2.2.4.1 Khỏi niệm cơ bản về bộ ổn ỏp.
Điện ỏp một chiều sau chỉnh lưu thường khụng ổn định vỡ nguồn xoay chiều đầu vào khụng ổn định.
Tải thay đổi mà yờu cầu của cỏc thiết bị đo lường điều khiển, tư động hoỏ đũi hỏi nguồn cung cấp cú độ ổn định cao do đú chỳng ta phải tiến hành ổn định điện ỏp để cung cấp cho cỏc thiết bị.
Mạch ổn định điện ỏp gọi là mạch ổn định.
Thiết bị ổn ỏp mà đầu vào là xoay chiều đầu ra cũng là xoay chiều ổn định gọi là bộ ổn ỏp ổn định.
Đầu vào là xoay chiều, đầu ra là một chiều ổn định gọi là bộ ổn ỏp một chiều ổn định.
2.2.4.2 Nguyờn tắc ổn ỏp.
START Nap gia tri
ban dau
Gia tri do Doc ADC
Sơ đồ chức năng của mạch ổn ỏp với cỏc khối nh:
- Mạch tạo điện ỏp chuẩn lấy từ nguồn sau chỉnh lưu tạo ra một mức U = const cấp cho bộ khuếch đại sai biệt Ur là điện ỏp cơ sở cho bộ ổn ỏp ( thường trong thực tế dựng diod ổn ỏp tạo điện ỏp chuẩn).
- Mạch lấy điện ỏp mẫu là mạch lấy Ura đổi thành mức gần Ura gọi là mức điện ỏp mẫu Us ( với Us gọi là Uhồi tiếp ) khi Ura thay đổi thỡ Us cũng thay đổi. Cú thể là: Us < Ur hoặc Us > Ur.
- Mạch lấy điện ỏp mẫu thường là sử dụng một cặp điện trở làm việc theo kiểu phõn ỏp.
- Mạch khuếch đại sai biệt cũn gọi là mạch khuếch đại so sỏnh cú nhiệm vụ so sỏnh giữa hai điện ỏp Ura và Us tạo ra sự sai biệt về điện ỏp để khuếch đại lờn đưa đến phần tử điều khiển.
- Phần tử điều khiển được coi nh một tổng trở cú trị số phụ thuộc vào Uos thường là linh kiện điện tử cụng suất.
Tuỳ theo cỏch thiết kế phần tử điều khiển mà mạch ổn ỏp cú thể chia ra làm cỏc ổn ỏp xung, ổn ỏp song song, ổn ỏp hồi tiếp.
2.2.4.3 Sơ đồ khối của nguồn cung cấp ổn định.
- Biến ỏp cú nhiệm vụ biến ỏp 220V/ 50 Hz thành điện ỏp 18V/ 1A; 9V/ 1A.
- Cầu diod làm nhiệm vụ nắn điện ỏp ± 18V xoay chiều thành điện ỏp một chiều. Máy biến áp Cầu diod Lọc ổn áp Cấp cho toàn mạch
- Bộ ổn ỏp làm nhiệm vụ ổn ỏp điện ỏp ra ±5V để cung cấp cho toàn bộ hế thống.
- Cỏc IC LM7805, LM7905 là vi mạch cú điện ỏp đầu ra ổn định và sắp thuận tiện để lắp cỏc bộ nguồn ổn ỏp cụng suất nhỏ, ở đầu ra bộ ổn ỏp là cỏc điện ỏp 5V.
- Nguồn 5V dựng IC ổn ỏp LM7805 để ổn định cho ADC 0809, ICL 7107 và Led.
- LM7805 chỉ đo dũng điện lớn nhất là 1A ( với điều kiện tản nhiệt tốt ), cỏc tụ dựng để chống nhiễu.
2.2.5 Sơ đồ nguyờn lý của card thu thập dữ liệu
LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ 3.1 BỘ BIẾN ĐỔI ADC0809.
Bộ biến đổi tương tự số ADC đúng vai trũ quan trọng trong hệ thống sử lý thụng tin khi mà cỏc luồng thụng tin đưa vào hệ vi xử lý va tớn hiệu dạng tượng tự. Cỏc bộ chuyển đổi ADC được thực hiện hai chức năng cơ bản là lượng tử và mó hoỏ. Lượng tử hoỏ là gắn những giỏ trị của một tớn hiệu tương tự vào cỏc vựng giỏ trị rời rạc cú thể xảy ra trong quỏ trỡnh lượng tử hoỏ. Mó hoỏ là gỏn những giỏ trị nhị phõn cho từng giỏ trị rời rạc sinh ra trong quỏ trỡnh lượng tử hoỏ. Đối với ADC ta cũng dựng cỏc loại mó hoỏ nhị phõn, BCD, bự một, bự hai.
Khối chuyển đổi ADC cú nhiệm vụ chuyển giỏ trị điện ỏp ở đầu vào thành giỏ trị số để đưa lờn vi xử lý, tớnh toỏn sau đú hiển thị lờn mỏy tớnh.
3.1.1 Đặc điểm của ADC 0809
ADC 0809 là một vi mạch 8 kờnh, 8 bớt cú sai số là 0,4% cú thể chấp nhận được vỡ nhiệt độ cần đo khụng yờu cầu chớnh xỏc cao. Bộ biến đổi ADC 0809 là bộ biến đổi 8 kờnh, làm việc hoàn toàn độc lập với nhau để lựa chọn 8 kờnh đầu ra song song tương thớch với TLL và một đặc điểm đỏng quan tõm là sự tiờu thụ dũng điện của vi mạch hầu như là khụng đỏng kể, thời gian biến đổi nhanh 100às. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.2 Cỏc thụng số kỹ thuật của ADC 0809
- Khụng đũi hỏi điều chỉnh điểm 0
- Quột động 8 kờnh bằng logic địa chỉ
- Độ phõn giải là 8 bớt
- Sai số 1 bớt lượng tử
- Thời gian biến đổi nhanh: 100 às.
- Gộp nối tương thích với vi xử lý.
3.1.3 Sơ đồ chõn của ADC 0809
Tớn hiệu giữ nhịp giành cho bộ biến đổi A/ D được tao từ bờn ngoài và được dẫn tới chõn clock ( dải tần hoạt động của ADC 0809 từ 200 KHz đến 1MHz). Điện ỏp so sỏnh được đưa qua tầng lặp điện ỏp để đến chõn Vref+ chõn này cú điện trở lối vào cỡ 2,5 KΩ, 8 kờnh analog được đưa vào 8 kờnh đầu vào IN0 đến IN7, việc lựa chọn kờnh do 3 mẫu bớt ở lối vào đỉa chỉ A, B, C. Xỏc định bằng bảng sau:
A B C Lối vào kớch hoạt 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
3.1.4 Nguyờn lý:
Đưa một xung dương vào chõn start để kớch hoạt, qua mẫu bớt ở lối vào địa chỉ A, B, C xỏc định kờnh chọn và đồng thời chốt lại địa chỉ đú. Trong quỏ trỡnh biến đổi chõn EOC luụn ở mức Low sau thời gian là 100às kết thỳc quỏ trỡnh biến đổi. Kết quả của quỏ trỡnh biến đổi chõn EOC chuyển thành High và bỏo kết thỳc quỏ trỡnh biến đổi. Kết quả của cỏc quỏ trỡnh biến đổi sẽ đứng ở cỏc đướng dẫn từ D0 đến D7 nằm ở bộ đệm (bufer). Khi OE=1 bắt đầu quỏ trỡnh đọc dữ liệu từ D0 đến D7 vào cỏc thiết bị khỏc.
3.1.5 Hoạt động:
Tớn hiệu sau khi qua mạch lặp đưa vào kờnh 0 của ADC 0809. Tớn hiệu xung clock 500 KHz cho ADC được tạo từ mạch dao động thạch anh. Chõn Reffren (16) ADC được nối với điện ỏp +5V tương ứng với 256 mức. Tớn hiệu số D0 đến D7 từ ADC sẽ vào Port 0 của vi điều khiển 89C51. Vi điều khiển này sẽ đọc dữ liệu từ Port 0 vào, ADC được điều khiển bằng 2 bớt P1.0 và P1.1. ADC mất khoảng 100às để biến đổi.
Ngoài ra ADC để biến đổi cũn phải phỏt một xung start, xung này phỏt ra từ cổng P1.0 cử vi xử lý mỗi khi cần đọc nhiệt độ.
Khi cần đọc nhiệt độ, vi xử lý sẽ phỏt một xung ở cổng, đõy là xung cho phộp ADC đọc dữ liệu. Sau khi cú xung start thỡ ADC sẽ đọc dữ liệu, biến đổi và đưa ra chốt 8 bớt ở đầu ra. Thời gian để ADC biến đổi là 120às.
Nh vậy, sau khi phỏt xung start thỡ vi xử lý phải đợi ít nhất là 120 às, sau đú phỏt xung OE ở cổng P1.1. Lỳc này dữ liệu đầu ra của ADC sẽ đi vào đầu vào của vi xử lý.
3. 2 Vi xử lý 89C51. 3.2.1 Đặc điểm:
AT89C51 là một bộ vi điều khiển 8 bit sử dụng cụng nghệ CMOS hiệu suất cao, tiờu thụ nguồn thấp với 8 Kbyte bộ nhớ chỉ đọc Flash cú thể lập trỡnh và xoỏ (PFROM). Thiết bị này được chế tạo trờn cụng nghệ tớch hợp bộ nhớ ổn định cao của Atmet và hoàn toàn tương thớch với tập lệnh và chõn ra của cụng nghệ 8051 và 8052, cú đặc tớnh nh sau:
- Tương thớch với cỏc sản phẩm thuộc dũng MCS—51
- 8 Kbyte bộ nhớ Flash trong hệ thống cú thể lập trỡnh lại
- Cú thể thực hiện ghi xoỏ 1000 lần
- Tần số hoạt động từ 0 đến 24 Hz
- Ba mức khoỏ bộ nhớ chương trỡnh
- 256 nhõn 8 bit ram trong
- 32 dường vào ra cú thể lập trỡnh
- Ba bộ định thời 16 bit
- 8 nguồn tắt
- Cú kờnh nối tiếp cú thể lập trỡnh
- Hai chế độ nguồn giảm và nguồn nghỉ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cú thể núi rằng AT89C51 là một chớp vi điều khiển mạnh cho cỏc ứng dụng điều khiển.
3.2.2 Mụ tả
AT89C51 là một hệ vi xử lý 8 bit đơn chớp năng lượng tiờu thụ thấp, hiệu suất cao và co 8 Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoỏ được, lập trỡnh được (PEROM). Thiết bị này được sản xuất theo cụng nghệ bộ nhớ khụng mỏt cú độ tớch hợp cao của Atmel. Nú tương thớch về sơ đồ chõn và tập lệnh của chuẩn cụng nghiệp MCS-51. Bộ nhớ Flash này cho phộp bộ nhớ chương
trỡnh cú thể lập trỡnh lại được trờn hệ thống hoặc bằng bộ lập trỡnh bộ nhớ khụng mất nội dung quy ước. Bằng cỏch kết hợp linh hoạt CPU 8 bit với Flash trờn chớp đơn thể. AT89C51 là một hệ vi tớnh 8 bit đơn chớp, nú cú tớnh linh hoạt cao và cú giải phỏp hiệu quả.
3.2.3 Định dạng chõn
AT89C51 cung cấp theo một đặc trưng chuẩn: 8 Kbyte bộ nhớ Flash, 256 byte RAM. 32 đường vào/ ra, hai timer/ counter 16 bit cấu trỳc ngắt với 2 mức ưu tiờn và 5 nguyờn nhõn ngắt. Một cổng nối tiếp song cụng, mạch tạo dao động và tạo xung trờn chip. Ngoài AT89C51 được thiết kế với logic tĩnh cho phộp sự hoạt động tần số giảm xuống đến 0 và cú hỗ trợ 2 chế độ tiết kiệm năng lượng cú thể chọn phần mềm. Chế độ ngừng nghỉ CPU trong khi vẫn cho phộp RAM, timer/ counter, cổng nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động, nhưng khụng cho phộp tạo dao động để vụ hiệu hoỏ tất cả cỏc chức năng khỏc trờn chớp cho đến khi 1 Reset cứng tiếp theo diễn ra.
Cổng vào ra song song: cú 4 cổng vào ra song song Port 0(P0), Port1 (P1), Port2(P2), Port3(P3).
Khi cổng được sử dụng là cổng ra: số liệu được đưa vào thanh ghi SFR tương ứng, đồng thời đưa ra để chốt và tiếp tục phỏt tớn hiệu sau khi việc ghi được hoàn thành, giỏ trị đưa ra cổng ra được thay đổi khi giỏ trị mới được chốt.
Khi cổng được sử dụng là cổng vào: đầu tiờn là viết giỏ trị FFH ra cổng, sau đú chõn nào của cổng cú mức điện ỏp thấp sẽ được nhận biết là 0 và cũn cú thể đọc vào SFRs tương ứng.
Port0, Port2, Port3, ngoài cỏc chức năng của cỏc cổng vào ra cũn cú cỏc chức năng khỏc để thực hiện cỏc chức năng khỏc nhau thỡ cỏc bit tương ứng của cỏc thanh ghi SFR tương ứng phải được đặt ( thường đặt bằng 1).
Port0, Port2 được dựng ghộp nối với bộ nhớ ngoài . Port2 đưa ra byte cao của 16 bit địa chỉ cũn Port0 đầu tiờn đưa ra byte thấp của 16 bit địa chỉ cú thể nhận hoặc gửi dữ liệu byte địa chỉ thấp phải được chốt bờn ngoài, để làm nhiệm vụ này thỡ bộ vi điều khiển phỏt ra tớn hiệu tại chõn ALE để chốt byte địa chỉ thấp.
Port bao gồm cỏc ngắt đầu vào timer/ counter, đầu vao ra của cổng nối tiếp, cỏc tớn hiệu điều khiển cho phỏp gộp nối với bộ nhớ ngoài.
- Cổng 0 ( Port0 ): từ chõn 32 đến chõn 39, 8 đường địa chỉ từ A0 ữ A7. - Cổng 1 ( Port1) chõn 1 đến 8.
- Cổng 2 ( Port2): chõn 21 đến 28 dựng để ghộp nối tiếp với bộ nhớ ngoài, là 8 đường địa chỉ A8 đến A15
- Cổng 3 ( Port3) chõn 10 đến 17.
- Chõn 9: chõn Reset ( dựng để reset thiết lập lại trạng thỏi ban đầu cho hệ thống).
- Chõn 10 RXD ( nhận dữ liệu).
- Chõn 11 TXD ( truyền dữ liệu).
- Chõn 12 ngắt ngoài số 0.
- Chõn 13 ngắt ngoài số 1.
- Chõn 14 T0 xung nhịp đưa từ ngoài vào cho bộ đếm số 0.
- Chõn 15 T1 xung nhịp đưa từ ngoài vào cho bộ đếm số 1.
- Chõn 16 tớn hiệu dựng ghộp nối với bộ nhớ ngoài.
- Chõn 17 đọc.
- Chõn 18, 19 dựng ghộp với thạch anh bờn ngoài.
- Chõn 20: chõn nối đất.
- Chõn 29 ( PSEN ) dựng để ghộp nối tiếp với bộ nhớ ngoài nhằm để đọc chương trỡnh từ bộ nhớ ngoài.
- Chõn 30 ( ALE ): chõn cho phộp chốt địa chỉ ALE = 0 thỡ A0 đến A7 là số liệu. ALE = 1 thỡ A0 đến & là địa chỉ.
