Tài liệu Mạch đo nhiệt độ docx

Trong đó có 24 chân có dụng kép có nghĩa là một chân có 2 chức năng mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dử liệu và bu

MỤC LỤC

Chương I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Lời mở đầu

Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, vi mạch số được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển

Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng Vì nếu nắm bắt được nhiệt độ làm việc của các hệ thống, dây chuyền sản xuất giúp ta biết được tình trạng làm việc của các yêu cầu và có những xử lý kiệp thời tránh được những hư hỏng

và sự cố có thể xảy ra

Để đáp ứng được nhu cầu đo nhiệt độ tự động, thì có nhiều phương pháp để thực hiện, nghiên cứu khảo sát vi điều khiển AT89c51 nhóm thực hiện nhận thấy rằng: ứng dụng vi điều khiển AT89c51 và việc đo nhiệt độ tự động là phương pháp tối ưu Nhóm

đã tiến hành thực hiện đề tài "THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN AT89c51"

1.2 Sơ lượt về linh kiện

Linh kiện gồm có:

 AT89C51

 ADC0809

 LM35

 LED 7 đoạn

 IC7414

………

Chương II: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 2.1 Giới thiệu MSC-51 (AT89c51)

IC 89c51 là vi điều khiển do hãng Intel của mỹ sản xuất Các đăc điểm như sau: + 4KB EPROM bên trong

+ 128 byte RAM nội

+ 4 Port I/O 8 bit

+ Giao tiếp nối tiếp

+ 64KB vùng nhớ ngoài

+ 64KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

+ Xử lý Boolean ( hoạt động trên bit đơn )

+ 210 vị trí nhớ có thể định vị bít

+ 4 micro/s cho hoạt động nhân hoặc chia

Hình 2.1 Sơ đồ khối 8051

Phần chính của vi điều khiển 8051/8951 là bộ xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit)

Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ tạo dao động, ngoài ra còn có khả năng đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài

Chương trình đang chạy có thể dừng lại nhờ khối điều khiển ngắt ở bên trong Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm định thời hoặc cũng

có thể là giao diện nối tiếp

Hai bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm

Các cổng (port0, port1, port2, port3) sử dụng vào mục đích điều khiển

Bộ nhớ gồm bộ nhớ ROM, RAM

2.1.1 Khảo sát sơ đồ chân AT89c51 và chức năng từng chân

2.1.1.1.Sơ đồ chân AT89c51

Hình 2.2 Sơ đồ chân 8951

2.1.1.2 chức năng các chân của AT89c51

89c51 có tất cả 40 chân có chứa năng như các đường xuất nhập Trong đó có 24 chân có dụng kép( có nghĩa là một chân có 2 chức năng ) mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dử liệu và bus địa chỉ

a Các port

Port 0:

Port 0 là port có chức năng ở các chân 32-39 của IC89c51 trong các thiết kế cở nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó chức năng như đường I/O đối với các thiết kế cở lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp bus địa chỉ và bus dử liệu

Prort 1:

Port 1 là port I/O trên các chân 1-8 các chân được kí hiệu P1.0, P1.1, P1.2, P1.3, P1.4, P1.7 có thể dùng cho các giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần Port không

có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ dùng cho các giao tiếp bên ngoài

Port 2:

Port 2 là 1 port có tác dụng trên các chân 21-28 được dùng như các đừng xuất nhập hoặc byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị bộ nhớ mở rộng

Port 3:

Port 3 là port có túc dụng trên chân từ 10-17 các chân của port này có nhiều chức năng, có công dụng chuyển đổi các số liên hệ với các đặt tính đặc biệt của 89c51 như ở bảng sau:

bảng 2.1

b Các ngõ tín hiệu điều khiển

Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable)

PSEN là tín hiệu ngỏ ra ở chân 29 cso tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được nối đến chân OE\ ( out enable) của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh

PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 89c51 lấy lệnh Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu và được chót vào thanh ghi lệnh bênh trong 89c51 để giải mã lệnh Khi 89c51 thi hành chương trình trong EPROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1

Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable)

Khi AT89c51 truy xuất bộ nhớ ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus

dử liệu do đó phải tách các đường dử liệu và địa chỉ Tín hieuj ra ALE ở chân thứ 30 dừng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kêt nối chúng với IC chốt

Tín hiệu ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho EPROM trong 89c51

Ngõ tín hiệu EA\ (External Access)

Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắt lên mức 1 hoặc mức 0 Nếu ở mức

