ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐO DÒNG DC 0-20Ma

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐO DÒNG DC 0-20Ma

-1-

TRUONG CAO DANG KY THUAT CAO THANG

KHOA DIEN - DIEN LANH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

DO DONG DC 0-20Ma

Giáo viên hướng dẫn: Ths BANG DAC CHI

Nhém 24: TRINH THE THUAN

VĂN ĐÌNH NGỮ

HỒ TÂY QUANG

Ngày nay, những ứng dụng của Vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống

sinh hoạt và sản xuất cỦa con người Thực tế hiện nay là hầu hết các thiết bị điện dân dụng hiện nay đều có sự góp mặt của Vi Điều Khiển và vi xử lí Ứng dụng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống làm giảm chỉ phí thiết kế và

hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định của thiết bị và hệ

thống Việc phát triển Ứng dụng các hệ vi xử lý đòi hỏi những hiểu biết cả

về phần cứng cũng như phần mềm, nhưng cũng chính vì vậy mà các hệ vi xử

lý được sử dụng để giải quyết những bài toán rất khác nhau Tính đa dạng

củỦa các Ứng dụng phụ thuỘc vào việc lựa chọn các hệ vi xử lý cụ thể cũng như vào kỹ thuật lập trình

Trên thực tế hiện nay điện và các thiết bị điện được sữ dụng rộng rãi trong sinh hoạt hang ngày của đa số người dân Rất nhiều đồ vật, máy móc sử dụng điện năng, điện rất cần thiết trong cuộc sống Hàng loạt sản phẩm hiên đại sử dụng điện ra đời, kèm theo đó là một nền kỹ thuật phát triển với nhiều phát minh sáng tạo Đồng hồ đa chức năng (đo dòng, diện áp, tốc độ động cơ ) ra đời giúp ích cho việc sửa chữa và nghiên cứu và chúng được bày bán rộng rải trên thị trường với nhiều chủng loại khác nhau

Đây là một Ứng dụng nhỏ của vi xử lý trong việc đo dòng điện DC

Dùng để đo dòng điện một chiều hiển thị thong tin trên led 7 đoạn, nó được

xem như là một đồng hồ dùng để đo dòng điên một chiều

Đo dòng DC 0-20mA: là một mạch điện tử Ứng dụng của IC AT89C51, mạch

gồm có phần cứng và phần mềm

Phần cứng: Sử dụng IC AT89C51và các linh kiện điên tử khác như ADC, transistor,điện trở ,led 7 đoạn và một số IC khác, sẽ dược nói rõ Ỡỡ chương

Sau,

Phần mềm: Là việc dụng dụng ngôn ngữ lập trình trên vi xử lý, lập trình theo

ý đồ của người thự hiện

đó thực hiện xử lý các thông tin rồi đưa ra khối hiển thi đồng thời khối xử lý cũng thực hiện điều khiển việc đóng ngắt ROLE.

xử lý thông tin đo thời gian và điều khiển một cơ cấu nào đó

cấp nguồn, vi xử lý nhận tín hiệu số từ ADC Sau đó phân tích và xử lý tín

hiệu theo chương trình đã được lập trình trước đó

hiệu số từ ADC, sau đó xử lý tín hiệu và hiển thị thông số kết quả lên led 7

đoạn.

-5-

b Khối chuyển đổi ADC và khối lấy mẫu

Nguyên lý hoạt động: khi ta thực hiện việc đo thì từ OP-AMP741 sẽ thực

hiện việc lấy mẫu thông qua việc lấy điện áp rơi trên điên trở sun R=10 ôm,

sau đó điện áp này sẽ được khếch đại lên 22 lần rồi được đưa qua R=270k và

được đưa vào ADC, ADC sẽ xử lý và đưa vào VDK

Vou=Re*(Vine-Vin-)/Rin

Giới thiệu ICL 7109: 12-Bit, Microprocessor- Compatible A/D Converter

Tinh nang

* 12-bit nhị phân (phân cực dương và băng tần rộng-)

+ Byte-tổ chức, TTL tương thích 3 trạng thái ngỏ ra và UART(thu phat đa

năng) phối hợp chế đỘ cho song song đơn giản hay nối tiếp giao diện với hệ

thống vi xử lý

+ RUN / HOLD ngỏ vào và trạng thái ngỏ ra có thể được sử dụng để màn hình

và thời điểm chuyển đổi bộ điều khiển

+ Độ nhiễu thấp (Typ)

* Dòng điện vào (Typ)

+ Hoạt động lên đến 30 chuyển đổi / s

« On-chip dao động với tần số 3.58MHz

TV bán dẫn cho 7,5 chuyển đổi / s cho bác bỏ 60Hz

Có thể cũng được sử dụng với một mạng dao động RC cho tần số đồng hồ

khác

Mô tả

ICL7109 c6 hiệu suất cao, CMOS, công suất thấp tích hợp A / D chuyển đổi

thiết kế để dễ dàng giao diện với bộ vi xử lý Các dữ liệu đầu ra (12 bit, phân

cực và trên phạm vi-) có thể được truy cập trực tiếp dưới sự kiểm soát của

hai byte cho phép đầu vào và một chip chọn đầu vào cho một giao diện duy

nhất bus Song song Một UART hình thức bắt tay được cung cấp để cho phép

làm việc với ICL7109 tiêu chuẩn công nghiệp UARTS trong việc cung cấp nối

tiếp truyền dữ liệu Các RUN / HOLD đầu vào và trạng thái đầu ra cho phép

giám sát và kiểm soát thời gian chuyển đổi

TBEN [19] [23] osc our

1 GND Nối đất

2 Status Đầu ra mức cao trong suỐt quá trình tích phân cho đến

khi dữ liệu được khóa Đầu ra mức thấp khi phần analog là cấu hình tự động 0

4 OR Overrange - HI if overranged

6 Bil Bit 11_| High = True

TEST Đầu vào mức cao - thường hoạt động Đầu vào mức

thấp - tất cả các bit đầu ra cao Lưu ý: đầu vào này được

Với chế độ (chân 21) cao, chân này phục vụ như là mỘt

đầu ra cỜ byte thấp được sử dụng trong chế đỘ hand-

Với chế đỘ (chân 21) cao, chân này phục vụ như là một

đầu ra là cỜ cao byte được sử dụng trong chế độ hand

shake

20 CE/LOAD Chip Kích hoạt tính nang tải - Với chế đỘ (chân 21)

thấp CE / LOAD phuc vu nhula dau ra master dugc

kích hoạt Khi ở mức cao, B1 đến B12, POL, kết quả

đầu ra hoặc bị vô hiệu hóa

Với chế độ (Chân 21) cao, chân này phục vụ như mỘt

nhấp nháy tải được sử dụng trong chế đỘ hand shake

21 MODE Đầu vào thấp - trực tiếp xuất chế đỘ, nơi CE./ LOAD

(chân 20), HBEN (chân 19) và LBEN (chân 18) hoạt

động như trực tiếp kiểm soát đầu vào đầu ra byte Xung

đầu vào cao - Nguyên nhân ngay lập tức nhập vào chế

độ hand shake và đầu ra của dữ liệu Đầu vào cao - Cho phép CE./ LOAD (Chân 20), HBEN

(Chân 19), và LBEN (Chân 18) là kết quả đầu ra

24 OSC SEL Chọn bộ dao động - đầu vào cấu hình cao OSC IN, OSC

OUT, buf OSC OUT là bộ dao động RC - đồng hồ sẽ được cùng một giai đoạn và chu kỳ như là bu OSC

OUT

Đầu vào cấu hình thấp OSC IN, OSC OUT cho bỘ dao động thạch anh - tần số đồng hồ sẽ là 1 / 58 của tần số buf OSC OUT

cho biết khả năng của một thiết bị bên ngoài để chấp nhận dữ liệu Kết nối với +5 V nếu không được sử

