MẠCH đếm SẢN PHẨM SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ TRÊN LED

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN:KỸ THUẬT VI XỬ LÝ VÀ ỨNG DỤNG Đề tài: MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ TRÊN LED Giáo viên hướng dẫn: TH.S MAI THỊ KIM ANH Sinh viên thực hiện: PHẠM QUANG VINH NGUYỄN TƯỜNG VY Lớp: KTYS – K16A Thái Nguyên, tháng 11 năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin Do phải nắm bắt thơng tin vận dụng cách hiệu nhằm đóng góp vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điện tử nói chung Xuất phát từ thực tập lớp tham quan doanh nghiệp sản xuất, chúng em thấy nhiều khâu tự động hóa q trình sản xuất Một khâu đơn giản dây chuyền sản xuất tự động hóa dó 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 bao bì mà vãn sử dụng nhân công Từ điều đc thấy khả chúng em, chúng em muốn làm điều nhỏ để góp phần vào giúp ngừi lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tang hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác Nên chúng em em định thiết kế mạch đếm sản phẩm gần gũi vứi thực tế Để làm mạch cần thiết kế hai phàn là: cảm biến phận đếm Bộ phận cảm biến: cảm biến phát cảm biến thu Thông thường người ta sử dụng phần phát LED hồng ngoại mục đích để chống nhiếu so với loại ánh sáng khác, phần thu transistor quang để thu ánh sáng hồng ngoại CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề, lý chọn đề tài Trong kỷ nguyên công nghệ nay, phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, mơ hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm đời dựa vào công nghệ chế tạo vi mạch lập trình nhúng cho vi điều khiển Vi điều khiển tích hợp nhỏ gọn, giá thành thấp, tính linh động cao, tiết kiệm nguồn lượng Hiện nay, Việt Nam giới có nhiều loại mơ hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm thiết kế thi công giúp người giảm chi phí phân cơng, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin Mơ hình đếm sản phẩm tự động, giúp tăng hiệu suất lao động, đồng thời đảm bảo xác Ngày nay, vi điều khiển có bước phát triển mạnh với mật độ tích hợp cao, khả xử lý, tiêu thụ lượng gia thành thấp Khi nạp phần mềm nhúng, vi điều khiển hoạt động độc lập theo ứng dụng cụ thể Xuất phát từ học thực tập lớp tham quan doanh nghiệp sản xuất, chúng em thấy 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 bao bì mà cịn sử dụng nhân cơng Từ điều thấy khả chúng em, chúng em muốn làm điều nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác Nên chúng em định thiết kế mơ hình mạch đếm sản phẩm gần gũi với thực tế Để làm mơ hình mạch cần thiết kế đước năm phần là: module cảm biến hồng ngoại, module hiển thị LED đoạn, module nguồn cung cấp, module băng truyền module vi điều khiển AT89S52 Chính ý tưởng tìm hiểu nghiên cứu mơ hình đếm sản phẩm đời nhằm mục đích:  Ứng dụng thự tiễn kiến thức học trường  Tìm hiểu cách thức hoạt động module mơ hình đếm sản phẩm  Nghiên cứu them kiến thức hạn hẹp thân 1.2.Tổng quan tình hình nhiên cứu ngồi nước có liên quan đến đề tài Hiện nay, nước phát triển thương mại hóa mơ hình đếm sản phẩm, máy đếm tiền, máy đếm số lượng x era vào cung cấp cho doanh nghiệp có