đồ án xử lý tín hiệu âm thanh sử dụng cảm biến âm thanh KY037, có vẽ mạch in mạch mô phỏng,sử dụng RELAY 5V 220V, sử dụng PIC 18F4520, sử dụng để bật tắt đèn trong phòng ,dùng ngôn ngữ lập trình CCS, PROTEUS, đồ án gồm 39 trang
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HỐ ĐỒ ÁN MƠN HỌC VI XỬ LÝ & VI ĐIỀU KHIỂN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NHÓM: 18N32C Đề tài: “Thiết kế hệ thống tự động bật đèn cảnh báo có âm thanh” SVTH: Lớp:18TDH1 Thuộc nhóm: GVHD: TS Ngơ Đình Thanh Đà Nẵng, 26 tháng năm 2020 Mục lục VI XỬ LÝ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 1.1 Xây dựng mục tiêu sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển PIC: 1.1.1 Xây dựng mục tiêu: 1.1.2 Tổng quan họ vi điều khiển PIC: 1.1.3 Sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển PIC : 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống : CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 2.1 Giới thiệu linh kiện hệ thống : 2.1.1 Vi điều khiển PIC 18F4520 : 2.1.2 Cảm biến âm 16 2.1.3 Led đoạn : 17 2.2 Tính chọn linh kiện mạch: 18 2.2.1 Cảm biến âm 18 2.2.2 Tính chọn điện trở cho led đoạn 18 2.2.3 Tính chọn Transistor 18 2.2.4 Tính chọn led đơn: 19 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 20 3.1 Lưu đồ thuật toán: 20 3.2 Mô phần mềm ứng dựng Proteus: 25 3.3 Chương trình viết PIC CCS: 25 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG PROTEUS 31 4.1 Các trạng thái hoạt động hệ thống chế độ tự động 31 4.1.1 Hệ thống hoạt động âm nhỏ 31 4.1.2 Hệ thống hoạt động âm trung bình 32 4.1.1 Hệ thống hoạt động âm lớn 33 4.2 Các trạng thái hoạt động hệ thống chế độ tay 34 4.2.1 Chế độ tắt 34 4.2.2 Chế độ bật 35 4.3 Mạch in 36 TS.Ngơ Đình Thanh ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN Họ tên sinh viên: ……………………………………………………Lớp: ……………………… I ĐỀ TÀI: “Thiết kế hệ thống tự động bật đèn cảnh báo có âm thanh” II NỘI DUNG THIẾT KẾ: Yêu cầu: - Hiển thị số lần bật đèn led đoạn - Thao tác điều khiển khống chế mô LED màu xanh, đỏ, vàng CHƯƠNG 1: Nguyên lý hoạt động hệ thống vi điều khiển 1.1 Xây dựng mục tiêu sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển Pic 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống CHƯƠNG 2: Tính chọn linh kiện sử dụng hệ thống 2.1 Giới thiệu linh kiện hệ thống 2.2 Tính tốn linh kiện hệ thống CHƯƠNG 3: Mô hệ thống 3.1 Thiết kế mạch nguyên lý 3.2 Chạy mô phần mềm ứng dụng Proteus CHƯƠNG 4: Chế tạo mạch thực tế 4.1 Thiết kế mạch in 4.2 Lắp đặt thiết bị hoàn thiện mạch 4.3 Chạy mạch đánh giá kết TS.Ngơ Đình Thanh u cầu chi tiết: Xây dựng chương trình riêng biệt gồm ➢ Dùng ngơn C để lập trình hệ thống ➢ Dùng hợp ngữ để lập trình phần thiết lập ban đầu + Hệ thống tối thiểu phải có: vi điều khiển, cảm biến, hiển thị, số phím bấm + Chương trình vi điều khiển phải có sử dụng timer, ngắt + Số lượng sinh viên tối đa nhóm: sinh viên / Đề tài III BẢN VẼ: A2 : …………………………………………………………………………… IV TÀI LIỆU THAM KHẢO: Trần Thái Anh Âu- Giáo trình Vi xử lý vi điều khiển- Trung tâm học liệu Đại học Đà Nẵng – 2014 PIC 16F87x datasheet PIC Mocrocontrollers, Milan Verle Đà nẵng, ngày 20 tháng 02 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Ngơ Đình Thanh Kiểm tra tiến độ thực đồ án sinh viên ( Giáo viên HD ký lần SV thông qua ĐA) TS.Ngô Đình Thanh CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 1.1 Xây dựng mục tiêu sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển PIC: 1.1.1 Xây dựng mục tiêu: -Ngày nay, ứng dụng vi điều khiển sâu vào đời sống sinh hoạt sản xuất người Thực tế hầu hết thiết bị điện có góp mặt vi điều khiển vi xử lí Ứng dụng vi điều khiển thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định thiết