Thiết kế và thi công hệ thồng cân băng tải 10 kg

Mỗi chân có chức năng như các đường I/O xuất/nhập, trong đó 24 chân có công dụng kép: mỗi đường có thể hoạt động như một đường I/O hoặc như một đường điều khiển hoặc như thành phần của b

MỞ ĐẦU

W”X

Từ xưa đến nay, đo lường hay định lượng là một vấn đề vô cùng quan trọng

không chỉ trong sản xuất, kinh doanh mà còn rất cần thiết trong đời sống Thử nghĩ

một nhà máy sản xuất sẽ ra sao khi sản phẩm làm ra không đảm bảo về trọng lượng,

uy tín của các cơ sở kinh doanh sẽ suy giảm thế nào khi khách hàng không an tâm về

khối lượng sản phẩm của họ… Nói như thế để có thể thấy được tầm quan trọng của sự

chính xác trong đo lường công nghiệp

Không những thế, việc tiết kiệm thời thời gian cũng như lưu trữ dữ liệu trong

đo lường cũng không kém phần quan trọng, chúng sẽ thúc đẩy năng suất sản xuất,

nâng cao uy tín thương hiệu cũng như chất lượng sản phẩm

Xuất phát từ các mục tiêu trên, chúng em đã chọn đề tài : “Thiết kế và thi công

hệ thống cân băng tải 10 Kg” với hy vọng khi đưa vào thực nghiệm cũng như sản

xuất thực tế sẽ đáp ứng được phần nào nhu cầu thiết thực mà xã hội đã đặt ra

Chương 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1- Khái niệm chung về cân trong công nghiệp :

Cân là khâu quan trọng trong công nghiệp Có thể nói cân chiếm vị trí không

nhỏ trong sản xuất, cả trong khâu chuẩn bị nguyên liệu cho đến khâu thành phẩm Việc

đo lường chính xác khối lượng nguyên liệu sẽ giảm thiểu tình trạng dư thừa trong quá

trình sản xuất, tiết kiệm nguyên liệu cũng như đảm bảo chất lượng sản phẩm Cùng với

đó, sản phẩm sau khi được hoàn thành thì việc cân đo một lần nữa lại có ý nghĩa rất

quan trọng Nếu trọng lượng sản phẩm dưới định mức yêu cầu thì người tiêu dùng sẽ

không chấp nhận, ảnh hưởng rất lớn đến uy tín Còn nếu trọng lượng sản phẩm vượt

quá định mức thì gây thiệt hại cho nhà sản xuất

Chính vì thế những yêu cầu khắt khe trong đo lường nói chung và cân nói riêng

là không thừa, phải cần được thực hiện một cách nghiêm túc

Bên cạnh việc tiết kiệm nguyên liệu còn cần phải nói đến việc tiết kiệm thời

gian Trong bất cứ lĩnh vực nào kể cả sản xuất lẫn kinh doanh thì thời gian đóng một

phần không nhỏ trong sự thành bại của doanh nghiệp hoặc nhà máy bởi nó quyết định

đến năng suất của sản phẩm làm ra mà việc cân đo nguyên liệu cũng không nằm ngoài

yêu cầu này Ngoài ra, cũng cần phải nói tầm quan trọng đến lưu trữ và quản lí dữ liệu

trong đo lường

Việc quản lí tốt những thông số sau khi cân đo chắc chắn sẽ ảnh hưởng tốt đến

việc sản xuất kinh doanh Ngược lại sẽ ảnh hưởng rất xấu đến chất lượng doanh

nghiệp

Trên đây là các vấn đề mà việc cân bằng phương pháp thủ công thông thường

không đảm bảo được Bằng việc áp dụng những kiến thức chuyên ngành đã học và

nghiên cứu, hy vọng sẽ giải quyết được phần nào yêu cầu đề ra

1.2- Nguyên lí hoạt động cơ bản của hệ thống cân :

Băng tải hoạt động một cách hoàn toàn tự động Sản phẩm sau khi được đặt lên

băng tải sẽ được cân và trọng lượng của nó sẽ được lưu trữ thông qua đường truyền

RS232 sau khi đã được xử lí Số lượng sản phẩm sẽ được đếm lên sau mỗi lần cân nhờ

Loadcell

10kg

các cảm biến được bố trí ngay trên băng tải Tổng khối lượng cũng như tổng sản phẩm

có thể được reset về 0 khi cần thiết

Ngoài ra hệ thống cân băng tải có thể được sử dụng như một bàn cân thông

thường khi cho dừng động cơ

*Mô hình hệ thống cân băng tải gồm có 2 phần riêng biệt và được hai sinh viên

Mạch đầu cân RS232

Mạch điều khiển Hiển thị

Lưu trữ

Bộ chuyển đổi A/D

Chương 2 : GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 2.1- Giới thiệu AT89C51 :

AT89C51 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất

thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớ

không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích với chuẩn công nghiệp của

80C51 và 80C52 về chân ra và bộ lệnh

Hình2.1 : Sơ đồ khối của AT89C51

2.1.1- Những đặc trưng của AT89C51 :

¾ Tương thích với các sản phẩm MCS-51

¾ 4KByte bộ nhớ Flash có thể lập trình lại với 1000 chu kỳ đọc/xoá

¾ 128 x 8 bit RAM nội

¾ 32 đường xuất-nhập lập trình được (tương ứng 4 port)

¾ Hai timer/counter 16 bit

¾ Một port nối tiếp song công lập trình được

¾ Mạch đồng hồ và bộ dao động trên chip

Hình2.2 : Cấu hình chân của AT89C51

Như vậy AT89C51 có tất cả 40 chân Mỗi chân có chức năng như các đường I/O

(xuất/nhập), trong đó 24 chân có công dụng kép: mỗi đường có thể hoạt động như một

đường I/O hoặc như một đường điều khiển hoặc như thành phần của bus địa chỉ và bus

dữ liệu

Mô tả chân :

VCC (chân 40) : Chân cấp nguồn +5V DC

GND (chân 20) : Chân nối đất

Port 0 :

Port 0 là một port xuất/nhập song hướng cực máng hở 8 bit Nếu được sử dụng

như là một ngõ xuất thì mỗi chân có thể kéo 8 ngõ vào TTL Khi mức 1 được viết vào

các chân của port 0, các chân này có thể được dùng như là các ngõ nhập tổng trở cao

Port 0 có thể được định cấu hình để hợp kênh giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu

(phần byte thấp) khi truy cập đến bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình ngoài Ở chế

độ này, P0 có các điện trở pullup bên trong

Port 0 cũng nhận các byte code (byte mã chương trình) khi lập trình Flash, và

xuất ra các byte code khi kiểm tra chương trình Cần có các điện trở pullup bên ngoài

khi thực hiện việc kiểm tra chương trình

Port 1 :

Port 1 là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong

Các bộ đệm ngõ ra của port 1 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ nhập TTL Khi mức 1

được viết vào các chân của port 1, chúng được kéo lên cao bởi các điện trở pullup nội

và có thể được dùng như là các ngõ nhập Nếu đóng vai trò là các ngõ nhập, các chân

của port 1 (được kéo xuống thấp qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng IIL do các

điện trở pullup bên trong

Port 2 :

Port 2 là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong

Các bộ đệm ngõ ra của port 2 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ vào TTL Khi các

mức 1 được viết vào các chân của port 2 thì chúng được kéo lên cao bởi các điện trở

pullup nội và có thể được dùng như các ngõ vào Khi được dùng như các ngõ vào, các

chân của port 2 (được kéo xuống qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng IIL do có các

điện trở pullup bên trong

Port 2 phát ra byte cao của địa chỉ khi đọc từ bộ nhớ chương trình ngoài và khi

truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài dùng các địa chỉ 16 bit (MOVX @DPTR) Trong ứng

dụng này, nó dùng các điện trở pullup nội "mạnh" khi phát ra các mức 1 Khi truy cập

bộ nhớ dữ liệu ngoài dùng các địa chỉ 8 bit (MOVX @RI), port 2 phát ra các nội dung

của thanh ghi chức năng đặc biệt P2

Port 2 cũng nhận các bit cao của địa chỉ và một vài tín hiệu điều khiển khi lập

trình và kiểm tra Flash

Port 3 :

Port 3 là một port xuất-nhập song hướng 8 bit có điện trở pullup nội bên trong

Các bộ đệm ngõ ra của port 3 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ vào TTL Khi các

mức 1 được viết vào các chân của port 3 thì chúng được kéo lên cao bởi các điện trở

pullup nội và có thể được dùng như các ngõ vào Khi được dùng như các ngõ vào, các

chân của port 3 (được kéo xuống qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng IIL do có các

điện trở pullup bên trong

Port 3 cũng cung cấp các chức năng của các đặc trưng đặc biệt như được liệt kê

INT0 INT1

T0 T1

WR

RD

Port nhập nối tiếp Port xuất nối tiếp Ngắt 0 bên ngoài Ngắt 1 bên ngoài Ngõ vào Timer/Counter 0 Ngõ vào Timer/Counter 1 Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng 2.1: Các chức năng chuyển đổi trên Port 3 RST (chân 9) :

Ngõ vào reset 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 mạch tự động Reset

ALE/PROG :

ALE là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trong khi truy cập bộ nhớ ngoài

Chân này cũng là ngõ nhập xung lập trình (PROG) khi lập trình Flash

Khi hoạt động bình thường, ALE được phát với một tỷ lệ không đổi là 1/6 tần

số bộ dao động và có thể được dùng cho các mụch đích timing và clocking bên ngoài

Tuy nhiên, lưu ý rằng một xung ALE sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ dữ liệu

ngoài

Nếu muốn, hoạt động ALE có thể cấm được bằng cách set bit 0 của SFR tại địa

chỉ 8Eh Nếu bit này được set, ALE chỉ dược hoạt động khi có một lệnh MOVX hoặc

MOVC Ngược lại, chân này được kéo lên cao bởi các điện trở pullup "nhẹ" Việc set

bit cấm-ALE không có tác dụng khi bộ vi điều khiển đang ở chế độ thi hành ngoài

PSEN :

PSEN (Program Store Enable) là xung đọc bộ nhớ chương trình ngoài Khi

AT89C51 đang thi hành mã (code) từ bộ nhớ chương trình ngoài, PSENđược kích

hoạt hai lần mỗi chu kỳ máy, nhưng hai hoạt động PSEN sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy

cập bộ nhớ dữ liệu ngoài

EA /Vpp :

EA (External Access Enable) phải được nối với GND để cho phép thiết bị đọc

code từ bộ nhớ chương trình ngoài có địa chỉ từ 0000H đến FFFFH Tuy nhiên, lưu ý

rằng nếu bit khoá 1 (lock-bit 1) được lập trình, EA sẽ được chốt bên trong khi reset

EA phải được nối với Vcc khi thi hành chương trình bên trong Chân này cũng

nhận điện áp cho phép lập trình Vpp=12V khi lập trình Flash (khi đó áp lập trình 12V

được chọn)

XTAL1 và XTAL2 :

XTAL1 và XTAL2 là hai ngõ vào và ra của một bộ khuếch đại dao động nghịch

được cấu hình để dùng như một bộ dao động trên chip

Hình 2.3 : Các kết nối của bộ dao động

Không có yêu cầu nào về duty cycle của tín hiệu xung ngoài,vì ngõ nhập nối

với mạch tạo xung nội là một flip-flop chia đôi, nhưng các chỉ định về thời gian high

và low, các mức áp tối đa và tối thiểu phải được tuân theo

Các đặc trưng khác sẽ được trình bày một cách chi tiết hơn ở những phần tiếp

theo sau đây

2.1.2- Tổ chức bộ nhớ :

89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho

chương trình và dữ liệu Như đã nói ở trên, cả chương trình và dữ liệu có thể ở bên

trong; dù vậy chúng có thể được mở rộng bằng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64

Kbytes bộ nhớ chương trình và 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu

Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM và RAM trên chip, RAM trên chip bao gồm

nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank thanh

ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

Hai đặc tính cần lưu ý là :

Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được xếp trong bộ nhớ và có thể được

truy xuất trực tiếp giống như các địa chỉ bộ nhớ khác

Ngăn xếp bên trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngoài như trong các bộ vi

xử lý khác

Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip:

Như ta thấy trên hình hình 2.3, RAM bên trong 89C51 được phân chia giữa các

bank thanh ghi (00H–1FH), RAM địa chỉ hóa từng bit (20H–2FH), RAM đa dụng

(30H–7FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H–FFH)

2.1.2.1- RAM đa dụng :

Mặc dù trên hình cho thấy 80 byte RAM đa dụng chiếm các địa chỉ từ 30H–

7FH, 32 byte dưới cùng từ 00H đến 1FH cũng có thể được 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 được truy xuất tự do dùng

cách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián tiếp qua

R0 hay R1

Bảng2.1 : Tóm tắt các vùng nhớ của 89C51

CODE Memory

Enable via PSEN

DATA Memory

Bảng 2.2: Tóm tắt bộ nhớ dữ liệu trên chip

18

Bank 2 17

10

Bank 1 0F

không được địa chỉ hóa bit

FF

2.1.2.2- Thanh ghi trạng thái chương trình :

Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW : Program Status Word) ở địa chỉ D0H

chứa các bit trạng thái như bảng 2.3 :

Bảng 2.3 : Các bit trạng thái của thanh ghi trang thái

Cờ nhớ

Cờ nhớ (CY) có công dụng kép Thông thường nó được dùng cho các lệnh toán

học : nó sẽ được set nếu có một số nhớ sinh ra bởi phép cộng hoặc có một số mượn bởi

phép trừ Ví dụ, nếu thanh ghi tích lũy chứa FFH, thì lệnh ADD A, #1 sẽ trả về thanh

ghi tích lũy kết quả 00H và set cờ nhớ trong PSW

Cờ nhớ cũng có thể xem như một thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thi hành trên bit

Ví dụ, lệnh sau sẽ AND bit 25H với cờ nhớ và đặt kết quả trở vào cờ nhớ :

ANL C, 25H

Cờ nhớ phụ

Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ (AC) được set nếu kết quả của 4 bit thấp

trong khoảng 0AH đến 0FH Nếu các giá trị được cộng là số BCD, thì sau lệnh cộng

cần có DA A (hiệu chỉnh thập phân thanh ghi tích lũy) để mang kết quả lớn hơn 9 vào

PSW.4 RS1 D4H Bit 1 chọn bank thanh ghi

PSW.3 RS0 D3H Bit 0 chọn bank thanh ghi

00 = bank 0 : địa chỉ 00H–07H

01 = bank 1 : địa chỉ 08H–0FH

10 = bank 2 : địa chỉ 10H–17H

11 = bank 3 : địa chỉ 18H–1FH PSW.2 OV D2H Cờ tràn

PSW.1 – D1H Dự trữ

PSW.0 P D0H Cờ parity chẵn

Cờ 0

Cờ 0 (F0) là 1 bit cờ đa dụng dành cho các ứng dụng của người dùng

Cờ tràn

Cờ tràn (OV) được set sau một lệnh cộng hoặc trừ nếu có một phép toán bị tràn

Khi các số có dấu được công hoặc trừ với nhau, phần mềm có thể kiểm tra bit này để

xác định xem kết quả có nằm trong tầm xác định không Khi các số không dấu được

cộng, bit OV có thể được bỏ qua Các kết quả lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn -128 sẽ set

bit OV

Kết quả là một số có dấu 8EH được xem như -116, không phải là kết quả đúng

(142), vì vậy, bit OV được set

2.1.2.3- Thanh ghi B :

Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích lũy A cho các

phép toán nhân và chia Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trị không dấu 8 bit trong A và

B rồi trả về kết quả 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao) Lệnh DIV AB sẽ chia A

cho B rồi trả về kết quả nguyên trong A và phần dư trong B Thanh ghi B cũng có thể

được xem như thanh ghi đệm đa dụng Nó được địa chỉ hóa từng bit bằng các địa chi

bit F0H đến F7H

2.1.2.4- Con trỏ dữ liệu :

Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi 16

bit ở địa chỉ 82H (DPL : byte thấp) và 83H (DPH : byte cao) Ba lệnh sau sẽ ghi 55H

vào RAM ngoài ở địa chỉ 1000H :

MOV A, #55H

MOV DPTR, #1000H

MOVX @DPTR, A

Lệnh đầu tiên dùng địa chỉ tức thời để tải dữ liệu 55H vào thanh ghi tích lũy

Lệnh thứ hai cũng dùng địa chỉ tức thời, lần này để tải dữ liệu 16 bit 1000H vào con

trỏ dữ liệu Lệnh thứ ba dùng địa chỉ gián tiếp để di chuyển dữ liệu trong A (55H) đến

RAM ngoài ở địa chỉ được chứa trong DPTR (1000H)

2.1.2.5- Các thanh ghi timer :

89C51 chứa hai bộ định thời / đếm 16 bit được dùng cho việc định thời hoặc

đếm sự kiện Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0 : byte thấp) và 8CH (TH0 : byte cao) Timer

1 ở địa chỉ 8BH (TL1 : byte thấp) và 8DH (TH1 : byte cao) Việc vận hành timer được

set bởi thanh ghi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển timer

(TCON) ở địa chỉ 88H Chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit

2.1.2.6- Các thanh ghi port nối tiếp :

89C51 chứa một port nối tiếp trên chip dành cho việc trao đổi thông tin với các

thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc cho việc giao tiếp với các IC khác có giao

tiếp nối tiếp (các bộ chuyển đổi A/D, các thanh ghi dịch ) Một thanh ghi gọi là bộ

đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽ giữ cả hai dữ liệu truyền và nhận Khi

truyền dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF Các mode vận hành

khác nhau được lập trình qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) (được địa chỉ

hóa từng bit) ở địa chỉ 98H

2.1.2.7- Các thanh ghi ngắt :

89C51 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên Các ngắt bị cấm sau khi reset

hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ

A8H Cả hai thanh ghi được địa chỉ hóa từng bit

2.1.2.8- Thanh ghi điều khiển port nối tiếp :

Chế độ hoạt động của port nối tiếp được đặt bằng cách ghi vào thanh ghi chế độ

port nối tiếp (SCON) ở địa chỉ 98H Sau đây là các bảng tóm tắt thanh ghi SCON và

các chế độ của port nối tiếp :

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả

port nối tiếp

port nối tiếp

Bit 2 của chế độ port nối tiếp Cho phép truyền thông

đa xử lý trong các chế độ 2 và 3, RI sẽ không bị tác động nếu bit thứ 9 thu được là 0

Cho phép bộ thu phải được đặt lên 1

để thu (nhận) các

ký tự

Bit 8 phát, bit thứ 9 được phát trong các chế độ 2 và 3; được đặt và xóa bằng phần mềm

thu được

lên 1 khi kết thúc phát ký tự; đượcxóa bằng phần mềm

Cờ ngắt thu Đặt lên 1 khi kết thúc thu ký tự; được xóa bằng phần mềm

Bảng 2.4: Tóm tắt thanh ghi chế độ port nối tiếp SCON

Bảng 2.5 :Các chế độ port nối tiếp

Trước khi sử dụng port nối tiếp, phải khởi động SCON cho đúng chế độ Ví dụ,

lệnh MOV SCON, #01010010B khởi động port nối tiếp cho chế độ 1 (SM0/SM1 =

0/1), cho phép bộ thu (REN = 1) và đặt cờ ngắt phát (T1 = 1) để chỉ bộ phát sẵn sàng

hoạt động

Các chế độ hoạt động :

Port nối tiếp có 4 chế độ hoat động, có thể chọn được bằng cách viết các số 1

hay 0 vào các bit SM0 và SM1 trong SCON Có ba chế độ cho phép truyền thông bất

đồng bộ, với mỗi ký tự được thu (nhận) hoặc phát đều được đóng khung bằng một bit

start và 1 bit stop Ở chế độ thứ tư, port nối tiếp hoạt động như một thanh ghi dịch đơn

giản

Thanh ghi dịch 8 bit (chế độ 0)

0 0 0 Thanh ghi dịch Cố định (FOSC /12)

0 1 1 UART 8 bit Thay đổi (đặt bằng timer)

1 0 2 UART 9 bit Cố định (FOSC chia cho 12 hoặc 64)

1 1 3 UART 9 bit Thay đổi (đặt bằng timer)

Chế độ 0 được chọn bằng cách ghi các bit 0 vào SM1 và SM0 của SCON, đưa

port nối tiếp vào chế độ thanh ghi dịch 8 bit Dữ liệu nối tiếp vào và ra qua RXD và

TXD xuất xung nhịp dịch 8 bit được phát hoặc thu với bit đầu tiên là LSB Tốc độ

baud cố định ở 1/12 tần số dao động trên chip

Việc phát đi được khởi động bằng bất cứ lệnh nào ghi dữ liệu vào SBUF Dữ

liệu được dịch ra ngoài trên đường RXD (P3.0) với các xung nhịp được gửi ra đường

