ; Đưa giá trị R1 vào ghi A CALL TRABANG ; Gọi chương trình tra bảng mã ; Đưa giá tri ghi A vào P3 để hiển thị MOV P3,A ; Kết thúc chương trình RET ************ CHƯƠNG TRÌNH CON TRA BẢNG MÃ ************ TRABANG: INC A MOVC A,@A+PC RET BANGMA: DB 02H,06BH,11H,41H,68H,44H,04H,63H,00H,40H SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 48 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG ************ CHƯƠNG TRÌNH CON LÀM TRỄ 1,5S ************** DELAY1: MOV R4,#10 L1: CALL DELAY150MS DJNZ R4,L1 RET ************* CHƯƠNG TRÌNH CON LÀM TRỄ 150MS ************* DELAY150MS: MOV R2,#150 L2: MOV R3,#00H L3: INC R3 NOP CJNE R3,#0FAH,L3 DJNZ R2,L2 RET END SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 49 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG Phần IV KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 KẾT LUẬN Qua thời gian thực hiện, hướng dẫn thầy Lê Xứng, thầy cô khoa, em hoàn thành đề tài chọn.Trong đề tài em thực công việc sau:  Khảo sát lý thuyết: - Giới thiệu tổng quan 8051 - Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch  Nội dung: - Viết chương trình điều khiển - Thi cơng mạch mơ hình Do kiến thức thời gian có hạn nên đề tài em có số nhược điểm : - Các linh kiện chưa phù hợp với thực tế - Chưa giao tiếp với máy tính để điều khiển linh hoạt - Tín hiệu hồng ngoại từ led phát khơng đủ mạnh để truyền xa không gian nên để led thu hoạt động cách mạnh ổn định khoảng cách led thu phát phải khơng q xa,chính sản phẩm đếm khơng q lớn, hạn chế mạch đếm sản phẩm đếm sản phẩm có kích thước nhỏ - Khi hai sản phẩm đứng q gần tín hiệu hồng ngoại bị che khuất nên mạch đếm cho sản phẩm Bên cạnh đề tài có ưu diểm như: - Hệ thống hoạt động ổn định, không bị nhiễu SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 50 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - GVHD: LÊ XỨNG Mạch đếm sản phẩm hoạt động với dòng điện chiều nên hao tốn nhiều lượng - Mạch đơn giản, gọn nhẹ, dễ lắp đặt sữa chữa - Thay đổi chương trình linh hoạt thơng qua lập trình, không cần thay đổi phần cứng 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật đất nước ta chuyển sang sản xuất cơng nghiệp Do đó, để đáp ứng yêu cầu thực tế cần phải giao tiếp máy tính với hệ thống để điều khiển linh hoạt Chúng ta dùng vi điều khiển đếm sản phẩm đóng thùng sản phẩm Mạch đếm sản phẩm mạch nhỏ có nhiều ứng dụng ta phát triển thành mạch khác có ứng dụng thiết thực mạch đếm tiền, mạch điều khiển trạm xăng MẠCH THỰC TẾ SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 51 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Thị Ngần GVHD: LÊ XỨNG Trang: 52 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ XỨNG TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Tống Văn On, Hoàng Đức Hải (2005).Họ Vi Điều Khiển 8051, nhà xuất Lao động - Xã hội Kiều Xuân Thực, Vũ Thị Thu Hương, Vũ Trung Kiên (2010) Vi Điều Khiển Cấu Trúc – Lập Trình Ứng Dụng, Nhà xuất Giáo Dục Việt Nam www.google.com.vn www.machdientu.com www.dientuvietnam.com www.hiendaihoa.com 6.www.tailieu.vn SVTH: Nguyễn Thị Ngần Trang: 53 ... văn “THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051( NHIỀU CHƯƠNG TRÌNH CHO MỘT LOẠI SẢN PHẨM)’’ thời gian quy định Trong suốt trình thực luận văn “THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN... thực chương trình đếm sản phẩm qua led thu hồng ngoại chân P0.1 đến 13 sản phẩm + P2.2 thực chương trình đếm sản phẩm qua led thu hồng ngoại đến 20 sản phẩm + P2.3 thực chương trình đếm sản phẩm. .. động mức cho chân vi điều khiển Khi nhấn nút tác động logic mức cho chân port, lúc vi điều khiển thực chương trình: + P2.0 thực chương trình đếm sản phẩm qua led thu hồng ngoại đến sản phẩm SVTH: