Thiết kế bộ đo vận tốc của vật chuyển động tịnh tiến sử dụng cổng nối tiếp

Thiết kế bộ đo vận tốc của vật chuyển động tịnh tiến sử dụng cổng nối tiếp

Bộ Công Thương Trường:Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa:Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ BỘ ĐO VẬN TỐC CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN

SỬ DỤNG CỔNG NỐI TIẾP

Nhóm 2

ận xét giáo viên hướng dẫn ướng dẫn ẫn

Lời Nói Đầu

Ngày nay, các vi điều khiển đã thâm nhập vào mọi lĩnh vực vủa đời sống từ dân sự, quân sự đến an ninh quốc phòng, có mặt trong hầu hết các ứng dụng hàng ngày từ những thiết bị nhỏ như điện thoại di động, máy nhắn tin, trò chơi điện tử, các thiết bị gia dụng (máy giặt, điều hòa,

tủ lạnh….) đến những thiết bị lớn như ôtô, tàu thủy, xe lửa, máy bay, hệ thống mạng điện thoại, các bộ điều khiển tự động trong nhà máy, các bộ điều chỉnh trong nhà máy điện hạt nhân, trong các hệ thống điều khiển ánh sáng…

Với một loạt các ứng dụng thú vị trên, ở đây chúng em xin giới thiệu một ứng dụng nhỏ dùng vi điều khiển 8051 (cụ thể là vi điều khiển AT89S52) để thiết kế đo vận tốc của vật chuyển động tịnh tiến sử dụng cổng nối tiếp

Do thời gian và trình độ còn hạn chế, còn thiếu kinh nghiệm thực

tế nên không tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong nhận được những ý kiến và đóng góp của các thầy cô và các bạn để chúng em có thể hoàn thiện thiết kế hơn nữa

Xin chân thành cảm ơn !

PHẦN 1

I,CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN 8051

I-Giới thiệu tổng quan về họ 8051 (AT 89S52)

Họ vi điều khiển 8051 (còn gọi là C51) là một trong những họ vi điều

khiển thông dụng nhất Đây là các bộ vi điều khiển 8 bít được sản xuất theo công nghệ CMOS Một số loại vi điều khiển thuộc họ 8051 thông dụng nhất: AT89C2051, AT89C4051, AT89C51, AT89S52… Trong đó AT89S52 là một bộ vi điều khiển thông dụng giá rẻ có nhiều chức năng

Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm các khối chức năng chính sau đây:

CPU (Central Processing Unit) bao gồm:

- Thanh ghi tích luỹ A

- Thanh ghi tích luỹ phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia

- Đơn vị logic học (ALU: Arithmetic Logical Unit)

- Thanh ghi từ trạng thái chương trình (PSW: Progam Status Word)

- Bốn băng thanh ghi

- Con trỏ ngăn xếp

Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ ROM) gồm 8Kb Flash.

Bộ nhớ dữ liệu (Bộ nhớ RAM) gồm 256 bytes.

Bộ UART (Universal Ansynchronous Receiver and Tranmitter)

làm chức năng truyền nhận nối tiếp, nhờ khối này AT89S52 có thể giao tiếp với máy tính qua cổng COM

3 bộ Timer /Counter 16 bít thực hiện các chức năng định thời và

đếm sự kiện

WDM (Watch Dog Timer) được dùng để phục hồi lại hoạt động của CPU

khi nó bị treo bởi một nguyên nhân nào đó WDM ở AT89S52 gồm một

bộ Timer 14 bít, một bộ Timer 7 bít, thanh ghi WDTPRG (WDT programable) điều khiển Timer 7 bit và một thanh ghi chức năng WDTRST (WDM register) Bình thường WDT không hoạt động (bị cấm), để cho phép WDT, các giá trị 1EH và E1H cần phải được ghi liên tiếp vào thanh ghi WDTRST Timer 14 bit của WDT sẽ đếm tăng dần sau mỗi chu kỳ đồng hồ cho đến giá trị 16383 thì xảy ra tràn Khi xảy ra tràn, chân RTS sẽ được đặt ở mức cao trong thời gian 96.Tosc (Tossc=1/Fosc)

và AT89S52 sẽ được reset Khi WDT hoạt động, ngoại trừ reset phần cứng và reset do WDT tràn thì không có cách nào cấm được WDT, vì vậy khi sử dụng WDT thì các đoạn mã chương trình phải được đặt trong các khe thời gian từ khi giữa các lần WDT được khởi tạo lại.

