Tính các thông số kỹ thuật của con lắc đơn dùng vi điều khiển 8051 (dao động điều hòa và tắt dần)

GVHD: ThS Lê Xứng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG SƢ PHẠM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : TÍNH CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CON LẮC ĐƠN DÙNG VI ĐIỀU KIỂN 8051 (DAO ĐỘNG ĐIỀU HÕA VÀ TẮT DẦN) GVHD : ThS LÊ XỨNG SVTH : NGUYỄN THỊ HIỀN NGUYỄN THỊ NGỌC NHỰT Ngành : VẬT LÝ HỌC Khóa : 2010-2014 Lớp : 10CVL Đà Nẵng, 05/2014 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Nhựt – Lớp 10CVl Nguyễn Thị Hiền Trang GVHD: ThS Lê Xứng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, nổ lực cố gắng thân, em nhận đƣợc giúp đỡ thầy cô khoa vật lý bạn Em xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Th.S Lê Xứng ngƣời ln theo sát, tận tình hƣớng dẫn, có lời khun bổ ích giúp em hồn thành luận văn “TÍNH CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CON LẮC ĐƠN DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051” thời gian quy định Qua em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Vật Lý – ĐHSP Đà Nẵng tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập, nghiên cứu Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ngƣời thân gia đình, bạn bè thân yêu bên em, động viên giúp đỡ suốt q trình hồn thành khóa học! Đà Nẵng, ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Thị Hiền Nguyễn Thị Ngọc Nhựt SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Nhựt – Lớp 10CVl Nguyễn Thị Hiền Trang GVHD: ThS Lê Xứng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.3 CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.3.1 Cấu tạo lắc đơn 1.3.2 Phƣơng trình dao động .9 1.3.3 Chu kỳ tần số lắc đơn .9 1.4 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: 10 1.5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: 10 2.1 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 11 2.1.1 Giới thiệu AT89S52 11 2.1.2 Sơ đồ khối AT89S52 12 2.1.3 Sơ đồ chân chức chân AT89S52 13 2.1.4 Tổ chức nhớ vi điều khiển 16 2.1.5 Tập lệnh AT89S52 18 2.2 KHỐI CẢM BIẾN .20 2.2.1 Opamp Lm 358 20 2.2.2 Led phát led thu hồng ngoại 21 2.3 KHỐI HIỂN THỊ .23 2.4 KHỐI NGUỒN 27 2.4.1 Diod cầu 27 2.4.2 Ic ổn áp 7805 27 2.4.3 Transistor 28 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN MẠCH .31 3.1 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 31 3.1.2 Khối cảm biến hồng ngoại 33 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Nhựt – Lớp 10CVl Nguyễn Thị Hiền Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Lê Xứng 3.1.3 Khối phím nhấn 34 3.1.4 Khối vi điều khiển 35 3.1.5 Khối hiển thị .37 3.1.6 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHUNG TOÀN MẠCH 39 3.1.7 MẠCH LAYOUT 40 3.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 41 3.2.1 LƢU ĐỒ THUẬT TOÁN .41 3.2.2 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 46 3.3 SẢN PHẨM TỰ LÀM .52 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 54 4.1 KẾT LUẬN 54 4.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Nhựt – Lớp 10CVl Nguyễn Thị Hiền Trang GVHD: ThS Lê Xứng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Chức chuyển đổi port Bảng 2: Một số quy ƣớc lập trình với hợp ngữ Assembler Bảng 3: Bảng mã hiển thị led đoạn có anode chung SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Nhựt – Lớp 10CVl Nguyễn Thị Hiền Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Lê Xứng DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Hình ảnh thực tế AT89S52 Hình 2 : Sơ đồ khối AT89S52 Hình 3: Sơ đồ chân AT89S52 Hình 4: Mạch Reset Hình 5: Mạch tạo dao động thạch anh Hình 6: Hình ảnh thực tế sơ đồ chân LM385 Hình 7: Led phát hồng ngoại Hình 8: Led thu hồng ngoại Hình : Led đoạn có Anode chung Cathode chung Hình 10: Sơ đồ vị trí led đơn led đoạn Hình 11: Hình ảnh thực tế cấu tạo cầu diod Hình 12: Sơ đồ chân 7805 Hình 1: Sơ đồ khối chung Hình 2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 3: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến Hình : Khối phím nhấn Hình 5: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển Hình 6: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị Hình 7: Sơ đồ ngun lý cho tồn mạch Hình 8: Mạch layout SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Nhựt – Lớp 10CVl Nguyễn Thị Hiền Trang GVHD: ThS Lê Xứng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật sôi động diễn giới làm thay đổi tổ chức, điểu khiển trình sản xuất mà cịn tác động trực tiếp phƣơng thức dạy học phƣơng tiện kỹ thuật dạy học đại Để theo kịp phát triển xã hội cung cấp cho học sinh kiến thức nhất, đầy đủ thời gian có hạn Với thay đổi mạch điện tử đƣợc đƣa vào nghiên cứu ứng dụng dụng cụ thí nghiệm góp phần bổ sung vào phƣơng tiện dạy học đại Trong tài liệu em xin giới thiệu mạch điện tử đƣợc sử dụng dạy học vật lý phổ thông “ tính chu kỳ lắc đơn” Mạch điện tử dễ sử dụng, tạo động cơ, hứng thú học tập cho học sinh Cung cấp số liệu thực nghiệm nhằm kiểm chứng kiến thức khái niệm định luật vật lý đƣợc học Mục đích mạch điện tử: “tính thơng số kỹ thuật lắc đơn” tính đƣợc chu kỳ lắc dao động điều hịa, tính chu kỳ, số chu kỳ lắc đơn dao động tắt dần Tính đƣợc chu kỳ lắc đơn xác phù hợp với lý thuyết Dựa phƣơng pháp nghiên cứu phân tích đặc tính chức linh kiện điện tử, nguyên lý làm việc IC, áp dụng lý thuyết vật lý lắc đơn áp dụng kiến thức học với hƣớng dẫn giáo viên hƣớng dẫn để tạo mạch tính chu kỳ số chu kỳ hoạt động xác Do vấn đề thời gian nhƣ trình độ có hạn, kiến thức cịn nhiều hạn chế chƣa có kinh nghiệm nghiên cứu thực tế nên cịn gặp nhiều khó khăn q trình tính tốn thiết kế thi cơng mạch Trong q trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu xót Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến q thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Nhựt – Lớp 10CVl Nguyễn Thị Hiền Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Lê Xứng CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày việc ứng dụng vi điều khiển vào lĩnh vực sống dạy học ngày phổ biến, điển hình loại vi điều khiển họ 8051 Trong dạy học ngày đƣợc đƣa vào nghiên cứu sử dụng phát huy đƣợc lợi sử dụng vi điều khiển, thí nghiệm dễ sử dụng, độ xác cao Theo kịp phát triển xã hội cung cấp cho học sinh kiến thức nhất, đầy đủ thời gian có hạn Đƣợc gợi ý thầy Lê Xứng qua tìm hiểu nên chúng em chọn đề tài “TÍNH CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CON LẮC ĐƠN DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051” Đây hội tốt để áp dụng kiến thức học vào dạy học vật lí 1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời đại ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển với tốc độ nhanh, thông tin khoa học ngày nhiều song thời gian dành cho tiết học trƣờng phổ thông không thay đổi Để theo kịp phát triển xã hội cung cấp cho học sinh kiến thức nhất, đầy đủ thời gian có hạn, việc đổi phƣơng pháp dạy học vấn đè xúc đƣợc nhiều ngƣời quan tâm Thực tế cho thấy việc dạy học nói chung dạy học vật lý nói riêng có đổi nhiều phƣơng pháp Những phƣơng pháp dạy học kích thích tìm tịi, địi hỏi tƣ học sinh đƣợc đặt biệt ý Song học thực đổi mới, việc sử dụng thiết bị đồ dùng dạy học cần thiết Đây toán đƣợc ứng dụng nhiều thực tế Dùng vi điều khiển thiết kế dụng cụ thí nghiệm vật lý sử dụng dạy học Để làm đƣợc mạch cần có chính: + Bộ cảm biến gồm có phần phát phần thu: phần phát dùng led phát ánh sáng hồng ngoại để tránh nhiễu với ánh sáng khác, phần thu gồm transistor quang để thu ánh sáng hồng ngoại + Bộ xử lý gồm IC89S52 + Bộ hiển thị gồm led đôi đoạn led đoạn +Bộ nguồn để cấp nguồn 5V cho cảm biến, hiển thị, xử lý hoạt động SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Nhựt – Lớp 10CVl Nguyễn Thị Hiền Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS Lê Xứng 1.3 CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.3.1 Cấu tạo lắc đơn Con lắc đơn gồm sợi dây khơng giãn có độ dài , khối lƣợng khơng đáng kể, đầu cố định, đầu lại đƣợc gắng vào vật có khối lƣợng m - Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản α0