C: VI ĐIỀU KHIỂN PIC
3. Sơ đồ nguyên lý các khối trong mạch
Khối nguồn:
Khối cấp nguồn cung cấp nguồn cho toàn mạch. Có 2 nguồn cung cấp có thể sử dụng, đó là nguồn qua adapter (~5-12V,1A) hoặc lấy nguồn từ cổng USB của máy tính. Nguồn được chọn thông qua Jump nguồn. Khối nguồn: có chức năng cung cấp điện áp ổn định cho các khối trong mạch.
CPU PC LCD BÀN PHÍM ADC LED MA TRẬN LED 7 THANH VÀO/RA DIGITAL LED ĐƠN THỜI GIAN THỰC DC
Khối CPU:
Đây là khối trung tâm của hệ thống. Nó bao gồm đế cắm mạch vi điều khiển ATmega32( và có thể mở rộng ra các vi điều khiển 44 chân khác như 8051, PIC), các cổng giao tiếp COM, USB, nguồn máy tính 5v, các cổng giao tiếp mở rộng, mạch chốt,… Khối này làm nhiệm vụ trung tâm điều hành hoạt động của cả bộ KIT.
Khối ma trận phím :
Đây là khối thiết bị đầu vào giao tiếp giữa vi điều khiển và người sử dụng. Bàn phím cho phép người sử dụng sử dụng nó để điều khiển hoạt động của KIT rồi hiển thị màn hình LCD hoặc Led 7 thanh. Quét phím hiển thị lên màn hình LCD hoặc Led 7 thanh.
Cấu tạo :
Phím bấm được nối thành ma trận 4 hàng x 4 cột, các hàng và cột được nối với các chân cổng vào ra của vi điều khiển. Khi một phím được bấm, nó sẽ nối một hàng và một cột tương ứng. Như vậy ta sẽ có 16 nút nhấn nối trực tiếp vào 8 chân vi điều khiển. Khi nút 1 được nhấn thì nó nối giữa cột 1 hàng 1. Còn nút 2 được nhấn thì cột 2 và hàng 1 được nối ... cứ như vậy đến nút thứ 16.
Sơ đồ khối ma trận phím Nguyên lý quét phím:
Thuật toán quét phím được sử dụng là lần lượt tìm hàng và tìm cột (hoặc ngược lại). Khi tìm hàng, các hàng sẽ được đặt làm đầu vào, các cột được đặt làm đầu ra mức thấp. Sau đó kiểm tra các hàng xem có hàng nào ở mức thấp hay không (có phím nào bấm gây ra nối với cột hay không). Sau khi xác định được hàng sẽ đặt các cột làm đầu vào, hàng vừa tìm được làm đầu ra mức thấp. Việc kiểm tra được tiến hành với các cột. Sau khi xác định được hàng và cột sẽ suy ra phím được bấm.
Khối LCD :
Màn hình tinh thể lỏng với kích thước 16x2 kí tự trợ giúp ta có thể quan sát dễ dàng giá trị của các thanh ghi(R0-R7), các thanh ghi đặc biệt (SFR) các PORT (P0,P1,P2,P3), các ô nhớ trong RAM…Ngoài ra trên màn hình hiển thị tùy theo ngữ cảnh LCD tạo ra sự tiện lợi, thân thiện cho người sử dụng trong làm quen cũng như thí nghiệm trên KIT. Khối LCD được nối vào PORT B và PORT A thông qua hàng DIP-8 thuận tiện cho việc hiển thị.
3 chân điều khiển LCD: RS=A3;RW=A4;RE=A5 8 chân dử liệu RB0:RB7 của PORTB =B0:B7 của LCD
Sơ đồ khối LCD 16x2. Nguyên lý làm việc:
Sau khi thực hiện quá trình khởi tạo để gửi các lệnh cài đặt chế độ làm việc cùa LCD, kí tự sẽ được hiển thị lên LCD bất kì khi nào vi điều khiển muốn gửi.
Quá trình gửi kí tự gồm các bước sau:
• Cho chân R/W=0 để xác định đây là ghi xuống LCD (thông thường chân này được nối đất, nên mặc định chân này ở mức 0, ta không cần quan tâm đến nữa)
• Cho chân RS=1 để xác định đây là kí tự mà vi điều khiển gửi xuống LCD (phân biệt với RS=0, gửi lệnh)
• Gửi mã ASCII của kí tự cần hiển thị xuống LCD theo các đường dữ liệu
(RD0-RD7 nếu dùng chế độ 8 bit, R4-R7 nếu dùng chế độ 4 bit) • Đưa chân E (chân cho phép- Enable) lên mức cao, mức 1
• Tạo trễ vài chu kì lệnh
• Đưa chân E xuống mức thấp, mức 0
Khối LED 7 thanh :
Khối Led 7 thanh bao gồm 4 Led 7 đoạn Anode chung kết hợp với nhau. Tất cả các Led này đều được cấp nguồn thông qua 4 Transistor đóng vai trò như các công tắc và được điều khiển thông qua các tín hiệu điều khiển tích cực cấp thấp. Chức năng của Led 7 thanh là một công cụ thông dụng được dùng để hiển thị các thông số dưới dạng các số từ 0-9. khối hiển thị. Led 7 thanh, có thể dùng để hiển thị các giá trị theo chương trình của người sử
Sơ đồ khối Led 7 thanh.
Nguyên lý làm việc:
Mạch gồm 4 LED 7 thanh được nối chung đường dữ liệu. Như vậy, nếu các đầu Anode chung được nối với nguồn, 4 LED sẽ hiển thị cùng giá trị. Vì vậy, để có thể hiển thị được các số với các chữ số khác nhau đòi hỏi phải có thuật toán quét LED.
Thuật toán quét LED được thực hiện như sau:
Giả sử cần hiển thị số có giá trị 1234, tương ứng với LED 1 hiển thị số 1, LED 2 hiển thị số 2, LED 3 hiển thị số 3, LED 4 hiển thị số 4.
Bước 1: Cho LED 1 sáng số 1 bằng cách bật điều khiển cấp nguồn cho LED 1 và tắt
điều khiển cấp nguồn cho 3 LED còn lại, đồng thời cấp dữ liệu hiển thị của số 1 ra port dữ liệu chung. Như vậy, thời điểm này, LED 1 sẽ sáng số 1 còn 3 LED còn lại sẽ tắt. Duy trì trạng thái này trong một thời gian
Bước 2: Tắt điều khiển cấp nguồn của LED 1, cấp dữ liệu sáng số 2 vào port dữ liệu
đồng thời bật điều khiển cấp nguồn cho LED 2. Như vậy, LED 2 sẽ sáng số 2 còn 3 LED còn lại sẽ tắt. Duy trì trạng thái này trong một thời gian
Bước 3: Tắt điều khiển cấp nguồn của LED 2, cấp dữ liệu sáng số 3 vào port dữ liệu
đồng thời bật điều khiển cấp nguồn cho LED 3. Như vậy, LED 3 sẽ sáng số 3 còn 3 LED còn lại sẽ tắt. Duy trì trạng thái này trong một thời gian
Bước 4: Tắt điều khiển cấp nguồn của LED 3, cấp dữ liệu sáng số 4 vào port dữ liệu đồng thời bật điều khiển cấp nguồn cho LED 4. Như vậy, LED 4 sẽ sáng số 4 còn 3 LED còn lại sẽ tắt. Duy trì trạng thái này trong một thời gian
Quá trình được lặp đi lặp lại từ bước 1 đến bước 4. Nếu tần số đạt lớn hơn 24Hz (hiệu ứng 24 hình/giây) thì mắt người sẽ có cảm giác 4 LED sáng liên tục số 1234. Đó là nguyên tắc của thuật toán quét LED.
Khối LED đơn :
Led hoạt động dựa trên hiệu ứng điện quang. Là chất dẫn điện 1 chiều, phần tử bên trong là lớp bán dẫn P-N.được tạo từ hai chất bán dẫn.
Dòng điện chỉ chạy theo chiều từ bán dẫn P sang bán dẫn N, ở giữa miền tiếp xúc tạo ra ánh sáng.
Thiết kế mạch Led đơn:
Có 8 LED đơn nối trực tiếp với PORT B dùng cho hiển thị tín hiệu vào ra ở Port B.
Sơ đồ nguyên lý hiển thị Led đơn. Nguyên lý hoạt động:
Muốn bật đèn, ta cho chân ra vi điều khiển xuống mức thấp nối với đầu vào của mạch trên. Như đã biết, chân ra vi điều khiển ở mức logic thấp có điện áp 0V.
Vì điện áp rơi trên led là 2V, dòng qua là 10-15mA. Suy ra, điện áp rơi trên trở là 3V. Dòng qua led chính là dòng qua điện trở và bằng 10-15mA. Vậy cần sử dụng trở 200- 300 ohm
Dựa trên nguyên tắc như quét màn hình, ta có thể thực hiện việc hiển thị ma trận đèn bằng bằng cách quét theo hàng và quét theo cột. Mỗi Led trên ma trận Led có thể coi như một điểm ảnh. Địa chỉ của mỗi điểm ảnh này được xác định đồng thời bởi mạch giải mã hàng và giải mã cột, điểm ảnh này được xác định trạng thái nhờ dữ liệu đưa ra từ bộ vi điều khiển trung tâm.
Sơ đồ khối ma trận Led 8x8 Nguyên lý hoạt động :
Ma trận LED tức là Dot Matrix LED là tập hợp nhiều đèn LED được bố trí thành dạng ma trận hìn chữ nhật hoặc hình vuông với số cột là b và số hàng là a. Để giảm số đường điều khiển, trong các ma trận LED, các LED đã được nối với nhau theo hàng và theo cột. Số lượng LED trên ma trận LED là axb trong khi số lượng ngõ ra bằng tổng số hàng và cột: a+b. Bên trong ma trận LED là các LED phát sáng. Trong mạch này, Cathode của các LED trên mỗi hàng được nối chung với nhau và ngõ ra chung là các ngõ ra data. Các Athode của các LED trên mỗi cột được nối chung tạo thành các đường điều khiển. Để hiển thị LED ma trận, tại mỗi thời điểm ta sẽ cho hiển thị một cột của LED. Mỗi cột được hiển thị trong một khoảng thời gian, sau đó tắt đi để cột khác hiển thị. Như vậy, nếu tần số đạt 24Hz (hiệu ứng 24 hình/giây) thì mắt người sẽ có cảm giác như số 4 được hiển thị một cách liên tục.