30 BUFFER | Khuếch đại bộ đệm đầu ra

31 AUTO-ZERO | Điểm Auto Zero — Bên trong lá của C„

32 | INTEGRATO | Tích hợp đầu ra - Bên ngoài lá của C¡x

R

34 INPUT LO | Vi sai đầu vào cạnh xuống

35 INPUT HI _ | Vi sai đầu vào cạnh lên

38 REF CAP- _ | Tụ mẫu âm

39 REF IN- Vĩ sai chuẩn đầu vào âm

40 V+ Cung cấp điện áp dương - trên danh nghĩa đối với GND (chân 1)

Mô tả chỉ tiết

Mục Analog

Các mạch tương đương với mục Analog cho ICL7109 Khi RUN / HOLD đầu

vào được mở hoặc kết nối với V +, mạch sẽ thực hiện chuyển đổi ở tỷ lệ

xác định bởi các tần số đồng hồ (8.192 đồng hồ thời gian mỗi chu kỳ) Mỗi

chu kỳ đo được chia thành ba giai đoạn như trong hình 3 Họ là (1) tự động

bằng không (A-Z), (2) tín hiệu tích hợp (INT) và (3) de-tích hợp (DE)

' ' INTEGRATE 1 DE-INTEGRATE PHASE PHASE FIXED ' 0-4095 COUNTS

' '

1 AUTO ZERO PHASE ! 1

1 2048 COUNTS '

TOTAL CONVERSION TIME = 8192 x tcLock (IN FREE-RUN MODE)

Tích phân khuếch đại điển hình sóng ra

Giai đoạn Auto-Zero

Trong thời gian tự động bằng không ba điều xảy ra Thứ nhất, đầu vào cao, thấp là bị ngắt kết nối từ các chân và trong nội bộ ngắn mạch đến tương tự chung Thứ hai, các tham chiếu tụ tính vào điện áp tham chiếu Thứ ba, mỘt vòng phản hồi đóng trên hệ thống tính phí tự động-không tụ CAZ để bù đắp

cho điện áp offset trong bộ khuếch đại đệm, tích hợp, và so sánh Kể tỪ khi so sánh được kèm trong vòng lặp, tính chính xác AZ được giới hạn bởi các tiếng

ồn của hệ thống Trong mọi trường hợp, bù đắp được gọi là đầu vào

ít hơn 10uIV

Giai đoạn tín hiệu tích hợp

Trong tín hiệu tích hợp, các vòng lặp tự động không được mở ra, các nội bộ

ngắn được loại bỏ, và các đầu vào nội bộ cao và thấp được kết nối với các chân bên ngoài Việc chuyển đổi sau đó tích hợp điện áp khác nhau giữa TRONG HI và LO TRONG trong một thời gian cố định Điều này vi sai điện

áp có thể được trong một rộng Hình thức phổ biến nhiều của các yếu tố đầu vào Vào cuối giai đoạn này, chiều phân cực của tín hiệu tích hợp được xác

định

Đầu vào khác nhau

Các điện áp đầu vào có thể chấp nhận khác biệt bất cứ nơi nào trong Hình thức phổ biến loạt các bộ khuếch đại đầu vào, hay cụ thể từ 1V dưới đây

cung cấp tích cực để 1.5V trên việc cung cấp tiêu cực Trong phạm vi này, hệ

thống này có mỘột CMRR của 86dB điển hình Tuy nhiên, cần được thực hiện

để đảm bảo đầu ra tích hợp không bão hòa Một điều kiện trường hợp xấu

nhất sẽ là một lớn tích cực phổ biến chế độ điện áp với quy mô gần đầy đủ

âm vi sai điện áp đầu vào Các tín hiệu đầu vào âm lái tích hợp tích cực khi hầu hết các swing của nó đã được sử dụng hết do điện áp chế độ tích cực chung Đối với những ứng dụng quan trọng xích đu tích hợp đầu ra có thể

