Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 4 led 7 thanh dể hiển thị số đo tốc độ động cơ dùng encoder có 100(xung/vòng). Khoảng đo(0-2500)v/p.
BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Bộ Công Thương Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Trường ĐHCN Hà Nội Độc Lập – Tự – Hạnh phúc BÀI TẬP LỚN MÔN:VXL VÀ VĐK Họ tên HS-SV : Nhóm 1.Nguyễn Văn Tài Mã SV: 0541240070 Đỗ Văn Quang Mã SV: 0541240075 Nguyễn Văn Hải Mã SV: 0541240016 Nguyễn Huy Hiệp Mã SV: 0541240033 5.Phạm Đình Quynh Mã SV: 0541240062 Mầu Tiến Huân Mã SV: 0541240030 7.Dư Mạnh Huy Mã SV: 05412400 Lớp : ĐH TĐH1 Khoá: Khoa : Điện Giáo viên hướng dẫn Phạm Văn Hùng BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Đề bài: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối led dể hiển thị số đo tốc độ động dùng encoder có 100(xung/vịng) Khoảng đo(0-2500)v/p BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Mục lục Lời nói đầu Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giớicủa ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu cao Các điều khiển sử dụng vi điều khiển đơn giản để vậnhành sử dụng lại điều phức tạp Các vi điều khiển theo thời gian với phát triển công nghệ bán dẫn tiến triển nhanh, từ vi điều khiển bit đơn giản đến vi điều khiển 32 bit, sau 64 bit Điện tử trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng địi hỏi khơng ngừng từ lĩnh vực công – nông –lâm – ngư nghiệp nhu cầu cần thiết hoạt động đời sống ngày Một ứng dụng thiết thực ứng dụng đo hiển thị tốc độ động Đây ứng dụng quan trọng áp dụng nhiều lĩnh vực dây chuyền sản xuất Tốc độ động hiển thịtrên hình nhờ led thanh, Từ giám sát tốc độđộng rùi có định điều khiển cho phù hợp với u cầu Vì thế, với mơn học Vi điều khiển này, em định nhận làm tập lớn đo tốc độ động dùng 8051 Cụ thể tập này, chúng em ghép nối vi điều khiển 89C51RD2 với led để hiển thị tốc độ động cơ, sử dụng encoder có 100(xung/vịng) Chúng em xin trình bày nội dụng cụ thể bàitập lớn sau Kính mong thầy - cô xem cho nhận xét, đánh giá đểbài tập lớn đầy đủ Chúng em xin chân thành cảm ơn! BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương I: Tổng quan vi điều khiển 1.1.Giới thiệu họ vi xử lý họ điều khiển thông dụng Lịch sử phát triển vi xử lý vi điều khiển Sự đời phát triển nhanh chóng kĩ thuật vi điện tử mà đặc trưng kĩ thuật vi xử lý tạo bước ngoặt quan trọng phát triển khoa học tính tốn, điều khiển vi xử lý thơng tin.Kĩ thuật vi xử lý đóng vai trị rât quan trọng tất lĩnh vực sống khoa học kĩ thuật, đặc biệt lĩnh vực tin học tự động hoá Năm 1971, hãng Intel cho đời vi xử lý( microprocessor ) giới tên gọi Intel – 4004/4 bit, nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết công ty kinh doanh hãng truyền thông BUSICOM Intel-4004 kết ý tưởng quan trọng kĩ thuật vi xử lý số Đó kết cấu logic mà thay đổi chức chương trình ngồi khơng phát triển theo hướng tạo cấu trúc cứng thực số chức định trước Sau đó, vi xử lý liên tục đưa thị trường ngày phát triển, hoàn thiện hệ sau Vào năm 1972, hãng Intel đưa vi xử lý bit với tên Intel 8008/8 bit Từ năm 1974 – 1975, Intel chế tạo vi xử lý 8-bit 8080 8085A Cũng vào khoảng thời gian này, loạt hãng khác giới cho đời vi xử lý tương tự : 6800 Motorola với 5000 Tranzitor, signetics 6520, 1801 RCA, 6502 hãng MOS Technology Z80 hãng Zilog 1.2.Các vi điều khiển 1.2.1 Các vi điều khiển xử lý nhúng Trong mục bàn nhu cầu vi điều khiển (VĐK ) so sánh chúng với vi xử lý dạng chung Pentium vi xử