Chuyên đề thực tập thiết kế mạch đo và hiển thị nhiệt độ và độ ẩm môi trường

Tuy nhiênở một số loài động vật, nhất là động vật biến nhiệt có khả năng sống tiềm sinh khi nhiệtđộ xuống quá thấp hoặc lên quá cao, tuy vậy khi chế độ nhiệt trở lại

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

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

ta đã và đang một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của khoa học kỹ thuậtđiện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với những đặc điểm nổi bật như độ chính xáccao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động của conngười đạt hiệu quả cao Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng đểvận hành và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp Các bộ vi điều khiển theo thờigian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ viđiều khiển 32 bit, rồi sau này la 64 bit Điện tử đã áp ứng được những đòi hỏi khôngngừng từ các lĩnh vực nông – lâm – ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạtđộng đời sống hằng ngày

Qua 3 năm học tập và nghiên cứu tại Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, chúng

em đã được các thầy, cô truyền đạt cho những kiến thức cả về lý thuyết và thực hành, đểchúng em áp dụng kiến thức đó vào thực tế và làm quen công việc độc lập của người kỹ

sư trong tương lai, thông qua một công việc cụ thể, chính vì lý do đó mà chúng em đãđược nhận đề tài tốt nghiệp rất thực tế đó là: Thiết kế mạch đo và hiển thị nhiệt độ và độẩm môi trường

Mặc dù đã cố gắng thiết kế và làm mạch nhưng do trình độ và năng lực còn hạn chếnên mạch vẫn còn những sai sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự góp ý của cácthầy, cô giáo để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp và nhiệm vụ học tập tại trường

Trang 2

Chương 1 VẤN ĐỀ ĐO CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG

1.1 Mục đích

Sự cần thiết, quan trọng cũng nhờ tính khả thi vào lợi ích của mạch số cũng chính là

lý do nên chọn và thực hiện đồ án “Thiết kế mạch đo và hiển thị nhiệt độ và độ ẩm

môi trường” nhằm dùng kiến thức số học và kỹ thuật số vào thực tế.

1.2 Tầm quan trọng của nhiệt độ và độ ẩm

Nhiệt độ và độ ẩm là yếu tố sinh thái ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống động, thựcvật và hoạt động xã hội của con người.Nhiệt độ được xem là yếu tố sinh thái có ảnhhưởng lớn nhất đối với động vật Nhiệt độ đã ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến sựsống, sự sinh trưởng, phát triển, tình trạng sinh lý, sự sinh sản, do đó có ảnhhưởng đến sự biến động số lượng và sự phân bố của động vật

- Ảnh hưởng trực tiếp của nhiệt độ môi trường đến sự chuyển hóa năng lượng của

cơ thể Khi nhiệt độ môi trường thay đổi ở một chừng mực nào đó, sẽ ảnh hưởng đếnnhiệt độ cơ thể Khi nhiệt độ cơ thể vượt ra khỏi giới hạn thích hợp sẽ làm tăng hay giảmcường độ chuyển hóa và gây rối loạn trong quá trình sinh lý bình thường của cơ thể Khinhiệt độ hạ thấp xuống tới một mức độ nào đó, đầu tiên là làm ngưng trệ chức năng tiêuhóa, sau đó đến chức năng vận động, rồi đến tuần hoàn và sau cùng là hô hấp Tuy nhiênở một số loài động vật, nhất là động vật biến nhiệt có khả năng sống tiềm sinh khi nhiệtđộ xuống quá thấp hoặc lên quá cao, tuy vậy khi chế độ nhiệt trở lại bình thường thì cácquá trình sinh lý cơ bản của các loài động vật nói trên sớm trở lại trạng thái hoạt độngbình thường

- Ảnh hưởng gián tiếp là nhiệt độ có thể tác động lên động vật như một loại tín hiệu,tín hiệu nhiệt độ có thể làm thay đổi điều kiện phát triển, sinh sản và sự hoạt động củađộng vật

- Ảnh hưởng của độ ẩm không khí: Độ ẩm tỉ đối của không khí càng nhỏ, sự bay hơi qua lớp da càng nhanh, thân người càng dễ bị lạnh Độ ẩm tỉ đối cao hơn 80% sẽ tạo

Trang 3

điều kiện cho cây cối phát triển, nhưng lại dễ làm ẩm mốc hàng hóa trong kho và làm hư hỏng máy móc, dụng cụ điện tử, cơ khí, khí tài quân sự Để bảo quản các thứ này ta phải thực hiện nhiều biện pháp chống ẩm như dùng các chất hút ẩm, bôi dầu mỡ lên các chi tiết máy

Để chống ẩm, người ta phải thực hiện nhiều biện pháp như dùng chất hút ẩm, sấynóng, thông gió,…