TXD (P3.1) Mỗi bit phát đi hợp lệ (trên RXD) trong một chu kỳ máy Trong mỗi chu

kỳ máy, tín hiệu xung nhập xuống thấp ở S3P1 và trở về mức cao ở S6P1

Hình 2.1 : Giản đồ thời gian port nối tiếp phát ở chế độ 0

Việc thu được khởi động khi bit cho phép bộ thu (REN) là 1 và bit ngắt thu (RI)

là 0 Qui tắc tổng quát là đặt REN khi bắt đầu chương trình để khởi động port nối tiếp,

rồi xóa RI để bắt đầu hoạt động nhập dữ liệu Khi RI bị xóa, các xung nhịp được đưa

ra đường TXD, bắt đầu chu kỳ máy kế tiếp, và dữ liệu theo xung nhịp ở đường RXD

Lấy xung nhịp cho dữ liệu vào port nối tiếp xảy ra ở cạnh dương của TXD

Hình 2.2 : Giản đồ thời gian port nối tiếp thu ở chế độ 0

Một ứng dụng của chế độ thanh ghi dịch là mở rộng khả năng xuất của 89C51

IC thanh ghi dịch nối tiếp ra song song có thể được nối vào các đường TXD và RXD

của 89C51 để cung cấp thêm 8 đường ra Có thể nối xâu chuỗi thêm các thanh ghi dịch

để mở rộng thêm

Chế độ thanh ghi dịch của port nối tiếp

UART 8 bit với tốc độ baud thay đổi được (chế độ 1)

Ở chế độ 1, port nối tiếp của 89C51 làm việc như một UART 8 bit với tốc độ

baud thay đổi được Một UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter : Bộ

thu/phát bất đồng bộ vạn năng) là một dụng cụ thu và phát dữ liệu nối tiếp với mỗi ký

tự dữ liệu đi trước là bit start ở mức thấp và theo sau là bit stop ở mức cao Đôi khi xen

thêm bit kiểm tra chẵn lẻ giữa bit dữ liệu cuối cùng và bit stop Hoạt động chủ yếu của

UART là chuyển đổi song song sang nối tiếp với dữ liệu xuất và chuyển đổi nối tiếp

sang song song với dữ liệu nhập

8051

Thêm 8 ngõ ra

Ở chế độ 1, 10 bit được phát trên TXD hoặc thu trên RXD Những bit đó là : 1

bit start (luôn luôn là 0), 8 bit dữ liệu (LSB đầu tiên) và 1 bit stop (luôn luôn là 1) Với

hoạt động thu, bit stop được đưa vào RB8 trong SCON Trong 89C51 chế dộ baud

được đặt bằng tốc độ báo tràn của Timer 1

Truyền dữ liệu (phát) được khởi động bằng cách ghi vào SBUF, nhưng vẫn

chưa thật sự bắt đầu chạy cho đến khi sự thay thế kế tiếp của bộ đếm chia cho 16 cung

cấp tốc độ baud cổng nối tiếp Dữ liệu được dịch ra ngoài trên đường TXD bắt đầu

bằng bit start, theo sau là 8 bit dữ liệu và sau cùng là bit stop Độ rộng (theo thời gian

của mỗi bit) là nghịch đảo của tốc độ baud được lập trình trong timer Cờ ngắt phát

(TI) được đặt lên 1 khi xuất hiện bit stop trên TXD

Đặt cờ TI port nối tiếp

Việc thu dữ liệu được khởi động bằng một chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 trên

RXD Bộ đếm 16 tức thời được xóa để đồng bộ số đếm với luồng bit đến Luồng bit

đến được lấy mẫu giữa 16 lần đếm

Bộ thu sẽ phát hiện được bit start sai bằng cách yêu cầu trạng thái 0 ở (bit start) ở

lần đếm thứ 8 sau khi có chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 đầu tiên Nếu điều này không

xảy ra, người ta giả sử là bộ thu được kích bởi nhiễu chứ không phải do một ký tự hợp

lệ Bộ thu được reset và quay về trạng thái nghỉ (idle), tìm kiếm (đợi) chuyển trạng

thái từ 1 xuống 0 kế

Giả sử đã phát hiện được bit start hợp lệ, thì tiếp tục thu ký tự Bit start được bỏ

qua và 8 bit dữ liệu được đưa vào thanh ghi dịch cổng nối tiếp theo xung nhịp Khi đã

có được tất cả 8 bit, điều sau đây xảy ra :

bit

start D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 stop bit

TXD

1 tốc độ baud

TI (SCON.1)

Ngắt phát (chuẩn bị cho dữ liệu)

Bit thứ 9 (bit stop) được chốt vào RB8 trong SCON

SBUF được nạp với 8 bit dữ liệu

Cờ ngắt bộ thu (RI) được đặt lên 1

Tuy nhiên, những điều này chỉ xảy ra nếu đã có những điều kiện sau :

RI = 0

SM2 = 1 và bit stop thu được là 1, hoặc SM2 = 0

Đòi hỏi RI = 0 để bảo đảm là phần mềm đã đọc ký tự trước (và RI được xóa)

Điều kiện thứ hai hơi phức tạp nhưng chỉ áp dụng trong chế độ truyền thông đa

xử lý Điều đó hàm ý là “không đặt RI lên 1 trong chế độ truyền thông đa xử lý

khi bit dữ liệu thứ 9 là 0)

2.1.2.9 Tốc độ baud port nối tiếp

Sử dụng Timer 1 làm xung nhịp tốc độ baud

Cách thông dụng để tạo tốc độ baud là khởi động TMOD cho chế độ 8 bit tự

động nạp lại (chế độ 2) và đặt giá trị nạp lại đúng vào TH1 để cho tốc độ tràn đúng với

tốc độ baud TMOD được khởi động như sau :

