Thiết kế bộ đo và khống chế nhiệt độ sử dụng cổng song song ( Kèm File Chương Trình)

Nhóm SVTH lớp CĐĐH ĐT1K3 Bài Tập Lớn BÀI TẬP LỚN: Đo Và Khống Chế Nhiệt Độ Tìm hiểu chức năng hoạt động các linh kiện tham gia 1 Cổng máy inLPT: Cổng song song được thiết kế đầu tiên b

Lời nói đầu

Có thể nói trong những năm gần đây, sự phát triển của kỹ thuật ghép nối máy tính đã mở rộng đáng kể các lĩnh vực ứng dụng của máy tính, đặc biệt trong đo lờng và điều khiển Và

có thể nói lĩnh vực ứng dụng này đã đạt đợc nhiều thành tựu

đáng kể, đặc biệt là trong các nhà máy xí nghiệp để điều khiển các dây chuyền thiết bị lớn, yêu cầu độ tự động hoá cao

Với đề tài môn đo lường và điều khiển bằng mỏy tớnh: Thiết kế bộ đo và

khống chế nhiệt độ sử dụng cổng song song.

Yờu cầu:

- Mạch điện tử được thiết kế trờn mỏy tớnh bằng phần mềm chuyờn dụng

- Sai số cho phộp: 1oC

- Nhiệt độ cần khống chế được đặt bằng bàn phớm mỏy tớnh

- Thao tỏc điều khiển khống chế được mụ phỏng bằng 3 LED: LED màu đỏ sỏng khi nhiệt độ mụi trường nhỏ hơn nhiệt độ khống chế; LED màu xanh sỏng khi nhiệt độ mụi trường lớn hơn nhiệt độ khống chế; LED màu vàng sỏng khi nhiệt độ mụi trường bằng nhiệt độ khống chế

- Kết quả đo được hiển thị trờn mỏy tớnh dưới 2 dạng:

+ Con số: Phản ỏnh nhiệt độ đo được tại thời điểm hiện tại (Vớ dụ: 20oC) + Đồ thị: Phản ỏnh sự biến thiờn của nhiệt độ cần đo theo thời gian

Tuy không phải là một đề tài quá phức tạp, xong mang tính thực tế cao và qua nó ta có thể hiểu phần nào cách thức hoạt

động và ứng dụng của cổng ghép nối song song trên máy tính, từ đó hiểu sâu hơn về môn học

Chúng em xin đợc gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cô

Vũ Thị Thu Hơng, giảng viên khoa Điện tử, cùng các thầy cô

khác trong khoa, đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Do trình độ còn hạn chế nên trong đồ án khó tránh khỏi thiếu xót Vì vậy chúng em mong nhận đợc sự góp ý của thầy giáo hớng dẫn cùng toàn thể các bạn sinh viên để đề tài đợc hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội,

ngày 13/5/2010

Nhóm SVTH lớp CĐĐH ĐT1K3

Bài Tập Lớn

BÀI TẬP LỚN:

Đo Và Khống Chế Nhiệt Độ

Tìm hiểu chức năng hoạt động các linh kiện tham gia

1) Cổng máy in(LPT):

Cổng song song được thiết kế đầu tiên bởi công ty Centronics nhằm mục đích ghép nối máy tính với máy in Sau này cổng này được tiêu chuẩn hóa và có mặt ở hầu hết các máy tính Tên gọi của cổng song song bắt nguồn từ kiểu truyền dữ liệu qua cổng này ,các bít truyền song song cũng các byte thì nối tiếp Ngoài tên gọi này ra cổng song song cũng có tên là cổng LPT hoặc cổng Centronics

Cấu trúc cổng song song gồm 8 đường dữ liệu , 4 đường dẫn điều khiển và 5 đường dẫn trạng thái Các đừờng dẫn này đều tương thích mức TTL(0;5) do vậy khó thuận tiện, đơn giản cho vỉệc ghép nối với nhiều linh kiện ,mạch điện tương thích với mức điện áp trên

Khoảng cách truyền của cổng song song bị hạn chế do điện dung kí sinh, hiện tượng cảm ứng và bị suy giảm công suất Khoảng cách này bị giới hạn trong khoảng cách là 2m Nếu cần ghép nối ở khoảng cách xa hơn cần có các bộ đệm ,các phương pháp làm giảm điện dung kí sinh, hiện tượng cảm ứng (chẳng hạn kẹp mass giữa các đường tín hiệu ) Nếu muốn cú

khoảng c¸ch xa hơn nữa, nªn chọn giải ph¸p kh¸c ( cổng nối tiếp chẳng hạn)

Cæng LPT

Trong c¸c m¸y tÝnh thế hệ cũ , cổng song song cã tới 36

ch©n nhưng ngày nay để giảm chi phÝ, người ta đã chuẩn hãa thành 25 ch©n, trong số 25 ch©n này chỉ cã 18 ch©n cã ý nghĩa thực thụ, số còng lại đều là c¸c ch©n nối mass , kÝ hiệu và ý nghĩa của c¸c ch©n cắm trªn cổng song song như sau:

C¸c đường dẫn tÝn hiệu này được chia thành 3 nhãm:

- C¸c đường dẫn tÝn hiệu xuất ph¸t ra từ m¸y tÝnh và điều khiển m¸y in được gọi là c¸c đường dẫn điều khiển

- C¸c đường dẫn tÝn hiệu đưa c¸c th«ng b¸o ngược lại từ m¸y in

về m¸y tÝnh được gọi là c¸c đường dẫn trạng th¸i

- C¸c đường dẫn dữ liệu :Truyền c¸c bytes kÝ tự cần in.

C¸c nhãm đường dẫn tÝn hiệu trªn cã liªn quan trực tiếp với c¸c thanh ghi trong Để cã thể ghÐp nối c¸c thiết bị ngoại vi, c¸c mạch điện ứng dụng trong đo lường và điều khiển với cổng song song ta phải t×m hiểu c¸ch trao đổi với c¸c thanh ghi th«ng qua

c¸ch sắp xếp đường dẫn địa chỉ của c¸c thanh ghi cũng như c¸c phần mềm liªn quan Có 3 thanh ghi như sau

- Thanh ghi dữ liệu (cã điạ chỉ cơ sở )

- Thanh ghi trạng th¸i ( cã địa chỉ cơ sở +1)

- Thanh ghi điều khiển (cã địa chỉ cơ sở +2)

Qua cấu tróc c¸c thanh ghi ta thấy cã 8 đường dẫn dữ liệu tới

8 « như trªn thanh ghi dữ liệu cïng 4 đường dẫn điều khiển Strobe, Auto Linefeed, Reset, Select Input dẫn tới 4 « nhớ trªn thanh ghi điều khiển , cuối cïng là đường dẫn trạng th¸i Acknowledge, Busy, Paper Empty, Select , Error nối tới 5 « trªn thanh ghi trạng th¸i Riªng ở thanh ghi điều khiển cần chó ý tới 1 bit nữa được sử dụng cho mục đÝch ghÐp nối nhưng lại không được nối với ổ cắm 25

chân , bít này có thể được sử dụng để xóa 1 ngắt có liên quan với đường dẫn Acknowledge

Ta có thể trao đổi với 3 thanh ghi này như thế nào? Hệ điều hành DOS dự tính đến 4 cổng song song đặt tên là: LPT1, LPT2, LPT3 và LPT4 Tuy vậy hầu hết các máy vi tính PC đều chỉ có nhiều là 2 cổng song song thậm chí là 1 lý do kinh tế Khi bật máy , BIOS sẽ kiểm tra trên máy có mấy cổng song song Các cổng song song được BIOS tìm thấy sẽ được sắp theo các tên lần lợt là LPT1, LPT2… phần lớn các phiên bản của BIOS chạy trong giai đoạn khởi động (Boot phase) của máy tính , khi đú các thông số

về phần cứng cũng như các cổng song song tìm thấy sẽ hiển thị trong khung hình chữ nhật Ta có thể dừng lại quá trình khởi động của máy tính bằng phím Pause để quan sát kỹ các thông số được liệt kê trong bảng

Các địa chỉ của cổng song song trên máy tính PC:

2) IC 74LS257:

74LS 257

2 3 5 6

1 1

1 0

1 4

1 3

1 5

4 7 9

1 2

1 A

1 B

2 A

2 B

3 A

3 B

4 A

4 B G

1 Y

2 Y

3 Y

4 Y

A /B G N DV C C

Vi mạch này có nhiệm vụ nhận dữ liệu 8 bít từ vi mạch khác đa tới và chốt từng cặp 4 bit A hoặc 4 bit B cho đi

ra tại đầu ra Y Một trong 2 cặp này sẽ nhận đựơc tại đầu ra Y phụ thuộc vào chân điều khiển A/B của IC này nhận đợc từ vi mạch ngoài Cụ thể :

-Khi chân A/B(1) ở mức thấp thì cho xuất các bít A(từ 1A đến 4A) ra cổng Y(từ 1Y đến 4Y)

-Khi chân A/B(1) ở mức cao thì cho xuất các bít B(từ 1B đến 4B) ra cổng Y

Còn chân G(14) tích cực ở mức thấp (0),có nhiệm vụ chốt dữ liệu, cho hoặc không cho dữ liệu đi qua:

-G =1: cấm dữ liệu từ đầu vào A hoặc B xuất ra Y

-G =0: cho phép dữ liệu từ đầu vào A hoặc B xuất ra Y

3) Chip ADC804

Chip ADC804 là bộ chuyển đổi tơng tự số thuộc họ ADC800 của hãng National Semiconductor Chip này cũng đợc nhiều hãng khác sản xuất 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 đợc định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tơng tự thành một số nhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ đợc cấp tới chân CLK và CLK IN và không bé hơn 110s

Các chân của ADC0804 có chức năng nh sau:

a) CS (Chip Select) - chọn chip

Là chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp đợc sử dụng để kích hoạt chip ADC804 Để truy cập ADC0804 thì chân này phải ở mức thấp

b) RD (Read) - đọc

Đây là một tín hiệu vào, “tích cực mức thấp” Các bộ

ADC chuyển đổi đầu vào tơng tự thành số nhị phân và giữ

nó ở một thanh ghi trong RD đợc sử dụng để có dữ liệu đợc

đã chuyển đổi tới đầu ra của ADC0804 Khi CS = 0 nếu có một xung cao-xuống-thấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng

số 8 bit đợc đa tới các chân dữ liệu D0 - D7 Chân RD còn đợc coi là cho phép đọc

c) WR (Write) - ghi

Thực ra, tên chính xác là “Bắt đầu chuyển đổi” Đây là

chân vào “tích cực mức thấp” đợc dùng để báo cho

ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi Nếu CS = 0 khi

WR tạo ra xung cao-xuống-thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu tiến hành chuyển đổi giá trị đầu vào tơng tự Vin về số nhị phân

8 bit Lợng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đa đến chân CLK IN và CLK R Khi việc chuyển đổi dữ liệu đợc hoàn tất thì chân INTR đợc ADC0804 hạ xuống thấp

d) CLK IN và CLK R

CLK IN là chân vào, đợc nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi

đồng hồ ngoài đợc 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 đợc gọi là đồng hồ riêng) của 804 thì các chân CLK IN và CLK R đợc nối tới một tụ điện và một điện trở

nh chỉ ra ở hình 12.5 Trong trờng hợp này tần số đồng hồ

đ-ợc xác định bằng biểu thức:

Giá trị thông thờng của các đại lợng trên là R = 10k, C= 151pF và tần số nhận đợc f = 606kHz, còn thời gian chuyển

đổi sẽ là 110s

e) Ngắt INTR (Interrupt)

Ngắt hay còn gọi là “kết thúc việc chuyển đổi’ Đây là chân

ra tích cực mức thấp Bình thờng, chân này ở trạng thái cao

và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu đợc chuyển đổi đã sẵn sàng để lấy

đi Sau khi INTR xuống thấp, cần đặt CS = 0 và gửi một xung cao-xuống-thấp tới chân RD để đa dữ liệu ra

f) V in (+) và V in (-)

Đây là hai đầu vào tơng tự vi sai, trong đó Vin = Vin (+) - Vin

(-) Thông thờng Vin (-) đợc nối xuống đất và Vin (+) đợc dùng làm đầu vào tơng tự và sẽ đợc chuyển đổi về dạng số

g) V CC

Là chân nguồn nuôi +5v Chân này còn đợc dùng làm điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 (chân 9) để hở

h) V ref/2

Chân 9 là điện áp đầu vào đợc dùng làm điện áp tham chiếu Nếu chân này hở (không đợc nối) thì điện áp đầu vào tơng tự cho ADC804 nằm trong dải 0 đến +5v (giống nh chân VCC) Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tơng tự

áp đến Vin khác với dải 0 đến 5v Chân Vref/2 đợc dùng để thực hiện các điện áp đầu vào có dải khác với 0 - 5V Ví dụ, nếu dải đầu vào tơng tự cần biến đổi từ 0 đến 4V thì Vref/2 đợc nối với +2V

Bảng biểu diễn dải điện áp V in đối với các đầu vào V ref/2

khác nhau.

Ghi chú: - VCC = 5V

* Khi Vref/2 hở thì đo đợc ở đó khoảng 2,5V

- Kích thớc bớc (độ phân dải) là sự thay đổi nhỏ nhất mà ADC có thể phân biệt đợc.

i) D0 - D7

D0 - D7 là các chân ra dữ liệu số (D7 là bit cao nhất MSB và D0 là bit thấp nhất LSB) Các chân này đợc đệm ba trạng thái

và dữ liệu đã đợc chuyển đổi chỉ đợc truy cập khi chân CS

= 0 và chân RD đa xuống mức thấp Để tính điện áp đầu ra

ta có thể sử dụng công thức sau:

ở đây Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) Vin là điện

Quan hệ điện áp Vref/2 với Vin

Hở *( hoặc

áp đầu vào tơng tự và kích thớc bớc (độ phân dải) là sự thay

đổi nhỏ nhất đợc tính bằng (2Vref/2) chia cho 255 đối với ADC 8 bit

Từ những trình bày trên, có thể tóm tắt các bớc 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 đợc hoàn tất và có thể chuyển sang bớc tiếp theo Nếu INTR còn ở mức cao thì tiếp 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-thấp đến chân RD để nhận dữ liệu từ chip

ADC0804

4) IC Cảm biến nhiệt LM335:

Hình dạng LM335

LM335 là họ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao có

điện áp đầu ra tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ Kenvil Điện áp

đo đợc của LM355 này khi ở nhiệt độ 273K (tức 00 C) la 2.73V

Họ cảm biến này không yêu cầu căn chỉnh ngoài vì vốn nó đã

đợc căn chỉnh Họ này cho ra điện áp 10mV ứng với thay đổi nhiệt độ là 1K

Một số thôngsố kỹ thuật chính của họ LM335:

-Dòng làm việc 400A – 5mA

-Dòng thuận : 10mA

-Dòng ngợc: 15mA

-Điện áp VS=4V-30V

-Điện áp ra 10mV/ 0C

5)Phối hợp tín hiệu và nối ghép LM335 với ADC0804:

0

0

ADC0804

U 3

A D C 0 8 0 4

7 6

8 9

1 9 4

1 8

1 7

1 6

1 5

1 4

1 3

1 2

1 1 5 1 2 3

-I N + I N

A G N D

V R E F / 2

C L K R

C L K I N

D B 0

D B 1

D B 2

D B 3

D B 4

D B 5

D B 6

D B 7

I N TR

C S

R D

W R

0

0

C 9

1 0 4

0

0

C 8

1 5 1

L M 3 3 5

C O N 3

1 2 3

R 6

1 5 K

R 1 8

2 0 K

Phối hợp tín hiệu và nối ghép LM335 với ADC0804

Phối hợp tín hiệu là một thuật ngữ đợc sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thu nhận dữ liệu Hầu hết các bộ cảm biến

đều đa ra tín hiệu dạng điện áp, dòng điện, dung kháng hoặc trở kháng Tuy nhiên, chúng ta cần chuyển đổi các tín hiệu này về điện áp để đa đến đầu vào của bộ chuyển

đổi ADC Sự chuyển đổi (biến đổi) này đợc gọi chung là

phối hợp tín hiệu Phối hợp tín hiệu có thể là chuyển dòng

điện thành điện áp hoặc khuyếch đại tín hiệu Ví dụ, bộ cảm biến nhiệt thay đổi trở kháng theo nhiệt độ Sự thay

đổi trở kháng cần đợc chuyển thành điện áp để các bộ ADC

có thể sử dụng đợc Xét trờng hợp nối LM335 tới ADC0804 Vì ADC0804 có độ phân dải 8 bit với tối đa có 256 mức (28), và LM335 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 tại chân 9

Phần II: Thiết kế và thi công

1) Sơ đồ nguyên lý:

2) Sơ đồ mạch in:

3) Sơ đồ giải thuật:

4)Chơng trình phần mềm:

Phần mềm giao diện được viết bằng ngụn ngữ Visual Basic 6.0:

Giao diện chính của chương trình

Code của chương trình:

Option Explicit

Dim settemp As Integer

Dim currenttemp As Integer

Dim temp As Single

Dim t As Single

Dim ve As Boolean

Private Declare Sub Out32 Lib "inpout32" (ByVal AddressPort As Integer, ByVal Value As Integer)

Private Declare Function Inp32 Lib "inpout32" (ByVal AddressPort As Integer)

As Integer

Private Sub Form_Load()

ShapeDo.FillColor = vbBlack

ShapeVang.FillColor = vbBlack

ShapeXanh.FillColor = vbBlack

t = 0

settemp = 50

Out32 &H378, &HFF

With NTGraph1

.XGridNumber = 10

.YGridNumber = 10

.XLabel = "thoi gian (s)"

.YLabel = "nhiet do (C)"

.SetRange 0, 10, 0, 100

.ClearGraph

End With

End Sub

Private Sub CmdSet_Click()

Dim i As Byte

Dim nhietdodat As Integer

nhietdodat = TxtSet.Text

If (nhietdodat < 0) Or (nhietdodat > 100) Then

i = MsgBox("Dat lai gia tri nhiet do, ngoai dai dat!", vbOKOnly)

TxtSet.Text = ""

TxtSet.SetFocus

Else

settemp = nhietdodat

End If

End Sub

Private Sub CmdVe_Click()

ve = True

End Sub

Private Sub CmdDung_Click()

If ve = True Then

ve = False

End If

End Sub

Private Sub CmdExit_Click()

End

End Sub

Private Sub Timer1_Timer()

Dim intr As Integer

Dim kq As Integer

Dim L, H As Integer

Dim i As Integer

Out32 &H37A, 0 'tao suon duong chan WR cho adc bien doi

For i = 0 To 3

Next i

Out32 &H37A, &H4

Do While intr = &H8

intr = Inp32(&H379) And &H8

Loop

'sau khi bien doi xong

Out32 &H37A, 5

L = Inp32(&H379) And &HF0

L = L Xor &H80

Out32 &H37A, 4

H = Inp32(&H379) And &HF0

H = H Xor &H80

kq = H + (L \ 16)

'thuat toan bien doi ket qua doc dc tu adc thanh nhiet do

currenttemp = (kq * 5 / 255 - 2.73) * 100

TxtSetTemp.Text = settemp

TxtCurrentTemp.Text = currenttemp

'Mo^ pho?ng Led tren Form:

If currenttemp < settemp Then 'nhiet do thuc nho hon nhiet do dat

ShapeDo.FillColor = vbRed

ShapeXanh.FillColor = vbBlack

ShapeVang.FillColor = vbBlack

Out32 &H378, 1 'cho led do tren mach sang

ElseIf currenttemp = settemp Then

ShapeVang.FillColor = vbYellow

ShapeXanh.FillColor = vbBlack

ShapeDo.FillColor = vbBlack

Out32 &H378, 2

Else

ShapeXanh.FillColor = vbGreen

ShapeDo.FillColor = vbBlack

ShapeVang.FillColor = vbBlack

Out32 &H378, 4

End If

If ve = True Then

drawing settemp, currenttemp, t

End If

End Sub