hiệu ứng led đơn có cài đặt thời gian dùng vi điều khiển

hiệu ứng led đơn có cài đặt thời gian dùng vi điều khiển

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

GVHD : Ths.Lê Anh Tuấn

SVTH : Lê Duy Khang

MSSV : 40900131

LỚP : 09040003

TP.HCM, ngày 28 tháng 04 năm 2012

ii

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

GVHD : Ths.Lê Anh Tuấn

SVTH : Lê Duy Khang

MSSV : 40900131

LỚP : 09040003

TP.HCM, ngày 28 tháng 04 năm 2012

i

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

Họ và tên:Lê Duy Khang MSSV:40900131Ngành:Tự Động Điều Khiển Lớp:09040003

I Đề tài:

Hiệu ứng led đơn có cài đặt thời gian dùng vi điều khiển

II Nhiệm vụ đề tài:

_ Sử dụng vi điều khiển để lập trình tạo hiệu ứng 10 led đơn sáng dần và tắt dần

_ Yêu cầu hiệu ứng được thực hiện trong các khoảng thời gian cài đặt qua các nút

nhấn,dùng led 7 đoạn để hiển thị thời gian

_ Thi công phần cứng,hiểu các thành phần trong mạch cứng,tìm hiểu phần mềm lập trình và nạp cho vi điều khiển

_ Vẽ lưu đồ giải thuật lập trình

_ Hiểu nguyên lý hoạt động của mạch và viết chương trình

_ Viết báo cáo

III.Ngày giao đồ án: 20/02/2012.

IV.Ngày nộp đồ án: 28/04/2012.

V.Ngày bảo vệ trước hội đồng: Từ 02/05/2012 đến 08/05/2012.

VI.Họ và tên GVHD: Ths.Lê Anh Tuấn.

Tp.HCM,ngày 20 tháng 02 năm 2012 CNBM.Điều khiển tự động Giảng viên hướng dẫn

ii

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TP Hồ Chí Minh, ngày 28 thang 04 năm 2012.

Giáo Viên Hướng Dẫn

iii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin cảm ơn đến quý thầy cô đã tạo điều kiện cho chúng em được tiếp cận với thực tế,được tư duy sáng tạo một cách độc lập thế này

Những gì chúng em học từ thầy cô đã được áp dụng triệt để trong Đồ án 1

này.Qua đó chúng em càng hiểu thêm về tính thực tế và hữu ích của những lý thuyết mình đã từng học trong những năm đầu

Sau khi tiếp xúc thực tế chúng em mới hiểu là mình còn thiếu sót rất nhiều và biết được mình có yêu thích ngành nghề mình đã chọn và đang học hay không

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Giáo viên hướng dẫn cho em là thầy Lê Anh Tuấn đã phân công cho em đề tài rất hữu ích,có nhiều thứ cần khám phá,cần học hỏi.Bên cạnh đó thầy cũng đã hướng dẫn rất nhiệt tình để giúp em có thể báo cáo đồ án được tốt hơn

Lời cuối cùng em xin chân thành cám ơn tất cả thầy cô trong khoa và chúc sức khỏe đến các thầy cô!

TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 04 năm 2012.

Sinh Viên Thực Hành

iv

Lê Duy Khang

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng

ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp Các bộ vi điều khiển theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ vi điều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi điều khiển 32 bit, rồi sau này là 64 bit Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày

Một trong những loại Vi Điều Khiển được sử dụng rộng rãi và lâu đời nhất là họ Vi Điều Khiển 8051 Ở đồ án 1 này,em xin giới thiệu đến quý thầy cô một ứng dụng của Vi Điều Khiển 8051 là Điều khiển led đơn có cài đặt thời gian dùng Vi Điều Khiển 8051

v

MỤC LỤC Đề mục

Trang

Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Nhận xét của giáo viên iii

Chương I: Cơ Sở Lý Thuyết

I.1 Giới thiệu tổng quan vi xử lý 8051 1

I.2 Giới thiệu tổng quát IC 74LS47 6

Chương II: Thiết Kế Sản Phẩm

II.1 Sơ đồ nguyên lý 8

II.2 Nguyên lý hoạt động 9

II.3 Sơ đồ giải thuật 9

II.4 Chương trình phần mềm 11

II.5 Một số hình ảnh 14

vi

Chương III: Kết Luận Và Đề Nghị

Bảng I.1 Một số chức năng đặc biệt của các chân Port 3 4

vii

LIỆT KÊ HÌNH

Hình Trang

Hình I.1 – Sơ đồ khối của AT89C51 2

Hình I.2 – Sơ đồ chân của AT89C51 2

Hình I.3 – Port 0 3

Hình I.4 – Port 1 3

Hình I.5 – Port 2 4

Hình I.6 – Port 3 4

Hình I.7 – Sơ đồ chân IC 74LS47 6

Hình I.8 – Sơ lược cách thức hoạt động ic 74ls47 6

viii

Hình I.9 - Giá trị hiển thị trên LED 7 đoạn 7

Hình I.10 – Bảng giá trị logic giải mã của 74ls47 7

Hình II.2 - Mạch vi xử lý AT89C51 14

Hình II.3 - Mạch hoạt động 14

Hình II.4 – Chế độ 20s 15

Hình II.5 – Chế độ 30s 15

Hình II.6 – Chế độ 50s 16

Hình II.7 – Mạch mô phỏng 16

Hình II.8 – Mạch in orcad 17

ix

Chương I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

….….