bị hệ thống Việc sử dụng vi điều khiển đễ điều khiển cơng việc mang tính lặp lặp lại thực phép đo đại lượng cách tự động thay giám sát người Ở em xin trình bày đề tài “Thiết kế hệ thống tự động bật đèn cảnh báo có âm thanh” 1.1.2 Tổng quan họ vi điều khiển PIC: -PIC họ vi điều khiển RISC sản xuất cơng ty Microchip Technology Dịng PIC PIC1650 phát triển Microelectronics Division thuộc General Instrument -PIC bắt nguồn chữ viết tắt "Programmable Intelligent Computer" ( Máy tính thơng minh lập trình được) sản phẩm hãng General Instrument đặt cho dòng sản phẩm họ PIC1650 Lúc này, PIC1650 dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600, vậy, người ta gọi PIC với tên "Peripheral Interface Controller" ( Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 CPU tốt, lại hoạt động xuất nhập, PIC 8-bit phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt ROM, mặc dù, cụm từ RISC chưa sử dụng thời bây giờ, PIC thực vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy lệnh chu kỳ máy ( chu kỳ dao động) -Năm 1985 General Instrument bán phận vi điện tử họ, chủ sở hữu hủy bỏ hầu hết dự án - lúc lỗi thời Tuy nhiên PIC bổ sung EEPROM để tạo thành điều khiển vào khả trình Ngày nhiều dòng PIC xuất xưởng với hàng loạt module ngoại vi tích hợp sẵn ( USART, PWM, ADC ) , với nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word -Hiện nay, Việt Nam, có cộng đồng nghiên cứu phát triển PIC, dsPIC PIC32 -Họ vi điều khiển PIC phát triển sử dụng phổ biến nước ta => việc tìm mua trao đổi kinh nghiệm thuận lợi TS.Ngơ Đình Thanh -Giá thành dịng PIC khơng q mắc -Các dịng PIC có đầy đủ tính để hoạt động độc lập -Là bổ sung hợp lý kiến thức ứng dụng cho họ vi điều khiển 8051 -Có hỗ trợ cao nhà sản xuất công cụ lập trình, trình biên dịch, mạch nạp PIC từ đơn giản tới phức tạp Khơng tính đa dạng dịng PIC khơng ngừng phát triển -Có nhiều phận ngoại vi chip, bao gồm: Cổng và/ra số, biến đổi ADC, nhớ EEFROM, định thời, điều chế độ rộng xung ( PWM) … -Bộ nhớ chương trình nhớ liệu tích hợp chip -Đây họ VĐK chế tạo theo kiến trúc RISC ( Reduced Intruction Set Computer) có cấu trúc phức tạp Ngồi tính họ VĐK khác, cịn tích hợp nhiều tính tiện lợi cho người thiết kế lập trình -PIC18F4520 nằm dòng sản phẩm PIC18F2420/2520/4420/4520 nhà sản xuất Microchip với đặc điểm 28/40/44 -Pin Enhanced Flash Microcontrollers with 10-Bit A/D and nanoWatt Technology Dịng sản phẩm có nhiều cải tiến đáng kể tính so dịng PIC trước như: + Bộ nhớ chương trình tăng cường ( 16Kbytes for PIC18F2420/4420 devices and 32Kbytes for PIC18F2520/4520 devices) + I/O ports ( bidirectional ports on 28-pin devices, bidirectional ports on 40/44pin devices) - Tăng cường modul CCP - Sử dụng công nghệ nanoWatt Dịng sản phẩm nói chung có nhiều tương đồng tính chia làm hai nhóm PIC18F2420/2520 với 28 chân PIC 18F4420/4520 với 40 44 chân ghép nối Phần chủ yếu tìm hiểu PIC18F4520 đặc điểm PIC khác thuộc dịng hồn tồn tương tự với kí hiệu tương ứng.Trong đồ án quan tâm chủ yếu PIC18F4520 loại PDIP sử dụng mạch thiết kế TS.Ngơ Đình Thanh 1.1.3 Sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển PIC : 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống : - Nguyên lý làm việc cảm biến âm dựa theo chế tai người, sử dụng rung động để chuyển thành tín hiệu điện Các cảm biến bao gồm màng loa thiết kế với nam châm xoắn dây kim loại Khi tín hiệu âm chạm vào màng loa, sau nam châm cảm biến rung dịng điện đồng thời kích thích từ cuộn dây - Với vi điều khiển PIC 18f4520 có tích hợp sẵn chuyển đổi ADC, nên tín hiệu lấy từ cảm biến đưa trực tiếp vào vi điều khiển PIC chuyển đổi giá trị đọc thành giá trị nhị phân TS.Ngơ Đình Thanh CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 