II- Sơ đồ các chân và chức năng

1 Port 0 (P0.0-P0.7 hay từ chân 32 đến chân 39): Gồm 8 chân,

ngoài chức năng xuất nhập ra, Port 0 còn là Bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0-AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi AT89S52 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc Bus

Hình 1: Cấu trúc của các chân trên Port 0

2 Port 1 (P1.0-P1,7 hay từ chân 1 đến chân 8) :

Có chức năng xuất nhập theo bit và byte Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2

Hình 2: Cấu trúc của các chân trên Port 1 và Port 3

3 Port 2 (P2.0- P2.7 hay từ chân 21 đến chân 28): Là một Port có công

dụng kép: là đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng

Hình 3: Cấu trúc của các chân trên Port 2

4 Port 3 (P3.0- P3.7 hay từ chân 10 đến chân 17): Mỗi chân trên

Port 3 ngoài chức năng xuất nhập ra còn có một chức năng riêng:

Bit Tên Chức năng

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp

P3.2 INT0 Ngắt 0 bên ngoài

P3.3 INT1 Ngắt 1 bên ngoài

P3.4 T 0 Ngõ vào của Timer/Counter 0 P3.5 T 1 Ngõ vào của Timer/Counter 1 P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu bên ngoài

P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu bên ngoài

5 RST (Reset- chân 9):

Mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta phải đưa mức 1(5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy( tương đương 2µs đối với thạch anh 12MHz

6 XTAL1, XTAL2:

AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thường được nối với một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thông thường là 12MHz

7 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

8 ALE (Address Latch Enable):

ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó các đường port 0 dùng để xuất hoặc nhập

dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ

9 PSEN (Program Store Enable):

PSEN là điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và trường được nối đến chân /OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh

PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua Bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao)

10 Vcc, GND:

AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V-5.5V được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND)

II,CẤU TRÚC IC MAX 232

Bộ vi điều khiển AT89s52 có khả năng giao tiếp với thiết bị ngoài qua cổng nối tiếp Vấn đề trở ngại duy nhất khi giao tiếp với máy tính là mức logic ở bộ vi điều khiển và ở cổng COM khác nhau cụ thể như sau:

ứng Cổng COM

(Mức RS232)

Vi Điều khiển

(Mức TTL)

Khắc phục vấn đề này, người ta sử dụng vi mạch MAX 232 để chuyển đổi mức điện áp giữa 2 chuẩn Vi mạch này có chứa hai bộ chuyển đổi mức logic từ TTL sang RS232 và ngược lại Hình 6 là mạch giao tiếp giữa vi điều khiển với máy tính qua cổng RS232C sử dụng vi mạch đổi mức MAX232

Hình 6: Truyền thông qua cổng nối tiếp

Như vậy thực chất của việc truyền thông qua cổng nối tiếp thực chất là việc truyền mã ASCII của ký tự.Để gửi cho máy tính các kí tự từ ‘0’ đến

‘9’ ta phải truyền mã ASCII của chúng lần lượt từ 0x30 đến 0x39

Để kiểm tra xem máy tính có nhận được các kí tự mà vi điều khiển truyền tới chưa, ta phải cho máy tính thi hành Chương trình nhận số liệu qua cổng nối tiếp chương trình này có thể viết bằng ngôn ngữ lập trình Basic, Pascal, C, C++ Trong Windows có cung cấp sẵn cho chúng ta một công cụ truyền tin qua cổng nối tiếp là Hyper Terminal