I.1 Giới thiệu tổng quát Vi Xử Lý 8051

IC AT89C51 thuộc họ 8051 của Intel, nhưng bây giờ chủ yếu được sản xuất bởi hãng Atmel với các loại như: AT89C51,AT89C52,AT89S52,…

Sơ lược về cấu trúc phần cứng IC 8051

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:

- 4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có khả năng ghi xóa tới 1000 chu kỳ

- Tần số hoat động tối đa đến 24 MHz

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 2 bộ Timer/Counter 16 bit

- 128 Byte RAM nội

- 4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit

- Giao tiếp nối tiếp

Hình I.1 – Sơ đồ khối của AT89C51

Hình I.2 – Sơ đồ chân của AT89C51

Trang 2

OTHER REGISTER 128 byte RAM

128 byte RAM 8032\8052

ROM0K:

8031\80324K:89518K:8052

INTERRUPT

CONTROL

TEMER2 8032\8052

CPU

OSCILATOR

BUS CONTROL I/O PORT SERIAL PORT

TEMER2 8032\8052TEMER1TEMER1

b – Chức năng các chân của AT89C51

+ Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập ra, port 0 còn là

bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus

Hình I.5 – Port 2

+ Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức năng xuất

nhập ra còn có một số chức năng đặc biệt sau:

Bảng I.1 Một số chức năng đặc biệt của các chân Port 3

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếpP3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp

P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

Hình I.6 – Port 3

Trang

4

+ RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta phải đưa mức

1 (5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy (tương đương 2µs đối với thạch anh 12MHz

+ XTAL 1, XTAL 2: AT89C51 có một bộ dao động trên chip, nó thường được nối với

một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 24MHz, thông thường là 12MHz

+ EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp

(GND) Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng

+ ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi

bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó các đường port 0 dùng để xuất hoặc nhập

dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ

+ PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ nhớ chương

trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua Bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao)

+ Vcc, GND: AT89C51 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V – 5.5V được cấp

qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND)

Trang

5

Hình I.7 – Sơ đồ chân IC 74LS47

Các thức hoạt động:

- Sơ đồ nguyên lý: Như sơ đồ trên, trong đó A,B,C,D ( Nối với Vi xử lý, mạch số counter,…),

BI/RBO,RBI,LT ( chân điều khiển của 7447, tùy thuộc vào nhu cầu sẽ nối khác nhau), Chân QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG nối lần lượt với chân a,b,c,d,e,f,g của led 7 đoạn anot chung

- Mô tả cách thức hoạt động như sau:

PORT A,B,C,D : đầu vào của 7447, nhận các giá trị theo nhị phân (BCD) từ 0 tới 15, tương ứng với mối giá trị nhận được sẽ giải mã ra đầu ra Q tương ứng

PORT QA-QG : Nối trực tiếp LED 7 thanh với QA=a,QB=b,QC=c,QD=d,QE=e,QF=f,QG=g, giá trị hiển thị trên LED 7 đoạn phụ thuộc vào giá trị đầu vào PORTA,B,C,D theo bảng sau:

Hình I.9 - Giá trị hiển thị trên LED 7 đoạn

-BI/RBO,RBI,LT : Chân điều khiển của 7447, để hiểu rõ ta cần tìm hiểu mức bảng logic sau

(Để kích hoạt IC 7447 hoạt động chỉ cần nối BI/RBO=LT=1 ):

Hình I.10 – Bảng giá trị logic giải mã của 74ls47

Trang

7

Chương II

THIẾT KẾ SẢN

PHẨM

….….

II.1 Sơ đồ nguyên lý:

Hình II.1 – Sơ đồ nguyên lý

-Giải thích giá trị điện trở:

• sụt áp của led Vled = 1.8 ~ 2.5v =>chọn 2v

• sụt áp chân vi điều khiển Va = 0.9v

• dòng led sáng đẹp I = 10 ~ 20 mA => chọn 10mA

• R = = = 210 => chọn R= 220Ω

-Mạch tạo dao động: dùng thạch anh 12MHz và 2 con tụ 33p để ổn định tần.

