thiết kế mạch hiển thị cân điện tử từ 0 đến 2kg hiển thị bằng lcd

Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìm hiểu các về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử giao cho đồ án môn học :Thiết kế mạch h

LOI NOI DAU

Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang phát triển mạnh mẽ Trước tình hình đó đã có khá nhiêu yêu câu câp bách và cũng là những thách thức được đặt ra cho giới trí thức

Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phải đầu

tư cho giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, thì phải đưa các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ con người ngày càng cao đáp ứng được yêu cầu của xã hội

Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìm hiểu các về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử giao cho

đồ án môn học :Thiết kế mạch hiến thị cân điện tử từ 0 đến 2kg hiến thị bằng LCDnhằm củng cố về kiến thức trong quá trình thực tế

Sau khi nhận được đề tài, với sự hướng dẫn của thàyĐỗ Tuấn Anhcùng với sự

nỗ lực của bản thân, sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến nay đồ án của chúng em

về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã có gắng nhưng

do thời gian cũng như trình độ vẫn còn hạn chế nên không thê tránh khỏi sai sót Vậy em kính mong sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy để

đồ án của em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cám ơn thàyĐỗ Tuấn Anhcùng các thầy cô trong khoa đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án

Nhóm sinh viên thực hiện

Sinh viên thực hiện: Lê Đức Anh

Trần Thị Ánh

Vũ Văn Chiến

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Phan 1:GIOI THIEU VE DE TAI

1 Cơ sở lựa chọn đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển của công nghiệp điện tử, kỹ thuật thì một số

các hệ thông điêu khiên đã dần dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi điều khiển, PLC được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiên thì các hệ thống

điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp, ít chính xác đã được thay thê

bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập

trước

Trong quá trình sản xuất ở cae nha may, xi nghiệp hiện nay, việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng Vì nắm bắt được nhiệt độ làm việc của cả một hệ thống, dây chuyền sản xuất giúp chúng ta biết được tình trạng làm việc của hệ thống Qua đó có những xử lý kịp thời tránh được những hư hỏng có thê xảy ra

Đối với vấn đề sử dụng cân điện tử thì trong các hệ thống điều khiển trong công nghiệp hiện nay luôn yêu cầu cần độ chính xác và thời gian đáp ứng , xử lý nhanh nhất bởi vậy trung tâm của chương trình điều khiển thường là những vĩ điều khiển

Đề đáp ứng được theo yêu cầu thì có rất nhiều phương pháp để thực hiện, qua quá trình học và nghiên cứu khảo sát vi điều khiển PIC thi thấy rằng vi điều khiển có ứng dụng rất tốt như yêu cầu của dé tai và muốn hệ thống chính xác đạt được hiệu quả

nhanh nhát thì cần phải có bộ sử lý tín hiệu tốt Được sự đồng ý của khoa Điện - Điện

tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên

Nhóm chúng em tiến hành thực hiện dé tai:

Thiết kế mạch hiền thị cân điện tử từ 0 đến 2 kg hiển thị bằng LCD

Các hệ thống điều khiến khi thiết kế đều yêu câu thỏa mãn chất lượng đặt ra, các chỉ tiêu chất lượng phải tốt nhất theo một nghĩa nào đó Trong trường hợp tổng, quát, các chỉ tiêu tối ưu của một hệ thống điều khiển thường được gọi là tiêu chuẩn tối ưu, các tiêu chuẩn tối ưu đó là:

+ Thời gian hiệu chỉnh ngắn nhất

+ Tốc độ điều chỉnh nhanh nhất

+ Cấu trúc nhỏ nhất

+ Năng lượng tiêu thụ trong hệ thống ít nhất

Sinh viên thực hiện: Lê Đức Anh

Trần Thị Ánh

Vũ Văn Chiến

Việc nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động luôn là chỉ tiêu quan tâm

đầu tiên của các nhà thiết kế

2 Déi tugng nghién ciru

Đối tượng nghiên cứu trong đề tài là cân điện tử : Trong thực tế về cuộc sống và trong công nghiệp nhiều vị trí cần và thường dùngcảm biến trọng lượng hoặc điện trở tỉnh

Khi điều khiển trọng lượng, đặc tính cân chú ý là nhận và sử lý thông tin nhanh từ

cảm biến tới bộ sử lý trung tâm

3: Nội dung và phạm vi nghiên cứu

Nội dung chính của đồ án đề cập đến những vắn đề chính sau:

Toàn bộ nội dung đồ án được chia thành 4 phần:

Phẩn1: Giới thiệu đề tài

Phan2: Tong quan vé họ vi điều khiến PIC

Phân 3: Thiết kế và thi công

Phẩn4: Giới thiệu một số loại cân trên thị trường

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

+ Thiết kế khối nguồn

+ Nghiên cứu về đối tượng điều khiển

+ Viết chương trình điều khiến

+ Nghiên cứu lý thuyết vi điều khiển PIC

+ Xây dụng được sơ đồ, thuật toán và chương trình điều khiển

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết để xây dựng thuật toán điều khiển

- Dùng mô phỏng đề kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu lý thuyết

- Dùng thực nghiệm đề khăng định kết quả nghiên cứu

Sinh viên thực hiện: Lê Đức Anh

Trần Thị Ánh

Vũ Văn Chiến

Phần 1:GIỚI THIỆU VỀ DE TÀI

1:Cơ sở lựa chọn đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển của công nghiệp điện tử, kỹ thuật thì một số các hệ thống điều khiển đã dần dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi

điều khiển, PLC được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiến thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp, ít chính xác đã được thay thế bằng

các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo và không chế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng Vì nắm bắt được nhiệt

độ làm việc của cả một hệ thống, dây chuyền sản xuất giúp chúng ta biết được tình trạng làm việc của hệ thống Qua đó có những xử lý kịp thời tránh được những hư hỏng có thể xảy ra

Đối với vân đề sử dụng cân điện tử thì trong các hệ thống điều khiển trong công nghiệp hiện nay luôn yêu cầu cần độ chính xác và thời gian đáp ứng , xử lý nhanh nhất bởi vậy trung tâm của chương trình điều khiển thường là những vi điều khién

Để đáp ứng được theo yêu cầu thì có rất nhiều phương pháp đề thực hiện, qua quá trình học và nghiên cứu khảo sát vi điều khiển PIC thì thây rằng vi điều khiển có ứng

dụng rất tốt như yêu cầu của đề tài và muốn hệ thống chính xác đạt được hiệu quả nhanh nhất thì cần phải có bộ sử lý tín hiệu tốt Được sự đồng ý của khoa Điện - Điện

tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên

Nhóm chúng em tiến hành thực hiện đẻ tài:

Thiết kế mạch hiền thị cân điện tử từ 0 đến 2 kg hiển thị bằng LCD

Các hệ thống điều khiển khi thiết kế đều yêu cầu thỏa mãn chất lượng đặt ra, các chỉ tiêu chất lượng phải tốt nhất theo một nghĩa nào đó Trong trường hợp tổng, quát, các chỉ tiêu tối ưu của một hệ thông điều khiển thường được gọi là tiêu chuẩn tối ưu, các tiêu chuẩn tối ưu đó là:

+ Thời gian hiệu chỉnh ngắn nhất

+ Tốc độ điều chỉnh nhanh nhát

+ Cấu trúc nhỏ nhất

+ Năng lượng tiêu thụ trong hệ thống ít nhất

Việc nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động luôn là chỉ tiêu quan tâm đầu tiên của các nhà thiệt kê

2: Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu trong để tài là cân điện tử : Trong thực tế về cuộc sống và trong công nghiệp nhiều vị trí cần và thường dùngcảm biến trọng lượng hoặc điện trở tinh Khi điều khiển trọng lượng, đặc tính cần chú ý là nhận và sử lý thông tin nhanh từ

cảm biến tới bộ sử lý trung tâm

3: Nội dung và phạm vi nghiên cứu

Nội dung chính của đồ án đề cập đến những vấn đề chính sau:

Toàn bộ nội dung đồ án được chia thành 4 phần:

Phan1:Gidi thiệu dé tai

Phần2: Tổng quan về họ vi điều khién PIC

Phần 3: Thiết kế và thi công

Phẩn4: Giới thiệu một số loại cân trên thị trường

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

+ Thiết kế khối nguồn

+ Nghiên cứu về đối tượng điều khiến

+ Viết chương trình điều khiển

+ Nghiên cứu lý thuyết vi điều khiển PIC

+ Xây dụng được sơ đồ, thuật toán và chương trình điều khién

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết đê xây dựng thuật toán điều khiển

- Dùng mô phỏng đề kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu lý thuyết

- Dùng thực nghiệm đề khăng định kết quả nghiên cứu

CHUONG 1 TONG QUAN VE VI DIEU KHIEN PIC

1.1 PIC LA Gi 2?

1.2 TAI SAO LA PIC MA KHONG LA CAC HO VI DIEU KHIEN KHAC??

1.3 KIEN TRUC PIC

1.4 CAC DONG PIC VA CACH LUA CHON VI DIEU KHIEN PIC

1.5 NGON NGU LAP TRINH CHO PIC

1.6 MACH NAP PIC

Sinh viên thực hiện: Lê Đức Anh

Trần Thị Ánh

Vũ Văn Chiến

CHUONG 2 VI DIEU KHIEN PIC16F877A

2.1 MOT VAI THONG SO VE VI DIEU KHIEN PIC16F877A

CHUONG 1 TONG QUAN VE VI DIEU KHIEN PIC

khiên PIC ngày nay

1.2 TAI SAO LA PIC MA KHONG LA CAC HO VI DIEU KHIEN KHAC??

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều ho vi diéu khién nhu 8051, Motorola 68HC,

dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau:

Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam

Giá thành không quá đắt

Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập

Là một sự bồ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều

khiển

mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051

Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC Hiện nay tại Việt Nam cũng như

Von Neuman va kiên tric Havard „ |

Tô chức phân cứng của PIC dugc thiét ké theo kién tric Havard Diém khac biét gitra

Sinh viên thực hiện: Lê Đức Anh

Trần Thị Ánh

Vũ Văn Chiến

Một điểm cần chú ý nữa là tập lệnh trong kiến trúc Havard có thé được tối ưu tùy theo ohn kién trúc của vi điều khiển mà không phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu Ví dụ, đối điều khiến dòng 16F, độ dài lệnh luôn là 14 bit (trong khi dữ liệu được tổ chức thành byt), còn đối với kiến trúc Von-Neuman, độ dài lệnh luôn là bội số của 1 byte (do dữ được tổ chức thành từng byte) Đặc điểm này được minh họa cụ thể trong hình 1.1 1.5 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PIC

Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng Ngôn ngữ lập trình cấp thấp có MPLAB (được cung

cấp miễn phí bởi nhà sản xuat Microchip), các ngôn ngữ lập trình cấp cao hơn bao

nhiều khó khăn trong quá trình mua sản phẩm

Ngoài ra do tính năng cho phép nhiều chế độ nạp khác nhau, còn có rất nhiều mạch

thiệt kê dành cho vi điêu khiên PIC Có thê sơ lược một sô mạch nạp cho PIC như sau:

JDM programmer: mach nap nay dung chương trình nạp Ieprog cho phép nạp các

vi

điều khién PIC có hỗ trợ tính năng nạp chương trình điện áp thấp ICSP (In Circuit Serial

Programming).Hau hét cdc mach nap đều hỗ trợ tính năng nạp chương trình này WARP-13A và MCP-USB: hai mạch nạp này giống với mạch nạp PICSTART PLUS

do nhà sản xuất Microchip cung cấp, tương thích với trình biên dịch MPLAB, nghĩa là

ta có

thể trực tiếp dùng chương trình MPLAB để nạp cho vi điều khiển PIC mà không cần

một chương trình nạp khác, chăng hạn như ICprog

PI6PRO40: mạch nạp này do Nigel thiết kế và cũng khá nổi tiếng Ông còn thiết

kế

cả chương trình nạp, tuy nhiên ta cũng có thề sử dụng chương trình nạp Icprog

Mạch nạp Universal của Williem: đây không phải là mạch nạp chuyên dụng dành cho

PIC nhu P16PRO40

Cac mach nap kể trên có ưu điểm rất lớn là đơn giản, rẻ tiền, hoàn toàn có thể tự lắp

đó mỗi mạch nạp cần được sử dụng với một chương trình nạp thích hợp

CHUONG 2 VI DIEU KHIEN PIC16F877A

2.1 MOT VAI THONG SO VE VI DIEU KHIEN PIC16F877A

Đây là vi điều khiên thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gôm 35 lệnh có độ dai 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho

Các đặc tính ngoại vi bao gồmcác khối chức năng sau:

Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

Sinh viên thực hiện: Lê Đức Anh

Trần Thị Ánh

Vũ Văn Chiến

Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tan số, có thé thực hiện chức năng đếm dựa

vào

xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung

Các chuẩn giao tiếp nói tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C

Chuẩn giao tiếp nói tiếp USART với 9 bit dia chi

Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD,

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

Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần

Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần

Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thê lưu trữ trên 40 năm

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

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

Programming)

thông qua 2 chân

'Watchdog Timer với bộ dao động trong

Chức năng bảo mật mã chương trình

-Các LCD có giá thành hạ

-Khả năng hiển thị các số, các ký tự và đồ hoạ tốt hơn nhiều so với các đèn LED (vì các đèn LED chỉ hiển thị được các số và một số ký tự)

