Do do am de lay thong so moi truong

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Tất Hữu NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN ĐO ĐỘ ẨM TRONG MỘT ĐIỂM ĐO THU THẬP THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC H

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Tất Hữu

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN

ĐO ĐỘ ẨM TRONG MỘT ĐIỂM ĐO THU THẬP

THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Điện tử- Viễn thông Cán bộ hướng dẫn: P.GS.TS.Vương Đạo Vy

Tóm tắt khóa luận

Tên đề tài khóa luận tốt nghiệp :“Nghiên cứu và ứng dụng cảm biến đo độ ẩm trong một điểm đo thu thập thông số môi trường”

Nội dung đề tài bao gồm hai phần: Lý thuyết và Thực nghiệm

Phần Lý thuyết nghiên cứu các vấn đề:

Tầm quan trọng của việc thu thập các thông số môi trường

Kỹ thuật vi xử lý

Kỹ thuật xử lý bằng giao diện ghép nối nối tiếp

Phần thực nghiệm nghiên cứu thực hiện:

Xây dựng module đo nhiệt độ, độ ẩm, điểm sương

Viết chương trình thu nhận dữ liệu, xử lý hiển thị kết quả

Phần đánh giá kết quả và hướng phát triển của đề tài trong tương lai

Mục Lục

Tóm tắt nội dung 1

Phần lý thuyết 2

Chương 1: Giới thiệu chung 2

1.1.Sự cần thiết đo các thông số môi trường 2

1.2.Độ ẩm và các loại cảm biến đo độ ẩm 2

1.2.1.Khái niệm cơ bản về độ ẩm 2

1.2.2.Khái niệm cơ bản về điểm sương 3

1.2.3.Phân loại cảm biến đo độ ẩm 3

1.2.4.Các phương pháp đo độ ẩm 3

Chương 2: Cấu trúc, các đặc trưng của cảm biến SHT11 của hãng Sensirion 7

2.1.Giới thiệu 7

2.1.1 Giới thiệu 7

2.1.2.Lý do chọn lựa 7

2.1.3.Cấu trúc, hình dạng cảm biến độ ẩm SHT1 18

2.1.4.Các đặc trưng cơ bản của cảm biến SHT1 19

2.2.Giao diện kết nối với vi điều khiển 11

2.2.1.Giao diện kết nối với vi điều khiển 11

2.2.2.Cấu trúc khung truyền 14

2.2.3.Các hệ thức chuyến đổi lối ra thành các giá trị vật lý 15

Phần thực nghiệm 17

Chương 3: Xây dựng hệ đo nhiệt độ, độ ẩm, điểm sương, truyền dữ liệu có dây 17

3.1.Lý do sử dụng vi điều khiển AT89C52 17

3.2.Họ vi điều khiển MCS-51 17

3.2.1.Tóm tắt phần cứng vi điều khiển 8051 18

3.2.2.Hoạt động định thời 19

3.2.3.Hoạt động của Port nối tiếp 22

3.3.Ghép nối nối tiếp 24

3.3.1.Truyền dữ liệu nối tiếp 24

3.3.2.Chuẩn nối tiếp RS-232 24

3.3.3.Lập trình cổng thông tin nối tiếp 26

3.4.Đặc trưng của vi điều khiển AT89C52 32

3.5.Ghép nối hệ đo độ ẩm với máy tính và hiển thị trên PC 33

3.5.1.Bộ đệm, chuyển mức MAX232 34

3.5.2.Kết quả hiển thị trên máy tính PC 35

Chương 4: Đánh giá kết quả và hướng phát triển 37

4.1 Đánh giá kết quả thu được 37

4.2.Chọn CC1010 làm nút mạng trong mạng WSN 37

4.2.Hướng phát triển của đề tài 39

4.4.Tóm tắt và kết luận 38

Phụ lục 39

Tài liệu tham khảo 45

Mở đầu

Ngày nay, cùng với sự phát triển của KHKT, môi trường sống của chúng ta ngày càng biến đổi phức tạp Hạn hán, lũ lụt rồi sóng thần, là các hiện tượng tự nhiên xảy ra bất thường hơn nhất là nếu không có các hệ thống cảnh báo Do vậy, việc dự báo trước bằng cách đo các thông số môi trường như nhiệt độ, áp suất, sức gió, độ PH,

