Đề tài Mạch khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển 8051

Đề tài: Mạch khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển 8051 Đề tài: Mạch khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển 8051 Đề tài: Mạch khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển 8051 Đề tài: Mạch khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển 8051

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃKHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Báo cáo môn:

Đề tài: Mạch khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển 8051

Giảng viên hướng dẫn: Lại Hồng Nhung

Sinh viên thực hiện:

Vũ Thị Nguyệt – DT030232  Nguyễn Công Tùng – DT030247 

Lời nói đầu 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ 4

1.1 Sơ đồ khối và chức năng các khối 4

1.2 Nguyên lý hoạt động 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Tổng quan về vi điều khiển 8051 6

2.2 Tổng quan về LCD 12

2.2.1 Cấu tạo 12

2.2.2 Chức năng các chân 13

2.3 Tổng quan về bàn phím 18

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH VÀ THI CÔNG 19

3.1 Lưu đồ thuật toán 19

3.2 Mạch mô phỏng 20

3.4 Mạch in 23

3.5 Mạch 3D 24

3.6 Code 25

3.7 Kết luận 33

Lời nhận xét của thầy cô: 34

Lời nói đầu

Ngành công nghệ kỹ thuật không ngừng phát triển, việc ứng dụng vi điều khiển ngày càng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực dân dụng và công nghiệp, các thiết bị điện tử là một phần gắn với cuộc sống con người trong xã hội hiện đại, 

hệ thống kiểm soát bảo vệ an ninh cũng trong xu thế đó, phần lớn hiện tại các khóa sử dụng hiện nay chủ yếu là khóa cơ khí, nhưng trong công việc có bảo mật , giám sát an ninh và giới hạn người vào, thì việc ứng dụng khóa điện tử vàocác cơ quan, nhà máy là một phương án có hiệu quả cao. Ở đây chúng em xin giới thiệu về đề tài về khóa điện tử với một số yêu cầu cơ bản của một thiết bị khóa thông dụng:

- Tính an toàn: phải có chức năng bảo mật cao

- Dễ sử dụng

- Hệ thống vận hành ổn định, tuổi thọ cao

Trên cơ sở đó, chúng em đã đưa ra phương án thiết kế khóa điều khiển với các chức năng như sau:

 Hệ thống gồm một chuỗi mã số từ 0 đến 9, và độ dài mật mã không quá

10 số chỉ có người được phân quyền sử dụng mới biết được

 Hệ thống hiển thị trực quan qua LCD 16x2, có đèn chiếu sáng khi điềukiện môi trường tối

   Trong quá trình học tập chúng em có cơ hội làm quen với vi điều khiển qua các môn học trên lớp và tìm hiểu thêm thông qua các tài liệu sách báo và 

các tài liệu có liên quan, chúng em đã hoàn thành xong đề tài

   Báo cáo đã hoàn thành xong, nhưng không thể tránh nhiều thiếu sót mong quý thầy cô giáo thông cảm và chỉ bảo thêm để đề tài có thể ứng dụng rộng rãi trong 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÓA SỐ

ĐIỆN TỬ1.1 Sơ đồ khối và chức năng các khối

MỞ CỬA

 Ưu điểm: 

- Hiển thị rõ ràng có kèm theo chỉ dẫn

- Thay đổi nội dung linh hoạt. Xử lý lập trình đơn giản hơnLED7 thanh và ma trận điểm

cơ DC

1.2 Nguyên lý hoạt động

Nhập một mật mã đưa tới khối giao tiếp và hiển thị những thông tin tới người dùng . Rồi khối điều khiển sẽ gửi tín hiệu tới một thiết bị chấp hành đóng/ngắt hoặc điều khiển cho đóng hoặc mở của nếu như mật mã đúng và đưa ra thông báo khi có mật khẩu sai, 

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 Tổng quan về vi điều khiển 8051

Hình 2: Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển

Kiến trúc của bộ vi xử lý điều khiển 8051

Hình 3: Sơ đồ cấu tạo 89C51

mở rộng với bộ nhớ dữ liệu ngoài lên tới 64 kByte

Hình 4 Sơ đồ chân của 8051

Vi điều khiển 8051 có 32 trong 40 chân có chức năng như là các cổng I/O, trongđoa 24 chân được sử dụng với hai mục đích. Nghĩa là ngoài chức năng cổng I/O,mỗi chân có công dụng kép này có thể là một đường điều khiển của Bus địa chỉ hay Bus dữ liệu hoặc là mỗi chân hoạt động một cách độc lập để giao tiếp với các thiết đơn bit như là công tắc, LED, transistor…

 - Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 0 đóng vai trò là ngõ vào của dữ liệu (D0 – D7)

❖ Port 1:  là một port I/O chuyên dụng trên các chân 1-8 của MC8051.

Chúng được sử dụng với một múc đích duy nhất là giao tiếp với các thiết bịngoài khi cần thiết

- Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 2 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte cao (A8 – A11) và các tín hiệu điều khiển

❖ Port 3:

- Port 3 (P3.0 – P3.7) có số chân từ 10 – 17

- Port 3 có hai chức năng: 

  • Port xuất nhập dữ liệu (P3.0 – P3.7) −> không sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt.Các chức năng đặc biệt của Port 3 được ghi trong bảng sau:

❖ Chân (Program Store Enable ) : 8051 có 4 tín hiệu điều khiển.

PSEN là tín hiệu ra trên chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép truy xuất

bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable)

của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh của chương trình. Tín hiệu PSEN ở mức thấp trong suốt phạm vi quá trình của một lệnh.PSEN sẽ ở mức

thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ

EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051 để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức cao.

❖ Chân ALE (Address Latch Enable ) : ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào

một thanh ghi bên ngoài trong nữa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó, các đườngPort 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nữa sau chu kỳ của chu kỳ bộ

nhớ.Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và

có thể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống. Nếu xung trên 8051 là

12MHz thì ALE có tần số 2MHz. Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong 8051.

❖ Chân (External Access) : Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được nối lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). 

LCD gồm 2 bề mặt dạng rãnh, giữa 2 bề mặt này là 1 lớp Thạch Anh lỏng 

(Liquid Crystal)

Để có 1 điểm tối trên LCD: ánh sáng phát ra từ bên trong LCD sẽ đi qua bề mặt rãnh thứ nhất (lớp lọc đơn cực), sau đó ánh sáng đi qua lớp Liquid Cristal (lớp này được phân cực nên ánh sáng qua nó mà không bị xoắn), sau đó ánh sáng qua

bề mặt rãnh thứ 2 lớp phân cực thứ 2 (lớp lọc đơn cực), ánh sáng không ló ra được khỏi lớp này (bị chặn lại hoàn toàn) ta thấy 1 điểm tối trên màn hình LCD

Để có 1 điểm sáng trên LCD: quá trình đi tương tự nhưng khác ở chỗ ánh sáng qua lớp Liquid Cristal không được phân cực nên ánh sáng bị xoắn 90 độ, nhờ thế mà đi qua được bề mặt rãnh thứ 2 (lớp lọc đơn cực) .Ta thấy 1 điểm sáng trên LCD

DR bên trong LCD

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W vớilogic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc

6 E

Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E.+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện

cạnh lên (low- to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

DB0-DB7

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :

+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7

+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7

Chân VDD, VSS và VEE: Các chân VDD, VSS và VEE: Cấp dương nguồn 5V và đất tương ứng thì VEE được dùng để điều khiển độ tương phản củaLCD

  Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có hai thanh ghi trong LCD, chân RS(Register Select) được dùng để chọn thanh ghi, như sau: Nếu RS = 0 thì thanh ghi mà lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi một lệnh chẳng hạn như xoá màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng v.v… Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị trên LCD

  Chân đọc/ ghi (R/W): Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin từ nó khi R/W = 1. 

Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt. dữ liệu của nó. Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức 

40us

40us

80 Ép con trỏ về đầu dòng thứ nhất

Nguyên lý quét ma trận phím

Thuật toán quét phím được sử dụng là lần lượt tìm hàng và tìm cột (hay ngược lại), khi tìm cột, các cột được đặt ở mức cao, các hàng đặt ở mức thấp. Sau đó kiểm tra xem có cột nào ở mức thấp hay không ( có phím nào nhấn nối với hàng hay không).sau khi xác định được cột thì cho hàng là mức cao, cột tìm được mức thấp, rồi xác định hàng tương ứng với phím đả nhấn

Trong báo cáo chúng em thiết kế với phím 4 cột và 4 hàng

Có phím 0 đến 9 là phím nhập mã

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH VÀ THI CÔNG3.1 Lưu đồ thuật toán

Lưu đồ chương trình mở cửa

3.2 Mạch mô phỏng

U1

8051

P1B0T2 1 P1B1T2EX 2 P1B2 3 P1B3 4 P1B4 5 P1B5MOSI 6 P1B6MISO 7 P1B7SCK 8 RST 9 P3B0RXD 10 P3B1TXD 11 P3B4T0 14 P3B5T1 15 XTAL2 18 XTAL1 19 GND

P2B2A10 23 P2B4A12 25 P2B6A14 27 P0B7AD7 32 P0B5AD5 34 P0B3AD3 36 P0B1AD1 38 VCC 40

P3B2INT0 12 P3B3INT1 13 P3B6WR 16 P3B7RD 17

PSEN 29 ALEPROG 30EAVPP 31

VCC 5.0V

VCC 5.0V

R1 3kΩ

U2

V R D D D D

R2 10µΩ

LED1

led c1

c2 c3 c4

h1 h2 h3 h4

c1 c2 c3 c4

h1 h2 h3 h4

X1

HC-49/U_15MHz

Khối trung tâm

Khối xử lý trung tâm với 8051 có nhiệm vụ là nhận biết tín hiệu thu được từ bànphím. Sau đó xử lý các tín hiệu đó và xuất ra các tín hiệu điều khiển thích hợp 

để điều khiển hệ thống theo chương trình lập sẵn

0, VĐK nhận biết được sự thay đổi này và khởi động lại trạng thái ban đầu cho 

hệ thống

Khối hiển thị LCD

Các chân được nối:

P3.0- RSP3.1-RWP34- Tín hiệu đóng, mở củaP2 nối với D0-D7 của LCD

h1 h2 h3 h4

Người dùng nhập mã thông qua bàn phím và bàn phím là thiết bị đầu vào được kết nối với vi điều khiển, cung cấp tín hiệu cho bộ xử lý trung tâm, sau khi phân tích tính hiệu và so sánh thì cho ra tín hiệu điều khiển tương ứng

3.4 Mạch in

3.5 Mạch 3D

Mặt trước

Mặt sau

led=0;

delay_ms(18);

 }}

/******************Ctr chinh**************************/void main(){

Từ các trang web: www.dientuvietnam.net, codientu.org

Lời nhận xét của thầy cô:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ

MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

-*** -BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ 1

Môn: Thí nghiệm Vật lý đại cương

GV: …Huỳnh Hoàng Trung

Bài 1: XÁC ĐỊNH MÔ MEN QUÁN TÍNH CỦA BÁNH XE

VA LỰC MA SÁT TRONG Ổ TRỤC QUAY

1- Bảng số liệu:

-ooo - Khối lượng quả nặng: m = (1,92±0,02).10−1

(kg)

- Độ chính xác của thước kẹp: 0,02 (mm)

- Độ chính xác của máy đo thời gian MC-963A: 0,001 (s)