Nhờ kết hợp một bộ điều khiển làm tươi vào LCD làm giải phóng cho CPU công việc

làm tươi LCD Trong khi đèn LED phải được làm tươi bằng CPU (hoặc bằng cách nào đó) đề duy trì việc hiền thị đữ liệu

-Dễ dàng lập trình cho các ký tự và đồ hoạ

3.2 Mô tả các chân của LCD

-LCD được nói trong mục này có 14 chân, chức năng của các chân được cho trong

bang 3 Vi tri của các chân được mô tả trên hình 12 cho nhiêu LCD khác nhau

- Chan Vec, Vss va Veg: Cac chan Vee; Vss va Veg: Cap duong nguồn - 5v và đất

tương ứng thì Vẹg được dùng để điều khiển độ tương phản của LCD

- Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có hai thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD, chân RS được dùng để chọn các thanh ghi này như sau: Nếu RS =0 thì thanh ghi mà lệnh được chọn đề cho phép người dùng gửi một lệnh chẳng hạn như xoá màn

hình, đưa con trỏ về đầu dòng v.v Nếu RS = | thi thanh ghi dữ liệu được chon cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiền 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 = I1

- Chân cho phép E (Enable):Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD dé chốt thông

tin hiện hữu trên chân dữ liệu của nó Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một

xung mức cao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân đữ liêu.Xung này phải rộng tối thiêu là 450ns

- Chân D0 - D7:Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD Để hiển thị các chữ cái và các con số, chúng ta gửi các ma ASCII ctia cdc chit cai tir A dén Z, a dén f và các con số từ 0 - 9 đến các chân nay khi bat RS = 1 Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD đề xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ Chúng ta cũng sử dụng RS = 0 để kiểm tra bít cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhân thông tin Cờ bận

là D7 và có thê đượcđọc khi R/W = 1 và RS = 0 như sau:

Nếu R/W = I, RS =0 khi D7 = I (cờ ban 1) thi LCD ban bởi các công việc bên trong

và sẽ không nhận bắt kỳ thông tin mới nào Khi D7 = 0 thì LCD sẵn sàng nhận thông

tin mới Lưu ý chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bat ky di liệu nào lên LCD

4 RS I RS = 0 chọn thanh ghi lệnh RS = 1 chon

thanh dữ liệu

R/W I R/W = 1 doc dit ligu R/W = 0 ghi

Sinh viên thực hiện: Lê Đức Anh

Tran Thi Anh

Vũ Văn Chiên

Bảng : Mô các chân của LCD

Mã (Hex) Lệnh đến thanh ghi của LCD

1 Xoá màn hình hiền thị

4 Giảm con trỏ (dịch con trỏ sang trái)

6 Tăng con trỏ (dịch con trỏ sang phải)

5 Dịch hiền thị sang phải

7 Dịch hiền thị sang trái

8 Tắt con trỏ, tắt hiền thị

A Tắt hiên thị, bật con trỏ

C Bật hiền thị, tắt con trỏ

E Bật hiền thị, nhấp nháy con trỏ

F Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ

10 Dịch vị trí con trỏ sang trái

14 Dịch vị trí con trỏ sang phải

18 Dịch toàn bộ hiền thị sang trái

1C Dịch toàn bộ hiên thị sang phải

0 0 Ghi vao thanh nghi IR đề ra lệnh cho LCD

0 1 Đọc cờ bận DB7 và giá trị của bộ đếm ở địa chỉ DB0-DB6

1 0 Ghi vao thanh ghi DR

1 1 Doc giữ liệu từ DR

Bảng : Tóm tắt giữa RS và R/W theo mục đích sử dụng

Trong sơ đồ khối LCD

Port P2 (các chân từ P2.0 đến P2.7) nói với các chân dữ liệu từ DB0 đến DB7 ứng với các chân từ B1 đến B8 của IC74AC245N ứng với các chân từ7 đến chân14của LCD

Dữ liệu trên công P2 được xuất ra trên LCD Chan6(E) chan cho phép nối với chân

Sinh viên thực hiện: Lê Đức Anh

Trần Thị Ánh

Vũ Văn Chiến

TRUONG DHSPKT HUNG YEN ĐỎ ÁN MÔN HỌC VĐK

P3.4 của VDK Chân R/W (chân đoc/ghi) của LCD nối với chân 13 của VDK Chân

RS của LCD nôi với chân 12 của VDK Cách kêt nôi LCD như hình 9