2.1 Giới thiệu linh kiện hệ thống : 2.1.1 Vi điều khiển PIC 18F4520 : - Sử dụng công nghệ nanoWatl: Hiệu cao, tiêu thụ lượng - Kiến trúc RISC: + 75 lệnh mạnh, hầu hết lệnh thực bốn chu kì xung + Tốc độ thực lên tới 10 triệu lệnh 1s với tần số 40Mhz + Có nhân cứng - Các nhớ chương trình liệu cố định: + 32 Kbytes nhớ flash có khả tự lập trình hệ thống thực 100.000 lần ghi/xóa + 256 bytes EEPROM thực 1.000.000 lần ghi/xóa +256 bytes SRAM -Những ngoại vi tiêu biểu: +4 định thời/bộ đếm 8bit với chế độ tỉ lệ đặt trước chế độ so sánh +Bộ đếm thời gian thực với tạo dao động riêng biệt +2 kênh PWM +13 kênh ADC 10 bit +Bộ truyền tin nối tiếp USART khả trình +Watchdog Timer khả trình với tạo dao động bên riêng biệt +Bộ so sánh tương tự -Các đặc điểm đặc biệt khác: +Power on Reset dò Brown out khả trinh +Bộ tạo dao động RC định cỡ bên +Các nguồn ngắt bên bên -I/O kiểu đóng gói: +32 đường I/O khả trình +Đóng gói 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-pad MLF TS.Ngơ Đình Thanh Hình 2.1 Sơ đồ khối kiến trúc vi điều khiển PIC 18F4520 TS.Ngơ Đình Thanh Hình 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18f4520 2.1.1.1 Cổng nhập xuất I/O : Trong vi điều khiển PIC 18F4520 có cổng: - Cổng A gồm chân: RA0, RA1 RA5 - Cổng B gồm chân: RB0, RB1, RB7 - Cổng C gồm chân: RC0, RC1, RC7 - Cổng D gồm chân: RD0, RD1, RD7 - Cổng E gồm chân: RE0, RE1, RE2 Mỗi cổng thực chất quản lý ghi PORTA, PORTB, PORTC, PORTD,PORTE nằm nhớ RAM vi điều khiển Sau giới thiệu cấu tạo chân loại 40 chân ( 40 Pin PDIP) : • Chân (MCLR /VPP/RE3) : - MCLR đầu vào Master Clear ( reset) hoạt động mức thấp dể reset toàn thiết bị - VPP dùng để thay đổi điện áp đầu vào 10 TS.Ngơ Đình Thanh 3.2 Mô phần mềm ứng dựng Proteus: LED X1 OSC2 OSC1 CRYSTAL C2 30pF 30pF RB0 12 RB1 RB2 RB3 C1 11 10 + Vcc GND OUT - TestPin Sound Detector RC4 www.TheEngineeringProjects.com RC0 RC1 RC2 RC3 RC4 RC5 RC6 220200220220220220220 SOUND1 SOUND SENSOR R9 AUTO RV1 RE0/RD/AN5 RE1/WR/AN6 RE2/CS/AN7 RE3/MCLR/VPP PIC18F4520 V1 220V 19 20 21 22 27 28 29 30 10 L1 R2 220 R1 10k BTN1 BUTTON 220V R3 220 RB7 R4 220 AM THANH LON RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5/P1B RD6/PSP6/P1C RD7/PSP7/P1D RC0 RC1 RC2 RC3 RC4 RC5 RC6 RB6 RB0/AN12/FLT0/INT0 RB1/AN10/INT1 RB2/AN8/INT2 RB3/AN9/CCP2A RB4/KBI0/AN11 RB5/KBI1/PGM RB6/KBI2/PGC RB7/KBI3/PGD 15 16 17 18 23 24 25 26 AM THANH VUA RA0/AN0/C1INRC0/T1OSO/T13CKI RA1/AN1/C2INRC1/T1OSI/CCP2B RA2/AN2/C2IN+/VREF-/CVREF RC2/CCP1/P1A RA3/AN3/C1IN+/VREF+ RC3/SCK/SCL RA4/T0CKI/C1OUT RC4/SDI/SDA RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT RC5/SDO RA6/OSC2/CLKO RC6/TX/CK RA7/OSC1/CLKI RC7/RX/DT RB5 33 34 35 36 37 38 39 40 RA2 BUTTON net=RA0 AM THANH NHO RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 RB4 86% 1k OSC214 OSC113 10k RA1 manual Z RA0 RA1 RA2 R10 ON-OFF 10k D5 RL2 5V DIODE R5 5K Hình 3.6 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống tự động bật đèn có âm 3.3 Chương trình viết PIC CCS: 3.4 #include #device ADC = 10 #fuses nomclr,hs,mclr #use delay ( clock=20M) #define switch_mode pin_a1 #define button pin_a2 const unsigned char led_number[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; float adc_result,sound; int times, ngan, tram, chuc, donvi, i, j; 25 TS.Ngơ Đình Thanh int1 status = 0; #int_ad void interrupt_adc () { times++; adc_result = adc_result + read_adc ( adc_read_only) ; } void decode () { ngan = led_number[ (( unsigned int16 ) sound) /1000]; tram = led_number[ ((( unsigned int16 ) sound) %1000) /100]; chuc = led_number[ ((( unsigned int16 ) sound) %100) /10]; donvi = led_number[ (( unsigned int16 ) sound) %10]; if ( ngan == 0xC0) ngan = 0xff; if ( sound