1.3 Ứng dụng

Đo và hiển thị nhiệt độ và độ ẩm môi trường bằng màn hình LCD được ứng dụngrất rộng rãi công - nông nghiệp cũng như trong đời sống hằng ngày, giúp con ngườichúng ta hoạt động và làm việc hiệu quả hơn Một số ứng dụng tiêu biểu như:

Trong hệ thống công nghiệp thì yếu tố được sử dụng nhiều là nhiệt độ Nhiệt độđược đo trong các hệ thống nồi hơi, các lò ấp sấy… Các hệ thống đo và điều khiển hiệnnay xuất hiện nhiều trên thị trường với phương pháp đo và điều khiển khác nhau Ví dụ:Trong các lò ấp trứng gia cầm, yêu cầu phải cung cấp lượng nhiệt đầy đủ và liên tục thìnăng suất và độ chính xác của lò mới cao Nếu trong quá trình ấp trứng mà mất nhiệt thìtrứng dễ hỏng, yêu cầu của ấp trứng gia cầm là sai lệch nhiệt độ thấp (tùy từng thời kỳ)không quá 0,1 – 0,2 độ C (Tất nhiên còn nhiều yêu cầu khác nữa như độ ẩm, độ thôngthoáng, độ vô trùng…) Mục tiêu là nâng cao tỷ lệ nở và tỷ lệ chính phẩm Do vậy cầnphải có hệ thống kiểm soát, quản lý xem lò có được cung cấp nhiệt đầy đủ hay không, vàcó thể biết dễ dàng ngăn trứng nào không được cung cấp nhiệt để kịp sửa chữa Để tạo ramột máy ấp trứng phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

- Bảo đảm nhiệt độ thích hợp (37-38ºC ) và tương đối ổn định theo từng giaiđoạn của mỗi đợt ấp

- Bảo đảm độ ẩm thích hợp (50-80%) và tương đối ổn định theo từng giaiđoạn của mỗi đợt ấp

- Bảo đảm thông gió thoáng khí nơi tủ ấp

- Bảo đảm đảo trứng thường xuyên (1-3 h 1 lần)

Trong nông nghiệp được dùng để kiểm tra và theo dõi nhiệt độ và độ ẩm để câytrồng có thể sinh trưởng phát triển tốt nhất, hay như để hiển thị nhiệt độ và độ ẩm trong

Trang 4

phòng bảo quản nông sản Ví dụ: Trong kỹ thuật trồng nấm rơm Đối với nấm rơm Theodõi nhiệt độ và độ ẩm là khâu quan trọng nhất trong quá trình sản xuất Độ ẩm là yếu tốhàng đầu, vì độ ẩm giúp quá trình phân hủy rơm rạ thuận lợi từ đó sẽ tạo nhiệt độ trong

mô nấm Nếu ẩm độ dư, thừa nước: Nhiệt độ sẽ giảm, mô nấm bị lạnh Nếu độ ẩm thiếu,

mô bị khô nhiệt độ tăng Để nấm sinh trưởng phát triển tốt và đạt năng suất cao thì chúng

ta nên cần theo dõi nhiệt độ và độ ẩm của ụ nấm Việc sử dụng vi điều khiển vào quátrình trồng nấm là hoàn toàn thiết thực, sử dụng mạch đo và hiển thị nhiệt độ môi trường

sẽ đáp ứng được yêu cầu đặt ra vì mạch có rất nhiều những ưu điểm như: Độ chính xáctương đối cao, an toàn, nhỏ gọn…

Chính vì những lý do trên mà chúng em đã thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch đo vàhiển thị nhiệt độ và độ ẩm môi trường”

Trang 5

Chương 2 CẤU TRÚC MẠCH ĐO VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ

Hình 2.1 Cấu trúc mạch đo

2.1 Khối CPU

2.1.1 Giới thiệu về AVR

AVR là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel cũng là nhà sảnxuất dòng vi điều khiển 89C51 mà có thể bạn đã từng nghe đến) AVR là chip vi điềukhiển 8 bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa-RISC (Reduced Instruction SetComputer), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí.

Tại sao AVR: so với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tínhhơn hẳn, hơn cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng) và đặc biệt là về chức năng:

Gần là các khối như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử

Khối Hiển Thị

Nhiệt Độ và Độ

Ẩm

Trang 6

dụng AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường thạch anh) Thiếtbị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cần vài điện trở là cóthể làm được Một số AVR còn hỗ trợ lập trình on - chip bằng bootloader không cầnmạch nạp… Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C.Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note… rất lớn trên internet.

Hầu hết các chip AVR có những tính năng (features) sau:

 Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụng xung clock nộilên đến 8 MHz (sai số 3%) Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rấtnhiều lần và dung lượng lớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớ lưutrữ lập trình được EEPROM

 Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional)

 8 bits, 16 bits timer/counter tích hợp PWM

 Các bộ chuyển đối Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh

 Chức năng Analog comparator

 Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS-232)

 Giao diện nối tiếp Two –Wire –Serial Master và Slaver

Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI) AVR có cấu trúc Harvard,trong đó đường truyền cho bộ nhớ dữ liệu (data memory bus) và đường truyền cho bộnhớ chương trình (program memory bus) được tách riêng Data memory bus chỉ có 8 bitvà được kết nối với hầu hết các thiết bị ngoại vi, với register file Trong khi đó programmemory bus có độ rộng 16 bits và chỉ phục vụ cho instruction registers Hình 2.2 mô tảcấu trúc bộ nhớ của AVR

Trang 7

Hình 2.2 Tổ chức bộ nhớ của AVR

Bộ nhớ chương trình (Program memory): Là bộ nhớ Flash lập trình được, trong cácchip AVR cũ (như AT90S1200 hay AT90S2313…) bộ nhớ chương trình chỉ gồm 1 phầnlà Application Flash Section nhưng trong các chip AVR mới chúng ta có thêm phần BootFlash setion Thực chất, application section bao gồm 2 phần: phần chứa các instruction(mã lệnh cho hoạt động của chip) và phần chứa các vector ngắt (interrupt vectors) Cácvector ngắt nằm ở phần đầu của application section (từ địa chỉ 0x0000) và dài đến baonhiêu tùy thuộc vào loại chip Phần chứa instruction nằm liền sau đó, chương trình viếtcho chip phải được load vào phần này

Vì chức năng chính của bộ nhớ chương trình là chứa instruction, chúng ta không cónhiều cơ hội tác động lên bộ nhớ này khi lập trình cho chip, vì thế đối với người lập trìnhAVR, bộ nhớ này “không quá quan trọng” Tất cả các thanh ghi quan trọng cần khảo sátnằm trong bộ nhớ dữ liệu của chip

Bộ nhớ dữ liệu (data memory): Đây là phần chứa các thanh ghi quan trọng nhất củachip, việc lập trình cho chip phần lớn là truy cập bộ nhớ này Bộ nhớ dữ liệu trên các chipAVR có độ lớn khác nhau tùy theo mỗi chip, tuy nhiên về cơ bản phần bộ nhớ này đượcchia thành 5 phần:

Phần 1: là phần đầu tiên trong bộ nhớ dữ liệu, như mô tả trong hình 1, phần nàybao gồm 32 thanh ghi có tên gọi là register file (RF), hay General Purpose Rgegister –GPR, hoặc đơn giản là các Thanh ghi Tất cả các thanh ghi này đều là các thanh ghi 8 bits

Trang 8

như trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Thanh ghi 8 bits

Tất cả các chip trong họ AVR đều bao gồm 32 thanh ghi Register File có địa chỉtuyệt đối từ 0x0000 đến 0x001F Mỗi thanh ghi có thể chứa giá trị dương từ 0 đến 255hoặc các giá trị có dấu từ -128 đến 127 hoặc mã ASCII của một ký tự nào đó…Các thanhghi này được đặt tên theo thứ tự là R0 đến R31 Chúng được chia thành 2 phần, phần 1bao gồm các thanh ghi từ R0 đến R15 và phần 2 là các thanh ghi R16 đến R31 Các thanhghi này có các đặc điểm sau:

 Được truy cập trực tiếp trong các instruction

 Các toán tử, phép toán thực hiện trên các thanh ghi này chỉ cần 1 chu kỳxung clock

 Register File được kết nối trực tiếp với bộ xử lí trung tâm – CPU của chip

 Chúng là nguồn chứa các số hạng trong các phép toán và cũng là đích chứakết quả trả lại của phép toán

Phần 2: là phần nằm ngay sau register file, phần này bao gồm 64 thanh ghi đượcgọi là 64 thanh ghi nhập/xuất (64 I/O register) hay còn gọi là vùng nhớ I/O (I/OMemory) Vùng nhớ I/O là cửa ngõ giao tiếp giữa CPU và thiết bị ngoại vi Tất cả cácthanh ghi điều khiển, trạng thái…của thiết bị ngoại vi đều nằm ở đây Vùng nhớ I/O cóthể được truy cập như SRAM hay như các thanh ghi I/O Nếu sử dụng instruction truyxuất SRAM để truy xuất vùng nhớ này thì địa chỉ của chúng được tính từ 0x0020 đến0x005F Nhưng nếu truy xuất như các thanh ghi I/O thì địa chỉ của chúng đựơc tính từ0x0000 đến 0x003F

Phần 3: RAM tĩnh, nội (internal SRAM), là vùng không gian cho chứa các biến(tạm thời hoặc toàn cục) trong lúc thực thi chương trình, vùng này tương tự các thanhRAM trong máy tính nhưng có dung lượng khá nhỏ (khoảng vài KB, tùy thuộc vào loạichip)

Trang 9

Phần 4: RAM ngoại (external SRAM), các chip AVR cho phép người sử dụnggắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này thực chất chỉ tồn tại khi nào người sửdụng gắn thêm bộ nhớ ngoài vào chip.