độ ẩm,…ngày càng mang một ý nghĩa quan trọng Độ ẩm là một trong các yếu tố quan trọng đó, vì nó ảnh hưởng nghiêm trọng đối với các quá trình lý hóa và sinh lý: độ ẩm tương đối tác động đến cảm giác của con người, tác động đến điều kiện bảo quản thực phẩm, bảo quản các thiết bị,… Trong khuôn khổ của khóa luận, này tìm hiểu chi tiết thiết kế, chế tạo đo một điểm đo thông số môi trường, cụ thể là nhiệt độ, độ ẩm và điểm sương

Nội dung khóa luận:

Chương 1, Tổng quan tìm hiểu một cách tổng quát về các khái niệm có liên quan đến

các thông số môi trường nói chung và về độ ẩm, điểm sương nói riêng Bên cạnh đó, chương này còn đề cập đến một số phương pháp đo độ ẩm phổ biến hiện nay

Chương 2, Tìm hiểu chi tiết về một loại cảm biến đo độ ẩm với lối ra số của hãng

Sensirion (Thụy Sỹ) Đánh giá các ưu, nhược điểm để từ đó giải thích câu hỏi “Tại sao lại lựa chọn cảm biến loại này?”

Chương 3, Xây dựng cơ sở của thực nghiệm với việc xây dựng hệ đo độ ẩm, điểm

sương và hiển thị trên máy tính Với vài nét tổng quát về kỹ thuật vi xử lý, kỹ thuật truyền thông nối tiếp RS232 Tiếp đó xây dựng module cảm nhận độ ẩm trong một

“Mạng thu thập dữ liệu không dây WSN trên cơ sở vi điều khiển CC1010”

Chương 4, Chương này rút ra một vài nhận xét đánh giá và hướng phát triển của đề tài

này trên cơ sở những hiểu biết trong quá trình hoàn thành đề tài này

Phần lý thuyết

Chương 1: Giới thiệu chung

1.1 Sự cần thiết của việc đo các thông số môi trường

Ngày nay, cùng với sự phát triển của KHKT, môi trường sống của chúng

ta ngày càng biến đổi phức tạp Hạn hán, lũ lụt rồi sóng thần, là các hiện tượng

tự nhiên xảy ra bất thường hơn nhất là nếu không có các hệ thống cảnh báo Do vậy, việc dự báo trước bằng cách đo các thông số môi trường như nhiệt độ, áp suất, sức gió, độ PH, độ ẩm,…ngày càng mang một ý nghĩa quan trọng Độ ẩm

là một trong các yếu tố quan trọng đó, vì nó ảnh hưởng nghiêm trọng đối với các quá trình lý hóa và sinh lý: độ ẩm tương đối tác động đến cảm giác của con người, tác động đến điều kiện bảo quản thực phẩm, bảo quản các thiết bị,… Hiện nay, mạng cảm nhận không dây – WSN (Wireless Sensor Network) hiện đang được nghiên cứu và triển khai rộng khắp trên thế giới bởi những lợi ích to lớn và hiệu quả bất ngờ mà nó mang lại Các vi điều khiển ngày nay có mật độ tích hợp cao, khả năng xử lý mạnh, kích thước nhỏ, tiêu thụ năng lượng ít và giá thành thấp Khi được cung cấp phần mềm nhúng, các vi điều khiển này sẽ hoạt động độc lập trong các môi trường ở những vị trí địa lý khác nhau Những

vi điều khiển này nếu kết hợp với một bộ thu phát sóng vô tuyến và các bộ cảm biến sẽ là một nút mạng trong WSN Nút mạng này có khả năng hoạt động độc lập và đo các thông số khác nhau tại các vị trí của nó Trong khuôn khổ của khóa luận, này tìm hiểu chi tiết thiết kế, chế tạo đo một điểm đo thông số môi trường, cụ thể là nhiệt độ, độ ẩm và điểm sương

1.2 Độ ẩm và các loại cảm biến đo độ ẩm

1.2.1 Khái niệm cơ bản về độ ẩm:

- Độ ẩm tuyệt đối:là hàm lượng hơi nước có thực sự trong không khí

g

- Độ ẩm tương đối: là tỉ số của độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm bão hòa

sat

abs rel

A

A

1.2.2 Điểm sương (Điểm ngưng tụ):

