Đồ án cơ sở ngành mạch đo điện áp DC 05VHAUI

2 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ o0o ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI “THIẾT KẾ MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU TỪ 0 5V SỬ DỤNG PIC18F4520 HIỂN THỊ LCD” NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN NHÓM 20 NGUYỄN HOÀNG QUY.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN: NHÓM 20

NGUYỄN HOÀNG QUYỀN MSV: 2020605046 ĐÀO VIẾT TUÂN MSV: 2020606104 TRẦN TUYẾT NHI MSV: 2020605949 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN VĂN TÙNG

HÀ NỘI, 02 THÁNG 12 NĂM 2022

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành Kỹ thuật Điện tử Đời sống xã hội ngày càng phát triển cao dựa trên những ứng dụng của khoa học vào đời sống Vì vậy mà những công nghệ điện tử mang tính tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi Trong đó có sự đóng góp không nhỏ của kỹ thuật vi điều khiển Các bộ vi điều khiển đang đựơc ứng dụng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội Hầu hết là các thiết bị được điều khiển tự động từ các thiết bị văn phòng cho đến các thiết bị trong gia đình đều dùng các bộ vi điều khiển nhằm đem lại sự tiện ghi cho con người trong thời đại công nghiệp hoá, hiện đại hoá

Điện áp là một đại lượng rất quan trọng trong kĩ thuật điện– điện tử, mốn điều khiển một thiết bị hay một linh kiện điện tử nào đó ta phải quan tâm đến điện áp để điều khiển nó đầu tiên Thị trường đã sản xuất ra loại đồng hồ cơ ,tuy có thể đo điện áp nhưng ko thực sự chính xác, do vậy việc chế tạo ra một loại thiết bị đo có độ chính xác cao là rất cần thiết

Sau thời gian học tập rèn luyện tại trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội,

chuyên ngành Kĩ thuật máy tính, được sự đồng ý của GVHD: NGUYỄN VĂN TÙNG em tiến hành thực hiện đồ án cơ sở ngành : “THIẾT KẾ

MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU TỪ 0-5V SỬ DỤNG PIC18F4520 HIỂN THỊ LCD”

Với mong muốn đáp ứng được yêu cầu đặt ra trong việc nghiên cứu, đo lường về điện áp một chiều Từ đó có thể điều khiển và sử lý điện một cách chính xác hơn