Phần 5: EEPROM (Electrically Ereasable Programmable ROM) là một phầnquan trọng của các chip AVR mới, vì là ROM nên bộ nhớ này không bị xóa ngay cả khikhông cung cấp nguồn nuôi cho chip, rất thích hợp cho các ứng dụng lưu trữ dữ liệu.Phần bộ nhớ EEPROM được tách riêng và có địa chỉ tính từ 0x0000

AVR có ưu điểm là hầu hết các instruction đều được thực thi trong 1 chu kỳ xungclock, vì vậy có thể nguồn clock lớn nhất cho AVR có thể nhỏ hơn 1 số vi điều khiểnkhác như PIC nhưng thời gian thực thi vẫn nhanh hơn

Một số chip AVR thông dụng:

Trang 10

a) Tính năng

 Hiệu năng cao, AVR công suất thấp 8-bit vi điều khiển

 Advanced RISC Kiến trúc

- Hoàn toàn hoạt động tĩnh

- Tính đến 16 MIPS sản lượng tại 16 MHz

- On-chip 2 chu kỳ Nhân

- Bytes 8K của trong hệ thống tự lập trình Flash

- Sức chịu đựng: 10.000 Viết / Xoá bỏ chu kỳ

- Tùy chọn Bộ Luật khởi động với Bit Khóa độc lập

- 512 Bytes EEPROM

- Sức chịu đựng: 100.000 Viết / Xoá bỏ chu kỳ

- 1K Byte nội SRAM

- Lập trình Khóa cho phần mềm bảo mật

b) Các tính năng ngoại vi

- Hai 8-bit Timer / đếm với Prescaler riêng biệt, một trong những so sánh chế độ

- Một trong 16-bit Timer / Counter với Prescaler riêng biệt, so sánh các chế độ, vàCapture

- Thời gian thực truy cập với dao động riêng

- Ba PWM kênh

- Tám kênh ADC trong TQFP và gói MLF

- Sáu kênh 10-bit Độ chính xác

- Hai kênh 8-bit Độ chính xác

- Sáu kênh ADC trong gói PDIP

- Byte định hướng hai dây Giao diện nối tiếp

Trang 11

- Lập trình nối tiếp USART.

- Master / Slave SPI Giao diện nối tiếp

- Lập trình Watchdog Timer với riêng Oscillator On-chip

- On-chip Analog sánh

c) Vi điều khiển tính năng đặc biệt

- Power-on Reset và lập trình Brown-out phát hiện

- Nội bộ hiệu chuẩn RC Oscillator

- Bên ngoài và nội bộ Nguồn ngắt

- Năm chế độ ngủ: Idle, ADC Noise Reduction, điện-tiết kiệm, điện xuống, vàchế độ chờ

e) Công suất tiêu thụ tại 4 Mhz, 3V, 25 º C

- Năng động: 3,6 mA

- Chế độ không tải: 1,0 mA

- Công suất xuống Mode: 0,5 μA

Trang 12

Hình 2.3 Chip ATmega8.

f) Mô tả pin

- VCC: cung cấp điện áp kỹ thuật số

- GND: Ground

- Cổng B (PB7 PB0)XTAL1/XTAL2/TOSC1 /TOSC2

Cổng B là một hai chiều cổng I / O 8-bit với nội điện trở kéo lên (được lựa chọn chomỗi bit) Port B bộ đệm đầu ra có đặc điểm đối xứng với ổ đĩa cả bồn rửa cao và khảnăng nguồn Như đầu vào, Port B chân được bên ngoài kéo nguồn thấp sẽ hiện nếu kéolên điện trở được kích hoạt Port B chân là tri-nêu khi một điều kiện thiết lập lại trở nênnăng động, ngay cả khi đồng hồ không chạy Tùy thuộc vào các thiết lập cầu chì lựa chọnđồng hồ, PB6 có thể được sử dụng làm đầu vào cho đảo ngược Oscil-khuếch đại lator vàđầu vào cho các mạch điều hành nội bộ đồng hồ Tùy thuộc vào các thiết lập cầu chì lựachọn đồng hồ, PB7 có thể được sử dụng như là đầu ra từ các đảo ngược Nếu hiệu chuẩn

RC Oscillator nội bộ được sử dụng như nguồn đồng hồ chip, PB7 6 được sử dụng như

Trang 13

TOSC2 đầu vào cho các Timer/Counter2 không đồng bộ nếu bit AS2 trong ASSR đượcthiết lập

- Cổng C (PC5 PC0)

Cổng C là một hai chiều cổng I / O 7-bit với nội điện trở kéo lên (được lựa chọn chomỗi bit) Cảng C bộ đệm đầu ra có đặc điểm đối xứng với ổ đĩa cả bồn rửa cao và khảnăng nguồn Như đầu vào, Cảng C pins được bên ngoài kéo nguồn thấp sẽ hiện nếu kéolên điện trở được kích hoạt Cảng C pins là tri đã được nêu ra khi một điều kiện thiết lậplại trở nên năng động, ngay cả khi đồng hồ không chạy

- PC6/RESET

Nếu Fuse RSTDISBL được lập trình, PC6 được sử dụng như một I / O pin NếuFuse RSTDISBL được unprogrammed, PC6 được sử dụng như một đầu vào Reset Mộtmức độ thấp trên pin này cho dài hơn chiều dài xung tối thiểu sẽ tạo ra một Thiết lập lại,ngay cả khi đồng hồ không chạy

- Cổng D (PD7 PD0)

Cổng D là một hai chiều cổng I / O 8-bit với nội điện trở kéo lên (được lựa chọncho mỗi bit) Cổng D bộ đệm đầu ra có đặc điểm đối xứng với ổ đĩa cả bồn rửa cao vàkhả năng nguồn Như đầu vào, Port D chân được bên ngoài kéo nguồn thấp sẽ hiện tạinếu các điện trở kéo lên được kích hoạt

- RESET

Thiết lập lại đầu vào Một mức độ thấp trên pin kéo dài hơn độ dài xung tối thiểu sẽtạo ra một thiết lập lại, ngay cả khi đồng hồ không chạy Xung ngắn không đảm bảo đểtạo ra một thiết lập lại

2.2 Khối nguồn

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Với yêu cầu khối nguồn ở chương 2 nhóm đề tài thiết kế khối nguồn như sau:

Trang 14

Hình 2.4 Sơ đồ mạch nguồn.

a Thông số chính của mạch

- Điện áp đầu vào được đưa vào J1 từ 7 đến 20v vì vậy nhóm đề tài chọn 12v

- Diode 3a đề phòng trường hợp cắm ngược

- Tụ C1 1000uf/25v và tụ gốm C11 giá trị 100nF ổn định nguồn đầu vào 7805

- Ic 7805 cho điện áp đầu ra ổn định 5v tối đa 1A

- 2 tụ C10 giá trị 1000uF/25v và tụ gốm C12 giá trị 100nF ổn định nguồn đầu ra của7805

- Led1 có trở R1 (220 Ω) dùng để báo nguồn

b Nguyên tắc hoạt động của mạch

Trên là mạch ổn áp 5V khá đơn giản sử dụng 7805 Mạch có bảo vệ chống dòngngược, bảo vệ quá tải Công suất đầu ra khá thấp (5W) Mạch được sử dụng nhiều trongcác mạch điều khiển, mạch cấp nguồn cho các mạch tín hiệu Do mạch sử dụng linhkiện ổn áp 7805 nên hoạt động của mạch chính là sự hoạt động bên trong của 7805.

Trên thực tế thì linh kiện ổn áp 7805 được dùng rất nhiều trong các mạch điện điềukhiển dùng để cấp nguồn ổn định cho mạch Với ưu điểm là dễ ghép nối, dễ thiết kế vớichi phí thấp, nguồn đầu ra ổn định Nhược điểm của nó là công suất đầu ra khá thấp (1A)và hoạt động không ổn định khi có nhiễu bên ngoài

Trang 15

áp không bị lên xuống do nguồn đầu vào.

+ Chân 3 ( Chân điện áp đầu ra) : Chân này cho chúng ta lấy điện áp đầu ra ổn định5V Đảm bảo đầu ra ổn định luôn nằm trong giải từ (4.75V đến 5.25V)

* Đảm bảo thông số : Vi - V0 > 3V Thông số này phải luôn đảm bảo khi cấp nguồncho 7805 Tức là điện áp cấp vào cho 7805 phải nằm trong 8V đến 40V Nếu dưới 8V thìmạch ổn áp không còn tác dụng Thông thường người ta không bao giờ cấp nguồn 8Vvào cả mà người ta phải cấp nguồn lớn hơn ít nhất là gấp đôi nguồn đầu ra để trángtrường hợp sụt áp đầu vào sinh ra nguồn đầu ra không ổn định trong thời gian ngắn

* Như chúng ta đã biết thì các tụ C1 và C4 là các tụ hóa dùng để lọc điện áp Vì đây làđiện áp 1 chiều nhưng chưa được phằng vẫn còn các gợn nhấp nhô nên các tụ này có tác dụnglọc nguồn cho thành điện áp một chiều phẳng