Là thời điểm mà nhiệt độ của khí xảy ra sự ngưng tụ hơi nước hay là nhiệt

độ mà ở đó áp suất riêng phần của hơi nước như áp suất hơi bão hòa.[4]

1.2.3 Phân loại cảm biến đo độ ẩm:

Hiện nay có nhiều loại cảm biến đo độ ẩm khác nhau:

- Cảm biến loại tương tự (Lối ra tương tự)

- Cảm biến loại số (Lối ra số) Dùng cảm biến loại tương tự thì việc xử lý là khá phức tạp và với độ chính xác không cao, trong khi đó cảm biến loại số khắc phục được các nhược điểm của cảm biến loại tương tự…

- Nhiệt độ ẩm Th đo bằng psychromet

- Độ ẩm tương đối U đo bằng ẩm kế biến thiên điện trở và ẩm kế biến thiên điện dung

A abs : Độ ẩm tuyệt đối

A sat : Độ ẩm tương đối

• Sau đây ta chỉ khảo sát một số ẩm kế tụ điện :

Các tụ không khí được sử dụng phổ biến trong các cảm biến đo độ ẩm vì độ ẩm khí quyển thay đổi sẽ làm hằng số điện môi không khí thay đổi theo Do đó, dựa trên nguyên lý này, ta chỉ cần xét sự biến đổi của điện dung tụ điện ta sẽ xác định được sự biến thiên của độ ẩm không khí

Nếu chiều dày của lớp Al2O3 nhỏ hơn 0,3 µm thì sự thay đổi trở kháng của tụ điện chỉ phụ thuộc vào áp suất riêng của hơi nước và không phụ thuộc vào nhiệt độ, do

vậy có thể đo độ ẩm tương đối của môi trường

6

1048

T

P P T

S

κ

Quá trình anot hóa để tạo lớp điện môi được thực hiện bằng cách điện phân dung dịch axit H2SO4 trong nước dùng nhôm làm anot Oxy hình thành trên điện cực Al sẽ ôxy hóa bề mặt điện cực này thành Al2O3 Oxit nhôm là chất cách điện nên sẽ tạo thành nhiều điểm đánh thủng làm cho lớp này có cấu trúc xốp

Thí dụ: trong bể chứa axit H2SO4 nồng độ 15% ở nhiệt độ 10oC, điện phân dưới điện

áp 15V, sẽ nhận được lớp oxit nhôm xốp chứa 7,7.1010 lỗ hổng trên diện tích 1 cm2, đường kính lỗ hổng thay đổi trong khoảng 100÷300Ao Như vậy, tương ứng với bề mặt ngoài bằng 1 cm2 sẽ có bề mặt hấp thụ bằng 2 cm2.[4]

Hình vẽ dưới đây mô tả sơ đồ nguyên lý của một ẩm kế tụ điện dùng chất điện môi polyme do hãng SENSIRION chế tạo

C

Lớp polyme được phủ trên điện cực thứ nhất bằng tantan, sau đó lớp Cr dày 100Ao

÷10000 Ao được phủ tiếp lên polyme bằng phương pháp bay hơi trong chân không để làm điện cực thứ hai Lớp phủ Cr gây nên các vết nứt trong lớp điện môi làm tăng khả năng tiếp xúc của lớp này với không khí của môi trường nghiên cứu, do vậy trên thực

tế thời gian hồi đáp của ẩm kế không phụ thuộc vào bề dày của lớp điện môi

Các đặc trưng đo lường chủ yếu của ẩm kế tụ điện dùng chất điện môi là polyme như sau:

- Phạm vi đo: từ 0% đến 100% trong dải nhiệt độ làm việc thay đổi từ -40 oC đến 80 oC hoặc 100 oC

- Độ chính xác từ ± 2% đến ± 3%

- Thời gian đáp ứng : cỡ vài giây

Ngoài ra phải kể đến một số đặc tính ưu việt khác của cảm biến như: ít chị ảnh hưởng của nhiệt độ, phần tử nhạy có thể nhúng vào nước mà không bị hư hỏng