nguyên dây chuyền sản xuất tự động hóa hồn tồn 1.3 Tính cấp thiết đề tài Tính khoa học: Hiện mơ hình đếm sản phẩm thương mại hóa thị trường ưa chuộng Nhóm chúng em tìm hiểu nghiên cứu ngun lý hoạt động module mơ hình mách đếm sản phẩm, mơ hình hóa mạch đếm sản phẩm, thương mai hóa mơ hình mách đếm sản phẩm ứng dụng mơ hình thực tế Tính kinh tế: Mơ hình mạch đếm sản phẩm giúp cho doanh nghiệp, quan, xí nghiệp giảm chi phí nhân cơng, quản lý, cung cấp thông tin 1.4 Các linh kiện điện tử 1.4.1 Giới thiệu chung họ VĐK 8051 MCS-51 họ vi điều khiển hãng Intel Vi mạch tổng quát họ MCS-51 chip 8051 Chip 8051 có số đặc trưng sau:  Bộ nhớ chương trình bên trong: KB (ROM)  Bộ nhớ liệu bên trong: 128 byte (RAM)  Bộ nhớ chương trình bên ngồi: 64 KB (ROM)  Bộ nhớ liệu bên ngoài: 64 KB (RAM)  port xuất nhập (I/O port) bit  định thời 16 bit  Mạch giao tiếp nối tiếp  Bộ xử lý bit (thao tác bit riêng lẻ)  210 vị trí nhớ định địa chỉ, vị trí bit  Nhân / Chia µs Ngồi ra, họ MCS-51 cịn có số chip vi điều khiển khác có cấu trúc tương đương như: Hình 1.1 Cấu hình số loại vi điều khiển 1.4.2 Các chân họ VĐK 8051 Hình 1.2 Sơ đồ chân IC 8051 - CPU (Central Processing Unit): Đơn vị xử lý trung tâm tính tốn điều khiển q trình hoạt động hệ thống - OSC (Oscillator): Mạch dao động tạo tín hiệu xung clock cung cấp cho khối chip hoạt động - Interrupt control: Điều khiển ngắt nhận tín hiệu ngắt từ bên ngồi (INT0\, INT1\), từ định thời (Timer 0, Timer 1) từ cổng nối tiếp (Serial port), lần luợt đua tín hiệu ngắt đến CPU để xử lý - Other registers: Các ghi khác : Lưu trữ liệu port xuất/nhập, trạng thái làm việc khối chip suốt trình hoạt động hệ thống - RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ liệu chip lưu trữ liệu - ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chương trình chip lưu trữ chương trình hoạt động chip - I/O ports (In/Out ports): Các port xuất/nhập điều khiển việc xuất nhập liệu duới dạng song song chip thông qua port P0, P1, P2, P3 - Serial port: Port nối tiếp điều khiển việc xuất nhập liệu dạng nối tiếp chip thông qua chân TxD, RxD - Timer 0, Timer 1: Bộ định thời 0, dùng để định thời gian đếm kiện (đếm xung) thông qua chân T0, T1 - Bus control: Điều khiển bus điều khiển hoạt động hệ thống bus việc di chuyển thông tin hệ thống bus - Bus system: Hệ thống bus liên kết khối chip lại với 1.4.3 Vi điều khiển AT89S52 Vi điều khiển AT89S52 vi điều khiển thuộc họ 8051, loại CMOS, có tốc độ cao cơng suất thấp với nhớ Flash lập trình AT89S52 có 40 chân Hình 1.3 Hình minh họa thực tế sơ đồ chân IC AT89S52 VĐK AT89S52 có đặc tính sau:  KB EPROM (Flash Erasable and Programmable Read Only Memory), có khả tới 1000 chu kỳ ghi/xoá  Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz  Có mức khóa nhớ lập trình  128 Byte RAM nội  Port xuất /nhập I/O bit  Timer/counter 16 Bit  nguồn ngắt  Giao tiếp nối tiếp điều khiển phần cứng  64 KB vùng nhớ mã  64 KB vùng nhớ liệu  Cho phép xử lý bit  210 vị trí nhớ định vị bit 1.4.3.1 Sơ đồ khối chức chân AT89S52: a Sơ đồ khối: Hình 1.4 Biểu diễn sơ đồ khối chức vi điều khiển AT89S52 b Chức chân AT89S52: Các cổng vào/ra song song 8051 có cổng vào/ra song