Tìm hiểu vi điều khiển PSoC

Tìm hiểu vi điều khiển PSoC Sự phát triển của công nghệ điện tử nói chung, và vi điều khiển nói riêng đã làm thay đổi mọi mặt trong đời sống xã hội. Cùng với sự thay đổi đó thì nhu cầu tìm hiểu, học tập vi điều khiển ngày càng cao.

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn đến:

Tất cả quý thầy cô trong khoa Điên - Điện tử đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để thưc hiện tốt đồ án môn học và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm làm đề tài nhằm hoàn tất chương trình học.

Đặt biệt cảm ơn thầy Lê Văn Hiệp giáo viên hướng dẫn đề tài, đã nhiệt tình giúp đỡ, định hướng cho nhóm trong quá trình thực hiện đề tài, giúp đề tài hoàn thành đúng thời gian quy định.

Tất cả bạn bè đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện đồ án.

Người thực hiện

Nguyễn Minh Hòa

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày….tháng… năm 2008

Giáo viên hướng dẫn

Lê Văn Hiệp

Lời Nói Đầu

Sự phát triển của công nghệ điện tử nói chung, và vi điều khiển nói riêng

đã làm thay đổi mọi mặt trong đời sống xã hội Cùng với sự thay đổi đó thì nhu cầu tìm hiểu, học tập vi điều khiển ngày càng cao Việc nắm bắt, nghiên cứu và ứng dụng kịp thời các công nghệ kĩ thuật phát triển, cũng như các thiết bị, linh kiện mới là một việc quan trọng góp phần đưa đất nước ta bắt kịp với các nước trên thế giới Hiện nay, trên thị trường Việt Nam đã xuất hiện một dòng sản phẩm mới là PSoC với tính năng hoàn toàn vượt trội so với các họ vi điều khiển trước đó Họ vi điều khiển này cho phép chúng ta biên tập cấu hình phụ rất linh hoạt Từ những ưu điểm và tình hình phát triển trên chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu và giới thiệu đến các bạn họ vi điều khiển PSoC

Qua một thời gian nghiên cứu và tìm hiều, tôi đã hoàn thành được đề tài

“Tìm hiểu vi điều khiển PSoC” đúng thời gian qui định Tuy nhiên, do mức độ phức tạp của đề tài, tài liệu tham khảo còn nghèo nàn, đặc biệt là do hạn chế về thời gian và kiến thức nên chúng tôi chỉ đi vào giới thiệu các phần cơ bản của họ

vi điều khiển này.

Trong khi biên soạn, mặc dù rất cố gắng song không thể tránh khỏi những

thiếu sót và sai lầm nhất định, rất mong nhận được ý kiến xây dựng tích cực của quý thầy cô và các bạn để chúng tôi hoàn chỉnh hơn về nội dung cũng như về hình thức

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn.

Mục Lục

A GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

I Đặt vấn đề 5

II Lựa chọn phương án 5

III Giới thiệu về hệ thống điều khiển từ xa 6

B NỘI DUNG ĐỀ TÀI I Cơ sở lý luận 7

II Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong đề tài 8

III Sơ đồ mạch 17

IV Mạch in 20

C KẾT LUẬN

D TÀI LIỆU THAM KHẢO

A GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

I Đặt vấn đề:

khoảng cách nào đó mà con người không nhất thiết trực tiếpđến nơi đặt hệ thống

 Trong cơng nghiệp hiện nay, người ta dần dần thay thế các thiết

bị điều khiển bằng cách tự động hĩa, điều khiển từ xa với cáclệnh các chương trình

mang lại nhiều thuận lợi cho xa hội loài người, thông tin đượccập nhật hơn nhờ sự chính xác và nhanh chóng của quá trìnhđiều khiển từ xa

 Thực tế chúng ta thấy: vào những năm của thập niên 60-80 khiđiều khiển tivi như chuyển kênh, chỉnh độ sáng tối, chỉnhvolume… thì phải thao tác trực tiếp bằng tay trên máy, đến tậpniên 90, nhất là những năm gần đây ít cịn thao tác bằng tay nữa

mà thay thế bằng hệ thống điều khiển từ xa

Mục tiêu nghiên cứu:

Tìm hiểu cách thức hoạt động của các hệ thống điều khiển từ xa.Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của họp số cơ khí quạt

Tìm hiểu một số linh kiện phù hợp cho việc thiết kế mạch

Phân tích và kiểm tra hoạt động của mạch

Đối tượng nghiên cứu:

Các tài liệu liên quan đến điện tử

Các linh kiện điện tử, datasheet…

Quạt máy gia dụng,

Phương pháp nghiên cứu:

Tham khảo tài liệu và khảo sát thực tế

II Lựa chọn phương án:

 Do đặc trưng của đề tài là thiết kế và thi cơng nên sử dụng theophương pháp sau:

 Tham khảo tài liệu: hoạt động chủ yếu là tự tìm hiểu, thuthập tài liệu liên quan đến đề tài

 Ưu điểm : giúp bản thân cĩ khả năng tự học, tự tìmhiểu khám phá vấn đề

 Nhược điểm: nắm được kiến thức khơng nhiều, khĩkhăn trong việc cơ động kiến thức

 Đàm thoại: dựa vào kiến thức đã cĩ, trao đổi với thầy cơ và bạnbè

 Ưu điểm: năng cao khả năng làm việc nhóm, dễ dàngnắm kiến thức, tạo mối quan hệ thân thiện giữa thầy trò

và bạn bè, học hỏi kiến thức mới và kinh nghiệm củanhững người đi trước

 Nhược điểm: mất nhiều thời gian cho việc tranh luận

và giải quyết vấn đề

Trong thiết kế ta có các phương án:

 Dùng IC 9148, 9149 và 4017

 Ưu điểm: Mạch đơn giản

 Nhược điểm: phím bấm không linh họat (phải chuyểnphím theo thứ tự từ vòng tròn OF đến 3)

 Ưu điểm: linh hoạt điều chỉnh tốc độ quạt tùy ý

 Nhược điểm: mạch vẫn còn nhiều phức tạp

III Giới thiệu về hệ thống điều khiển từ xa:

Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển cácthiết bị ở một khoảng cách xa Ví dụ: hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệthống điều khiển từ xa bắng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằngcáp quang, dây dẫn

Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều hiển từ xa bao gồm:

Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phátđi

Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu.Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình

xử lý, giải mã để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến thiết bị thi hành

Thiết Bị Phát

Đường

Thu

B.NỘI DUNG ĐỀ TÀI

I Cơ sở lý luận:

 Sơ đồ khối của mạch thu phát hồng ngoại điều khiển quạt:

Sơ đồ mạch phát:

Giải thích sơ đồ khối máy phát:

Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu

đến máy thu, lệnh truyền đi đã được điều chế

Ma trận phím: được bố trí theo cột và hàng Lệnh điều khiển được

đưa đến bộ mã hóa dưới tương ứng với từng phím điều khiển

Xử lý tín hiệu: để truyền các tín hiệu khác nhau đến máy thi mà

không gây nhầm lẫn, do đó IC có chức năng mã hóa các tín hiệu Biến đổicác lệnh điều khiển thành các bit nhị phân Có nhiều phương pháp mã hóakhác nhau :

Sau khi mã hóa xong tín hiệu được điều chế kết hợp với sóng mang đểđưa đến khối khuếch đại

Khuếch đại tín hiệu: khuếch đại tín hiệu đủ lón để LED phát hông fngoaij

phát tín hiệu ra môi trường

Ma Trận

Phím

Xử Lý Tín Hiệu

Khuếch Đại

Nguồn Cung Cấp

Sơ đồ mạch thu:

Giải thích sơ đồ khối máy thu:

Chức năng của máy thu là thu được tín hiệu điều khiển từ má phát,loại bỏ sóng mang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh riêng biệt, từ

đó mỗi lệnh sẽ đưa đến khối chấp hành cụ thể

Thu tín hiệu: nhận các tín hiệu hồng ngoại ở môi trường xung quanh.