Chương 2: Cấu trúc, các đặc trưng của cảm biến đo độ ẩm SHT11 của hãng Sensirion

Giới thiệu:

2.1.1 Giới thiệu:

SHT11 là một chip đơn có cấu trúc module gồm cảm một biến nhiệt độ và một cảm biến độ ẩm với lối ra số Các loại cảm biến thường xác định độ ẩm tương đối của không khí bằng phương pháp điện dung Nguyên lý của phương pháp này là các phần

tử của cảm biến được xây dựng từ một màng điện cực từ các vật liệu khác nhau (như thủy tinh, gốm,…) Điện cực là một màng polyme hấp thụ độ ẩm môi trường hoặc có

sự bay hơi nước theo tỷ lệ độ ẩm môi trường và làm cho điện dung tụ điện thay đổi Giá trị thay đổi điện dung này cho phép ta xác định độ ẩm tương ứng bằng các mạch

Khó tinh chỉnh: Trước khi sử dụng, cảm biến độ ẩm kiểu điện dung phải trải qua quá trình xử lý chia thang đo một cách phức tạp Điều này làm cho người dùng cảm thấy khó khăn và tăng chi phí cho các hệ thống tham chiếu chuẩn cũng như các linh kiện bên ngoài như bộ nhớ

Sử dụng kỹ thuật tương tự: Một vấn đề nảy sinh trực tiếp từ nguyên lý đo tương

tự là việc ổn định điện áp ra – một vấn đề cố hữu không tránh khỏi, làm ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến Hạn chế vấn đề này lại làm tăng sự phụ thuộc về mặt điện tử và chắc chắn dẫn đến chi phí tích hợp hệ thống sẽ cao hơn

Các ứng dụng của ngành công nghiệp xử lý CMOS với công nghệ sáng chế độc quyền của hãng Sensirion(Thụy Sỹ) đã cho ra đời một loại cảm biến với kích thước cực nhỏ và có độ tích hợp rất cao có tên là SHT11

SHT11 được chế tạo dựa trên nguyên lý cảm biến điện dung sử dụng màng polyme với một cặp cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm) cùng với một bộ biến đổi tương tự số ADC 14 bit

và một mạch giao diện nối tiếp, tất cả chúng được tích hợp trên một chip Lớp polyme bao phủ bên ngoài nhằm bảo vệ cảm biến khỏi sự xuyên nhiễu bên ngoài cũng như bảo

vệ về mặt vật lý trước các tác động cơ học, hóa học Kết quả là, chất lượng tín hiệu tốt hơn, thời gian đáp ứng nhanh và ít nhạy đối với tạp âm ngoài (EMC-external disturbances) lại có giá cả rất cạnh tranh

Mỗi SHT11 được chia thang đo một cách chính xác theo độ ẩm phòng tiêu chuẩn với tham chiếu tương ứng của một máy đo độ ẩm chuẩn Việc tính toán hệ số thang đo được lập trình trong bộ nhớ OTP Hệ số này được sử dụng bên trong cảm biến trong suốt quá trình cảm biến đo các tín hiệu bên ngoài

Giao diên nối tiếp 2 dây và quá trình điều chỉnh điện áp bên trong cho phép tích hợp

hệ thống một cách đơn giản, dễ dàng và nhanh chóng SHT11có bộ khuếch đại, bộ chuyển đổi ADC và mạch giao diện nối tiếp tích hợp trên một vùng diện tích cỡ và

mm2 làm cho chất lượng tín hiệu được cải thiện, công suất tiêu thụ rất thấp và thêm nữa, nó có khả năng tự kiểm tra checksum Chính vì vậy, SHT11 là sự lựa chọn cho hầu hết các ứng dụng.[3]

2.1.3 Cấu trúc, hình dạng cảm biến độ ẩm SHT11

Hình 2.1a Hình dạng thực tế của cảm biến độ ẩm SHT11

SHT11 có cấu trúc module, sơ đồ khối của SHT11 như sau:

Các thành phần:

• Cảm biến độ ẩm

• Cảm biến nhiệt độ

• Bộ khuếch đại

• Bộ biến đổi ADC 14 bit

• Bộ nhớ tính toán thang đo

• Giao diện 2 dây số

• 4 chân ra: -VDD: 2.4 đến 5.5 V

-GND -SCK

2.1.4 Các đặc trưng cơ bản của cảm biến độ ẩm SHT11 :

Bao gồm cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm

Cho phép xác định điểm sương

Lối ra số

Độ chính xác cao : ± 3% đến ± 5% tùy theo cấu hình 14 bit hoặc 12 bit

Ổn định trong thời gian dài

Thời gian đáp ứng ngắn : < 4s

Không yêu cầu linh kiện phụ trợ bên ngoài

Tiêu thụ công suất cực thấp : < 3µA

Có thể lựa chọn linh kiện dán bề mặt hoặc thường qua giao tiếp 4 chân Kích cỡ nhỏ : 7 × 5 × 3 mm

Tự động tiết kiệm điện năng (trạng thái chờ)

Kích thước thực tế

Hình 2.1b

2.2 Giao diện ghép nối với vi điều khiển

2.2.1.Giao diện ghép nối với vi điều khiển:

Hình 2.2a

Chân nguồn Vdd:

Điện áp yêu cầu 2.4 đến 5.5V

Sau khi bật nguồn, cần 11ms cho quá trình khởi động sang chế độ hoạt động dạng tiết kiệm năng lượng Trước thời gian này thì không lệnh nào được gửi Giao diện nối tiếp:

Giao diện nối tiếp của SHT11 được tối ưu cho việc đọc ra cảm biến và tối ưu công suất tiêu thụ

Lối vào xung nhịp nối tiếp SCK:

SCK được sử dụng để đồng bộ truyền thông giữa vi điều khiển và SHT11 Giao diện này có đầy đủ các trạng thái logic mà không yêu cầu 1 tần số tối thiểu nào

Dữ liệu nối tiếp DATA:

Chân DATA là chân có 3 trạng thái logic dùng để truyền dữ liệu vào/ra thiết bị DATA thay đổi sau sườn xuống của xung SCK và có giá trị dữ liệu tại sườn tăng của xung SCK

Trong suốt quá trình truyền dữ liệu, đường DATA phải giữ nguyên trạng thái khi SCK là cao Khi có tín hiệu trên xung đột, vi điều khiển điều khiển DATA xuống mức thấp Một trở ngoài (ví dụ 10K) sẽ giúp kéo tín hiệu DATA lên mức cao, trở này thường tại mạch vào/ra của vi điều khiển

Chuỗi khởi phát

* Gửi một lệnh:

Để khởi phát một quá trình truyền, một chuỗi “Khởi động truyền” được tạo ra từ phía

vi điều khiển gửi qua SCK Chuỗi này gồm 3 bit địa chỉ (hiện chỉ hỗ trợ địa chỉ ‘000’ )

và 5 bit lệnh

SHT11 nhận hết một lệnh bằng cách hạ điện áp chân DATA xuống thấp (bit ACK) sau

sườn xuống của xung SCK thứ 8 Sau đó đường DATA lật lên cao tại sườn xuống của

Dự trữ 0101x-1110x

Reset mềm, Reset giao diện, xóa thanh ghi

trạng thái về gí trị ngầm định, đợi tối thiểu

20ms trước khi đưa lệnh tiếp theo

11110

* Chuỗi đo độ ẩm và nhiệt độ (RH và T)

Sau khi gửi lệnh đo (‘00000101’ đo RH, ‘00000011’ đo nhiệt độ), vi điều khiển sẽ đợi

dữ liệu ở lối vào data để hoàn thành việc đo Tùy theo tốc độ lấy mẫu đo theo 8/12/14

bit mà mất một khoảng thời gian xấp xỉ 11/55/210 ms tương ứng Trong thực tế, thời

gian này có thể sai lệch ±15% tùy theo tốc độ bộ dao động nội (bên trong-xem hình

1.2.4b ) Quá trình đo kết thúc khi SHT11 hạ mức thế lối ra tại chân DATA xuống thấp

và bắt đầu chế độ rỗi

Vi điều khiển phải đợi tín hiệu “dữ liệu sẵn sàng-data ready” trước khi khởi động SCK

để đọc dữ liệu ra Trước khi bộ điều khiển có thể tiếp tục thực hiện các nhiệm vụ khác thì dữ liệu đo phải được lưu trữ trong bộ đệm cho đến khi hoàn thành đọc ra

Như vậy, trong một khung có 2 byte dữ liệu đo và 1 byte CRC được truyền đi Vi điều khiển phải xác nhận mỗi byte bằng cách hạ mức điện áp trên đường DATA xuống thấp Tất cả giá trị trước MSB đầu tiên là bao gồm chuỗi khởi phát TS, 3 bit địa chỉ, 5 bit lệnh Do đó dữ liệu đo được tính từ sau 8 bit của byte đầu tiên)

Truyền thông kết thúc sau khi xác nhận bit dữ liệu CRC Nếu CRC-8 không được sử dụng để kết thúc truyền thông thì có thể kết thúc truyền thông sau khi đo dữ liệu LSB bằng cách giữ tín hiệu xác nhận ack ở mức cao

Sau khi quá trình đo lường và truyền thông kết thúc, thiết bị tự động trở về chế độ chờ

*Chuỗi Reset kết nối:

Nếu mất phiên truyền thông với thiết bị, thì chuỗi tín hiệu dưới đây từ vi điều khiển sẽ reset giao diện nối tiếp:

SHT11 duy trì DATA ở mức cao, sau 9 xung SCK hoặc nhiều hơn, sau đó là chuỗi

“Bắt đầu truyền TS” ở trước lệnh tiếp theo Chuỗi này chỉ reset giao diện, còn các thanh ghi trạng thái giữ nguyên nội dung

*Tính toán CRC-8:

Truyền dữ liệu số an toàn bằng cách dùng 8 bit kiểm tra tổng CRC cho phép tìm và sửa lỗi dữ liệu.[2]

2.2.2.Cấu trúc khung truyền

Một chuỗi đo tổng quát ( TS = Transmission Start)

• Các thanh ghi trạng thái:

Nhiều chức năng mở rộng của SHT11 có thể thực hiện qua các thanh ghi trạng

thái

Viết thanh ghi trạng thái Đọc thanh ghi trạng thái

Các bit của thanh ghi trạng thái:

0 R/W ‘1’= Độ phân giải 8bit RH/ 12bit nhiệt độ

‘0’= Độ phân giải 12bit RH/ 14bit nhiệt độ

0

- Độ phân giải:

Độ phân giải ngầm định là 14 bit (nhiệt độ) và 12 bit (độ ẩm) có thể giảm xuống 12 bit và 8 bit, điều này đặc biệt có lợi trong các ứng dụng có tốc độ cao hoặc công suất cực thấp.[2]

2.2.3.Các hệ thức chuyển đổi lối ra thành các giá trị vật lý:

• Độ ẩm tương đối:

Để bù sự phi tuyến của cảm biến độ ẩm và để đạt độ chính xác cao nhất thì hãng sản xuất khuyến nghị chuyển đổi lối ra theo công thức dưới đây:

2 3

- Sự bù nhiệt độ và độ ẩm tương đối:

Tại nhiệt độ 25oC (~77 oF), hệ số nhiệt độ gây ảnh hưởng đến cảm biến, độ ẩm tương đối được xác định chính xác hơn:

liner RH

• Điểm sương:

) ) ( (log )

3 237 /

* 5 7 66077

10

−

+ + +

LogEW

)17077

8/(log

)3.237

*)log66077

Phần thực nghiệm

Chương 3: Xây dựng hệ đo nhiệt độ, độ ẩm, điểm sương, truyền dữ liệu có dây

3.1.Lý do sử dụng vi điều khiển AT89C52

Ngày nay, các bộ vi điều khiển ngày càng hiện đại với dung lượng bộ nhớ ngày càng được nâng cao Họ vi điều khiển 8051 là một họ vi điều khiển thông dụng nhất ở Việt Nam lại rất dễ dàng điều khiển, lập trình Các dòng sản phẩm thường gặp là AT89C51, AT89C52, của hãng Atmel đều dựa trên cốt lõi là 8051 Trong đó, so với AT89C51 thì AT89C52 có thêm bộ định thời và có dung lượng bộ nhớ lớn gấp đôi nên

sẽ có lợi cho các hệ điều khiển phức tạp hơn Hơn nữa, khóa luận này là một phần của