Vấn đề truyền dữ liệu giữa thiết bị và máy tính (PC) hay từ PC xuống thiết bị là một khâu khá quan trọng trong khi thiết kế hệ thống Đây là khối giao tiếp giữa hệ vi điều khiển của bộ KIT với máy tính. PC giúp cho người sử dụng có thể phát triển các ứng dụng trên bộ KIT từ máy tính. Người sử dụng dùng PC để nạp các chương trình ứng dụng cho bộ KIT. Ngoài ra PC còn cho phép người sử dụng nạp các chương trình điều hành của người sử dụng viết cho bộ KIT hoặc thay đổi chương trình điều hành hiện đang có trong bộ KIT. Chương trình ứng dụng của người sử dụng được nạp cho bộ KIT từ máy tính thông qua phần mềm nạp đi kèm theo KIT.
Đa phần các thiết bị được thiết kế ra đều phải được giao tiếp với máy tính thông thường được giao tiếp qua cổng RS232 hay gọi là Com vì nó đơn giản và dễ sử dụng nhất.
Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp PC.
Khối đồng hồ thời gian thực:
DS1307 là IC chuyên dụng cho các ứng dụng thời gian thực, giao tiếp với vi điều khiển qua giao diện I2C (Inter-Integrated Circuit). DS1307 là “đồng hồ” thời gian thực (Real Time Clock - RTC)sử dụng năng lượng thấp, mã hóa ngày giờ theo chuẩn BCD (Binary Coded Decimal).
Sau đây là số đặc điểm chính của DS1307:
• RTC quản lý thời gian theo giây, phút, giờ, thứ, ngày, tháng và năm • Giao tiếp qua I2C
• Hoạt động trong dải nhiệt độ từ -40 độ đến 85 độ C
• Sử dụng nguồn cấp logic 5V làm nguồn hoạt động chính. Ngoài ra còn có thể sử dụng pin ngoài 3V, giúp đồng hồ vẫn hoạt động ngay cả khi không còn nguồn nuôi chính.
• Thời lượng sử dụng pin ngoài 3V lên tới 10 năm • Sử dụng bộ dao động ngoài thạch anh 32.768kHz
Với những ưu điểm trên, DS1307 hoàn toàn phù hợp với yêu cầu đặt ra của đồ án, cho phép người dùng theo dõi, cài đặt, điều khiển đèn theo thời gian trong ngày, theo từng tuần, tháng và năm, với độ sai lệch cực nhỏ.
Sơ đồ nguyên lý khối đồng hồ thời gian thực.
Ds1307 chỉ giao tiếp với vi điều khiển với 2 đường truyền SCL và SDA nên do đó trên vi xử lý cần phải xác định chân nào trên vi xử lý nó có SCL và SDA để nối với DS1307 cái này sử dụng đối với dòng PIC, AVR.
Khối Loa:
Sơ đồ nguyên lý khối Loa.
Khối Rơle:
Công dụng:
Rơle điện là một loại thiết bị điện tự động, thờng được lắp đặt ở mạch điện nhị thứ, dùng để điều khiển đóng cắt hoặc báo tín hiệu, bảo vệ an toàn trong quá trình vận hành của thiết bị điệnmạch nhất thứ trong hệ thống điện.
Cơ cấu hoạt động:
- Cơ cấu tiếp nhận tín hiệu (khối tiếp nhận tín hiệu vào) có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu làm việc không bình thờng hoặc sự cố trong hệ thống điện từ BU, BI hoặc các bộ cảm biến điện,để biến đổi thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu cho khối trung gian.
- Cơ cấu trung gian (khối trung gian) làm nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu đa đến từ khối tiếp nhận tín hiệu, để biến đổi nó thành đại lợng cần thiết cho rơle tác động.
- Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành) Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý khối Rơle.
Sơ đồ nguyên lý khối động cơ Nguyên lý hoạt động
- Khi đầu vào 1A mức thấp, 2A là ở mức cao, đầu vào EN ở mức cao, động cơ quay thuận.
- Khi đầu vào 1A mức cao, 2A là ở mức thấp, đầu vào EN ở mức cao, động cơ quay nghịch.
- Khi đầu vào 1A,2A đều cùng ở mức thấp hoặc cao, EN ở mức cao, động cơ ở trạng thái dừng khẩn cấp.
- Để thay đổi tốc độ động cơ , ta dùng PWM, sử dụng 1 chân của vi xử lý để đưa ra xung điều chế, đưa vào chân EN (enable).
- Khi EN luôn là mức cao, động cơ luôn chạy với tốc độ tối đa , với điện áp cấp Vs.
4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạchQ 1