- Độ chính xác của thước milimét T: 1 (mm)

3- Tính momen quán tính của bánh xe và trục quay

a- Tính giá trị trung bình của momen quán tính theo công thức (1.18)

¯I=m d2

4 [g.t2.h h2

1(h1+h2)−1]=0,192.( 8,396.104 −3)2.[9,78.(5,892)2.280,8.10−3

453.(453+280,8).10−6 −1]=0,97.10−3(kg.m2) b- Tính sai số tương đối trung bình của momen quán tính theo công thức

c- Tính sai số tuyệt đối trung bình của momen quán tính

Bài 2: XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG BẰNG CON LẮC VẬT LÝ

1-Bảng số liệu:

-ooo - Độ chính xác của thước kẹp: 0,02.(mm)

- Độ chính xác của máy đo thời gian MC-963A: 0,01 (s)

- Chiều dài con lắc vật lý: L = (7,01±0,01).10 -1 (m)

T2 = f(a) Polynomial (T2 = f(a))

a (mm)

Hai đường cong này giao nhau tại a =27(mm) ứng với T1 = T 2 = T VL = 1,683(s)

5-Tính sai số tuyệt đối g.

6-Viết kết quả đo g.

g±

Bài 3: XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CHẤT KHÍ

0,9 0,1 2,1 0,1 0,1 0,1 1,9 0,9 1,1

-20 -22 -18 -21 -20 -25 -19 -18 -22

0,6 1,4 2,6 0,4 0,6 4,4 1,6 2,6 1,4

2-Tính giá trị trung bình và các sai số tuyệt đối trung bình: ,

4-Tính sai số tương đối trung bình của  và i

5-Tính sai số tuyệt đối trung bình  và i

6-Viết kết quả đo  và I

2153 2115 2122

2153 2115 2122

- Tính sai số tuyệt đối trung bình R x

- Viết kết quả đo R X:

2 Bảng 2: Xác định dung kháng Zc và điện dung C x

1

2

300 400

453 354

1,17.10 -6

1,12.10 -6

0,033 0,035

- Tính giá trị của điện dung và sai số tương đối  Cxi cho từng lần đo rồi ghi vào bảng số liệu.

- Tính sai số tuyệt đối trung bình:

- Viết kết quả đo

3- Bảng 3: Xác định cảm kháng , độ tự cảm (cuộn dây không lõi sắt)

219 253 286

0,0697 0,0671 0,0650

0,041 0,039 0,037

- Tính giá trị của độ tự cảm Lx và sai số tương đối  Lxi cho từng lần đo rồi

ghi vào bảng số liệu.

- Tính sai số tương đối trung bình:

- Tính sai số tuyệt đối trung bình:

- Viết kết quả đo

4- Bảng 4: Xác định tần số cộng hưởng fo

1 2 3

1856 1865 1863

5,3 3,7 1,7

U X =U R0=R0.I √2.sinωt

U Y =U L,C I √2.sin(ωt+π

2 )

Do cộng hưởng nên Z L =Z c => U Y =0 => U X đồng pha I

=> Độ lệch pha là 0=> quỹ đạo là đường thẳng

Bài 5: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA DIODE VÀ TRANSISTOR

1-Vẽ đường đặc trưng Volt-Ampere I = f (U) của diode:

-ooo -a-Bảng số liệu 1

Thang đo của volt-kế: U m = 1V

Cấp chính xác của volt-kế: k V = 1,5 %;

Khoảng chia nhỏ nhất của thang đo volt-kế:  V =0,02V

Thang đo của ampere-kế: I m = 10mA

ΔImax=k V .U m =0,015.10=0,15(mA )

ΔI =γ α.√ (ΔImax

b- Vẽ đặc tuyến I = f (U) của diode bán dẫn.

2- Vẽ đường đặc trưng I C = f (U CE ,I B ) của transistor

a Bảng số liệu 2.

- Thang đo của volt-kế: U m = 10V

- Cấp chính xác của volt-kế: k V =1,5 %;

- Khoảng chia nhỏ nhất của thang đo volt-kế:  V =0,02V

- Thang đo của ampere-kế 1: I m1 =100μA

- Khoảng chia nhỏ nhất của thang đo ampere-kế 1:  A1 =2μA

- Thang đo của ampere-kế 2: I m2 =10μA

sai số cho mỗi điểm thực nghiệm) Chọn ij là đoạn thẳng nhất trên đồ thị.

c- Xác định hệ số khuếch đại dòng điện  của transistor:

ΔI C i =ΔI C j =ΔI2=0,15.10−6( A)

-ooo - Volt -ooo -kế V: U max =15V , cấp chính xác: k V =1,5%, độ chia nhỏ nhất V

=0,2

- Ampere-kế A 1 : I 1 max =5 A, cấp chính xác: k A1 =1,5%, độ chia nhỏ nhất A1

=0,5

- Mật độ vòng dây của ống dây D: n = (6000±1) (vòng/m)

- Hệ số của ống dây D:  =(1,25±0,01).10−7

- Khoảng cách anod - lưới: d =(5,00±0,05).10−3 (m)

- Hiệu điện thế giữa lưới G và catod K: U = 6,0 (V).

ΔI1=0,303( A)⇒2 ΔI1=0,606( A )

ΔI2=0,06( mA)⇒ 2 ΔI2=0,12(mA)

Căn cứ vào đồ thị, xác định giá trị dòng điện I 1 :

3 )2

=1,8.√ (0,01

3 )2+(0,01

3 )2

=1,8.√ (0,01

3 )2+(0,01

e- Tính sai số tương đối trung bình của bước sóng:

Ampere kế A: I m = 1A, cấp chính xác: k A =1,5%, độ chia nhỏ nhất:  A = 0,02

ΔImax=k A .I m =0,015.1=0,015( μA)

Bài 8: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG BỨC XẠ NHIỆT NGHIỆM ĐỊNH LUẬT STEFAN - BOLTZMANN

1- Bảng số liệu 1:

a- Tính theo công thức (8.14) cho mỗi lần đo, rồi ghi vào bảng số liệu 1, sau

đó tính giá trị trung bình của nó.

b- Tính giá trị trung bình của điện trở dây tóc đèn theo công thức:

1+α t p +β t 2p=

0,24 1+4,82.10−3.32+6,76 10−7 32 2=0 ,24

đồ thị hàm lgE = f(lgT)

lgT

d- Dùng đồ thị tính độ dốc (hệ số góc của đoạn thẳng dài nhất) theo công thức:

S=tg= lgE i −lgE j

lgT i −lgE j

tg α= lg E lgT i −lg E j

i −lg T j = 0+0,80 3,23−2,81 =1,90

e- Tính các sai số và viết kết quả của S.

*Sai số tương đối:

Stefan-Bài 9: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI

XÁC ĐỊNH CÔNG THOÁT ELECTRON

- Độ chia nhỏ nhất của volt kế:  V =2V

- Thang đo cực đại của ampere kế: I m = 100ωA

Cần gạt đèn chiếu ở vị trí 2: đường màu xanh

Cần gạt đèn chiếu ở vị trí 1: đường màu cam

c- Xác định giá trị cường độ dòng quang điện bão hòa I bh1 và I bh2

: số quang electron ở Ibh(2) < Ibh(1)

2 Xác định công thoát electron

A=h.f−e.U C ⇔ln A=f ln h+ln f f +U C .lne+e.lnU C

⇔dA A =f dh h +h.df f +U e C .de+e dU U C

C

⇔ΔA A =f h +h. Δh f +U Δf C e +e Δe C ΔU C

⇔ΔA=f Δh+h Δf +U C Δe+e ΔU C