+ Tụ C1 là lọc nguồn đầu vào cho 7805 Tụ này là tụ hóa phải có điện dung đủ lớn để lọcphẳng điện áp đầu vào và điện áp tụ chịu đựng phải lớn hơn điện áp đầu vào

+ Tụ C4 là lọc nguồn đầu ra cho 7805 Tụ này cũng là tụ hóa dùng để lọc nguồn đầu

ra cho băng phẳng

* Trong thành phần một chiều còn có các sóng điều hòa bậc 2, 3 , sóng nhấp nhôcó tần số cao, nhiễu bên ngoài Các sóng này ảnh hưởng đến hoạt động của 7805 Nếutrong mạch tồn tại những thành phần sóng này sẽ làm sai sót khó phát hiện trong mạchlàm cho mạch hoạt động không ổn định

Trang 16

Hai tụ lọc nhiễu tần số cao C2 và C4 Tụ này phải là tụ không phân cực, tụ Ceramic.Hai tụ này lọc các thành phần trên cho đầu vào, đầu ra đảm bảo cho mạch hoạt động bìnhthường.

2.3 Màn hình hiển thị LCD

Text LCD là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữhoặc số trong bảng mã ASCII Không giống các loại LCD lớn, Text LCD được chia sẵnthành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một ký tự ASCII Cũng vì lý do chỉ hiệnthị được ký tự ASCII nên loại LCD này được gọi là Text LCD (để phân biệt với GraphicLCD có thể hiển thị hình ảnh) Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng,việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần hiển thị Trong cácText LCD, các mẫu ký tự được định nghĩa sẵn Kích thước của Text LCD được địnhnghĩa bằng số ký tự có thể hiển thị trên 1 dòng và tổng số dòng mà LCD có Ví dụLC16x2 là loại có 2 dòng và mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 16 ký tự

Hình 2.6 Text LCD 16x2

Text LCD có 2 cách giao tiếp cơ bản là nối tiếp (như I2C) và song song Trong đồ

án này tôi sử dụng loại giao tiếp song song, cụ thể là LCD 16x2 điều khiển bởi chipHD44780U của hãng Hitachi Đối với các LCD khác bạn cần tham khảo datasheet riêngcủa từng loại Tuy nhiên, HD44780U cũng được coi là chuẩn chung cho các loại TextLCD, vì thế bạn có thể dùng chương trình để test trên các LCD khác với rất ít hoặc khôngcần chỉnh sửa

2.3.1 Sơ đồ chân

Các Text LCD theo chuẩn HD44780U thường có 16 chân trong đó 14 chân kết nối

Trang 17

với bộ điều khiển và 2 chân nguồn cho “đèn LED nền” Thứ tự các chân thường được sắpxếp như sau:

Bảng 2.2 Sơ đồ chân

7 DB0 0/1 I/O Bus dữ liệu 0

15 Lamp- - - Đèn LCD

16 Lamp+ - - Đèn LCD

Trong một số LCD 2 chân LED nền được đánh số 15 và 16 nhưng trong một số trường hợp 2 chân này được ghi là A (Anode) và K (Cathode) Hình 2.7 mô tả cách kết nối LCD với nguồn và mạch điều khiển

Trang 18

Hình 2.7 Kết nối Text LCD.

Chân 1 và chân 2 là các chân nguồn, được nối với GND và nguồn 5V Chân 3 làchân chỉnh độ tương phản (contrast), chân này cần được nối với 1 biến trở chia áp.Trongkhi hoạt động, chỉnh để thay đổi giá trị biến trở để đạt được độ tương phản cần thiết, sauđó giữ mức biến trở này Các chân điều khiển RS, R/W, EN và các đường dữ liệu đượcnối trực tiếp với vi điều khiển Tùy theo chế độ hoạt động 4 bit hay 8 bit mà các chân từD0 đến D3 có thể bỏ qua hoặc nối với vi điều khiển

2.3.2 Thanh ghi và tổ chức bộ nhớ.

HD44780U có 2 thanh ghi 8 bits là INSTRUCTION REGISTER (IR) và DATAREGISTER (DR) Thanh ghi IR chứa mã lệnh điều khiển LCD và là thanh ghi “chỉ ghi”(chỉ có thể ghi vào thanh ghi này mà không đọc được nó) Thanh ghi DR chứa các cácloại dữ liệu như ký tự cần hiển thị hoặc dữ liệu đọc ra từ bộ nhớ LCD…Cả 2 thanh ghiđều được nối với các đường dữ liệu D0:7 của Text LCD và được lựa chọn tùy theo cácchân điều khiển RS, RW Thực tế để điều khiển Text LCD chúng ta không cần quan tâmđến cách thức hoạt động của 2 thanh ghi này, vì thế cũng không cần khảo sát chi tiết

Trang 19

chúng HD44780U có 3 loại bộ nhớ, đó là bộ nhớ RAM dữ liệu cần hiển thị DDRAM(Didplay Data RAM), bộ nhớ chứa ROM chứa bộ font tạo ra ký tự CGROM (CharacterGenerator ROM) và bộ nhớ RAM chứa bộ font tạo ra các symbol tùy chọn CGRAM(Character Generator RAM) Để điều khiển hiển thị Text LCD chúng ta cần hiểu tổ chứcvà cách thức hoạt động của các bộ nhớ này:

a DDRAM.

DDRAM là bộ nhớ tạm chứa các ký tự cần hiển thị lên LCD, bộ nhớ này gồm có 80

ô được chia thành 2 hàng, mỗi ô có độ rộng 8 bit và được đánh số từ 0 đến 39 cho dòng1; từ 64 đến 103 cho dòng 2 Mỗi ô nhớ tương ứng với 1 ô trên màn hình LCD Nhưchúng ta biết LCD loại 16x2 có thể hiển thị tối đa 32 ký tự (có 32 ô hiển thị), vì thế cómột số ô nhớ của DDRAM không được sử dụng làm các ô hiển thị Để hiểu rõ hơn chúng

ta tham khảo hình 2.8 bên dưới

Hình 2.8 Tổ chức của DDRAM

Chỉ có 16 ô nhớ có địa chỉ từ 0 đến 15 và 16 ô địa chỉ từ 64 đến 79 là được hiển thịtrên LCD Vì thế muốn hiển thị một ký tự nào đó trên LCD chúng ta cần viết ký tự đóvào DDRAM ở 1 trong 32 địa chỉ trên Các ký tự nằm ngoài 32 ô nhớ trên sẽ không đượchiển thị, tuy nhiên vẫn không bị mất đi, chúng có thể được dùng cho các mục đích khácnếu cần thiết

b CGROM.

CGROM là vùng nhớ cố định chứa định nghĩa font cho các ký tự Chúng ta khôngtrực tiếp truy xuất vùng nhớ này mà chip HD44780U sẽ tự thực hiện khi có yêu cầu đọcfont để hiện thị Một điều đáng lưu ý là địa chỉ font của mỗi ký tự vùng nhớ CGROMchính là mã ASCII của ký tự đó Ví dụ ký tự ‘a’ có mã ASCII là 97, tham khảo tổ chức

Trang 20

của vùng nhớ CGROM bạn sẽ nhận thấy địa chỉ font của ‘a’ có 4 bit thấp là 0001 và 4 bitcao là 0110, địa chỉ tổng hợp là 01100001 = 97 CGROM và DDRAM được tự động phốihợp trong quá trình hiển thị của LCD Giả sử chúng ta muốn hiển thị ký tự ‘a’ tại vị tríđầu tiên, dòng thứ 2 của LCD thì các bước thực hiện sẽ như sau: trước hết chúng ta biếtrằng vị trí đầu tiên của dòng 2 có địa chỉ là 64 trong bộ nhớ DDRAM, vì thế chúng ta sẽghi vào ô nhớ có địa chỉ 64 một giá trị là 97 (mã ASCII của ký tự ‘a’) Tiếp theo, chipHD44780U đọc giá trị 97 này và coi như là địa chỉ của vùng nhớ CGROM, nó sẽ tìm đếnvùng nhớ CGROM có địa chỉ 97 và đọc bảng font đã được định nghĩa sẵn ở đây, sau đóxuất bản font này ra các “chấm” trên màn hình LCD tại vị trí đầu tiên của dòng 2 trênLCD Đây chính là cách mà 2 bộ nhớ DDRAM và CGROM phối hợp với nhau để hiểnthị các ký tự Như mô tả, công việc của người lập trình điều khiển LCD tương đối đơngiản, đó là viết mã ASCII vào bộ nhớ DDRAM tại đúng vị trí được yêu cầu, bước tiếptheo sẽ do HD44780U đảm nhiệm.

Hình 2.9 Vùng nhớ CGROM

c CGRAM.

Trang 21

CGRAM là vùng nhớ chứa các symbol do người dùng tự định nghĩa, mỗi symbol đượccó kích thước 5x8 và được dành cho 8 ô nhớ 8 bit Các symbol thường được định nghĩatrước và được gọi hiển thị khi cần thiết Vùng này có tất cả 64 ô nhớ nên có tối đa 8symbol có thể được định nghĩa.

2.2.3 Điều khiển hiển thị Text LCD

a Các chân điều khiển LCD.

Các chân điều khiển việc đọc và ghi LCD bao gồm RS, R/W và EN. RS (chân số 3):Chân lựa chọn thanh ghi (Select Register), chân này cho phép lựa chọn 1 trong 2 thanhghi IR hoặc DR để làm việc Vì cả 2 thanh ghi này đều được kết nối với các chân Datacủa LCD nên cần 1 bit để lựa chọn giữa chúng Nếu RS=0, thanh ghi IR được chọn vànếu RS=1 thanh ghi DR được chọn Chúng ta đều biết thanh ghi IR là thanh ghi chứa mãlệnh cho LCD, vì thế nếu muốn gửi 1 mã lệnh đến LCD thì chân RS phải được reset về 0.Ngược lại, khi muốn ghi mã ASCII của ký tự cần hiển thị lên LCD thì chúng ta sẽ setRS=1 để chọn thanh ghi DR Hoạt động của chân RS được mô tả trong hình 2.10

Hình 2.10 Hoạt động của chân RS

R/W (chân số 4): Chân lựa chọn giữa việc đọc và ghi Nếu R/W=0 thì dữ liệu sẽđược ghi từ bộ điều khiển ngoài (vi điều khiển AVR chẳng hạn) vào LCD Nếu R/W=1thì dữ liệu sẽ được đọc từ LCD ra ngoài Tuy nhiên, chỉ có duy nhất 1 trường hợp mà dữliệu có thể đọc từ LCD ra, đó là đọc trạng thái LCD để biết LCD có đang bận hay không(cờ Busy Flag - BF) Do LCD là một thiết bị hoạt động tương đối chậm (so với vi điềukhiển), vì thế một cờ BF được dùng để báo LCD đang bận, nếu BF=1 thì chúng ta phảichờ cho LCD xử lí xong nhiệm vụ hiện tại, đến khi nào BF=0 một thao tác mới sẽ được

Trang 22

gán cho LCD Vì thế, khi làm việc với Text LCD chúng ta nhất thiết phải có một chươngtrình con tạm gọi là wait_LCD để chờ cho đến khi LCD rảnh Có 2 cách để viết chươngtrình wait_LCD Cách 1 là đọc bit BF về kiểm tra và chờ BF=0, cách này đòi hỏi lệnhđọc từ LCD về bộ điều khiển ngoài, do đó chân R/W cần được nối với bộ điều khiểnngoài Cách 2 là viết một hàm delay một khoảng thời gian cố định nào đó (tốt nhất là trên1ms) Ưu điểm của cách 2 là sự đơn giản vì không cần đọc LCD, do đó chân R/W khôngcần sử dụng và luôn được nối với GND Tuy nhiên, nhược điểm của cách 2 là khoảngthời gian delay cố định nếu quá lớn sẽ làm chậm quá trình thao tác LCD, nếu quá nhỏ sẽgây ra lỗi hiển thị Để sử dụng cách 2 bạn chỉ cần một thay đổi nhỏ trong chương trìnhwait_LCD và kết nối chân R/W của LCD xuống GND EN (chân số 5): Chân cho phépLCD hoạt động (Enable), chân này cần được kết nối với bộ điều khiển để cho phép thaotác LCD Để đọc và ghi data từ LCD chúng ta cần tạo một “xung cạnh xuống” trên chân

EN, nói theo cách khác, muốn ghi dữ liệu vào LCD trước hết cần đảm bảo rằng chânEN=0, tiếp đến xuất dữ liệu đến các chân D0:7, sau đó set chân EN lên 1 và cuối cùng làxóa EN về 0 để tạo 1 xung cạnh xuống

b Tập lệnh của LCD.

Trang 23

Bảng 2.3 Tóm tắt các lệnh có thể ghi vào LCD

1.64m S

Con

trỏ ban

Trả con trỏ về vị trí ban đầu (địa chỉ 0) Ngoài

ra đưa hiển thị đã dịchchuyển về vị trí ban

đầu

1.64m S

giảm, I/D=1 tăng),chỉrõdịch chuyển hiển thị (S=0:khôngdịch chuyển, S=1:dịch chuyển hiển thị)

mà không phải đọc/ghi lạidữ liệu (S/C=0:

dichuyển con trỏ, S/C=1: di chuyển hiển thị) Nội dungcủa DDRAM không thayđổi.

40uS

Trước hết là nhóm lệnh:

- Clear display – xóa LCD: lệnh này xóa toàn bộ nội dung DDRAM và vì thế xóatoàn bộ hiển thị trên LCD Vì đây là 1 lệnh ghi Instruction nên chân RS phải được reset

Tiêu đề	Thiết kế mạch đo và hiển thị nhiệt độ và độ ẩm môi trường
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	47
Dung lượng	1,4 MB

Chuyên đề thực tập thiết kế mạch đo và hiển thị nhiệt độ và độ ẩm môi trường

Chương trình đầy đủ