Tách sóng, khuếch đại tín hiệu: triệt tiêu sóng mang, chỉ giữ lại tín hiều điềukhiển Sau đó tín hiệu điều khiển được truyền tới khối xử lý tín hiệu

Xử lý tín hiệu: tín hiệu truyền tới sẽ được giải mã và xuất tín hiệu

ngõ ra thực hiện lệnh tương ứng

Khuếch đại: tín hiệu ngõ ra rất bé do đó cần được khuếch đại để điều

khiển

Chốt dữ liệu: có nhiệm vũ giữ nguyên trạng thái tác động khi tín hiệu

điều khiển không còn Điều này có nghĩa là khi ơhats lệnh điều khiển ta chỉtác động vào phím ấn 1 lần trạng thái chỉ thay đổi khi 1 phí ấn khác đượctác động

Điều khiển thiết bị: là khối chấp hành và thực hiện việc điều khiển

thiết bị ta mong muốn

Cấu tạo :

Thu Tín

Hiệu

Tách Sóng, Khuếch Đại Tín Hiệu

Xử Lý Tín Hiệu

Khuếch Đại

Điều Khiển Thiết Bị

Diode là một linh kiện bán dẫn thuộc nhóm điện quang, biến đổi nănglượng điện thành năng lượng ánh sáng, gồm có một chuyển tiếp P-N Cácdiode phát quang được chế tạo không phài trên cơ sở Si hoặc Genhư đa sốlinh kiện bán dẫn khác ma được chế tạo trên cơ sờ Arsenic-Phosphit-Gali.Các diode phát quang này phát sáng khi có dòng điện thuận chạy qua nó.Miền phổ bức xạ diode co giới hạn tương đối hẹp , vị trí của miền này phụthuộc vào vật liệu bán dẫn được sử dụng Cấu tạo và ký hiệu của led phát:

Nguyên lý làm việc:

Khi chuyển tiếp P-N phân cực thuận, sẽ có hiện tượng phun hạt dẫn omức cao (lỗ trống từ P++ phun sang N++ điện tử từ N++ phun sang P++) vàkèm theo nó là hiện tượng tái hợp bức xạ lam phát ra ánh sàng Hiện tượngtái hợp bức xạ là hiện tượng giải phóng các hạt photon khi có sự tái hợp trưctiếp giữa điện tử và lỗ trống

Một số diode phát quang trên thị trường:

Diode GaAs cho ánh sáng hồng ngoại mà mắt thường không thấy được.Diode BaAsP cho ánh sáng khả kiến, khi thay đổi hàm lượng photon màdiode cho ra ánh sáng co màu đỏ, cam, vàng

Diode GaP cho ánh sáng màu vàng hoặc xanh

2 Các linh kiện thu hồng ngoại:

Để thu tín hiệu hồng ngoại ta có thể dùng quang điện trở, photodiode,phototransito Tất cả các linh kiện này đều dùng hiệu ứng quang điện

Nguyên lý hoạt động:

Giả sử các điều kiện phân cực cho IC đã hoàn chỉnh Khi IC nhận tínhiệu điều chỉnh từ Diode phát quang Mạch khuếch đại Op-Amp của IC sẽthay đổi dòng điện thu được tù Diode ra điện áp (điện áp này được khuếch

P N

đại Tín hiệu điện áp được đưa đến Smith trigger để tạo xung vuông Xungnày có nhiệm vụ kick Transistor ngõ ra hoạt động Lúc đó ngõ ra tại chân số

2 của IC ở mức thấp Tín hiệu ngõ ra ở mức 0 có thể được dùng để điềukhiển gián tiếp một tải nào đó

3 IC 9148

Mạch điện IC TC9148 sử dụng công nghệ CMOS qiu mô lớn để chếtạo là một loại linh kiện phát xạ mã hóa tia hồng ngoại cũng rất thông dụng,phạm vi điện áp nguồn điện là 2,2-5,5V Vì sử dụng công nghệ CMOS đểchế tạo nên công suất tiêu hao cực thấp, dòng điện trạng thái tĩnh chỉ 10

nó có thể sử dụng nhiều tổ hợp phím, chỉ cần nối ngoài linh kiện LC hoặc

bộ dao động thạch anh là có thể tạo ra dao động

Chân 16: Vdd là đầu dương của nguồn điện cung cấp điện áp mộtchiều 2,2-5,5 V, điện áp điển hình là 3V

Sơ đồ khối bên trong:

Bên trong IC TC9148 thường có bộ dao động bộ phân tần, bộ giải mã,mạch điện đầu vào của bàn phím, bộ phát mã số … tạo thành Sơ đồ khốilogic bên trong của nó được trình bày như trên