- Chõn 31 ( EA ): cho phỏp chọn bộ nhớ trong hay ngoài. EA = 0 cho phộp chọn bộ nhớ ngoài
EA = 1 cho phỏp chọn bộ nhớ trong - Chõn 40 nguồn cung cấp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.5 Timer/ counter
89C51 cú 2 timer/ counter 16 bit là timer 0 và timer 1 cả hai cú thể hoạt động như timer cũng cú thể như counter. Khi hoạt động nh timer thanh ghi được tăng lờn 1 tại mọi chu kỡ mỏy, ta cú thể coi là đếm chu kỡ mỏy, mỗi chu kỡ mỏy bao gồm 12 chu kỳ thạch anh, tốc độ đếm là 1/12 tần số dao động thạch anh. Khi hoạt động nh counter thanh ghi tương ứng với một sự thay đổi 1 và 0 tại đầu và chõn T0, T1. Chức năng là timer hay counter phải được
chọn đồng thời cũng phải chọn 1 trong 4 chế độ hoạt động. Việc khởi tạo hoạt động timer/ counter dựa trờn 2 thanh ghi TMOD và TCON trong vựng cỏc thanh ghi cú chức năng đặc biệt SFRs.
Ngoài ra cũn cú timer 2 cú 3 chế độ hoạt động: tự nạp lại ( autoreload), thu nhận ( capture ) và tạo tốc độ baud. Hoạt động của timer 2 được điều khiển T2 CON.
3.2.6 Chế độ nghỉ:
Trong chế độ nghỉ CPU tự đi vào trạng thỏi nghỉ trong khi tất cả cỏc thiết bị ngoại vi bờn trong chớp vẫn tớch cực. Chế độ này được điều khiển bởi phần mềm. Nội dung của RAM trờn chớp và tất cả cỏc thanh ghi chức năng đặc biệt vẫn khụng đổi trong thời gian tồn tại chế độ này. Chế độ nghỉ cú thể được kết thỳc bởi một reset cứng.
Ta cần lưu ý rằng khi chế độ nghỉ được kết thỳc bởi một reset cứng, chớp vi điều khiển sẽ tiếp tục bỡnh thường làm việc thực thi chương trỡnh từ nơi chương trỡnh bị tạm dừng, trong vũng 2 chu kỡ mỏy trước khi giải thuật reset mềm nắm quyền điều khiển.
Ở chế độ nghỉ, phần cứng trờn chớp cấm truy suất RAM nội dung cho phộp truy suất cỏc chõn của Port. Để trỏnh khả năng cú một thao tỏc ghi khụng mong muốn đến một chõn Port khi chế độ nghi kết thỳc băng reset, lệnh tiếp theo yờu cầu chế độ nghỉ khụng nờn là lệnh ghi đến chõn Port hoặc đến bộ nhớ ngoài.
Trạng thỏi của cỏc chõn trong thời gian tồn tại chế độ nghỉ và chế độ nguồn giảm được theo sơ đồ sau:
Chế độ Bộ nhớ chương
trỡnh
ALE PSEN 1
Port0 Port1 Port2 Port3
Nghỉ Bờn trong 1 1 Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Nghỉ Bờn ngoài 1 1 Thả nổi Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Nghỉ Bờn trong 0 0 Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Nghỉ Bờn ngoài 0 0 Thả nổi Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu 3.2.7 Chế độ nguồn giảm:
Trong chế độ nguồn giảm, mạch dao động ngừng hoạt động và lệch yờu cầu chế độ nguồn giảm là lệnh sau được thực thi. RAM trờn chớp và cỏc thanh ghi chức năng đặc biệt vẫn duy trỡ cỏc giỏ trị của chỳng cho đến khi chế độ nguồn giảm kết thỳc. Chỉ cú một cỏch ra khỏi chế độ nguồn giảm đú là reset phần cứng.
Việc reset sẽ định lại cỏc thanh ghi đặc biệt nhưng khụng làm thay đổi RAM trờn chớp. Việc reset khụng nờn xảy ra ( chõn reset ở mức tớch cực) trước khi Vcc được khụi phục lại mức điện ỏp bỡnh thường và phải kộo dài trạng thỏi tớch cực của chõn reset đủ lõu để cho phộp mạch dao động trở lại và đạt trạng thỏi ổn định.
3.2.8 Cỏc bit khoỏ bộ nhớ chương trỡnh
Trờn chip cú 3 bit khoỏ, cỏc bớt cỏ thể này khụng cho phộp lập trỡnh