MOV TMOD, #0010xxxxB

Các x là các bit 1 hoặc 0 cần cho timer

Cũng có thể đạt được các tốc độ baud thấp bằng cách sử dụng timer chế độ 1 với

TMOD = 0001xxxxB Tuy nhiên, tốn thêm phần mềm vì các thanh ghi TH1/TL1 phải

được khởi động lại sau mỗi lần tràn Việc này sẽ được thực hiện trong chương trình

phục vụ ngắt Một chọn lựa khác là cấp xung nhịp cho Timer 1 từ ngoài dùng

T1(P3.5) Và luôn luôn tốc độ baud là tốc độ tràn của Timer 1 được chia cho 32 (hoặc

cho 16, nếu SMOD = 1)

Công thức tổng quát để xác định tốc độ baud trong các chế độ 1 và 3 là :

Tốc độ baud = Tốc độ tràn của Timer 1 ÷ 32

Bảng 2.6 tóm tắt các giá trị nạp lại cho các tốc độ baud thông dụng nhất, dùng

Chương 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1- Giới thiệu :

Hệ thống cân băng tải gồm 2 phần :

Bộ điều khiển hệ thống cân

Bộ đầu cân

Hệ thống cân băng tải của em là một hệ thống thu thập dữ liệu nhờ vào hai load

cell (mỗi load cell cân được khối lượng tối đa là 20kg ), dữ liệu thu thập được sẽ thay

đổi theo sự thay đổi của điệp áp đầu ra của load cell theo sự thay đổi khối lượng của

bao được cân

Điện áp đầu ra của load cell được đưa vào mạch đầu cân và được xử lý để hiển

thị khối lượng hiện tại của bao đang cân trên led 7 đoạn và đồng thời cung lúc này

khối lượng của vật đang cân được truyền về mạch điều khiển qua IC MAX232 Mạch

điều khiển là mạch điều khiển toàn bộ quá trình hoạt động của hệ thống cân, dữ liệu từ

đầu cân đưa về bộ điều khiển sẽ được xử lý tính toán để hiển thị khối lượng hiện tại

của bao đang cân, hiển thị tổng khối lượng của các lần cân và hiển thị số bao được cân

và đồng thời dữ liệu của tổng số bao và dữ liệu của tổng khối lượng của các lần cân

cũng được lưu vào bộ nhớ EPROM của AT24C04

Hình 4.1 : Sơ đồ khối của hệ thống cân

Tín hiệu đưa

về từ load cell

Bộ đầu cân

Hiển thị khối lượng hiện tại của

Bộ điều khiển hệ thống cân

Hiển thị khối lượng hiện tại của

Hiển thị tổng khối lượng cân

Hiển thị tổng số bao

Lưu vào EEPROM AT24C04

3.2 Tính toán và thiết kế phần cứng :

* Thiết kế cơ khí :

Mô hình bàn cân gồm các phần chính sau :

- Băng tải được làm bằng chất liệu đặc biệt, kích thước 0.8m x 0.4m có thể ép

dính 2 mép lại với nhau một cách tương đối phẳng Điều này giúp cho việc giảm sai số

khi băng tải hoạt động

- Động cơ kéo băng tải là loại động cơ có công suất nhỏ (~220W), tốc độ

~0.1m/s Do đó có thể cân khoảng 300 sản phẩm/giờ

-Cảm biến gồm :

+ 2 Loadcell loại 20 Kg được bố trí ở 2 đầu bàn cân Tổng trọng lượng tối đa

có thể cân được sau khi đã loại bỏ khối lượng của vật liệu làm bàn cân là 10Kg

+ 2 cảm biến quang thu phát hồng ngoại được đặt dọc theo bàn cân để phát hiện

sản phẩm và lấy mốc để xử lí tín hiệu

- Sai số khi cân vào khoảng 3%

* Mạch điều khiển :

Mạch điều khiển điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống Khi được cấp

nguồn mạch điều khiển sẽ kích cho băng tải hoạt động thông qua mạch động lực bằng

nút nhấn Vật thể cần cân được di chuyển trên băng tải và được phát hiện bởi các cảm

biến được bố trí dọc theo bàn cân, các tín hiệu từ cảm biến sẽ được đưa về CPU để

đếm số lượng vật thể Đồng thời mạch điều khiển sẽ xử lý tính toán, lưu trữ dữ liệu

truyền về từ mạch đầu cân và hiển thị số liệu lên các LED 7 đoạn

3.2.1 Khối mạch hiển thị :

Mạch hiển thị gồm 17 LED 7 đoạn, 17 transistor A564, IC giải mã 74LS154

-Tính phân cực cho Transitor A564 :

31

1 2 3 4 5 6 7 8

21 22 23 24 25 26 27 28

10 11

12 13

14 15 16 17

39 38 37 36 35 34 33 32

RST

XTAL2 XTAL1

EA/VPP

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P2.0/A8

P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15

P3.0/RXD P3.1/TXD

P3.2/INT0 P3.3/INT1

P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD

P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7

LED13

LED17

R7 R

LED5

LED11 EN_LED

LED15 ADD1

VCC

VCC

LED3

LED1 LED7S

7 6 4 2 1 9 10 5

a b c d e f g

p C1 C2

c

LED1 ADD0

Q11 PNP

3

LED7 LED4

b

e d

23 22 21 20 18 19

G1 G2

f

LED14 EN_LED

Y 1

LED12

LED1 LED6

ADD3

ADD3

Với VCC = 5V DC , Transitor SI và có β = 100, điện áp ngõ ra tại mỗi chân

port của 89C51 VOL = 0,45V, dòng để mỗi LED sáng là 10mA

Chọn chế độ hoạt động của Transistor là bão hoà VEC = 0,5V

Ta có :