lý 86 khác Chúng ta xem xét vai trò vi điều khiển thị trường sản phẩm nhúng Ngồi ra, cịn cung cấp số tiêu chuẩn vể cách lựa chọn vi điều khiển 1.2.2.Bộ vi điều khiển so với vi xử lý dùng chung Sự khác vi điều khiển vi xử lý gì? Bộ xử lýở cá vi xử lý công dụng chung họ Intel 86(8086, 80286, 80386, BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN 80486 Pentium) họ Motorola 680 ( 68000, 68010, 68020, 68030, 68040 vv ) Những vi xử lý khơng có RAM, ROM khơng có cổng vào chíp.Với lý mà chúng gọi chung vi xử lý cơng dụng chung Hình 1.1: Hệ thống vi xử lý so sánh với hệ thống vi điều khiển a)Hệ thống vi xử lý công dụng chung b) Hệ thống vi điều khiển Như thiết kế hệ thống sử dụng vi xử lý công dụng chung chẳng hạn Pentium hay 68040 phải bổ xung thêm RAM, ROM, cổng vào định thời để làm cho chúng hoạt động Mặc dù việc bổ sung RAM, ROM cổng vào bên làm cho hệ thống cồng kềnh đắt hơn, chúng có ưu điểm linh hoạt chẳng hạn người thiết kế có quyền định số lượng RAM, ROM cổng vào cần thiết phù hợp với toán tam tay Điều khơng thể có với vi điều khiển Một vi điều khiển có CPU (một vi xử lý) với lượng cố định RAM, ROM, cổng vào định thời tất chíp Hay nói cách khác xử lý RAM, ROM cổng vào định thời nhúng với chíp; người thiết kế khơng thể bổ xung thêm nhớ ngồi , cổng vào đinh thời cho Số lượng cố định RAM, ROM chíp số cổng vào – vi điều khiển làm cho chúng trở nên lý tưởng với nhiều ứng dụng mà giá thành khơng gian lại hạn chế Trong nhiều ứng dụng , ví dụ điều khiển TV từ xa khơng cần cơng suất tính tốn vi xử lý 486 thâm chí 8086 Trong nhiều ứng dụng khơng gian chiếm, cơng suất tiêu tốn giá thành đợn vie cân nhắc nghiêm ngặt nhiều so BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN với cơng suất tính tốn Những ứng dụng thường yêu cầu số thao tác vào-ra để đọc tín hiệu tắt- mở bit định Điều thú vị số nhà sản xuất vi điều khiển xa tích hợp chuyển đổi ADC ngoại vi khác vào điều khiển BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Chương II:Tổng quan họ vi điều khiển 8051 I.Họ vi điều khiển 8051 2.1.Giới thiệu chung Họ vi điều khiển 8051(còn gọi C51) họ vi điều khiển thông dụng Bộ vi điều khiển có 128 byte RAM,4K byte ROM chíp, hai định thời, cổng nối tiếp cổng (đều rộng bit) vào rat ấ t c ả đ ợ c đ ặ t t r ên m ộ t c h í p L ú c ấ y n ó đ ợ c c o i l m ộ t “ h ệ t h ố n g t r ên chíp” 8051 xử lý bit có nghĩa CPU làm việc với bit liệu thời điểm Dữ liệu lớn bit chia thành liệu bit xử lý 8051 có tất cổng vào-ra I/O cổng rộng b i t M ặ c d ù c ó t h ể c ó m ộ t R O M t r ên c h íp c ự c đ i l K b y t e , n h n g c c n hà s ả n x uấ t l ú c đ ó đ ã c h o x u ấ t x n g c h ỉ vớ i K b yt e R O M chíp 8051 trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến thể 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để mã lại tương thích với 8051.Điều dẫn đến đ i n h i ề u p h i ên b ả n c ủ a vớ i cá c t ố c đ ộ k há c n u d un g l ợ n g ROM chíp khác bán nửa nhà sản xuất Điềunày quan trọng có nhiều biến thể khác 8051 tốc độ dung lương nhớ ROM chíp, tất chúng tương thích với 8051 ban đầu lệnh Điều có nghĩa ta viết chương trình cho phiên chạy với phiên khác mà khơng phân biệt từ hãng sản xuất • • • • • • • • • • • 2.2.Sơ đồ cấu trúc chung họ 8051 Interrupt control : Điều khiển ngắt Other registers : Các ghi khác ROM : loại nhớ không liệu nguồn cung cấp, gọi nhớ chương trình bên RAM : nhớ liệu bên có dung lượng 128Byte dùng để lưu trữ liệu biến số, số, đệm truyền thông Timer 2, , : Bộ định thời , , CPU : Đơn vị điều khiển trung tâm Oscillator : Mạch dao động Bus control: Điều khiển Bus I/O ports: Các ports vào/ Serial port: port nối tiếp Address/data : địa chỉ/ liệu BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Hình 2.1: Cấu trúc 8051 BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN 2.3.Sơ đồ chân 8051 Hình 2.2: Sơ đồ chân 8051 Chức chân AT89C51: + Port (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức xuất nhập ra, port bus đa hợp liệu địa (AD0 – AD7), chức sử dụng AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngồi có kiến trúc bus BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Hình 2.3:Port0 + Port (P1.0 – P1.7 hay chân – 8): có chức xuất nhập theo bit byte Ngoài ra, chân P1.5, P1.6, P1.7 dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, chân P1.0 P1.1 dùng cho Timer Hình 2.4:Port1 + Port (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): port có cơng dụng kép Là đường xuất nhập byte cao bus địa thiết kế dùng nhớ mở rộng BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Chú ý rằng, vị trí góc lỗ vịng lỗ vòng lệch Các cạnh lỗ vòng nằm lỗ vòng ngược lại.Chúng ta khảo sát tiếp vấn đề encoder phần tín hiệu xung để hiểu rõ encoder Tuy nhiên, bạn thấy điều rằng, thay làm vòng encoder, dùng đèn LED đặt thẳng hàng, người ta cần làm vịng lỗ, đặt hai đèn LED lệch Kết quả, bạn thường thấy encoder có dạng hình 2: Đây dạng encoder phổ biến BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Hình hình xung incremental encoder Các bạn thấy xung A từ mức cao xuống mức thấp, mà lúc B mức thấp, xác định chiều chuyển động encoder theo chiều mũi tên màu cam Nếu A từ mức cao xuống mức thấp, mà B mức cao, biết encoder quay theo chiều màu nâu 4.2.Giới thiệu chung led LED dùng nhiều mạch thị thơng báo, thị số, kí tự đơn giản LED cấu tạo từ LED đơn xếp theo nét để biểu diễn chữ số kí tự đơn giản từ số đến A đến F chả hạn LED dùng để số đẹp dễ nhìn Tùy vào kích thước số kí tự mà cấu tạo hay nhiều LED đơn Các LED đơn ghép đặt tên chữ a g có dấu chấm dot ( dấu chấm sáng tắt tùy theo yêu cầu) cấu tạo LED đơn Qua người ta cần bit tương ứng với LED đơn để điều khiển thị số từ đến kí tự từ A đến F BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Ở dạng LED7 thực tế mạch nguyên cấu tạo hình ngồi lý Cấu tạo LED nhìn đơn giản chúng gồm LED đơn xếp lại với thành hình vẽ Các LED đơn chung Anot Katot riêng chân lại Anot hặc Katot Nhiệm vụ cho sáng LED đơn thành số hay kí tự đơn giản Hiện LED sản xuất theo kiểu Anot chung Katot chung điều khiển làm việc tương tự bơm dòng hay nuốt dòng LED đơn có LED7 (Thường hay thiết kế theo kiểu bơm dịng cho LED) Thơng thường mạch thiết kế thực tế người thiết kế thường hay sử dụng loại Anot chung Phương pháp ghép nối cấp dòng, đảo trạng thái thông qua đệm quét LED 4.2.1.Ghép nối led Để ghép nối với LED7 có nhiều cách, phải đảm bảo điều khiển tắt mở riêng LED đơn để tạo số ký tự mong muốn.Các ICs điều khiển khó khả sinh dịng tức dòng đầu chân ICs nhỏ khả nuốt dòng Do vậy, ghép nối trực tiếp net với chân cổng IC loại Anode chung thích hợp Cần phải ý dòng dồn ICs mức chịu khơng làm nóng dei ICs điều khiển * cách ghép nối thường dùng: + Cách : Dùng trực tiếp chân điều khiển (vi xử lý) BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Đối với cách nhìn tốn chân vi xử lý Và dòng LED dồn tất vi xử lý Nếu hệ thống lớn cách khơng ổn ảnh hưởng đến vi xử lý nhiều dòng dồn vi xử lý làm vi xử lý nóng dẫn tới chết ( tưởng tượng xem mà hệ thống nhiều phần điều khiển từ chân vi xử lý mà tất tải điều khiển dồn trực tiếp dịng vi xử lý lúc dịng thời điểm lớn vượt ngưỡng cho phép vi xử lý Dòng mà vi xử lý chịu đựng nhỏ đâu 100mA ) Các dùng hệ thống điều khiển ít, mạch dùng vi xử lý đơn giản thị LED, đếm số từ đến chả hạn + Cách : Dùng IC giải mã BCD sang LED BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Sử dụng IC giải mã 7447 để giả mã từ mã BCD sang mã LED7 Đối với cách trông ổn Vừa tiếp kiệm chân vi xử lý tránh dòng dồn vi xử lý (dòng dồn 7447) Đây cách mà người thiết kế thường dùng hệ thống cần đến thị Thông thường thiết kế, LED dùng để thị giá trị giá trị số từ đến cần phải thị kí tự đơn giản A đến F hệ thống để báo trạng thái hệ thống Các giá trị thị bao gồm nhiều chữ số tức phải dùng đến nhiều LED7 ghép lại thị nhiều số Ví dụ muốn thị số 123 chả hạn phải dùng đến LED ghép lại Như để ghép nhiều LED thay chung ta phải dùng chân riêng rẽ cho LED Ví dụ để thị chữ số lên LED (123 chả hạn) ta 3x8 = 24 chân liệu điều khiển để thị chữ số Như tốn chân vi xử lý, người ta dùng chung đường liệu cho LED thiết kế thêm tín hiệu điều khiển cấp nguồn riêng rẽ cho LED cấp nguồn cho chân Anot chung hay Katot chung Nhìn sơ đồ ta thấy kiểu ghép nối LED Các đường liệu vào LED chung với chân điều khiển nguồn cho LED riêng rẽ điều khiển transitor ( khuếch đại dòng) Như mạch tiếp kiệm nhiều chân vi xử lý Đối với mạch cách ghép nối tối đa có 11 chân vi xử lý chân liệu LED chung chung ghép nối qua cách : Thứ dùng vào trực tiếp chân vi xử lý thứ qua IC đệm hay IC giải mã Nhưng thiết kế không người ta cho trực tiếp BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN chân liệu vào trực tiếp vi xử lý mà người ta phải cho qua IC đệm hay giải mã hệ thống lớn Chỉ mạch đơn giản người ta cho vào trực tiếp vi xử lý.Thông thường người ta dùng thêm IC đệm hay giải mã ULN2803, 74LS47 Đối với phương pháp ghép LED điều khiển thị số 123 chả hạn Nếu nhìn thấy LED thị giống chúng chung đường liệu Nhưng Nếu chung ta cho thời điểm LED sáng thấy khác Số 123 thị lên LED Đó thuật tốn qt LED dựa vào tượng lưu ảnh mắt quét với tần số lớn Như phương pháp tiếp kiệm số lượng lớn chân vi xử lý đồng thời tiếp kiệm lượng tiêu thụ phương pháp quét LED thời gian ngắn Khi tối đa thời điểm có LED sáng tồn thơi Cần phải tính tốn giá trị dịng vào cho LED cho LED sáng đẹp cách thêm bớt điện trở Phần 2:Nội dung thiết kế chương trình I.Thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ 1.sơ đồ khối sơ đồ nguyên lí BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN Thuyết minh hoạt động hệ thống: Ban đầu tín hiệu từ encoder đo tốc độ động đưa chân T1 AT89C51,sau tín hiệu xử lý so sánh,nếu tốc độ nhỏ 500 (V/P) đưa cảnh báo loa ngưỡng thấp, tốc độ cao 2000(V/P) đưa cảnh bảo loa ngưỡng cao.Tín hiệu xử lý hiển thị tốc độ động led 2.sơ đồ thuật tốn BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN II.Chương trình BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN #include Unsigned charM[13]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; unsigned char nghin,tram,chuc,donvi,k=0; unsigned int Fre,Fre1,vong; unsigned int m_=0; sbit start=P1^4; sbit stop =P1^5; sbit led1= P1^0; sbit led2= P1^1; sbit led3= P1^2; sbit led4= P1^3; bit h; void main(void) { P3_0=0; P3_1=0; h=0; TMOD =0x52; TL1=0; TH1=0; TR1=1; TR0=1; TH0=156; TL0=156; EA=1; BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN ET0=1; while(1) { if(h==1) { while(m_