CHIẾN và GVHD NGUYỄN VĂN TÙNG đã tận tình chỉ bảo chúng em trong

thời gian làm đồ án

Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2022 Nhóm 20

Chạy trên mạch thật Đánh giá sản phẩm và mở rộng đề tài

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 5

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 10

1.1 TỔNG QUAN 10

1.2 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 10

CHƯƠNG II: VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F4520 10

2.1 GIỚI THIỆU VỀ PIC 10

2.2 SƠ LƯỢC VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 18F4520 10

2.2.1 Sơ đồ chân và chức năng các chân của PIC18f4520 10

2.2.2 Nhận xét 16

2.3 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PIC18F4520 17

2.3.1 Cấu trúc tổng quát 17

2.3.2 Sơ đồ khối 18

2.4 GIỚI THIỆU VỀ LINH KIỆN SỬ DỤNG 20

2.4.1 Điện trở 20

2.4.2 Led đơn 20

2.4.3 Tụ điện (cap) 21

2.4.4 Cổng (Header) 22

2.4.5 Nút nhấn (Button) 22

2.4.6 Thạch anh 23

2.4.7 Tụ gốm 24

2.4.8 Biến trở 24

2.5 LIQUID CRYSTAL DISPLAY (LCD) 25

2.5.1 GIỚI THIỆU VỀ LCD 16x2: 25

2.5.1.1 SƠ ĐỒ CHÂN VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA LCD 25

2.5.1.2 Chức năng của các chân LCD 26

2.5.2 HIỂN THỊ KÝ TỰ TRÊN LCD 28

2.5.2.1 Nguyên tắc hiển thị 28

2.5.2.2 Mã lệnh của LCD 29

2.5.2.3 Một số mã lệnh cơ bản 30

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM 31

3.1 Thiết kế và thực hiện 31

3.1.1 Sử dụng phần proteus 8.11 pro 31

3.1.1.1 Mạch mô phỏng 31

3.1.2 Sử dụng phần Altium Design Summer09 31

3.1.2.1 Mạch nguyên lí 32

3.1.2.2 Mạch in 33

3.1.3 Sử dụng phần mềm Mplap 34

3.1.3.1 Viết code và chạy code 35

3.1.3.2 Lưu đồ thuật toán 38

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG 41

4.1 Thiết kế và thực hiện 41

4.1.2 Lựa chọn linh kiện 43

4.1.3 In mạch 43

4.1.4 Ngâm mạch 43

4.1.5 Hàn mạch 43

4.1.6 Chạy thử trên Boardtest 44

CHƯƠNG V KẾT QUẢ THỰC HIỆN 45

5.1 Kết quả 45

CHƯƠNG VI KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46

6.1 Kết luận 46

6.2 Hướng phát triển 46

CHƯƠNG VII TÀI LIỆU THAM KHẢO

46

CHƯƠNG VIII PHỤ LỤC

48

Lời mở đầu

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành

Kỹ thuật Điện tử Đời sống xã hội ngày càng phát triển cao dựa trên những ứng dụng của khoa học vào đời sống Vì vậy mà những công nghệ điện tử mang tính tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi Trong đó có sự đóng góp không nhỏ của kỹ thuật vi điều khiển Các bộ vi điều khiển đang đựơc ứng dụng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật

và đời sống xã hội Hầu hết là các thiết bị được điều khiển tự động từ các thiết bị văn phòng cho đến các thiết bị trong gia đình đều dùng các bộ vi điều khiển nhằm đem lại sự tiện ghi cho con người trong thời đại công nghiệp hoá, hiện đại hoá

Điện áp là một đại lượng rất quan trọng trong kĩ thuật điện–điện tử, mốn điều khiển một thiết bị hay một linh kiện điện tử nào đó ta phải quan tâm đến

điện áp để điều khiển nó đầu tiên Thị trường đã sản xuất ra loại đồng hồ cơ ,tuy có thể đo điện áp nhưng ko thực sự chính xác, do vậy việc chế tạo ra một loại thiết bị đo có độ chính xác cao là rất cần thiết

Sau thời gian học tập rèn luyện tại trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, chuyên ngành Kĩ thuật máy tính, được sự đồng ý của GVHD Nguyễn Văn

Tùng em tiến hành thực hiện đồ án cơ sở ngành : “THIẾT KẾ VÀ THI

CÔNG KIT PHÁT TRIỂN PIC 18F4520, MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU TỪ 0-5V HIỂN THỊ LCD”

Với mong muốn đáp ứng được yêu cầu đặt ra trong việc nghiên cứu, đo lường về điện áp một chiều Từ đó có thể điều khiển và sử lý điện một cách chính xác hơn

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU

1.1 TỔNG QUAN

1.2 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

TÊN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU TỪ 0- 5V SỬ DỤNG PIC18F4520 HIỂN THỊ LCD”

1 Dữ liệu cho trước

- Các tài liệu tham khảo, tài liệu

chuyên môn

- Chip vi điều khiển 18f4520

2 Nội dung cần hoàn thành

- Phần lí thuyết:

 Tính cấp thiết của đề tài

 Giới thiệu chung về vi điều khiển

 Thiết kế mạch điều khiển

 Lập lưu đồ thuật toán và viết chương trình điều khiển

 Quyển báo cáo và các bản vẽ mô tả đầy đủ nội dung của đề tài

CHƯƠNG II: VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F4520

2.1

o PIC là tên viết tắt của “Programmable Intelligent computer” do

hãng General Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ

Hãng Microchip tiếp tục phát triển sản phẩm này và cho đến ngày

nay đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm

 khác nhau

o PIC18F4520 là dòng PIC khá phổ biến, đầy đủ tính năng phục vụ cho

hầu hết các ứng dụng thực tế Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới

làm quen với PIC

 để phục vụ cho việc học tập và tạo nền tảng cho họ vi điều khiển PIC của mình

2.2

2.2.1 Sơ đồ chân và chức năng các chân của PIC18f4520

Hình 1

 Sau đây là giới thiệu cấu tạo chân loại 40 chân (40 Pin PDIP):