song bit Port 0, Port 1, Port 2, Port Các cổng sử dụng cổng vào cổng  Cổng Port (các chân 32÷39): cổng vào/ra song song có hai chức  Cổng Port (các chân 1÷8): cổng vào/ra song song Các chân ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2…có thể dùng cho giao tiếp với thiết bị cần  Cổng Port (các chân 21÷28): cổng vào/ra song song có tác dụng kép, dùng đường xuất nhập byte bus địa 16 bitđối với thiết bị dùng nhớ mở rộng  Cổng Port (các chân 10÷17): cổng vào/ra song song có tác dụng kép Bảng sau cho ta chức chân cổng Port3 Nguồn: Chân 40: VCC = 5V ± 20% Chân 20: GND Các chân tín hiệu điều khiển - Chân cho phép nhớ chương trình PSEN (Program Storage Enable): +Tín hiệu PSEN tín hiệu chân 29 có tác dụng kép +Cho phép đọc nhớ chương trình ngồi, thường nối đến chân OE (Output Enable) EPROM cho phép đọc byte mã lệnh +Khi vi điều khiển thi hành chương trình ROM nội PSEN mức logic - Chân cho phép chốt địa ALE/PROG (Address Latch Enable): +Chân tín hiệu ALE (chân 30) đưa xung điều khiển cho phép chốt byte thấp địa vi điều khiển truy xuất nhớ Chân đầu vào xung lập trình lập trình cho FLASH, chân tín hiệu mức - Chân tín hiệu truy xuất ngồi EA (External Access): +Tín hiệu vào EA (chân 31) nối với 5V (mức logic 1) với GND (mức 0) Nếu mức 1, vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội Nếu mức 0, vi điều khiển thi hành chương trình nhớ mở rộng - Chân thiết lập lại RST (Reset): +Chân RST (chân 9) đường vào xóa vi điều khiển dùng để thiết lập lại hệ thống Khi chân tín hiệu đưa lên mức cao, ghi bên nạp giá trị thích hợp để khởi động hệ thống RST kích cấp điện dùng mạch R-C Mạch sau: Hình 1.5 Mạch reset cho AT89S52 +Trạng thái ghi vi điều khiển tóm tắt bảng sau Quan trọng ghi ghi đếm chương trình (PC – Program Counter) Sau thiết lập lại (RST trở mức thấp), ghi PC có giá trị 0000H, tức chương trình ln bắt đầu địa nhớ chương trình Nội dung RAM chip không bị thay đổi thiết lập lại Bảng 1.1 Các ghi 89S52 Bảng trạng thái ghi sau Reset - Các chân XTAL1, XTAL2: +Các chân (chân 18, 19) nối với tạo dao động chip Mạch tạo dao động sau: Hình 1.6 Mạch tạo dao động cho tạo dao động AT89S52 +Tần số dao động thường 12MHz Khi tụ có giá trị 33pF Chân VCC nối đến +5V nguồn cấp, chân GND nối đất Bộ nhớ chip RAM trong: +Nếu bit GATE xóa, Bộ định thời/Bộ đếm phép hoạt động bit TR# tương ứng ghi TCON thiết lập Ngược lại, GATE thiết lập Bộ định thời/Bộ đếm hoạt động chân INT# tương ứng tích cực (mức thấp) +Bit C/T# dùng để lựa chọn chế độ hoạt động đếm hay định thời Nếu bị xóa, hoạt động theo chế độ định thời với nguồn xung xung tạo từ tạo dao động chip sau chia 12 +Các bit M0, M1 dùng để xác định chế độ đếm cho đếm: Các chế độ hoạt động đếm Sự hoạt động Bộ định thời/Bộ đếm điều khiển ghi TCON: +Các bit TR# cho phép Bộ định thời/Bộ đếm hoạt động (nếu thiết lập) không cho phép chúng hoạt động (nếu bị xóa) +Các bit TF# cờ tràn tương ứng với Bộ định thời/Bộ đếm Chúng thiết lập xảy tràn xóa phần cứng xử lý rẽ nhánh đến chương trình phục vụ ngắt tương ứng +Các bit IT# bit ngắt +Các bit IE# cờ ngắt cạnh, thiết lập dò thấy ngắt cạnh Điều khiển ngắt Bộ vi điều khiển 8051 có nguồn ngắt: TF0, TF1, INT0, INT1 