-Mạch RESET: dùng tụ 10 µF và điện trở 10k để tạo mạch reset cho IC

Trang 8

II.2 Nguyên lý hoạt động:

 Mạch có 10 led với 2 hiệu ứng khác nhau:sáng dần tắt dần và nhấp nháy đồng thời

 Mạch có 3 nút nhấn thể hiện 3 thởi gian khác nhau 20s,30s,50s

 Sau khi cấp nguồn,nhấn nút 20s,10 led sáng dần tắt dần trong 20s,led 7 đoạn đồng thời đếm đến hết 20s.Sau khi hết 20s,led 7 đoạn đã về 0,led nhấp nháy đồng thời 4 lần rồi quay lại chu kỳ đầu,led 7 đoạn tiếp tục đếm lại 20s và 10 led lại sáng dần tắt dần

 Tương tự cho các nút 30s và 50s,10 led sáng dần tắt dần trong khoảng thời gian đó.Sau khi hết khoảng thời gian đó,10 led nhấp nháy đồng loạt 4 lần và lại quay về chu kỳ đầu

 Trong khi led 7 đoạn đang đếm và 10 led đang sáng dần tắt dần,nếu ta nhấn nút thời gian khác thì led 7 đoạn sẽ đếm lại từ đầu ứng với khoảng thời gian đó

 Khi led 7 đoạn đếm hết thời gian về 0 thì 10 led sáng dần hoặc tắt dần đang ở vị trí led nào thì sau khi hết hiệu ứng nhấp nháy,10 led sẽ sáng dần hoặc tắt dần tiếp tục ở vị trí đó

 Ấn nút Reset thì mạch trở lại trạng thái ban đầu khi mới cấp nguồn

II.3 Sơ đồ giải thuật:

Nhấn nút nào?

20s?30s?50s?

20

Đếm ngược 50s và 10 led sáng dần tắt dần

10 led đồng loạt nhấp nháy 4 lần

II.5 Một số hình ảnh:

Hình II.2 - Mạch vi xử lý AT89C51

Hình II.3 - Mạch hoạt động

Trang

14

Hình II.4 – Chế độ 20s

Hình II.5 – Chế độ 30s

Trang

15

Hình II.6 – Chế độ 50s

Hình II.7 – Mạch mô phỏng

Trang

16

Hình II.8 – Mạch in orcad

Trang

17

- Mạch chỉ cần nguồn nuôi từ 7 đên 24 VDC.

- Led sáng khá đều đẹp nhưng do mạch vi xử lý và mạch hoạt động chính riêng nên phải nối jumper khá nhiều

- Mạch có thể thay đổi thời gian linh hoạt bằng cách ấn nút và khi khởi động chỉ cần ấn 1 trong 3 nút thời gian là mạch có thể chạy liên tục ứng với thời gian đã chọn

- Lúc vẽ mạch orcad thì phải vẽ lớn nếu không các đường đồng dễ đứt nên tính thẩm mỹ không cao,không nhỏ gọn

- Trong lúc vẽ mạch orcad còn nhiều sai sót nên khi hàn mạch phải chỉnh sửa khá nhiều

- Khi khoan và hàn mạch do lần đầu làm mạch nên dẫn đến một số lỗi cơ bản làm cho mạch thiếu thẩm mỹ

- Chương trình viết khá dài và chưa hoàn hảo lắm

- Tuy mạch đã hiển thị như yêu cầu nhưng riêng chức năng reset đã bị lỗi

Cách khắc phục:

- Lần sau nếu vẽ mạch orcad thì đưa cả mạch vi xử lý và mạch hoạt động chính làm một

- Cần học hỏi nhiều hơn kiến thức về vẽ mạch orcad để có thể vẽ mạch hoàn chỉnh hơn

- Rèn luyện thêm về kỹ năng làm phần cứng của mạch

- Kiểm tra kĩ càng,tìm cách khắc phục chức năng reset

- Học hỏi thêm về cách viết và hiểu rõ chương trình hơn

Về mặt thực tế: Mạch có thể ứng dụng trong các biển quảng cáo,trang trí nhưng tính

thực tế không cao lắm vì mạch còn nằm trong phạm vi đồ án,chức năng của mạch còn đơn giản,tính mỹ thuật còn thấp,chưa đáp ứng được yêu cầu của xã hội hiện đại hiện nay

III.2 Hướng phát triển:

- Thay led 7 đoạn bằng hiển thị LCD để dễ dàng thao tác và quản lý

- Phát triển thêm một số dạng hiển thị và các màu led khác nhau để mạch có thể ứng dụng vào các biển quảng cáo quy mô hơn,đẹp hơn

- Thiết kế trên một mạch duy nhất,tính toán kỹ lưỡng để giảm thiểu số jumper,phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ

Trang

18

THÔNG TIN CÁ NHÂN

Họ tên: Lê Duy Khang Ngày sinh: 07/11/1991

Quê quán: TP.Hồ Chí Minh

Địa chỉ: 26 đường 13 phường 4 quận 4 tp.hcm