đề tài lớn “xây dựng mạng WSN trên cơ sở vi điều khiển CC1010” trong đó chip

CC1010 có lõi là 8051 Tất nhiên AT89C52 có giá cả rẻ hơn rất nhiều so với CC1010

mà vẫn thực hiện đầy đủ các chức năng ghép nối cơ bản của CC1010

Trước hết, chúng ta tìm hiểu một số tính chất đặc trưng của họ vi điều khiển này

Vi điều khiển 8051 là đại diện tiêu biểu nhất của họ MCS-51 8051 có rất nhiều khả năng được trình bày chi tiết trong nhiều tài liệu về 8051do đó trong chương này chỉ

Cổng 0: Có sử dụng làm nhiệm vụ xuất nhập nhưng quan trọng hơn khi

thiết kế với bộ nhớ ngoài thì cổng 0 trở thành Bus địa chỉ và Bus dữ liệu đa hợp

Cổng 1: Chỉ có chức năng xuất nhập và được dùng để giao tiếp với thiết bị

ngoại vi

Cổng 2: Có 2 chức năng, dùng xuất nhập hoặc dùng là byte địa chỉ cao của

Bus địa chỉ 16 bit khi sử dụng bộ nhớ ngoài

Cổng 3: Ngoài chức năng xuất nhập mỗi chân của cổng 3 còn có chức năng

riêng.

P3.0: Đa hợp với RxD (chân nhận dữ liệu nối tiếp)

P3.1: Đa hợp với TxD (chân phát dữ liệu nối tiếp)

P3.2: Đa hợp với INT0 (chân nhận ngắt ngoài 0)

P3.3: Đa hợp với INT1 (chân nhận ngắt ngoài 1)

P3.4: Đa hợp với T0 (nhận tín hiệu vào bộ đếm/định thời 0)

P3.5: Đa hợp với T1 (nhận tín hiệu vào bộ đếm/định thời 1)

P3.6: Đa hợp với WR (điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài)

P3.7: Đa hợp với RD (điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài)

Cấu trúc của cổng xuất nhập

Hình 0-1: Mạch bên trong của các cổng xuất nhập

Ngõ ra của bộ chốt điều khiển 1 tranzitor trường và tranzitor này nối với chân cổng Khi sử dụng các cổng để nhập dữ liệu thì bộ chốt phải được đặt để đưa các chân cổng lên trạng thái trở kháng cao Khi reset thì hệ sẽ đặt tất cả bộ chốt cổng lên 1 và các chân của các cổng đều có thể sử dụng làm chân nhập Khi bộ chốt cổng bị xóa thì chân đó không thể dùng làm chân nhập trừ khi ta phải thực hiện đặt bộ chốt

3.2.2.Hoạt động định thời

Thanh ghi chế độ định thời TMOD

Thanh ghi chế độ định thời ở địa chỉ 89h là thanh ghi không định địa chỉ bit

Thanh ghi điều khiển định thời TCON

Thanh ghi điều khiển định thời ở địa chỉ 88h là thanh ghi định địa chỉ bit

TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0

TF1: Cờ tràn của bộ định thời 1 Cờ được set bởi phần cứng khi bộ đếm tràn

Nó được xóa bởi phần mềm hoặc trình phục vụ ngắt

TR1: Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời 1 Set và xóa bởi phần mền(TR1:1 = hoạt động, 0 = ngưng)

IE1: Cờ ngắt bên ngoài 1(kích khởi cạnh) Được set bởi phần cứng khi có cạnh

âm ở chân INT1 Được xóa bởi phần mềm hoặc trình phục vụ ngắt

IT1: Tượng tự IE1 nhưng kích khởi cạnh hoặc mức

Các bit TF0, TR0, IE0, IT0 áp dụng đối với bộ định thời 0

Chế độ định thời 16 bit:

Xung

Cờ trànSau khi khởi động bộ định thời bắt đầu đếm khi tràn (từ FFFFh ÷ 0000h) xuất hiện thì cờ tràn được set bằng 1 Sau đó nó cứ tiếp tục đếm, nếu muốn có những khoảng thời gian xác định và tuần hoàn thì phần mềm phải nạp lại giá trị cho bộ định thời khi có cờ tràn

Chế độ nạp lại 8 bit:

Cờ tràn

THx(8bit)