Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi đồ án nhỏ này, em chỉ dùng vdk để đo và khống chế nhiệt độ, đồng thời cho hiển thị lên Led 7 thanh.. Giới thiệu chung Bộ vi điều khi
Trang 1
LỜI NÓI ĐẦU
Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, trong đời sống và còn nhiều lĩnh vực khác nữa So với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi điểu khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và có khả năng lập trình được để điều khiển Nên rất tiện dụng và cơ động Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi đồ
án nhỏ này, em chỉ dùng vdk để đo và khống chế nhiệt độ, đồng thời cho hiển thị lên Led 7 thanh
Mục đích của đề tài hướng đến: tạo ra bước đầu cho sinh viên thử
nghiệm những ứng dụng của vdk trong thực tiễn để rồi từ đó tìm tòi, phát triển nhiều ứng dụng khác trong đời sống hằng ngày cần đến
Việc thực hiện xong đồ án môn học bằng các kiến thức đã học, một số sách tham khảo và một số nguồn tài liệu khác nên không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn
Trang 2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.
ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ 2
Trang 3
MỤC LỤC Lời nói đầu 1
Mục lục 3
Phần I:Giới thiệu chung 1.Giới thiệu chung 4
2.Đặc điểm chung 4
3.Sơ đồ chân 89S52 5
4.Chip ADC0804 7
5.IC Cảm biến nhiệt LM35 10
6 Các linh kiện khác 14
Phần II: Thiết kế và thi công 1 Mục đích, yêu cầu đề tài 15
2 Sơ đồ nguyên lý 15
3 Sơ đồ mạch in 16
4 Chương trình phần mềm 16
5 Giải thích chương trình 22
Phần III: Kết Luận
Trang 4
Phần I: Giới thiệu chung
1 Giới thiệu chung
Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-contronller, là mạch tích hợp trên một chíp
có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống Theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo lường thời gian và tiến hành đọc mở một cơ cấu nào đó
Trong các thiết bị điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển, điều khiển hoạt động của tivi, máy giặt, đầu đọc laser, điện thoại Trong hệ thống sản xuất
tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong robot, dây chuyền tự động Các hệ thống càng thông minh thì vai trò của vi điều khiển càng quan trọng
2 Đặc điểm chung
ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ 4
Trang 5
IC vi điều khiển 8052 thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau :
-8 kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8052 )
-256 byte RAM
-4 Port I/0 8 bit
-3 bộ định thời 16 bit
-Giao tiếp nối tiếp
-64 KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng
-64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng
- Một bộ vi xử lí(thao tác trên các bit đơn)
-210 bit được địa chỉ hoá
-Bộ nhân/chia 4us
3 Sơ đồ chân 89S52.
Sơ đồ trên là sơ đồ bố trí chân của 8052 Ta thấy rằng trong 40 chân thì
có 32 chân dành cho các cổng P0, P1, P2 và P3 với mỗi cổng có 8 chân Các chân còn lại được dành cho nguồn VCC, đất GND, các chân dao động XTAL1 vàXTAL2, tái lập RST, cho phép chốt địa chỉ ALE, truy cập được địa chỉ ngoài
EA, cho phép cất chương trình PSEN Trong 8 chân này thì 6 chân VCC , GND,XTAL1, XTAL2, RST và EA được các họ 8031 và 8051 sử dụng Hay nói cách
Trang 7ngoài
Trang 8
-PSEN ( Program store enable).
PSEN là chân điều khiển cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng, được nối đến chân OE của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh
- ALE (Addres latch enable).
ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh nghi bên ngoài trong nửa đầu của một chu kỳ bộ nhớ Sau đó các đường Port 0 dùng để xuất hoặc nhập trong nửa sau của chu kỳ bộ nhớ Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số đao động thạch anh và có thể được sử dụng là nguồn xung nhịp cho các
hệ thống
-EA (External access).
EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND) Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội Nếu ở mức thấp chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng
- RST (Reset).
Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 89S52 Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao trong ít nhất 2 chu kỳ máy thì các thanh nghi trong vi điều khiển được tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống
111
41210
91910k
150p
F
11
12
13
14
15
16
17
18
35
đến đèn
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7WR
INTR
D GND
RD
CS
CLK in
CLK R
A GND
Vref/2
10k
PO T
ADC0804
Trang 10
Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự sang số Chip có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một sốnhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLKR và CLK IN và không bé hơn 110s Các chân của ADC0804 có chức năng như sau:
a)CS (Chip Select) - chọn chip
Là chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích hoạtchip ADC804 Để truy cập ADC0804 thì chân này phải ở mức thấp
ADC0804 hạ xuống thấp
d)CLK IN và CLK R
ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ 10
Trang 11
CLK IN là chân vào, được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên 0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ trên chip Để dùng đồng hồ trong (cũng còn được gọi là đồng hồ riêng) của 804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện trởnhư chỉ ra ở hình 12.5 Trong trường hợp này tần số đồng hồ được xác định
bằng biểuthức: f RC
1 , 1
1
Giá trị thông thường của các đại lượng trên là R = 10k, C= 150pF và tần
số nhận được là f = 606kHz, còn thời gian chuyển đổi sẽ là 110s
e) INTR (Interrupt)
Ngắt hay còn gọi là “kết thúc việc chuyển đổi’ Đây là chân ra tích cựcmức thấp Bình thường, chân này ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàntất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu được chuyển đổi đã sẵnsàng để lấy đi Sau khi INTR xuống thấp, cần đặt CS = 0 và gửi một xung cao-xuống-thấp tới chân RD để đưa dữ liệu ra
Trang 12buoc thuoc kich
V
ở đây Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) Vin là điện áp đầu vào tương tự
và kích thước bước (độ phân dải) là sự thay đổi nhỏ nhất được tính bằng(2Vref/2) chia cho 256 đối với ADC 8 bit
Từ những trình bày trên, có thể tóm tắt các bước khi ADC0804 thực hiện chuyển đổi dữ liệu là:
1 Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân WR để bắt đầu chuyển đổi
2 Duy trì kiểm tra chân INTR Nếu INTR xuống thấp thì việc chuyển đổi đượchoàn tất và có thể chuyển sang bước tiếp theo Nếu INTR còn ở mức cao thìtiếp tục thăm dò cho đến khi nó xuống thấp
3 Sau khi chân INTR xuống thấp, bật CS = 0 và gửi một xung cao-xuống-thấpđến chân RD để nhận dữ liệu từ chip ADC0804
5.IC Cảm biến nhiệt LM35
LM35 là họ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao có điện áp đầu
ra tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Họ cảm biến này không yêu cầu căn chỉnh ngoài vì vốn nó đã được căn chỉnh Họ này cho ra điện áp 10mV ứng với thay đổi nhiệt độ là 10C
Một số thông số kỹ thuật chính của họ LM35
Dòng làm việc 400A – 5mA
Dòng thuận : 10mA
Dòng ngược: 15mA
ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ 12
Trang 13
Điện áp VS=4V-30V
Điện áp ra 10mV/ 0C
-Điện áp Vref/2 liên hệ với dải Vin
Phối hợp tín hiệu và sơ đồ khối phối ghép LM35 với 8051
Xét trường hợp nối một LM35 tới một ADC 804 Sự thay đổi trở kháng phải được chuyển thành điện áp để có thể được sử dụng cho các, ADC 804 có độ phân dải 8 bít với tối đa 256 bước (28) và LM35 (hoặc ML34) tạo điện áp 10mVcho mỗi sự thay đổi nhiệt độ 10C nên ta có thể tạo điều kiện Vin của ADC 804 tạo ra một Vout = 2560mV (2,56V) cho đầu ra đầu thang đo do vậy, nhằm tạo ra
Vout đầy thang 2,56V cho ADC 804 ta cần đặt điện áp Vref/2 = 1,28V Điều này làm cho Vout của ADC 804 đáp ứng trực tiếp với nhiệt độ được hiển thị trên LM35
Trang 14
Phối hợp tín hiệu và nối ghép LM35 với 8051
ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ 14
Vi điều khiển 8051
Hiển thị led 7 đoạn
Điều khiển hệ thống cảnh báo
ADC 0804
Cảm biến nhiệt
LM35
Môi trường cần điều khiển nhiệt độ
805 1
ADC80 4
P2.
5 P2.
6 P1.
0
P1.
7 P2.
7
D0
D7 INTR
GN D
A GNDVref/
2
CLK IN
CLK R
V CC
Vin(+
) Vin(- )
5V
RD WR
GN D
LM35 or LM34
2.5 k
10 k
Trang 15
Phối hợp tín hiệu là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thunhận dữ liệu Hầu hết các bộ cảm biến đều đưa ra tín hiệu dạng điện áp, dòngđiện, dung kháng hoặc trở kháng Tuy nhiên, chúng ta cần
chuyển đổi các tín hiệu này về điện áp để đưa đến đầu vào của bộ chuyển đổi
ADC Sự chuyển đổi (biến đổi) này được gọi chung là phối hợp tín hiệu Phối
hợp tín hiệu có thể là chuyển dòng điện thành điện áp hoặc khuyếch đại tínhiệu Ví dụ, bộ cảm biến nhiệt thay đổi trở kháng theo nhiệt độ Sự thay đổi trởkháng cần được chuyển thành điện áp để các bộ ADC có thể sử dụng được Xéttrường hợp nối LM35 tới ADC0804 Vì ADC0804 có độ phân dải 8 bit với tối
đa có 256 mức (28), và LM35 tạo ra điện áp 10mV ứng với sự thay đổi nhiệt độ
10C, nên ta có điều chỉnh điện áp vào tại chân IN bằng cách thay đổi Vref/2 tạichân 9
Trang 16
* Sơ đồ thời gian hoạt động:
6 Các linh kiện khác:
- Các loại điện trở, tụ điện, LED, led 7 thanh
- Thạch anh 12Mhz để tạo dao động
Phần II: thiết kế và thi công
ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ 16
Trang 17
1 Mục đích, yêu cầu của đề tài:
- Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ
- Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của thiết bị cảm biến (cảm biến nhiệt) vàứng dụng cảu nó trong thực tiễn
Trang 18
4.Chương trình phần mềm
#include<reg51.h>
int array[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
sbit rd=P3^7; //Read signal P3.7
sbit wr=P3^6; //Write signal P3.6
sbit intr= P3^5; //INTR signal P3.4 //cai dat de ADC0804 hoatdong
Trang 21
dc ;
if (dc<5) dc=27;
} led3=1;
Trang 23
{d1=0;
d2=1;
d3=1;
} else if (nhietdo>dc)
{d2=0;
d1=1;
d3=1;
}
else if (nhietdo==dc){d3=0;
d2=1;
d1=1;
}}
Trang 24
for(i=1;i<=100;i++){
nhietdo=adc_avg*1.953125; //gia tri can hien thi
chedo1();
if (batdau==0)
{ chedo2();
}
if (chedo==0) {set();}
baoled();
}}
}
5.Giải thích chương trình:
Cảm biến LM35 biến đổi nhiệt độ môi trường thành giá trị điện áp xuất
ra tại chân 2 đưa vào ADC Thao tác chuyển đổi nhiệt độ đo được thành điện áp cấp vào chân IN của ADC, từ điện áp cấp vào ADC lại được chuyển qua các chân BD để truyền sang cổng P1 của Vi diều khiển dưới dạng các bít 0 và 1
Điều khiển các chân WR, RD, INT0 của vi mạch biến đổi tương tự – số ADC0804 để ADC biến đổi điện áp được lấy từ chân 2 của IC cảm biến nhiệt độLM35:
- WR=0: cho phép ADC biến đổi
- WR=1:không cho phép ADC biến đổi
- Chân RD và INT0 luôn = 0: luôn cho phép ADC xuất ra giá trị ra cổng và VDK luôn nhận được
ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ 24
Trang 25
- Điện áp tham chiếu tại chân 9 của ADC được hiệu chỉnh thành 1.28V như vậy
ta có kích thước bước là 10mV.Như vậy giá trị nhỏ nhất mà ADC có thể nhận biết được là 10mV tương ứng với 1 độ C
-Giá trị nhiệt độ khống chế được thay đổi bằng 2 phím và được đưa vào ngắt ngoài INT0 và INT1 của VDK
Đợi sau khi đã biến đổi xong thực hiện đọc dữ liệu từ ADC vào Port 1 của viđiều khiển, gán giá trị đọc được cho biến temp Qua chương trình chuyển đổi lại chuyển đổi ngược lại từ dạng bít nhận được sang dạng điện áp và rồi chuyển từ điện áp sang nhiệt độ rồi được hiển thị trên 2Led 7 thanh.(Q1 và Q2)
Ta có thể điều chỉnh nhiệt độ khống chế tăng lên hoặc giảm xuống bằng phím nhấn Thao tác khống chế ở đây được thực hiện mô phỏng qua 3 led là đỏ, vàng, xanh Để tiện cho việc thay đổi giá trị khống chế nhiệt độ,chúng em để 2LED 7 thanh (Q3 và Q4) để hiển thị giá trị nhiệt độ khống chế
Phần III:Kết Luận
Trang 26
ý nghĩa đề tài:
- Mạch đo nhiệt độ có dải đo nhiệt độ lớn từ 0 C đến 99 C
-Khả năng đáp ứng nhanh với sự thay đổi của môi trường
-Mạch đặt được nhiệt độ khống chế dể so sánh với nhiệt độ môi trường bên ngoài
-Mạch có đèn báo tương ứng khi nhiệt độ môi trường thay đổi so với nhiệt độ khống chế,có đèn báo để xác định đang tang nhiệt độ khống chế hay giảm nhiệt
độ khống chế
-Mạch hiển thị led 7 đoạn nên dễ dàng cho người sử dụng
-Mạch được thiết kế nhỏ dọn , dễ sử dụng,tiện lợi
-Mạch có thể áp dụng, cải tiến thêm để sử dụng cho nhiều sản phẩm:
( vd:đo nhiệt độ điều khiển tự dộng tắt/mở điều hòa,đóng/mở cửa,kéo/mở rèm…
để nhiệt độ trong phòng phù hợp với người sử dụng hoặc đo nhiệt độ lò
nhiệt v.v… )
Kết thúc đồ án môn học 1 em đã vận dụng kiến thức đã học vào đồ án và biết thêm được nguyên lý hoạt động của LM35 và bộ chuyển đổi tương tự sang
số ADC0804
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy !
Tài liệu tham khảo
1 Họ vi điều khiên 8051 – Ngyễn Tăng Cường
2 Vi điều khiển với lập trình C_Ngô Diện Tập
3 Điều khiển logic lập trình PLC _Nguyễn Tiến Dũng
ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ 26