LED

OL LED EC CC

V V V V

10

45 , 0 2 5 , 0

5 − − −

=

LED

Cực B của Transistor được nối với ngõ ra của IC74154, mỗi chân ngõ ra của IC

giải mã có điện áp VOL = 0,45V

Để cho 1 thanh Led sáng thì dòng qua nó là 10mA, do đó để cả 8 đoạn LED

sáng thì dòng cung cấp cho LED là IC = 80mA

Để Transitor dẫn bão hoà : IB

I

V V

5 , 1

4 , 0 2 , 1 5

Chọn RB = 2,2KΩ

3.2.2 Khối lưu trữ dữ liệu :

Khối lưu trữ dữ liệu sử dụng IC AT24C04, dữ liệu được truyền nối tiếp

từ 89C51 và lưu trữ vào EEPROM với thanh ghi A mang data, thanh ghi B định địa

1 3 5 7 21

23 25 27

10 12

14 16

39 37 35 33

RST XTAL2 EA/VPP

P1.0 P1.2 P1.4 P1.6 P2.0/A8 P2.2/A10 P2.4/A12 P2.6/A14

P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0

P3.4/T0 P3.6/WR P3.7/RD

P0.0/AD0 P0.2/AD2 P0.4/AD4 P0.6/AD6

U2

AT24C04

1 3

5

6 7

A0 A2 SDA

SCL WP

R16

R

Y 1

Quá trình đọc/ghi dữ liệu được thực hiện qua 2 chân SCL (serial clock) và SDA

(seriral data), khi xuất hiện cạnh lên tại ngõ vào chân SCL thì dữ liệu truyền từ 89C51

được lưu vào bộ nhớ EEPROM của AT24C04 và khi xuất hiện cạnh xuống thì dữ liệu

từ EEPROM sẽ được đọc ra Dữ liệu sẽ được truyền qua chân SDA theo cả hai hướng

tuỳ thuộc vào trạng thái của chân SCL Chân SDA thường ở mức cao, khi chân SCL ở

mức thấp sẽ làm cho dữ liệu trên chân SDA thay đổi

Chân A2, A1, A0 là các địa chỉ ô nhớ ngõ vào, AT24C04 sử dụng chân A2, A1

cho việc định địa chỉ nhớ trên EEFROM, chân A0 không sử dụng

Điều kiện để bắt đầu một quá trình đọc/ ghi dữ liệu từ 89C51⇔AT24C04 : khi

chân SDA chuyển từ mức cao xuống mức thấp khi chân SCL vẫn giữ ở mức cao, sau

đó là một thanh ghi địa chỉ có nội dung xác định :

Điều kiện để báo kết thúc quá trình đọc/ ghi :khi chân SDA chuyển từ mức

thấp lên mức cao khi chân SCL vẫn ở mức cao

Vì dữ liệu đọc/ghi của AT24C04 là một chuỗi truyền 8 bit nối tiếp nên sau mỗi

lần truyền xong 8 bit, EEPROM đều gởi một tín hiệu báo là đã nhận/ truyền xong 1

byte (ACKNOWLEDGE), tín hiệu này luôn có tích cực mức thấp

89C51 sử dụng thanh ghi A và thanh ghi B để thực hiện đọc/ ghi dữ liệu, thanh

ghi A chứa dữ liệu đọc/ghi, thanh ghi B chứa địa chỉ

Quá trình ghi dữ liệu : sau khi thiết lập được điều kiện bắt đầu của quá trình

đọc/ ghi và 8 bit của thanh ghi địa chỉ, nếu là quá trình ghi thì bit R/W được đặt = 0,

sau đó là 8 bit địa chỉ của thanh ghi B, tiếp theo là 8 bit dữ liệu được ghi vào

EEPROM và cuối cùng là bit STOP Mỗi lần truyền xong 1 byte, EEPROM đều gởi ra

1 bit ACK mức thấp báo đã truyền xong một byte

Hình 3.1 : Giao thức ghi byte

Quá trình đọc dữ liệu : Bit R/W được set =1còn các điều kiện thiết lập ban đầu

của quá trình đọc/ghi tương tự như quá trình ghi Khi kết thúc quá trình truyền 8 bit

đại chỉ của thanh ghi B, điều kiện bắt đầu của quá trình đọc ghi phải được thiết lập lại,

sau đó là 8 bit địa chỉ được ghi vào thanh ghi A từ EEPROM, sau khi đọc được 8 bit

là bit STOP, trong giao thức này không có bit ACK

P3.0

Khối nhận dữ liệu sử dụng OPTO 4N35 để nhận tín hiệu từ Max 232 truyền về

Do điện áp ra ở T1OUT = 12 V,dòng để LED phát sáng là 10mA nên ta chọn

điện trở R hạn dòng cho LED là

R=

mA

V

10 12

=1200Ω

R18 R

C2

104

U4 MOC3020

1 2

Q19 C828

Khi chân P3.7 của 89C51 được CLR về mức 0, Transistor C828 ngưng dẫn,

dòng qua LED của MOC 3020 làm LED phát sáng kích dẫn cho BT134-600E thông

qua Triac của MOC làm động cơ hoạt động

Khi chân P3.7 được SET lên mức 1, Transistor C828 dẫn bão hòa, dòng qua

LED của MOC ~ 0, xung kích cho BT134 bị ngắt, động cơ ngừng hoạt động

018

BE OH

10 4 1

7 0 4 2

4

Chọn RB = 10 KΩ

Triac BT134 là linh kiện công suất được kích dẫn bằng dòng, dòng kích dẫn

khoảng 10mA, ta tính được điện trở hạn dòng RK cho Triac :

RK = = 22000 Ω 10

220

mA V

Do BT134 có thể dẫn được 4A mà công suất động cơ khoảng 200W nên BT134

có thể dẫn dòng an toàn

3.3 Giải thuật chương trình :

Gọi t là khoảng thời gian sản phẩm đi từ sensor 1 đến sensor 2 Đây là khoảng

thời gian để CPU xử lý, tính toán số liệu truyền về từ mạch đầu cân

Khi phát hiện sản phẩm, sensor 1 sẽ gởi tín hiệu về CPU Lúc này CPU sẽ đếm

tăng tổng số sản phẩm và cộng dồn trọng lượng sản phẩm đang cân cho đến khi sensor

2 tác động Đó là lúc sản phẩm ra khỏi bàn cân, CPU ngưng lấy mẫu, tiến hành chia

trung bình, lưu trữ và hiển thị thông tin ra LED 7 đoạn

Do trong quá trình hoạt động bàn cân phải chịu tác động của các lực lên xuống

bởi sản phẩm gây ra nên sẽ xảy ra tình trạng sai số trong khi cân Để khắc phục tình

trạng này CPU sẽ nhận 5 chuỗi xung, tiến hành chia trung bình nhằm tìm giá trị ít sai

số nhất và lấy giá trị này để hiển thị và lưu trữ

Giải thuật chương trình chính :

BẮT ĐẦU THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

KHỞI ĐỘNG CÁC PORT VÀ CÁC NGẮT

(TIMER, TRUYỀN THÔNG)

NHẤN START ?

NHẤN STOP ?

NHẤN RST ?

CẢM BIẾN SEN1 TÁC ĐỘNG?

SEN_BIT=

1 ?

CNT=7 ?

-KHỞI ĐỘNG HỆ THỐNG -START BIT=1 -DELAY

-DỪNG HỆ THỐNG -START_BIT=0 -SEN1_BIT=0 -SEN2_BIT=0 -CAN_BIT=0 -LUU_BIT=0 -DELAY

-RESET_MEMO -DOI_SO

START_

BIT=0 ?

-CAN_BIT=1 -SEN1_BIT=0

-HAND=0 -CNT=0

CẢM BIẾN SEN2 TÁC ĐỘNG ?

-DỪNG HỆ THỐNG -START_BIT=0 -SEN1_BIT=0 -CAN_BIT=0 -LUU_BIT=0 -DELAY

-CNT=0 -HANDS=0

SEN2=0

?

-CAN_BIT=1 -SEN1_BIT=0

Giải thuật chương trình ngắt truyền thông :

RI = 0 NGẮT_RECEIVE

Đ

Giải thuật chương trình cộng dồn :

Đặt các giá trị BF1= #0

… BF8= #0

Giải thuật chương trình chia trung bình :

Giải thuật chương trình tính tổng :

Giải thuật tăng đếm :

CNT3=10

?

CNT3=0 TĂNG CNT2

CNT2=10

?

CNT2=0 TĂNG CNT1

Chương 4 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 5.1- Tính năng của mạch điều khiển :

Dữ liệu từ mạch đấu cân đưa về được mạch điều khiển xử lý sau đó được hiển

thị trên 17 LED 7 đoạn gồm có :

8 LED 7 đoạn : Hiển thị tổng khối lượng cân

5 LED 7 đoạn : Hiển thị khối lượng cân hiện tại

4 LED 7 đoạn : Hiển tổng số bao đã được cân

Dữ liệu từ mạch đầu cân truyên về sau khi xử lý sẽ được lưu vào EFROM của

IC nhớ AT24C04 đảm bảo dữ liệu sẽ không bị mất đi khi mất điện

Điều khiển mạch động lực

Lấy tín hiệu từ cảm biến để điều khiển toàn bộ hệ thống

5.2- Kết quả đạt được :

Trong khoảng thời gian gần ba tháng tìm hiểu, thiết kế và thi công đề tài dưới

sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Viết Thắng, em đã thực hiện được các nội dung

sau :

Thiết kế và thi công mạch điều khiển

Thiết kế và thi công mô hình cân băng tải 10kg

Tìm hiểu về ngôn ngữ ASSEMBLY và vi điều khiển 89C51

Kết nối được các bộ phận và viết chương trình điều khiển

Về phần cứng : mạch thi công chạy tốt

Về phần mềm : viết được chương trình điều khiển và xử lý dữ liệu

5.3- Hướng phát triển của đề tài :

Có thể giao tiếp với máy tính, để có thể in dữ liệu ra khi cần thiết và dữ liệu

được quản lý tốt hơn, ngoài ra khi hệ thống được giao tiếp với máy tính thì hệ thồng

được điều khiển và giám sát được dễ dàng hơn

Có thêm vào đầu cân một số tính năng như : nút chỉnh về zero, nút chống rung

khi cân v.v… do thời gian còn hạn chế em chưa thực hiện được

Tìm hiểu các phương pháp điều khiển sao cho kết quả tối ưu nhất