1, 89c51 thi hành chương trình từ EPROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 4K byte Nếu ở mức 0, 89c51 sẽ thi hành chương trình ở bộ nhớ mở rộng Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 12V khi lập trình cho EPROM trong 89c51

Ngõ tín hiệu RST (Reset)

Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào reset của 89c51 Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện tự động Reset

Các ngõ vào bộ dao động X1, X2

Bộ dao động được tích hợp bên trong 89c51, khi sử dụng 89c51 người thiết kế chier cần kết nối thêm thạch anh vào các tụ Tần số thạch anh thường sử dụng cho 89c51 là 12MHz

Chân 40 (Vcc) được nối với nguồn 5V

2.1.2 Cấu trúc bên trong của vi điều khiển

2.1.2.1 Tổ chức bộ nhớ

Bảng 2.2: Tóm tắt các vùng nhớ 89c51

Bộ nhớ trong IC AT89c51 bao gồm EPROM và RAM RAM trong AT89c51 bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các thanh ghi và các thanh ghi đặt biệt

89c51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 89c51 nhưng 89c51 vẫn có thể kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ liệu

a.Bộ nhớ chương trình (ROM)

Bộ nhớ ROM dùng để lưu chương trình do người viết chương trình viết ra Bộ nhớ ROM được tích hợp trong chip Vi điều khiển với dung lượng tùy vào chủng loại cần dùng, đối với 89S52 là 8 KByte Bộ nhớ bên trong Vi điều khiển 89Sxx là bộ nhớ Flash ROM cho phép xóa bộ nhớ ROM bằng điện và nạp vào chương trình mới cũng bằng điện và có thể nạp xóa nhiều lần

Bộ nhớ ROM được định địa chỉ theo từng Byte, các byte được đánh địa chỉ theo

số hex, số thập lục phân, bắt đầu từ địa chỉ 0000H, khi viết chương trình cần chú ý đến địa chỉ lớn nhất trên ROM, chương trình được lưu sẽ bị mất khi địa chỉ lưu vượt qua vùng này

Ngoài ra Vi điều khiển còn có khả năng mở rộng bộ nhớ ROM với việc giao tiếp với bộ nhớ ROM bên ngoài lên đến 64KByte(địa chỉ từ 0000H đến FFFFH)

b Bộ nhớ dữ liệu (RAM)

RAM bên trong 89c51 được phân chia như sau:

+ Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H =>1FH

+ RAM địa chỉ từ bit có địa chỉ từ 20H=> 2FH

+ RAM đa dụng từ 30H => 7FH

+ Các thanh ghi chức năng đặt biệt từ 80H => FFH.

RAM đa dụng

RAM dụng chiếm các địa chỉ từ 30H đến 7FH, 32 byte dưới từ 00H đến 1FH cũng có thể dùng với mục đích tương tự( mặc dù các địa chỉ này đã có mục đích khác) Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể truy xuất tự do dung kiểu địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

Vùng RAM truy xuất từng bit

8951 chứa 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó có 128 bit có chứa các byte có chứa địa chỉ từ 20H đến 2FH và các bit còn lại chứa trong các nhóm thanh ghi có chức năng đặc biệt

Các bit có thể được đặt, xóa, AND, OR với một lệnh đơn Đa số các microcontroller xử lý đòi hỏi một chuỗi lệnh đọc-sửa-ghi để đạt được mục đích tương

tự ngoài ra các port cũng truy xuất được từng bit

128bit có chứa các byte địa chỉ từ 00H - 1FH cũng truy xuất như các byte hoặc các byte hoặc các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng

Các bank thanh ghi

32 byte thấp của bộ nhớ nội được dành cho các bank thanh ghi Bộ lệnh 8951 hổ trợ 8 thanh ghi có tên là R0-R7 và theo mặt định sau khi reset hệ thống, các thanh ghi này có các địa chỉ từ 00H-07H

Các lệnh dùng các thanh ghi R0-R7 sẽ ngắn hơn và nhanh hơn so với các lệnh có chức năng tương ứng dùng kiểu địa chỉ trực tiếp, các thanh ghi này được đặt mặc định trong bank 1 Có 4 bank thanh ghi và tại mỗi thời điểm chỉ có một bank thanh ghi được truy xuất với các thanh ghi từ R0 đến R7, để thay đổi việc truy xuất các thanh ghi trên các bank thanh ghi, người dùng phải thay đổi giá trị các bit chọn bank trong thanh ghi trạng thái bằng các câu lệnh trong chương trình

Ngoài ra, có thể truy xuất thanh ghi trên các bank thanh ghi như với các ô nhớ bình thường khác Ví dụ: nguời dùng có thể truy xuất đến thanh ghi R7 bằng ô nhớ 07H

Thanh ghi có chức năng đặt biệt

Các thanh ghi này được định địa chỉ byte, một số được định thêm địa chỉ bit, có địa chỉ của các thanh ghi này nằm trong khoảng 80H đến FFH Các thanh ghi đặc biệt này này được dùng để xác lập trạng thái hoạt động cần thiết cho Vi điều khiển

Vùng RAM định địa chỉ gián tiếp

89c51 có thêm 128 byte RAM trên chip từ địa chỉ 80H đến FFH Điều này không xung đột với các thanh ghi chức năng đặc biệt (có cùng địa chỉ) vì 128 byte RAM thêm vào chỉ có thể truy xuất bằng cách dùng kiểu định địa chỉ gián tiếp

2.2 Giới thiệu ADC0809

Bộ ADC0809 là một thiết bị CMOS tích hợp với một bộ chuyển đổi từ tương tự sang số 8 bit , bộ chọn 8 kênh và một bộ logic điều khiển tương thích Bộ chuyển đổi

AD 8 bit này dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ tiếp Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất kỳ kênh nào trong các ngõ vào tương tự một cách độc lập

Thiết bị này loại trừ khả năng cần thiết điều chỉnh điểm 0 bên ngoài và khả năng điều chỉnh tỉ số làm tròn nên ADC0809 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xử lý

Sơ đồ chân ADC0809

Hình 2.3: sơ đồ chân ADC0809

Ý nghĩa các chân:

 IN0 => IN7: 8 ngõ vào tương tự

 A, B,C: Giải mã chọn một trong 8 ngõ vào

 2-1 => 2-8: Ngõ ra song song 8 bit

 ALE: Cho phép chốt địa chỉ

 START: Xung bắt đầu chuyển đổi

 CLK: Xung đồng hồ

 REF(+): Điện thế tham chiếu (+)

 REF(-): Điện thế tham chiếu (-)

Các đặt điểm của ADC0809

 Độ phân giải 8 bit

 Tổng sai số chưa chỉ định (+) (-) LSB, (+) (-) 1LSB

 Thời gian chuyển đổi: 100 µs ở tần số 640kHz

 Nguồn cung cấp +5V

 Điện áp ngõ vào 0=>5V

 Tần số xung Clock 10kHz – 1280kHz

 Nhiệt độ hoạt động -40(0C) đến 850C

 Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng

2.3 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ LM35

2.3.1 sơ đồ LM35

LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ : 10mV/10C

Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 250C nó có sai

số không quá 1% Với tầm đo từ 00C => 1280C, tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những những thay đổi của tín hiệu ngõ vào

Thông số kỹ thuật:

 Tiêu tán công suất thấp

 Dòng làm việc từ 400µA đến 5mA

 Dòng ngược 15mA

 Dòng thuận 10mA

 Độ chính xác: khi làm việc ở nhiệt độ 250C với dòng làm việc 1mA thì điện áp ngõ ra từ 2,94V đến 3,04V

Đặc tính điện:

Theo thông số của nhà sản xuất LM35, quan hệ giữa điện áp và ngõ ra như sau:

Vout =0.01*T(0K)=2,73+0,01*T(0C) Vậy ứng với tầm hoạt động từ 00C =>1000C ta có thể biến thiên điện áp ngõ ra là:

Ở 00C thì điện áp ngõ ra Vout = 2,73V

Ở 50C thì điện áp ngõ ra Vout = 2,78V

Ở 100C thì điện áp ngõ ra Vout = 2,83V

Ở 150C thì điện áp ngõ ra Vout = 2,88V

Ở 200C thì điện áp ngõ ra Vout = 2,93V

Ở 250C thì điện áp ngõ ra Vout = 2,98V

………

Ở 1000C thì điện áp ngõ ra Vout = 3.7V

Tầm biến thiên điện áp tương ứng với nhiệt độ từ 00C=>1000C là 1V

2.4 IC 7414

2.4.1 Sơ đồ

2.4.2 Chức năng

IC 74HC14 để tạo ra xung mà lối ra là các cổng đảo và hai hệ ghi dịch 8 bit chuyển đổi dữ liệu vào nối tiếp ra song song Một bộ phận của hệ tạo xung ( chân số 1 và

2 của IC 74HC14 ) tạo ra tín hiệu xung clock cho hệ ghi dịch Hai bộ phận tạo xung còn lại được dùng để đưa vào các chân reset và load khi nguồn được mở Tín hiệu ngõ ra ở chân số 8 của hệ tạo xung phải ở mức cao trong suốt thời gian xung clock đầu tiên chuyển trạng thái từ mức cao sang mức thấp tại chân số 8 của hệ dịch, và chuyển sang mức thấp trước khi tới cạnh lên thứ 2 của xung clock, để load có được 1 bit đơn Nếu tốc độ của xung clock được tăng lên thì chiều dài tín hiệu ở chân số 9 của hệ tạo xung kích phải được giảm xuống một cách tương ứng để tín hiệu ở chân load của hệ ghi dịch không lớn hơn 1 bit

2.5 LED 7 đoạn

2.5.1 Điều khiền Led 7 đoạn

Led 7 đoạn được ứng dụng khá phổ biến khi cần hiển thị số tự nhiên hoặc vài chữ cái nhất định Led 7 đoạn có thể có kích thước lớn nhỏ khác nhau, màu sắc khác nhau nhưng về hình dáng cơ bản vẫn giống nhau

Led 7 đoạn bao gồm nhiều led tích hợp bên trong, các led được nối chung nhau 1 chân Trong thực tế có 2 loại led 7 đoạn là led 7 đoạn A-nốt chung và led 7 đoạn Ka-tốt chung Led loại A-nốt chung, các led sẽ có chung nhau chân nguồn (chân dương), chân còn lại của led nào được nối đất thì led đó sẽ sáng Led loại Ka-tốt chung, các led

sẽ nối chung nhau chân đất (chân âm), chân còn lại của led nào được nối nguồn thì led

đó sẽ sáng

2.5.2 Các hiển thị của Led 7 đoạn

2.5.1 sơ đồ led 7 đoạn:

Trong mạch ta dụng led 7 đoạn sử dụng là loại led A-nốt chung, chân A-nốt chung sẽ được nối nguồn 5V thông qua transistor, cần phải nối trở hạn chế dòng cho led 7 đoạn để tránh cháy led

Bảng 2.3 Bảng hiển thị Led 7 đoạn

Chương III: NỘI DUNG 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch đo nhiệt độ

3.1.2 Lưu đồ thuật toán

LED 7 ĐOẠN

BẮT ĐẦU

KHỞI ĐỘNG BỘ CHUYỂN ĐỔI ADC, ĐỌC KẾT QUẢ ĐO

LƯU KẾT QUẢ VÀO RA

CHUYỂN ĐỔI GIÁ TRỊ ĐO HEX_BCD CHUYỂN ĐỔI MÃ LED BCD_7SEG

HIỂN THỊ RA LED 7 ĐOẠN

TẠO TRỄ DELAY

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý

3.2 Sơ đồ mạch in

3.3 Mã chương trình

;*******************************************************

$MOD51fx ; DINH NGHIA TRINH BIEN DICH

;*******************************************************

; DINH NGHIA CAC BIT

ale bit p3.5

start bit p3.6

eoc bit p3.7

;@@@@@@@@@BAT DAU CHUONG TRINH@@@@@@@ org 0000h

; -td: lcall cdoi

lcall hex_bcd

lcall bcd_7doan

lcall hienthi

sjmp td

; - doc lm35 - adc0809

-cdoi: setb ale ;set gia tri len 1

clr ale

setb start

jb eoc,$ ;nhay ve gia tri ban dau

clr start

mov r7,#150

de: lcall hienthi

djnz r7,de ;so sanh voi 0, #0 thi nhay len 1 ;

mov a,p2

ret

; - chuyen doi bcd

-hex_bcd:

mov b,#10

div ab

mov 10h,b

mov b,#10

div ab

mov 11h,b

mov 12h,a

ret

; du lieu quet led

-bcd_7doan:

mov dptr,#900h

mov a,10h

movc a,@a + dptr

mov 21h,a

mov a,11h

movc a,@a + dptr

mov 22h,a

mov 20h,#086h

ret

;- hien thi led

-hienthi:

mov r1,#100

ht: mov p0,22h

mov p1,#0feh

lcall delay

mov p0,#0ffh

mov p1,#0ffh

mov p0,21h

mov p1,#0fdh

lcall delay

mov p0,#0ffh

mov p1,#0ffh

djnz r1,ht

ret

; - tao thoi gian tre

-delay: mov 7fh,#20

djnz 7fh,$

ret

; - bang ma led 7 seg

-ORG 900H

db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h

END

3.4 Mô phỏng

3.5 Thực tế