PHẦN II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Dựa trên nguyên tắc xác định vân tốc của một chuyển động.ta có thể thực hiện việc xác định vận tốc bằng một

mô hình co xư dụng các led thu và phát hồng ngoại đưa tín hiệu vào môt bộ vi điều khiển 89s52 xử lý và đưa kết quả ra cổng nối tiếp

Để đo vận tốc của một vật chuyển động tịnh tiến ta thưc hiên theo thiết kế sau:

Dùng hai led thu hồng ngoại và hai led phát hồng

ngoại Khi led thu nhận đươc tia hồng ngoại của led phát thì điện trở giữa hai cực của led rất nhỏ Điện áp đặt vào chân IT0 rất nhỏ ~o tức điện áp ở mưc thấp

Khi có vật chạy qua giữa led thu và led phát hồng

ngoại sẽ cản trở tia hồng ngoại đến led thu ,điện trở hai cực của led thu sẽ tăng lên rất lớn khi đó điện áp tại chân IT0 (IT1) rất lớn ~ Vcc tức điện áp ở chân này rất

cao ,xuất hiện sự thay đổi điện áp sườn.Lúc đó sẽ có tín

hiệu vào IC Chương trình đã được nap sẵn trong IC sẽ thực hiện tính toán và đưa ra kết quả ra cổng nối tiếp

PHẦN III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

I,SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

II,CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

1, PHẦN VISUA BASIC

Private Sub Command1_Click()

End Sub

Private Sub Form_Load()

MSComm1.CommPort = 2

MSComm1.Settings = "9600,n,8,1"

Me.MSComm1.RThreshold = 1

MSComm1.InputLen = 1

MSComm1.PortOpen = True

End Sub

Private Sub MSComm1_OnComm()

If Me.MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then Label3.Caption = Asc(MSComm1.Input)

End If

End Sub

2,CODE C

#include <reg52.h>

unsigned char v ;

sbit x = P3^2;

sbit y = P3^3;

unsigned int s ;

void delay(unsigned int time)

{

while (time )

{

TH0 = -1000/256;

TL0 = -1000%256;

TR0 = 1;

while (!TF0);

TR0 = 0;

TF0 = 0;

}

}

void send(unsigned char a)

{

SBUF=a;

while(TI==0){}

TI=0

}

void main(void)

{

TMOD=0x21;

TH1=TL1=-3;

SCON=0x50;

TR1=1;

while(1)

{

while(x==0)

{

}

while(y==0)

{

delay(1);

s++;

} v= 20/s ;

send(v);

}

}

PHẦN IV KẾT LUẬN

- Ưu điểm : Với mô hình này có thể đo đươc vận tốc của một vật chuyển động chính xác và đưa ra kết quả rất nhanh chóng mà không cần qua tính toán gì khác

- Nhược điểm : mô hình trên chỉ có thể đo được vận tôc chuyển động của một vật có kich thước nhỏ và chuyển động không quá nhanh.Chưa có tính ứng dụng cao vào thực tế.

- Hướng phát triển của đề tài :

Với đề tài này có thể phát triển thành nhiều ứng dụng trong thực tế hiện nay Với việc xác định vận tốc chuyển động thông qua một hệ thống tự đông là rất cần thiết.Mô hình này nếu được phát triển sẽ đươc áp dụng rất nhiều trong thưc tế ta có thể xác định được một cách chính xác tốc độ của môt

chuyên đông nào đó ma chẳng hạn ta không thể đến gần nó…và nó cũng có thể được ứng dụng trong giao thông để xác định vận tốc của một phương tiên khi tham gia giao thông…

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô Vũ Thị Thu Hương

đã trực tiếp hướng dẫn chúng em trong quá trình thực hiện đề tài nay.

Tài liệu tham khảo

1.Vi điều khiển cấu trúc lập trình và ứng dụng (Kiều Xuân Thực – Vũ Thị Thu Hương – Vũ Trung Kiên)

2.Giáo trình đo lường và điều khiển máy tính(Vũ Thị Thu Hương)

3 Họ vi điều khiển 8051 (Tống Văn On – Hoàng Đức Hải)

4 Internet: dientuvietnam.net

diendandientu.com

dientuvienthong.net