• Chân 1( MCLR /VPP/RE3)

- MCLR là đầu vào Master Clear (reset) hoạt động ở mức

thấp dể reset toàn bộ thiết bị

- VPP dùng để thay đổi điện áp đầu vào

- RE3 đầu vào số

Các chân thuộc cổng vào ra Port A:

• Chân 2(RA0/AN0):với RA0 là cổng vào ra số, AN0 là đầu vào tương tự Input0

• Chân 3(RA1/AN1): RA1 là cổng vào ra số, AN1 là đầu vào tương tự Input1

• Chân 4(RA2/AN2/VREF+): RA2 là cổng vào ra số, AN2 là đầu vào tương tự Input2 VREF+ đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp tham chiếu(mức thấp), còn CVREF là đầu ra tương tự để so sánh điện áp chuẩn

• Chân 5(RA3/AN3/VREF-/CVREF ): RA3 là cổng vào ra số, AN3 là đầu vào tương tự Input3

VREF-

đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp

tham chiếu(mức cao)

• Chân 6(RA4/T0CKI/C1OUT): RA4 là đầu vào ra số,T0CKI dầu vào xung bên ngoài của Timer0, C1OUT là đầu ra bộ so sánh 1

• Chân 7(RA5/AN4/ SS /HLVDIN/C2OUT): trong đó RA5 là cổng vào

ra só, AN4 là đầu vào tương tự Input 4, SS chọn đầu vào phụ thuộc SPI,

HLVDINđầu vào tương tự để dò điện áp, C2OUT đầu ra bộ so sánh 2

• Chân 8(RE0/ RD /AN5): RE0 đầu vào ra số, RD đầu vào điều khiển

đọc cho cổng PSP, AN5 đầu vào tương tự Input5

• Chân 9(RE1/ WR /AN6): RE1 đầu vào ra số, WR đầu vào điều khiển

viết dữ liệu cổng PSP, AN6 đầu vào tương tự Input6

• Chân 10(RE2/CS /AN7): RE2 đầu vào ra số, CS điều khiển

chọn Chip cho cổng PSP, AN7 đầu vào tương tự Input7

• Chân 13(OSC1/CLKI/RA7): với OSC1là đầu vào bộ dao động thạch anh hoặc là đầu vào nguồn xung từ bên ngoài, khi ta nối dây với các thiết

bị tương tự thì đầu vào này dạng ST (Schmitt Trigger input ưith CMOS levels) CLKI là đầu vào CMOS cho nguồn xung bên ngoài và luôn được ghép nối với chân OSC1 Còn RA7 là chân vào ra sử dụng chung

• Chân 14(OSC2/CLKO/RA6): OSC2 là đầu ra bộ dao động thạch anh

được nối với thạch anh hoặc bộ công hưởng dể lựa chọn dạng bộ dao động thạch anh CLK0 có tần số bằng tần số của OSC1 đọ rộng chu kì lệnh, RA6 là đầu vào ra chung

Các chân cổng vào ra hai chièu Port B Port B có thể lập trình bằng

phần mềm khi cho kéo đầu vào bên trong yếu lên trên toàn bộ đầu vào

• Chân 33(RB0/INT0/FLT0/AN12): Với RB0 là cổng vào ra

số, INT0 là đầu vào ngắt ngoài Interrup 0, FLT0 là đầu vào báo lỗi PWM được tăng cường CCP1, AN12 đầu vào tương tự Input 12

• Chân 34(RB1/INT1/AN10): RB1 là đầu vào ra số, INT1 đầu vào ngắt ngoài Interrup1, AN10 đầu tương tự Input 10

• Chân 35(RB2/INT2/AN8): RB2 là đầu vào ra số, INT2 đầu vào ngắt ngoài Interrup2, AN8 đầu tương tự Input 8

• Chân 36 (RB3/AN9/ccp2): RB3 là đầu vào ra số, AN9 đầu tương tự

Input 9, CCP2 ( Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.)