Mục lục

Tham số chủ yếu của

9148

Kí hiệu

Điều kiện đo thử

Nhỏnhất

Điểnhình

Lớnnhất

Đơnvị

Dòng điện trạng thái bảo

IOH

Mức điệnthấp

Tham số giới hạn của IC TC9148:

Điện áp nguồn điện

Đầu vào/ ra điện áp

Công suất tổn hao

Nhiệt độ làm việc

Nhiệt độ cất giữ

Dòng điện đầu ra

V00VINPDToprTstgIout

6.0VSS-3V~VDD+5V200

-20~75-55~125-5

VVmW

Thứ tự ưu tiên:

Nếu như các phím cùng hàng đồng thời được nhấn xuống thì thứ tự

ưu tiên của nó là K1>K2>K3>K4>K5>K6 Không có nhiều phím chức năngtrên cùng một đường K, nếu đồng thời nhấn thì thứ tự ưu tiên của nó làT1>T2>T3

Lệnh phát ra của nó do mã 12 bit tạo thành, trong đó C1 đến C3 (code) là

mã số người dùng , có thể xác định các mô thức khác nhau, tổ hợp C1, C2phối hợp với mạch điện IC thu TC9150, tổ hợp phối hợp với mạch điện ICthu TC9149 Mỗi loại tổ hợp có 3 trạng thái đó là 01,10,11 không dùngtrạng thái 00

Lệnh phát ra 12 bit như bảng sau:

Bảng mã :

4 IC9149 :

IC này cũng được chế tạo bằng công nghệ CMOS, đi cặp với IC phátTC9148 để tạo ra một bộ IC thu-phát trong điều khiển từ xa bằng tia hồngngoại

Sơ đồ chân :

Chức năng các chân :

Chân 1: GND

Chân 2: Rxin là đầu vào của tín hiệu thu

Chân 3 đến chân 7 : HP1 đến HP5 là đầu ra tín hiệu liên tục

Chân 8 đến chân 12 : SP1 đến SP5 là đầu ra của tín hiệu không liêntục

Chân 13,14 : code1, code2 là đầu so sánh mã truyền đạt, mã số thuđược và mã số của phần phát phải hoàn toàn giống thì mới thu được

Chân 15 : OSC là đầu vào dao động

Chân 16 : VDD điện áp khoảng 4,5 đến 5 V

Tham số giới hạn của IC thu TC9149:

Nguyên lý hoạt động :

Đầu vào tín hiệu tiếp nhận của mạch IC này do đầu vào kinh kiệnquang điện đảm nhận, sau khi khuếch đại đưa vào chân Rxin của IC, tiếnhành xử lý tín hiệu để điều khiển cá ngõ ra tương ứng

IC TC9148 phối hợp với TC9149 có 3 lựa chon theo bảng dưới đây:

101

011

101

Đầu C (code) nối tụ điện với GND là [1], nối GND là [0]

Đầu T nối với chân CODE (13) là [1], bỏ trống là [0]

Tham số chủ yếu của IC thu TC9149:

Tham số Kýhiệu Điều kiện đothử Nhỏnhất Điểnhình Lớnnhất Đơnvị

Đối với các mạch thu sử dụng IC TC9149 ta chỉ cần quan tâm đến 10phím trên Các thứ tự và vị trí các phím đã được đề cập ở phần trên, còn cácphím thứ tự từ 11 đến 18 chỉ được sử dụng trong IC TC9150

5 IC 40192:

IC 74192 là bộ đếm BCD lập trình được, nó có khả năng đếm lên hoặcđếm xuống Khi đầu vào tải (Load-11) được đặt ở mức thấp (L) thì 4 bit ởcác đầu vào D, C, B, A sẽ được tải vào bộ đếm Bộ đếm được xóa về mứcthấp khi đầu vào Clear (chân 11) được đặt ở mức cao Các đầu ra mượn(Borrow-chân 13) và nhớ (Carry-chân 12) khi chuyển xuống mức thấp sẽchỉ tràn xuống dưới (under-flow) hoặc tràn lên trên (Over-flow) nhằm kết

nối nhiều bộ đếm lại với nhau Vi mạch này cĩ khả năng đếm theo số đặttrước.