được giảm xuống hơn swing nên 4V quy mô toàn với sự mất mát ít độ chính xác Các đầu ra tích hợp có thể xoay quanh trong vòng 0.3V của hoặc cung

cấp mà không mất tuyến tính

Phần giá trị lựa chọn

Đối với hiệu suất tối ưu của phần tương tự, cần được thực hiện trong việc

lựa chọn giá trị cho các nhà tích hợp tụ và điện trở, tụ điện không tự động,

điện áp tham chiếu, và tỷ lệ chuyển đổi Những giá trị này phải được lựa

chọn cho phù hợp với ứng dụng cụ thể Việc xem xét quan trọng nhất là đầu

ra tích hợp, sai số (đối với đầu vào toàn diện) là càng lớn càng tốt

Đối với ví dụ, với + 5V cung cấp và chung kết nối GND, nhà tích hợp

thongthường ở quy mô sản lượng đủ là + 4V Kể từ khi đầu ra tích hợp có

thể đến từ nguồn cung cấp hoặc 0.3V không đáng kể ảnh hưởng đến tuyến tính, một đầu ra tích hợp 4V sai số cho phép 0.7V cho các biến thể về sản

lượng đu do thành phần bộ dao động giá trị và dung sai Với + 5V cung cấp và một loạt chế đỘ chung cỦa + 1V yêu cầu, các thành phần giá trị cần được lựa chọn để cung cấp tích hợp đầu ra + 3V sai số Tiếng ồn và roll-over sẽ hơi

tồi tệ hơn trong + 4V trường hợp Đối với phạm vi lớn hơn điện áp chế độ

thông thường, nhà tích hợp swing đầu ra phải được giảm hơn nữa Điều này

sẽ tăng cả tiếng ổn và roll-over lỗi Để cải thiện hiệu suất, vật tư của 6V +

có thể được sử dụng

Lồng ghép các điện trở

Cả hai bộ khuếch đại đệm và tích hợp các có một loại A đầu ra sân khấu với 100uA của hiện hoạt động gì Họ cung cấp 20A của 6 đĩa hiện hành với dòng kẻ không đáng kể Các điện trở tích hợp phải đủ lớn để ở lại trong khu vực này rất tuyến tính trên điện áp đầu vào nhiều, nhưng đỦ nhỏ quá mức rò

-11-

rÍ yêu cầu không được đặt trên bàn máy tính Đối với 409.6mV fullscale, 200k là gần tối ưu và tương tự như một 20kO cho mỘt 409.6mV quy

mô Đối với các giá trị khác của điện áp quy mô đầy đủ, RINT nên được lựa

chọn bởi mối quan hệ:

Điện áp tham chiếu

Các đầu vào tương tự cần thiết để tạo ra một sản lượng quy mô đầy đủ 4096

được tính là VIN = 2VREE Đối với quy mô bình thƯờng, một tài liệu tham

khảo của 2.048V được sử dụng cho một quy mô đầy đủ 4.096V, và 204.8mV nên được sử dụng cho mỘt quy mô toàn 0.4096V Tuy nhiên, trong nhiều ứng

dụng mà các A / D là cảm nhận đầu ra của một bộ chuyển đổi, sẽ có một

yếu tố quy mô khác với sự thống nhất giữa các điện áp đầu ra tuyệt đối để

được đo và mỘt mong muốn đầu ra kỹ thuật số Ví dụ, trong một hệ thống

cân, đong, nhà thiết kế có thể muốn có một quy mô đọc đầy đủ khi điện áp từ

bộ chuyển đổi là 0.682V Thay vì lái xe đầu vào xuống 409.6mV, điện áp đầu vào phải được đo trực tiếp và một điện áp tham chiếu của 0.341V nên được

được sử dụng Thích hợp cho việc tích hợp các giá trị điện trở và tụ điện

được 33kO và 0.15IIF Điều này tránh được một chia về đầu vào Một ưu điểm khác của hệ thống này xảy ra khi một số không đọc là mong muốn cho đầu vào khác không Nhiệt độ và trọng lượng đo với một bì hoặc bù đắp là những ví dụ Bù đắp có thể được giới thiệu bằng cách kết nối điện áp đầu ra các bộ chuyển đổi giữa phổ biến và tương tự cao, và bù điện áp giữa thấp phổ biến và tương tự, quan sát cực cẩn thận Tuy nhiên, trong các hệ thống