• Chân 37(RB4/KBI0/AN11):): RB4 là đầu vào ra số, KBI0 thay đổi mở ngắt, AN11 đầu tương tự Input 9

• Chân 38(RB5/KBI1/PGM): RB5 đầu vào ra số, KBI1 thay đổi mở ngắt, PGM cho phép có thể lập trình ISCPTM ở điện áp thấp

• Chân 39(RB6/KBI2/PGC): RB6 là đầu vào ra số, KBI2 thay đổi mở ngắt, PGC chân dùng trong mạch chạy và

xung lập trình ICSP

• Chân

40(RB7/KBI3/PGD): RB7 đầu vào

ra số, KBI3 thay đổi mở ngắt, PGD

chân dung trong mạch chạy và

xung lập trình ICSP

Các chân công Port C:

• Chân

15(RC0/T1OSO/T13CKI):RC0 đầu

vào ra số, T1OSO đầu ra bộ dao

động Timer1, T13CKI đầu vào

xung bên ngoài Timer1/Timer3

• Chân 16(RC1/T1OSI/CCP2): RC1

đầu vào ra số, T1OSI đầu vào bộ

dao động Timer1, CCP2(Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.)

• Chân 17(RC2/CCP1/P1A): RC2 lầ đầu vào ra số,

CCP1(Capture1 input/Compare 1 output/PWM1 output.), P1A đầu ra tăng cường CCP1

• Chân 18(RC3/SCK/SCL): RC3 là đầu vào ra số, SCK đầu vào ra đư

chuỗi xung vào ra cho SPI lựa chọn, SCL đầu vào ra đưa chuỗi xung vào

ra cho I2CTM lựa chọn

• Chân 19(RD0/PSP0): RD0 đầu vào ra số, PSP0 cổng dữ liệu song song phụ thuộc

• Chân 20(RD1/PSP1): RD1 đầu vào ra số, PSP1cổng dữ liệu song song phụ thuộc

• Chân 21(RD2/PSP2): RD2đầu vào ra số, PSP2 cổng dữ liệu song song phụ thuộc

• Chân 22(RD3/PSP3): RD3 đầu vào ra số, PSP3 cổng dữ liệu song song phụ thuộc

• Chân 23(RC4/SDI/SDA): RC4 là đầu vào ra số, SDI đầu vào dữ liệu API, SDA đầu vào ra dữ liệu cho I2C

• Chân 24(RC5/SDO): RC5 đầu vào ra số, SDO đầu ra dữ liệu SPI

• Chân 25(RC6/TX/CK): RC6 đầu vào ra số, TX đầu ra chuyển đổi dị bộ EUSARRT, CK dầu vào ra xung đồng bộ EUSART

• Chân 26(RC7/RX/DT): RC7 đầu vào ra số, RX đầu vào nhận dị bộ

EUSART, DT, đầu vào ra dữ liệu đồng bộ EUSART

Các chân cổng Port D( Port D có thể vào ra hai hướng hoặc cổng song song phụ thuộc(PSP) cho giao diên vi xử lý và khi đó các đầu vào phải là TTL

• Chân 27(RD4/PSP4): RD4 đầu vào ra số, PSP4 cổng dữ liệu song song phụ thuộc

• Chân 28(RD5/PSP5/P1B): RD5 đầu vào ra số, PSP5 cổng

dữ liệu song song phụ thuộc, P1B đầu ra được tăng cường CCP1

• Chân 29(RD6/PSP6/P1C): RD6 đầu vào ra số, PSP6 cổng

dữ liệu song song phụ thuộc, P1C đầu ra được tăng cường CCP1

• Chân 30(RD7/PSP7/P1D): RD7 đầu vào ra số, PSP7 cổng

dữ liệu song song phụ thuộc, P1D đầu ra được tăng cường CCP1

Các chân cổng Port E:

- Đầu RE3 nằm ở chân 1 Các

chân khác:

• Chân 12,31(VSS): nối đất chuẩn cho I/O và logic

• Chân 11,32(VDD): cung cấp nguồn dương cho I/O và logic

Loại 44 chân có thêm một số chân phụ khác khi cần thiết ta có thể

dễ dàng tra trong DataSheet Chi tiết hơn chúng ta có thể thấy qua sơ đồ

khối của PIC 18F4420/4520 trong tài liệu do microchip cung cấp sẽ có

hoàn toàn đầy đủ thông tin đặc điểm cấu tạo

PORTA, TRISA and LATA Registers

Port A là cổng vào ra hai hướng 8 bit Thanh ghi TRISA dùng điều

khiển dữ liệu có hướng Khi bit TRISA(=1) thì tương ứng các chân Port A

là đầu vào, ngược lại (=0) tương ứng các chân Port A là đầu ra Thanh ghi

LATA kiểm soát hoạt động đọc viết hiệu chỉnh của Port A Cụ thể chức

năng các chân của cổng này đã nói chi tiết ở cấu trúc chân của vi điều khiển

 PORTB, TRISB and LATB Registers

 PORTC, TRISC and LATC Registers

 PORTD, TRISD and LATD Registers

Về cơ bản Port B, PortC, PortD có nguyên tắc hoạt động giống PortA Còn các chức năng cơ bản khác trong sơ đồ chân phần cứng đã giải thích cụ thể Riêng PortD có thêm sự đặc biệt do nó có thể chuyển tiếp thành cổng song song phụ thuộc(PSP)

PORTE, TRISE and LATE Registers

Port E có độ rộng 4 bit các chân chúng ta đã tìm hiểu ở trên Hoạt động thanh ghi TRISE cũng tươngtự như các thanh ghi có cùng chức năng

-Timer0 : 8-bit định thời/đếm với 8-bit prescaler

-Timer1: 16- bit định thời/đếm với prescaler, có thể đƣợc tăng lên trong suốt chế độ Sleep qua thạch anh/xung clock bên ngoài

-Timer2: 8-bit định thời/đếm với 8-bit prescaler và postscaler

 Hai module Capture,Compare, PWM:

- Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12,5ns

- Compare có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200ns

- Độ phân giải lớn nhất của PWM là 10 bit

 Có 13 ngõ I/O có thể điều khiển trực tiếp:

 Dòng vào và dòng ra lớn:

-25mA dòng vào cho mỗi chân

-20mA dòng ra cho mỗi chân

 8 kênh của bộ chuyển đổi tương tự sang số(A/D) 10-bit

2.3

2.3.1 Cấu trúc tổng quát

 32 Kbytes Flash Rom

 256 bytes EFPROM

 256 bytes SRAM

 75 lệnh mạnh, hầu hết các lệnh thực hiện trong bốn chu kì xung

 Tốc độ thực hiện lên tới 10 triệu lệnh trong 1s với tần số 40Mhz

 1 bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer)

 Power on Reset và dò Brown out khả trình

 Nguồn ngắt

 Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

o Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần

o Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần

o Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

o Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

o Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial

Programming) thông qua 2 chân

o Watchdog Timer với bộ dao động trong

o Chức năng bảo mật mã chương trình

o Chế độ Sleep

o Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

2.3.2 Sơ đồ khối

và điện áp hoạt động Biến trở là loại điện trở có thể thay đổi đƣợc trở kháng nhƣ các núm vặn điều chỉnh âm lƣợng Các loại cảm biến có điện trở biến thiên nhƣ: cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lực tác động và các phản ứng hóa học

Hình 3

2.4.2 Led đơn

 LED (viết tắt của light-emitting diode, có nghĩa là diode phát sáng hoặc diode phát quang là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như diode, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

 Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng lượng điện trường của tụ điện Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay

chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều

Chức năng, công dụng chính mà công tắc này mang lại chính là đóng/ ngắt

nguồn điện từ xa cho các thiết bị sử dụng điện trong hệ thống, góp phần giúp các thiết bị điện trong hệ thống vận hành ổn định

Hình 7

2.4.6 Thạch anh

 Thạch anh (ký hiệu: XT, X, OSC hoặc Crystal) là một linh kiện điện tử được chế tạo từ các tinh thể thạch anh (SiO2) dùng để tạo ra các xung dao động cho trạm phát sóng, rada, thiết bị đeo tay hệ thống xử lý tín hiệu hay trong các thí nghiệm

đo lường

Hình 8

Điện trở của thiết bị có thể đƣợc thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác nhƣ nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,

Hình 10

2.5 LIQUID CRYSTAL DISPLAY (LCD)

2.5.1 GIỚI THIỆU VỀ LCD 16x2:

2.5.1.1 SƠ ĐỒ CHÂN VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA LCD

 Sơ đồ chân :

Hình 11