Mạch họat động đếm lên khi chân Count down (chân 4) ở mức cao, xungđồng hồ đưa vào chân Count up (chân 5)

Mạch họat động đếm xuống khi chân Count up (5) ở mức cao, xung đồng

hồ đưa vào chân Count down (4)

Sơ đồ chân:

Count up : chân đếm lên

Count down : chân đếm xuống

Caarry :Chân nhớ

Borrow :Chân mượn

Clear : chân xĩa

6 SƠ LƯỢC VỀ QUẠT BÀN

Nhắc đến quạt bàn hay quạt máy chắc các bạn đều biết, thường thì các loai quạt trên cĩ 3 tốc độ ứng với số 1, số 2, số 3 theo sơ đồ dưới đây:

Hình 8: Sơ đồ đấu dây cho quạt 3 tốc độ

Cũng theo nguyên lý trên em điều khiển tốc độ quạt thơng qua 3 cuộn dây giống như sơ đồ sau:

7. LED 7 đoạn:

Led 7 đđoạn là một trong các linh kiện hiển thị số chỉ báo thông dụngbao gồm 7 led đơn dạng thanh được kết nối như trong hình :

Hình sơ đồ chân led 7 đoạn loại anod chung

Có 2 loại led 7 đoạn :loại anod chung và loại cathode chung với loaianod chung thì các chân anod của từng led được kết nối với nhau thành mộtchân chung như trong hình,với loại cathode chung thì các cực cathode của từngled được kết nối với nhau thành nột chân chung Tuỳ tổ hợp các led sáng mà

ta có thể cho hiển thị các chữ số mong muốn

Để led sáng rõ thì dòng trung bình qua led có giá trị khoảng từ 5 đến 20

mA ,khi đo áp rơi trên mỗi led có giá trị từ 1,8 đến 2V Thông thường ta chọngiá trị của dòng điện qua led vào khoảng 8mA.

8 IC 74247:

+ Hình dáng :

+ sơ đồ chân

+ sơ đồ mạch logic :

Ngõ ra tác động mức thấp nên thích hợp để thúc các led 7 đoạn anodchung hay các đèn chịu dòng thấp

Trong đó với ngõ ra là một dạng sóng và ngõ ra 0 là tắt , nghĩa là nếu

74247 thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn a,b,c,d,e,f,g của đèn sáng hay tắt tùytheo ngõ ra ra tương ứng của 74247 la 0 hay 1

III Sơ đồ mạch:

SƠ ĐỒ MẠCH PHÁT DÙNG TC9148

Chức năng của từng phím sẽ được người thiết kế qui định cho phùhợp với yêu cầu của mình, phần mạch thu sẽ được xử lí tương ứng Tên củamỗi phím sẽ tương ứng với chức năng của nó

Ở đồ án này chỉ khảo sát điều khiển 4 nút nhấn nên ở mạch phát chỉ

sử dụng 4 phím, mỗi phím sẽ thực hiện đóng ngắt một tiếp điểm Như vậy

ở ngõ ra mạch thu sẽ có 4 ngõ ra tương ứng Viêc qui định phím nào điềukhiển thiết bị nào là do người thiết kế qui định.Ở đây em sẽ sử dụng 4 ngõ

ra SP1, SP2, SP3, SP4 của mạch thu TC9149 để làm chức năng điều khiển

Khi ta nhấn nút nhấn điều khiển thì chân 15 xuất ra tín hiệu âm có giátrị max là -5mA đo đó mạch đưa tới chân Transistor PNP nhằm đảo tín hiệusau đó qua Transistor NPN để khuếch đại tín hiệu truyền qua LED

Công suất tiêu tán trên transistor

Bình thường các ngõ ra ở mức thấp, nếu như mạch thu nhận được tínhiệu từ mạch phát thì ngõ ra tương ứng ở mạch thu sẽ lên cao.

Ở đây 5 ngõ ra SP1, SP2, SP3, SP4 được truyền đến 40193 sẽ load

dữ liệu vào đầu ra QA, QB, QC, QD kết nối với MOC3020 để điều khiểntiếp điểm đóng ngắt quạt Đồng thời đưa tín hiệu hiển thị ra Led 7 đoạn

Công suất tiêu tán là :

Nên ta dùng biến áp 1A là thích hợp: Vì công

suất nguồn khi qua 7805 là P=5*1=5W

IV. Mạch in:

1 Mạch Phát: