Thiết kế và thi công mạch đo điện áp chiều, hiển thị Led thanh

Hầu hết làcác thiết bị được điều khiển tự động từ các thiết bị văn phòng cho đến các thiết bịtrong gia đình đều dùng các bộ vi điều khiển nhằm đem lại sự tiện ghi cho conngười trong thời

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành Khoa: Điện-Điện Tử Lớp: TĐH-K6

I.1.Lời mở đầu

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành Kỹthuật Điện tử Đời sống xã hội ngày càng phát triển cao dựa trên những ứng dụngcủa khoa học vào đời sống Vì vậy mà những công nghệ điện tử mang tính tự độngngày càng được ứng dụng rộng rãi Trong đó có sự đóng góp không nhỏ của kỹthuật vi điều khiển Các bộ vi điều khiển đang đựơc ứng dụng rộng rãi và thâmnhập ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội Hầu hết làcác thiết bị được điều khiển tự động từ các thiết bị văn phòng cho đến các thiết bịtrong gia đình đều dùng các bộ vi điều khiển nhằm đem lại sự tiện ghi cho conngười trong thời đại công nghiệp hoá, hiện đại hoá

Điện áp là một đại lượng rất quan trọng trong kĩ thuật điện–điện tử, mốn điềukhiển một thiết bị hay một linh kiện điện tử nào đó ta phải quan tâm đến điện áp đểđiều khiển nó đầu tiên Thị trường đã sản xuất ra loại đồng hồ cơ ,tuy có thể đođiện áp nhưng ko thực sự chính xác, do vậy việc chế tạo ra một loại thiết bị đo có

độ chính xác cao là rất cần thiết

Sau thời gian học tập rèn luyện tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật HưngYên, chuyên ngành Kỹ thuật điện tử, được sự đồng ý của thầy Đỗ Thành Hiếunhóm chúng em tiến hành thực hiện đồ án chuyên ngành: “ Thiết kế và thi công mạch đo điện áp một chiều, hiển thị Led 7 thanh”.

Với mong muốn đáp ứng được yêu cầu đặt ra trong việc nghiên cứu, đo lường

về điện áp một chiều Từ đó có thể điều khiển và sử lý điện một cách chính xáchơn

I.2.Nhiệm vụ của đề tài

Tên đề tài: “Thiết kế và thi công mạch đo điện áp một chiều, hiển thị Led 7 thanh”

1 Dữ liệu cho trước

1 Các tài liệu tham khảo, tài liệu chuyên môn

2 Trang thiết bị, máy móc tại xưởng thực tập

3 Các chip vi điều khiển thuộc họ 8051

2 Nội dung cần hoàn thành

- Phần lí thuyết:

1 Tính cấp thiết của đề tài

2 Giới thiệu chung về vi điều khiển

3 Thiết kế mạch điều khiển

4 Lập lưu đồ thuật toán và viết chương trình điều khiển

5 Quyển thuyết minh và các bản vẽ mô tả đầy đủ nội dung của đề tài

- Sản phẩm:

1 Hoạt động chính xác và ổn định

2 Đạt yêu cầu kĩ thuật và mỹ thuật

Điện áp đo

hiển thị

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành Khoa: Điện-Điện Tử Lớp: TĐH-K6

I.3 Mục đích, yêu cầu của đồ án:

- Sơ đô khối mạch đo điện áp:

PHẦN 2: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

II.1 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

- Sử dụng vi điều khiển họ 8051

-ADC 0804

- Hiển thị bằng led 7 đoạn

II.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ VI XỬ LÝ 89C51 :

Vi điều khiển (VĐK) là một hệ vi xử lý được tổ chức trong một chíp Nó bao gồm: + Bộ vi xử lý

+ Mạch giao tiếp nối tiếp

+ Không gian nhớ chương trình (mã) ngoài 64k byte

+ Không gian nhớ Data ngoài 64k byte

+ Bộ xử lý bit thao tác trên các bit riêng

+ 210 vị trí nhớ định địa chỉ, mỗi vị trí một bit

+ Các thanh ghi chức năng, cơ chế điều khiển ngắt

+ Các bộ thời gian dùng trong limh vực chia tần số và tạo thời gian thực + Có thể lập trình được qua cổng nối tiếp

+ Bộ vi điều khiển có thể lạp chương trình để điều khiển các thiết bị thông tin,viễn thông thiết bị đo lường,thiết bị điều chỉnh cũng nhuu các ứng dụng trong côngnghệ thong tin và kỹ thuật điều khiển tự động có thể xem bộ VĐK như một hệVXL on-chíp đối với AT89C51, nó có đầy đủ chức năng của một hệ VXL 8 bit,được điều khiển bởi một hệ lệnh, có số lệnh đủ mạnh, cho phép lập trình bằng hợpngữ (Assemply)

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành Khoa: Điện-Điện Tử Lớp: TĐH-K6

Hình1.1 : Sơ đồ chân của 89C51

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành Khoa: Điện-Điện Tử Lớp: TĐH-K6

Hình 1.2 : Sơ đồ khối của 89C51

+ GND(chân 20): Chân nối với 0v

+ potr 0(chân 32 – chân 29)

port 0 là port xuất nhập 8 bit hai chiều Port 0 còn được cấu hình làm bus địachỉ( byte thấp) và bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và

bộ nhớ chương trình ngoài Port cũng nhận các byte mã trong khi lập trình cho.Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình ( các điện trở kéo lênbên ngoài được cần đến trong khi kiểm tra chương trình)

+ Port 1( chân 1- 8): port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều Port1 cũng nhậnbyte địa chỉ thấp trong thời gian lập trình cho Flash

+ Port 2 ( chân 21 – 28): Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều Port 2 tạo racác byte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trìnhngoài và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài, sử dụng các địa chỉ 16 bit.Trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 8 bit, port 2phát các nội dung của các thanh ghi đặc biệt, port 2 cũng nhận các bits địa chỉ cao

và vài tín hiệu điều khiển trong thời gian lập trình cho Flash và kiểm tra chươngtrình

+ Port 3 ( chân 10- 17): Port 3 cũng nhận một vài tín hiêu điều khiển cho việclập trình Flash và kiểm tra chương trình Port 3 là port xuất nhập 8 bit hai chiều,port 3 cũng còn làm các chức năng khác của AT89C51 các chức năng này đượcnêu như sau:

P3.0 RxD Ngõ vào port nối tiếp

P3.1 TxD Ngõ ra port nối tiếp

P3.2 INT0 Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3 INT1 Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4 T0 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1

P3.5 T1 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 0

P3.6 WR Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 RD Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

sẽ không có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi chương trìnhngoài.

+ PSEN(chân 29): PSEN (program Store Enable) là xung điều khiển truy xuấtchương trình ngoài Khi AT89C51 đang thực thi chương trình từ bộ nhớ chươngtrình ngoài, PSEN được kích hoạt hai lần mỗi chu kỳ máy, nhưng hai hoạt độngPSEN sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài

+ EA vpp(chân 31): Là chân cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài ( địachỉ từ 0000h tới ffffh) EA = 0 cho phép truy xuát bộ nhớ chương trình ngoài,ngược lại EA = 1 sẽ thực thi chương trình bên trong chip Tuy nhiên, lưu ý rằngnếu bít khoá 1 được lập trình EA được chốt bên trong khi reset

+ XTAL1& XTAL2: Là hai ngõ vào ra của hai bộ khuyếch đại đảo của mạch daođộng, được cấu hình để dùng như một bộ tạo dao động trên chip

Hình1.3: Bộ tạo dao động

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành Khoa: Điện-Điện Tử Lớp: TĐH-K6

2.Tổ chức bộ nhớ của 89C51

Bộ nhớ bên trong chip bao gồmROM, RAM va EPROM RAMtrên chip bao gồm vùng RAM

đa chức năng, vùng RAM với

từng bit được định địa chỉ, các dây thanh ghi (bank) và các thanh ghi chức năngđặc biệt.

Có 2 đặc tính đáng lưu ý:

+ Các thanh ghi và các port I/O được định địa chỉtheo kiểu ánh xạ bộ nhớ

và được truy xuất như một vị trí nhớ trong bộ nhớ

+ Vùng track thường trú trong RAM trên chip thay vì ở trong RAM ngoàinhư đối với các bộ vi xử lý

a Vùng RAM đa mục đích: Có 80 byte, địa chỉ từ 30H đến 7FH

Bất cứ vị trí nào trong vùng RAM ta đều có thể truy xuất tự do bằng cách sửdụng định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

Ví dụ:

+ Kiểu định địa chỉ trực tiếp:

MOV A,5FH ;Đọc nội dung tại địa chỉ 5FH của RAM

+ Kiểu định địa chỉ gián tiếp: (Qua các thanh ghi R0,R1)

MOV R0,#5FH ; Di chuyển giá trị5FH vào thanh ghi R0

MOV A,@R0 ; Di chuyển dữ liệu trỏ tới R0 và thanh chứa A

b Vùng RAM định địa chỉ:

Chip 8951 chứa 210 vị trí định địa chỉ in đó có 128 byte chứa trong các byte ởđịa chỉ 20H đến 2FH (16 byte x 8 = 128 bits), phần còn lại chứa trong các thanhghi chức năng đặc biệt

Công dụng: + Truy xuất các bit riêng rẽ thông qua các phần mền

+ Các port có thể địng địa chỉ từng bit, làm đơn giản việc giaotiếp băng phần mền với các thiết bị xuất nhập đơn bit

Ví dụ: + Set bit trực tiếp:

SETB 67H; lệnh làm nhiệm vụ set bit 67H bằng 1

+ Hoặc ta có thẻ sử dụng lệnh sau để set bít 67H là bit lớn nhất củabyte 2CH:

ORL A,#10000000B ;Tác dung set bit

c Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR)

Không phải tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH đều được định nghĩa mà chit

có 21 địa chỉ được định nghĩa

Các thanh ghi chức năng đặc biệt bao gồm:

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành Khoa: Điện-Điện Tử Lớp: TĐH-K6

+ Tử trạng thái chương trình PSW: có địa chỉ là D0H

+ Thanh ghi B: Có địa chỉ F0Hđược dùng chung với thanh chứa A trong cácphếp toán nhân và chia

+ Con trỏ Stack (SP) : là thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H, nó chứa địa chỉ của dữliệu hiện đang ở đỉnh của stack

+ Con trỏ dữ liệu DPTR:

Dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu ngoài DPTR là thanh ghi 16 bit có địa chỉ 82H (byte thấp ) và 83H (byte cao)

Ví dụ:

MOV A,#55H ;Nạp hằng dữ liệu 55H và thanh chứa A

MOV DPTR,%1000 ;Nạp hằng địa chỉ 16 bit 1000H cho ; con trỏ DPTR

MOV @DPTR,A ; Chuyển dữ liệu từ A vao RAM ngoài

; tai địa chỉ DPTR trỏ tới

+Các thanh ghi port:

- Port 0 : địa chỉ 80H

- Port 1 : địa chỉ 90H

- Port 2 : địa chỉ A0H

- Port 3 : địa chỉ B0H

+ Các thanh ghi định thời:

IC 8951 có 2 bộ định thời/đếm dùng để định khoảng thời gian hoặc đếm các

+ Các thanh ghi của port nối tiếp: Chip 8951 có 1 port nối tiếp để truyền thôngvới các thiết bị như các thiết bị đầu cuối hoặc model

+ Các thanh ghi ngắt: có một cấu trúc ngắt với 2 mức ưu tiên và 5 nguyên nhânngắt Các ngắt bị vô hiệu hoá sau khi Reset hệ thống và được phép bằng cách vàothanh ghi IE ở địa chỉA8H Mức ưu tiên ngắt được thiết lập bơit thanh ghi IP ở địachỉ B8H

+ Thanh ghi điều khiển nguồn: PCON có địa chỉ 87H

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành Khoa: Điện-Điện Tử Lớp: TĐH-K6

ADD A , nguồn: Cộng toán hạng nguồn vào A

ADD A, #data : Cộng dữ liệu data với A

ADDC A,nguồn: Cộng nguồn với A và cờ nhớ

ADDC A,#data : Cộng dữ liệu data với A và cờ nhớ

SUBB A, nguồn: Trừ A với nguồn

SUBB A,#data : Trừ A với data

INC A : Tăng nội dung thanh ghi A lên 1

DEC A : Giảm nội dung thanh ghi A lên 1

INC DPTR : Tăng DPTR

MUL AB : Nhân nội dung thanh ghi A và B

DIV AB : Chia A cho B

DA A : Hiệu chình thập phân thanh ghi A

PUSH direct Cất vào Stack

POP direct Lấy ra từ Stack

XCH A,source Trao đồi các byte

XCHD A,@Ri Trao đồi các digit thấp

ANL C, bit AND

ANL C ,/bit AND NOT bit với C

ORL C, bit

ORL C, /bit

MOV C,bit

MOV bit, C

JC rel Nhảy đến Rel nếu C=1

JNC rel Nhảy đến Rel nếu C=0

JB bit, rel Nhảy nếu bit bằng 1

JNB bit, rel Nhày nếu bit =0

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành Khoa: Điện-Điện Tử Lớp: TĐH-K6

JBC bit , rel Nhảy nếu bit =1 rồi xoá bit

+Nhóm lệnh rẽ nhánh

ACALL addr11 Gọi chương trình con

LCALL addr16

RET Quay về từ chương trình con

RETI Quay về từ chương trình ngắt

AJMP addr11 Nhảy

LJMP addr16

SJMP rel

JMP @ A+DPTR

JZ rel Nhảy nếu A=0

JNZ rel Nhảy nếu A <>0

CJNE A,direct, rel So sánh và nhảy

CJNE #data, rel

CJNE Rn,#data, rel

CJNE @ Ri,# data, rel

DJNZ Rn, rel Giảm và nhảy nếu khác 0

DJNZ direct, rel

NOP Không làm gì

II.3.Nguyên lý một số linh kiện phục vụ cho việc đo lường.

II.3.1 Chip ADC 0804

Chíp ADC 0804 là bộ chuyển đổi tương tự sang số trong họ các loạt ADC 0800

từ hãng National Semiconductor Nó cũng được nhiều hãng khác sản xuất, làmviệc với +5V và có độ phân giải là 8 bít Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyểnđổi cũng là một yếu tố quan trọng khác khi đánh giá một bộ ADC Thời gianchuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầuvào tương tự thành một số nhị phân Trong ADC 0804 thời gian chuyển đổi thayđổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK R và CLK IN nhưngkhông thể nhanh hơn 110s Các chân của ADC 0804 được mô tả như sau:

1. Chân - chọn chíp: Là một đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để

kích hoạt chíp ADC 0804 Để truy cập ADC 0804 thì chân này phải ở mứcthấp

2. Chân (đọc): Đây là một tín hiệu đầu vào được tích cực mức thấp Các

bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với

nó và giữ nó trong một thanh ghi trong được sử dụng để nhận dữ liệuđược chuyển đổi ở đầu ra của ADC0804 Khi CS = 0 nếu một xung cao -xuống - thấp được áp đến chân thì đầu ra số 8 bít được hiển diện ở cácchân dữ liệu D0 - D7 Chân cũng được coi như cho phép đầu ra

3. Chân ghi (thực ra tên chính xác là “Bắt đầu chuyển đổi”) Đây là chân

đầu vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC 0804 bắt đầu quátrình chuyển đổi Nếu CS = 0 khi tạo ra xung cao - xuống - thấp thì bộ

CS

RD

RD

RD RD

WR

WR

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành Khoa: Điện-Điện Tử Lớp: TĐH-K6

ADC 0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phân 8bít Lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần sốđưa đến chân CLK IN và CLK R Khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàntất thì chân INTR được ép xuống thấp bởi ADC 0804

4. Chân CLK IN và CLK R

Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoàikhi đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian Tuy nhiên 0804 cũng cómột bộ tạo xung đồng hồ Để sử dụng bộ tạo xung đồng hồ trong (cũng cònđược gọi là bộ tạo đồng hồ riêng) của 0804 thì các chân CLK IN và CLK Rđược nối tới một tụ điện và một điện trở như chỉ ra trên hình 2.1 Trongtrường hợp này tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức:

Giá trị tiêu biểu của các đại lượng trên là R = 10k và C= 150pF và tần sốnhận được là f = 606kHz và thời gian chuyển đổi sẽ mất là 110s

5. Chân ngắt (ngắt hay gọi chính xác hơn là “kết thúc chuyển đổi’)

Đây là chân đầu ra tích cực mức thấp Bình thường nó ở trạng thái cao

và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữliệu được chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi Sau khi xuống thấp, ta đặt CS

= 0 và gửi một xung cao xuống - thấp tới chân lấy dữ liệu ra của 0804

Chân Vref/2 được dùng để thực thi các điện áp đầu vào khác ngoài dải 0 - 5v.

Ví dụ, nếu dải đầu vào tương tự cần phải là 0 đến 4v thì Vref/2 được nối với+2v

Hình 2.1: Sơ đồ chân của ADC0804 Bảng 2.2: Điện áp Vref/2 liên hệ với dải Vin

V ref / 2(V) V in (V) Step Size (mV)

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành Khoa: Điện-Điện Tử Lớp: TĐH-K6

Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) Vin là điện áp đầu vào tương

tự và độ phân dải là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2  Vref/2) chiacho 256 đối với ADC 8 bít

II.4 Nguyên lý đo và chuyển đổi tương tự/số của ADC

Khi điện áp đầu vào que đo thông qua mạch phân áp sẽ đưa điện áp tới đầuvào Vin cua ADC0804 sao cho điện áp vào lớn nhất là 5V, khi đó ứng với mỗi giátrị đầu vào Vin thì ADC0804 sẽ chuyển đổi từ giá trị tương tự là điện áp xang số,ứng với mỗi giá trị số sẽ là một giá trị điện áp tương ứng

Vì chân Vref/2 để hở do vậy kích thước bước(độ phân giải) là 19,53m V khi

đó điện áp đầu vào là 5V tương ứng với giá trị thập phân là 256 với công thức

RD

buoc thuoc kich

V

out 