ngắt cổng nối tiếp Sự điều khiển hoạt động ngắt cất ghi ghi cho phép ngắt IE (Interrupt Enable) ghi xác định thứ tự ưu tiên ngắt IP (Interrupt Priority) Các bit chức chúng ghi IE sau (thiết lập cho phép, xóa cấm): 11 Các bit chức ghi IE Với ghi IP: Các bit chức chúng ghi IP 1.4.5 LED 1.4.6 Điện trở Trong mạch em sử dụng điện trở than, loại điện trở sử dụng nhiều mạch điện Điện trở than cấu tạo hỗn hợp bột than chất khác, tùy theo tỷ lệ pha trộn mà điện trở có trị số lớn hay nhỏ Bên điện trở bọc lớp cách điện Trong mạch điện điện trở có tác dụng điều chỉnh điện áp, hạn chế dòng điện, chia điện áp, điều chỉnh hệ số khuếch đại, ổn định nhiệt… 12 Hình 1.8 Điện trở kí hiệu thường gặp Hình 1.9 Bảng màu điện trở 1.4.7 Tụ điện Công dụng:  Cho điện áp xoay chiều qua ngăn điện áp chiều lại, tụ sử dụng để truyền tín hiệu tầng khuếch đại có chênh lệch điện áp chiều  Lọc điện áp xoay chiều sau chỉnh lưu (loại bỏ pha âm) thành điện áp chiều phẳng Đó nguyên lý tụ lọc nguồn.   Với điện AC (xoay chiều) tụ dẫn điện cịn với điện DC (một chiều) tụ lại trở thành tụ lọc 13 *Tụ gốm: Hình 1.10 Tụ gốm 103 Đặc điểm tụ gốm kích thước nhỏ, điện dung lớn, có tính ổn định tốt, làm việc lâu dài mà khơng lão hố Cách đọc: lấy hai chữ số đầu nhân với 10(mũ số thứ 3) *Ví dụ: Tụ hình có trị số 474K nghĩa Giá trị tụ= 47 x 104 = 470000 (pF) = 0,47 (µF) Chữ K J cuối sai số 5% hay 10% tụ Dòng bên ghi điện áp cực đại (Umax) mà tụ chịu Nguyên lí hoạt động: Tụ gốm tụ không phân cực, không quy định cực tính, đấu nối thoải mái mạng AC hay DC Thường sử dụng mạch có tần số cao hay mạch lọc nhiễu Tụ có kí hiệu C (Capacitor) Tụ mắc nối tiếp Tụ mắc song song Hình 1.11 Tụ mạch nối tiếp song song 14 *Tụ hóa : Hình 1.12 Hình ảnh thực tế tụ hóa Tụ hóa tụ có phân cực âm dương Tụ chế tạo từ cực nhơm cực dương có bề mặt hình thành lớp Oxit nhơm lớp bọt khí có tính cách điện để làm chất điện môi Lớp Oxit nhôm mỏng nên điện dung tụ lớn từ 1µF đến 10.000µF 1.4.8 Thạch anh Hình 1.13.Hình dạng thạch anh Thạch anh vật chất cứng, suốt, có trọng lượng riêng 2.649 kg/m3 (1.531 oz/in3), nhiệt độ nóng chảy 1750 °C (3182 °F) Linh kiện thạch anh làm tinh thể đá thạch anh mài phẳng xác Linh kiện thạch anh làm việc dựa hiệu ứng áp điện Hiệu ứng có tính thuận nghịch Khi áp điện áp vào mặt thạch anh, bị biến dạng Ngược lại, tạo sức ép vào bề mặt đó, phát điện áp 15 Tác dụng thạch anh mạch dùng để tạo dao động cho tần số ổn định Ở mạch ta dùng thạch anh 12MHZ 1.4.9 Nút bấm Hình 1.15 Hình dạng nút bấm Tác dụng mạch dùng để:  RESET chương trình ban đầu  Khởi động chương trình đếm mạch 1.4.10 Sensor cảm biến hồng ngoại Cảm biến có khả nhận biết vật cản môi trường với cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền nhận liệu hồng ngoại Tia hồng ngoại phát với tần số định, có vật cản đường truyền LED phát phản xạ vào LED thu hồng ngoại, LED báo vật cản module sáng, khơng có vật cản, LED tắt 16 Với khả phát vật cản khoảng ~ 30cm khoảng cách điều chỉnh thơng qua chiết áp cảm biến cho thích hợp với ứng dụng cụ thể như: xe dò line, xe tránh vật cản, … Thông số kỹ thuật  IC so sánh: LM393  Điện áp: 3.3V - 6VDC  Dòng tiêu thụ:  Vcc = 3.3V: 23 mA  Vcc = 5.0V: 43 mA  Góc hoạt động: 35°  Khoảng cách phát hiện: ~ 30 cm  LED báo nguồn LED báo tín hiệu ngõ  Mức logic ngõ ra:  Mức thấp - 0V: có vật cản  Mức cao - 5V: khơng có vật cản  Kích thước: 3.2cm x 1.4cm  Pin Out CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH THỰC TẾ 2.1 Giới thiệu phần mềm proteus Phần mềm Proteus VSM viết công ty Labcenter Electronics Proteus sử dụng rộng rãi 35 quốc gia 17 Proteus phần mềm dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý, mô thiết kế mạch điện Gói phần mềm gồm có phần mềm chính:  ISIS dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý mô  ARES dùng để thiết kế mạch in 2.2 Thiết kế mạch 2.2.1 Thiết kế mô hình hệ thống Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 2.2.2 Thiết kế mạch nguồn Hình 2.2 Sơ đồ mạch nguồn Trong mạch ta sử dụng nguồn 12VDC nên bỏ qua khối biến áp chỉnh lưu 2.2.3 Thiết kế mạch nguyên lý theo khối Khối hiển thị 18 Hình 2.1 Khối hiển thị 2.2.4 Mơ Proteus Mơ mạch đếm Hình 2.2 Sơ đồ mô mạch chạy đếm 19 2.2.5 Thiết kế mạch in Hình 2.3 Sơ đồ mạch in 2.2.6 Nguyên lý hoạt động Khi IC 89S52 khởi động chương trình tự động gửi lệnh chạy lời giới thiệu chung “mach dem sp” Sau khoảng thời gian ngắn, LCD tiếp tục hiển thị số sản phẩm đếm Mỗi lần sản phẩm qua Module cảm biến làm tăng số đếm hiển thị LCD Mạch đếm đến 99 tự động reset 00 đếm lại từ đầu 2.2.7 Soạn thảo chương trình: #include /********Khai bao chan giao tiep************/ #define LCD_RS P2_7 #define LCD_RW P2_6 #define LCD_EN P2_5 #define LCD_D4 P2_3 20 #define LCD_D5 P2_2 #define LCD_D6 P2_1 #define LCD_D7 P2_0 /************************************/ 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*/ 21 LCD_Enable(); } void LCD_Clear(){// Ham Xoa Man Hinh LCD LCD_SendCommand(0x01); //delay_us(10); } // Ham Khoi Tao LCD void LCD_Init(){ LCD_Send4Bit(0x00); delay_ms(20); LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_Send4Bit(0x03); LCD_Enable(); delay_ms(5); LCD_Enable(); delay_us(100); LCD_Enable(); LCD_Send4Bit(0x02); LCD_Enable(); LCD_SendCommand( 0x28 ); // giao thuc bit, hien thi hang, ki tu 5x8 LCD_SendCommand( 0x0c); // cho phep hien thi man hinh LCD_SendCommand( 0x06 ); // tang ID, khong dich khung hinh LCD_SendCommand(0x01); // xoa toan bo khung hinh } void LCD_Gotoxy(unsigned char x, unsigned char y){ unsigned char address; if(!y)address=(0x80+x); else address=(0xc0+x); //delay_us(50); LCD_SendCommand(address); // delay_us(50); 22 } void LCD_PutChar(unsigned char Data){//Ham Gui Ki Tu LCD_RS=1; LCD_SendCommand(Data); LCD_RS=0 ; } void LCD_Puts (char *s){//Ham gui chuoi ky tu while (*s){ LCD_PutChar(*s); s++; } } /******************Ctr chinh**************************/ void main(){ unsigned char low, high,low1, high1,xevao,chotrong ; unsigned int number,number1; TMOD &= 0xFF; TMOD |= 0x55; TR0 = 1; TR1 = 1; LCD_Init();//Khoi tao LCD delay_ms(200); LCD_Puts("MACH DEM S/PHAM");//Gui chuoi len LCD delay_ms(1000); LCD_Gotoxy(0,1);//Tro toi vi tri LCD_Puts("PHAM QUANG VINH"); delay_ms(1000); while(1) { do{ high = TH0; 23 low = TL0; } while(high!=TH0); do{ high1 = TH1; low1 = TL1; } while(high1!=TH1); number = high; number