D. GIẢI THUẬT
3. GIỚI THIỆU CÁC VI MẠCH SỬ DỤNG VÀ LINH KIỆN KHÁC
KHỐI NGUỒN :
Để mạch hoạt động được, ta cần cĩ một nguồn cung cấp 5V ổn định. Khối thứ nhất ta trình bày là khối nguồn. Xem hình dưới đây.
Hầu hết các mạch lơgic số và các bộ xử lý đều cần một nguồn cung cấp 5V. Thường thì ta luơn cĩ sẵn các nguồn cĩ mức điện áp khoảng 9VDC ÷ 24VDC. Để tạo ra một nguồn cơng suất 5V, ta dùng một IC (Integrated Circuit) ổn áp LM7805 như hình sau:
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 156 -
Dùng 7805 là một cách đơn giản dễ dàng thực hiện. Ta chỉ việc nối đầu dương của nguồn áp thay đổi (bất kể từ 9VDC đến 24VDC) đến chân đầu vào (chân ký hiệu bằng I hay số 1). Nối đầu âm đến chân chung (ký hiệu bằng C hay số 2) và sau đĩ khi mở nguồn, ta sẽ cĩ một nguồn áp 5V trên chân ra O (hay số 3). Đơi khi đường dây cấp nguồn đầu vào (trên 9VDC) bị nhiễu. Để san phẳng những nhiễu này và cĩ được đầu ra 5V tốt hơn, ta dùng một tụ điện nối vào mạch, giữa đầu vào và chân chung (GND). Ta dùng một tụ điện 2200µF 25V.
Trong sơ đồ, ta ký hiệu IC LM7805 bằng U6 và nguồn áp thay đổi đưa vào cĩ biên độ trong tầm 7V ÷ 30V; điện áp ngõ ra 5VDC ± 5%.
Trong mạch thi cơng ta chọn loại UA7805C, cĩ dịng định mức 1A (IC-Pos VR, 5V, 1A : đây là loại IC ổn áp loại chân Ground nằm giữa, áp ra 5V ± 5%, dịng tải 1A). Linh kiện thay thế: UA7805C, UA7805CKC, UA7805CU, UA7805UC,… (sổ tay tra cứu [ECG master replacement guide_ 2002 Edition] số hiệu loại linh kiện thay thế ECG960, số trang: 1-201).
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 157 -
KHỐI GIAO TIẾP MÁY TÍNH:
Khối giao tiếp máy tính ở đây được trình bày gồm :
Tụ điện: gồm năm tụ điện 10µF được sử dụng phối hợp với MAX232 tạo sự tương
thích mức điện áp giữa hai đơn vị giao tiếp 5V (Kit AT89C51) và 12V (máy vi tính).
DB-9 : đầu cắm loại 9 chân, đánh số từ 1 đến 9.
Trên hình là hình ảnh của hai DB-9 female (hai đầu cắm cái) và một dạng đầu DB-9 male (đực) loại gắn trên board.
Bảng sau mơ tả tên và chức năng của các đường tín hiệu của đầu cắm DB-9: Chân số Tên Kí hiệu Chức năng
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 158 -
1 Data Carrier Detect DCD DCE đặt đường này ở mức tích cực để báo cho DTE biết là đã thiết lập được liên kết với DCE từ xa (nhận được sĩng mang từ bên DCE đối tác).
2 Receive Data RxD Số liệu được thu từ DCE vào DTE.
3 Transmit Data TxD Số liệu được phát từ DTE (thí dụ PC hoặc thiết bị đầu cuối) tới DCE qua đường TxD.
4 Data Terminal Ready DTR Chức năng tương tự như RTS nhưng được kích hoạt bởi DCE khi nĩ muốn phát số liệu.
5 Signal Ground SG GND
6 Data Set Ready DSR Chức năng tương tự như CTS nhưng được kích hoạt bởi DTE khi nĩ sẵn sàng nhận số liệu.
7 Request To Send RTS DTE đặt đường này ở mức tích cực khi nĩ sẵn sàng phát số liệu.
8 Clear To Send CTS DCE đặt đường này ở mức tích cực để thơng tin cho DTE rằng nĩ sẵn sàng nhận số liệu.
9 Ring Indicator RI DCE (loại lắp ngồi) báo với DTE cĩ một cuộc gọi từ xa vừa gọi đến.
Lưu ý: DCE : Data Communication Equipment (Thiết bị thơng tin số liệu).
DTE : Data Terminal Equipment (Thiết bị đầu cuối số liệu).
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 159 -
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 160 -
IC Max 232 cần nguồn cung cấp +5V, số chân phát/nhận : 2/2, dịng điện cung cấp 5mA.
Loại bộ đệm/bộnhận trên đường dây của họ hàng IC max232 được dùng cho tất cả các ứng dụng theo chuẩn giao tiếp EIA/TIA-232E và V.28/V.24 trong các giao tiếp truyền thơng, và đặc biệt là dùng trong những ứng dụng theo mức điện áp ±12V khơng sẵn cĩ.
Max 232 cĩ các phần: các bộ biến đổi điện áp DC-DC bơm nạp hai chiều, các bộ đệm RS-232, các bộ nhận RS-232.
Bộ biến đổi điện áp bơm nạp hai chiều: trong chế độ hoạt động đệm RS-232, max
232 cĩ hai bơm nạp bên trong để biến đổi điện áp +5V sang ±10V (khơng tải). Bộ biến đổi đầu tiên dùng tụ điện C5 để gấp đơi mức điện áp +5V đầu vào sang +10V trên tụ điện C6 tại ngõ ra V+. Bộ biến đổi thứ hai dùng tụ điện C7 để đảo mức điện áp +10V sang –10V trên tụ điện C4 tại ngõ ra V-.
Một lượng nhỏ cơng suất tại các ngõ ra +10V (V+) và –10V (V-) sẽ bị rút bớt phân phát cho mạch điện bên ngồi, V+ và V- sẽ khơng điều chỉnh được, nên sụt áp ngõ ra và tăng dịng tải.
Các bộ đệm RS-232: biên độ sĩng điện áp ngõ ra điển hình là ±8V khi mang tải
danh định 5KΩ của bộ nhận RS-232 và nguồn cấp VCC = 5V. Biên độ sĩng ra được đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn EIA/TIA –232E và V.28 cĩ các mức ngõ ra bộ đệm tối thiểu bằng ±5V trong điều kiện xấu nhất. Điều kiện xấu nhất này cịn cĩ thể cịn cĩ một tải tối thiểu 3KΩ với nguồn cấp VCC = +4,5V và nhiệt độ làm việc thì lớn nhất. Khoảng phạm vi điện áp ngõ ra bộ đệm lúc khơng tải từ (V+ -1,3V) đến (V- +0,5V).
Các ngưỡng đầu vào tương thích cho cả hai loại tải TTL và CMOS. Các đầu vào khơng được dùng đến thì bỏ trống (khơng kết nối) vì đã cĩ các điện trở kéo lên 400KΩ được nối sẵn lên VCC. Các điện trở kéo lên bắt buộc các đầu ra của các bộ đệm khơng dùng đến ở mức thấp vì tất cả các bộ đệm là đệm đảo. Các điện trở kéo lên bên trong cĩ dịng nguồn cấp khoảng 12µA. Tốc độ biến đổi biên độ đầu ra bộ đệm được giới hạn
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 161 -
thấp hơn 30V/µs theo đặc tính kỹ thuật của chuẩn EIA/TIA-232E và V.28. Một tốc độ điển hình là 24V/µs khơng tải và 10V/µs khi cĩ tải 3Ω và 2500pF.
Các bộ nhận RS-232: các đặc tính kỹ thuật của EIA/TIA-232E và V.28 định nghĩa
mức lơgic 0 ứng với một mức điện áp lớn hơn 3V cho tất cả các bộ nhận đảo. Các ngưỡng đầu vào được đặt ở mức 0,8V và 2,4V vì vậy các bộ nhận tương ứng với các đầu vào loại TTL cũng như các mức của EIA/TIA-232E và V.28.
Các đầu vào bộ nhận cĩ thể chịu được một mức quá điện áp lên tới ±25V và cung cấp các điện trở đầu cuối danh định 5KΩ đến các ngõ vào.
Mức điện áp ngõ vào bộ nhận là 0,5V thay thế cho mức 0,2V. Việc này làm xĩa sạch chuyển tiếp đầu ra bằng các tín hiệu vào thay đổi chậm, thậm chí cịn cĩ thể là một nhiễu. Thời gian trễ của truyền đạt bằng bộ nhận khoảng 600ns và nĩ độc lập với hướng của biên độ sĩng đầu vào.
KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51:
Khối này là trung tâm điều khiển của tồn bộ mơ hình thi cơng. Bao gồm một IC AT89C51, kèm theo bộ phận tạo xung nhịp và mạch điện tạo chức năng Reset cho mạch điều khiển.
IC AT89C51:
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 162 -
AT89C51 là con vi điều khiển CMOS 8-bit khả năng cao với cơng suất thấp, cĩ 4 Kbytes cho lập trình Flash và bộ nhớ chỉ đọc cĩ thể xĩa (PEROM). Linh kiện này tương thích với chuẩn cơng nghiệp cĩ tập lệnh của 8051 và sơ đồ chân. Bộ nhớ cĩ thể lập trình Flash trên chip cho phép nhớ chương trình nhanh chĩng dùng bộ lập trình bộ nhớ khơng bốc hơi như PG302 và bộ ghép nối lập trình ADT87. Nhờ việc ghép một CPU 8-bit chuẩn cơng nghiệp vào trong một chip nguyên khối đã làm cho AT89C51 trở thành một IC điều khiển mạnh cung cấp nhiều giải pháp cĩ tính linh hoạt và giá cả hợp lý cho các ứng dụng điều khiển.
AT89C51 cung cấp các chức năng sau:
~ 4 Kbytes of bộ nhớ lập trình Flash
~ 128 bytes of RAM
~ 32 đường xuất nhập
~ hai bộ đếm/định thời 16-bit
~ năm vector với hai mức ưu tiên ngắt
~ cổng nối tiếp hoạt động chế độ song cơng
~ mạch tạo dao động và xung nhịp cĩ trên chip
Ngồi ra, AT89C51 cịn được thiết kế với mức lơgic tĩnh cho các ứng dụng giảm tần số đến zero và hỗ trợ cho phép chọn lựa các chế độ tiết kiệm năng lượng. Ta gọi đĩ là chế độ giảm nguồn với CPU vẫn cho phép RAM, timer/counters, port nối tiếp và hệ thống ngắt làm việc. Chế độ giảm nguồn tiết kiệm RAM nhưng cơ lập bộ dao động và như vậy các chức năng khác cũng ngưng cho đến khi phần cứng được reset.
Nguồn xung Clock: gồm một khối thạch anh 12MHz và hai tụ ổn định 30pF.
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 163 -
KHỐI ĐẶT TỐC ĐỘ TRÊN KIT:
Khối này gồm một IC ADC0809 làm nhiệm vụ chuyển mức điện áp đặt sang dạng số và nhập vào cho kit qua port 1. Phần đi kèm gồm cĩ IC 74LS393 làm nhiệm vụ tạo xung nhịp clock cho ADC. Một biến trở loại volume 10KΩ . ADC 0809 dùng chân P2.0 của AT89C51 làm nguồn phát xung START.
IC ADC0809:
Mơ tả chung:
ADC0809 là một linh kiện CMOS nguyên khối cĩ một bộ biến đổi 8-bit dạng tương tự sang dạng số, bộ chọn 8 kênh và điều khiển logic tương thích với bộ xử lý 8- bit. Bộ biến đổi A/D 8-bit dùng các xấp xỉ liên tiếp như một kỹ thuật biến đổi. Bộ biến đổi cĩ đặc trưng một bộ so sánh cân bằng băm tổng trở cao. Một bộ chia điện áp 256 điện trở, cây chuyển mạch tương tự và một thanh ghi xấp xỉ liên tiếp. Một bộ chọn kênh tám đường cho phép nhập bất kỳ một trong 8 kênh tín hiệu tương tự đưa vào.
Linh kiện bỏ qua việc phải chỉnh về zero hay chỉnh định tồn thang đo từ bên ngồi. Việc giao tiếp dễ dàng với các bộ vi xử lý nhờ việc chốt và mã hĩa các đầu vào địa chỉ chọn kênh và các ngõ ra TTL ba trạng thái được chốt.
Việc thiết kế ra ADC0809 đã được tối ưu nhờ kết hợp hầu hết các mặt mạnh của một vài kỹ thuật biến đổi A/D.
Khả năng của ADC0809 cĩ thể cho tốc độ biến đổi cao, độ chính xác cao, sự phụ thuộc nhiệt độ tối thiểu, độ chính xác làm việc lâu dài, khả năng làm việc lặp lại và
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 164 -
tiêu thụ ít cơng suất. Những đặc tính này đã làm cho nĩ thích hợp cho các ứng dụng từ điều khiển máy mĩc và xử lý đến các ứng dụng trong tự động và tiêu dùng.
Các đặc trưng:
Dễ dàng giao tiếp với các vi xử lý.
Hoạt động cĩ tính tỉ lệ hoặc với 5 VDC hoặc chuẩn điện áp được điều chỉnh theo từng khoảng tương tự.
Khơng yêu cầu phải chỉnh zero hay tồn thang.
Chọn kênh bằng các đường địa chỉ biểu diễn theo mức logic
Phạm vi điện áp ngõ vào 0V÷5V bằng một nguồn đơn 5V.
Các ngõ ra đáp ứng được đặc tính kỹ thuật mức điện áp TTL.
Đĩng gĩi dạng đổ khuơn 28 chân hoặc kín theo tiêu chuẩn.
Đĩng gĩi mang chip được đúc lại thành khối 28 chân.
ADC0809 tương đương với MM74C949-1.
Các đặc tính kỹ thuật chính:
Độ phân giải: 8 bit.
Sai số khơng hiệu chỉnh tổng cộng: ±½ LSB và ±1 LSB.
Nguồn đơn: 5 VDC.
Cơng suất thấp: 15mW.
Thời gian biến đổi: 100µs.
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 165 -
Điều khiển & Định thời
S.A.R.
(Thanh ghi xấp xỉ liên tiếp)
Cây chuyển mạch Thang điện trở 256 R Bộ đệm chốt ngõ ra ba trạng thái Các chuyển mạch tương tự chọn kênh trong tám đường Bộ giải mã và chốt địa chỉ o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o C ác đ ầu ra 8 -b it 8 đa àu va øo tư ơn g tư ï Đ ịa c hỉ 3 -b it Cho phép chốt địa chỉ VCC
GND REF (+) REF (-) Cho phép
xuất Bộ so sánh
8 bit A/D Kết thúc biến đổi (ngắt)
K hơ ûi đ ộn g X un g nh ịp
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 166 -
Sơ đồ chân:
Đặc tính kỹ thuật:
Ký hiệu Thơng số Điều kiện Tối thiểu
Điển hình Tối đa Đơn vị
VREF+ Điện áp cao nhất
của thang đo
VCC VCC+0,1 V
VREF- Điện áp thấp nhất
của thang đo
-0,1 0 V
IIN Dịng vào fCLK=640kHz -2 ±0,5 2 µA
VIN(1) Điện áp vào logic 1 VCC –1,5 V
VIN(0) Điện áp vào logic 0 1,5 V
VOUT(1) Điện áp ra logic 1 IOUT=-360µA VCC –0,4 V
VOUT(0) Điện áp ra logic 0 IOUT=1,6mA 0,45 V
fCLK Tần số xung clock 10 640 1280 kHz
tEOC Thời gian delay EOC (Xem giản đồ xung) 0 8+2µs Chu kỳ clock
tC Thời gian biến đổi fCLK=640kHz 90 100 116 µs
tWS Độ rộng xung Start
tối thiểu đồ thời gian) (Xem giản 100 200 Ns
tALE Độ rộng xung ALE tối thiểu
(Xem giản đồ thời gian)
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 167 -
Mơ tả chức năng:
Bộ chọn kênh (Multiplexer): linh kiện chứa bộ chọn kênh tám đường tương tự. Mỗi một kênh đầu vào được chọn bằng sử dụng một bộ giải mã địa chỉ. Bảng sau chỉ ra các trạng thái các đường địa chỉ để chọn ra được kênh mong muốn.
Kênh chọn ADD C ADD B ADD A
IN0 L L L IN1 L L H IN2 L H L IN3 L H H IN4 H L L IN5 H L H IN6 H H L IN7 H H H
Địa chỉ được chốt vào trong bộ giải mã lúc xuất hiện cạnh lên của tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE.
Đặc tính chuyển đổi (Converter characteristics): Thanh ghi xấp xỉ liên tiếp (SAR,Successive Approximation Register) của bộ biến đổi A/D được reset tại cạnh lên của xung Start (bắt đầu chuyển đổi). Sự chuyển đổi được bắt đầu tại cạnh xuống của xung Start. Quá trình chuyển đổi sẽ bị ngắt nếu nhận được một xung Start mới. Sự chuyển đổi liên tiếp cĩ thể được thực hiện bằng cách nối ngõ ra EOC (End Of Convert, kết thúc chuyển đổi) vào ngõ Start. Nếu sử dụng ở chế độ này, một xung Start bên ngồi phải được cung cấp sau khi bật nguồn. Xung EOC sẽ xuống mức thấp sau cạnh lên của xung Start từ 0 đến 8 xung clock và lên mức cao khi việc chuyển đổi đã xong.
Biểu thức chuyển đổi:
Trong hệ thống chuyển đổi mang tính tỉ lệ, điện áp ngõ vào của ADC0809 được cho bởi phương trình:
MIN MAX X Z fs IN D D D V V V − = − Trong đĩ:
VIN = điện áp đầu vào ADC0809
Vfs = điện áp tồn thang
VZ = điện áp zero
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 168 -
DMAX =giới hạn tối đa số liệu
DMIN =giới hạn tối thiểu số liệu.
Sự chuyển tiếp giữa các mã số liệu N và N+1 được cho bởi:
VIN = ( ) ( ) ( ) 512 1 256 ) ( + − + − ± +
− REF TUE REF
REF V N V V V
Dữ liệu số ngõ ra đối với một đầu vào tùy ý là một số nguyên N nằm trong tầm:
N = 256 ) ( ) ( ) ( × − − − + − REF REF REF IN V V V V ± Độ chính xác tuyệt đối. Trong đĩ:
VIN = điện áp tạo ngõ vào bộ so sánh
VREF(+) = điện áp tại chân REF(+)
VREF(-) = điện áp tại chân REF(-)
VTUE = điện áp sai lệch khơng điều chỉnh tổng cộng (điển hình VREF(+)÷ 512)
Trong mạch thi cơng, ADC0809 dùng để chuyển đổi tín hiệu đặt được đưa vào kênh IN0 từ biến trở đặt tốc độ 10KΩ, tín hiệu ngõ ra được đưa ra ở tám đường truyền về port 1 của AT89C51 như trên sơ đồ khối.
TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 169 -
IC 74LS393:
Chân QA chia đơi xung đưa vào chân A.
Chân QB chia bốn xung đưa vào chân A.
Chân QC chia tám xung đưa vào chân A.