dựa trên bộ vi xử lý sử dụng ICL7109, nó có thể có hiệu quả hơn để thực

hiện các loại hình rộng hoặc trừ bì kỹ thuật số sử dụng phần mềm

Chế độ đầu vào

Chế độ đầu vào được sử dụng để kiểm soát chế độ đầu ra của chuyển

đổi Khi chân MODE là thấp hoặc trái mở (điều này đầu vào được cung cấp với một điện trở kéo xuống để đảm bảo một mức độ thấp khi chân được mở), bộ chuyển đổi này là đầu ra của nó "trực tiếp" chế độ, nơi mà các dữ liệu đầu ra là truy cập trực tiếp theo sự kiểm soát của chip va byte cho phép đầu vào Khi Chế độ đầu vào là xung cao, bộ chuyển đổi vào UART các Hình

thức bắt tay và đầu ra dữ liệu trong hai byte, sau đó trở lại chế đỘ "trực

tiếp" Khi các đầu vào MODE là trái cao, bộ chuyển đổi sẽ xuất dữ liệu ở chế độ bắt tay

tại cuối mỗi chu kỳ chuyển đổi (Xem phần "bắt tay Mode "để biết thêm chi tiết)

<— _HGHORDER _ „| LOW ORDER » BYTE OUTPUTS BYTE OUTPUTS BBBB|IBBBBBBBB Test 'poL on 12 11 10 9Ì8 7 6 5 4 3 2 1 3Ì 3Ì 5ISƒ7ƒšƒshifrfehifafsTs

14 THREE-STATE OUTPUTS

14 LATCHES 12-BIT COUNTER

COMP OUT

SECTION Ì DEINT (+) CONTROL LOGIC CIRCUITRY `

DEINT (>

22] 234 24] 25) 24 2T

STATUS RUN) OSC OSC OSC BUF MODE SEND

HOLD IM OUT SEL Osc

FIGURE 4 DIGITAL SECTION

Khối hiển thị sử dụng led 7 đoạn,dùng để hiển thị kết quả

Khối này gồm 5 led 7 đoạn, 5 transitor có thể sử transitor loại A564 hoặc

2N3905 hoặcmộỘttransitor PNP khác có thông số phù hợp Các điện trở 10k đảm bảotransitor luôn hoạt động ở chế độ ngắtdẫn(đảm bảo khi led 7 đoạn

đang ở trạng thái OFFsẽ bị tắt hoàn toàn, không bị sáng mờ mờ)

Như vậy led 7 đoạn nhận một dữ liệu8 bit từ Vi điều khiển để điều khiển

hoạt động sáng tắt của từng led led đơn trong nó, dữliệu được xuất ra điều

khiển led 7 đoạn thường được gọi là "mã hiển thị led 7 đoạn.Trong sơ đồ

trên, led 7 đoạn được sử dụng là loại có Anode chung, với tất cả cácchân

nhận tín hiệu được kết nối với Port 0 đã qua điện trở hạn dòng Để điều

khiểnON/OFF cho các led 7 đoạn, sử dụng transitor loại PNP, transitor này

nhận dòng điềukhiển từ một ngõ ra của Vi điều khiển, led 7 đoạn sẽ được

ON khi tín hiệu từ vi điều khiển đến transitor Ở mức 0 va OF khi tín hiệu từ vi

điều khiển đến transitor Ở mức1

Nguyên lý hoạt động: khi giá trị dòng điên bằng giá trị cài đặt thì role được

tác động, dòng điên được ngắt Role biến đổi dòng điện thành tỪ trường thông qua cuỘn dây, tỪ trường lại tạo lực cơ học thông qua lực hút để thực hiện đông tác đóng mở

có nhiệm vụ nắng dòng điện.Su đó dong điện đi qua ICLM7805 tạo điện áp

cố định là 5V, ICLM7905 tạo điện áp cố định là -5V, ICLM7812 tạo điện áp

cố định là 12V, ICLM7912 tạo điện áp cố định là -12V Các led đơn hiển thi

báo hiệu có dòng điện đi qua, báo hiệu ổn định

Chức năng: cung cấp nguồn áp DC: 5V, -5V,12V,-12V cho mạch hoạt động

Chương 3: Viết chương trình

Lưu đồ thuật giả:

Chương trình chính main: